2011 年 5 月 4 日:愛因斯坦又說對了。
是一個圍繞地球的時空漩渦,它的形狀恰好符合愛因斯坦引力理論的預測。
研究人員在今天 NASA 總部召開的新聞發佈會上證實了這一點,他們在會上宣佈了人們期待已久的重力探測器 B 的結果(GP-B).
『地球周圍的時空似乎是扭曲的,就像廣義相對論預測的那樣,』斯坦福大學物理學家、引力探測器 B 任務的首席研究員弗朗西斯·埃弗裡特說。
一個藝術家的概念GP-B測量地球周圍彎曲的時空
『這是一個史詩般的結果,』聖路易斯華盛頓大學的 Clifford Will 補充說。
威爾是愛因斯坦理論的專家,他是美國國家航空航天局於 1998 年成立的國家研究委員會的一個獨立小組的主席,該小組負責監測和審查引力探測器 B 的結果。
『總有一天,』他預言,『這會被載入教科書,成為物理學史上的經典實驗之一』
根據愛因斯坦的相對論,時間和空間交織在一起,形成了一個四維的織物,稱為『時空』地球的質量使這種織物形成凹痕,就像一個沉重的人坐在蹦床中間。
愛因斯坦說,重力隻是讓物體沿著酒窩的曲線運動。
如果地球靜止不動,這就是故事的結局。
但是地球不是靜止的。
我們的地球是旋轉的,旋轉會稍微扭曲酒窩,把它拉到四維的旋渦中。
這就是GP-B04 年去太空查了一下。
實驗背後的想法很簡單:
將旋轉的陀螺儀放入繞地球的軌道,旋轉軸指向某個遙遠的恒星作為固定的參考點。
在不受外力作用的情況下,陀螺儀的軸心會一直指向恒星——永遠。
但是,如果空間扭曲,陀螺儀的軸的方向應該隨時間漂移。
通過注意到相對於恒星的方向變化,可以測量時空的扭曲。
實際上,這個實驗非常困難。
重力探測器 B 的超球面陀螺儀之一
四個陀螺儀在GP-B是人類制造的最完美的球體這些乒乓球大小的熔石英和矽球直徑1.5英寸,與一個完美的球體相差不超過 40 個原子層。
如果陀螺儀不是球形的,即使沒有相對論的影響,它們的旋轉軸也會擺動。
根據計算,地球周圍扭曲的時空應該導致陀螺儀的軸線在一年內僅漂移0.041弧秒。
弧秒是度的 1 / 3600 。
為了很好地測量這個角度GP-B需要0.0005角秒的驚人精度這就像測量 100 英裡外的一張紙的厚度。
『 GP – B 研究人員必須發明全新的技術才能實現這一目標,』威爾指出。
他們開發了一種『無阻力』衛星,這種衛星可以與地球大氣層的外層擦肩而過,而不會幹擾陀螺儀。
他們發現了如何防止地球磁場穿透宇宙飛船。
他們發明了一種裝置來測量陀螺的旋轉速度不碰陀螺儀.
完成這個實驗是一項特殊的挑戰。
但是,經過一年的數據收集和近五年的分析,這GP-B科學家似乎已經做到了。
『我們測量了6.600±0.017角秒的大地進動和0.039±0.007角秒幀拖拽效應,』 Everitt 說。
對於不是相對論專家的讀者:大地進動是地球靜止質量《時空中的酒窩》所造成的擺動量和幀拖動效果是地球自轉《時空扭曲》引起的擺動量。
這兩個值都與愛因斯坦的預測精確一致。
『在我主持的委員會看來,這一努力確實是英勇的。
我們被震撼到了』威爾說。
一個圍繞黑洞扭曲時空的藝術概念。
貸項:《天空與望遠鏡》雜志的喬·伯傑隆
引力探測器 B 的結果給了物理學家新的信心,他們相信愛因斯坦理論的奇怪預測確實是正確的,而且這些預測可能適用於其他地方。
存在於地球周圍的時空漩渦在宇宙的其他地方被復制和放大——在大質量中子星、黑洞和活動星系核周圍。
『如果你試圖在一個黑洞周圍嚴重扭曲的時空中旋轉一個陀螺儀,』威爾說,『它不會隻是輕輕地前進一個度的零頭』它會瘋狂地搖晃,甚至可能翻倒。
『
在雙黑洞系統中——也就是說,一個黑洞繞著另一個黑洞旋轉——黑洞本身是旋轉的,因此表現得像陀螺儀。
想象一個由黑洞繞軌道旋轉搖晃翻轉的系統!這就是廣義相對論所預言的GP-B告訴我們真的是真的
的科學遺產GP-B並不局限於廣義相對論這個項目也影響了數百名年輕科學家的生活:
『因為它是基於一所大學,很多學生都能夠在這個項目上工作,』 Everitt 說。
『斯坦福大學有超過 86 篇博士論文,另外還有 14 篇其他大學的博士論文被授予從事研究的學生。
GP-B.數百名大學生和 55 名高中生也參加了這次活動,其中包括宇航員薩利·萊德和最終的諾貝爾獎得主埃裡克·康奈爾』
NASA 於 1963 年秋季開始為重力探測器 B 提供資金。
這意味著 Everitt 和一些同事已經在 47 年多的時間裡計劃、推廣、構建、運營和分析實驗數據——這確實是一項史詩般的努力。
接下來是什麼?
Everitt 回憶起他的論文導師、諾貝爾獎得主 Patrick M . S . Blackett 給他的一些建議:『如果你想不出物理學下一步該做什麼,那就發明一些新技術,它會帶來新的物理學』
『嗯,』埃佛裡特說,『我們為重力探測器 B 發明了 13 項新技術。
誰知道他們會帶我們去哪裡?『
這部史詩可能才剛剛開始,畢竟…