愛因斯坦預(yù)言得到證實(shí)：地球周圍發(fā)現(xiàn)時(shí)空漩渦

Win7之家（ afsion.com.cn）：愛因斯坦預(yù)言得到證實(shí)：地球周圍發(fā)現(xiàn)時(shí)空漩渦

　　北京時(shí)間5月6日消息，據(jù)美國宇航局網(wǎng)站報(bào)道，愛因斯坦的預(yù)言再一次得到了證實(shí)！科學(xué)家們經(jīng)過仔細(xì)的檢測，發(fā)現(xiàn)地球周圍確實(shí)存在時(shí)空漩渦，并且其各項(xiàng)參數(shù)和愛因斯坦廣義相對論預(yù)言的完全符合。

上圖：這是一張示意圖，顯示引力探測衛(wèi)星-2號正在太空測量地球周圍存在的時(shí)空扭曲效應(yīng)

上圖：這是引力探測衛(wèi)星-2號陀螺儀使用的其中一個(gè)超完美球體

上圖：這是一張示意圖，展示一個(gè)黑洞周圍存在高度扭曲的時(shí)空

　　這是此間在美國宇航局總部舉行的一場新聞發(fā)布會上公布的消息，探測的結(jié)果來自對該局實(shí)施的引力探測衛(wèi)星B(GP-B)計(jì)劃的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

　　引力探測衛(wèi)星B項(xiàng)目首席科學(xué)家，斯坦福大學(xué)物理學(xué)家弗朗西斯·艾福瑞特(Francis Everitt)表示：“正如廣義相對論預(yù)言的那樣，地球附近確實(shí)存在時(shí)空扭曲�！�

　　而美國華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的克利福德·威爾(Clifford Will)表示：“這是一個(gè)歷史性的時(shí)刻�！蓖�爾是愛因斯坦理論研究方面的專家，他目前正擔(dān)任美國國家研究理事會一個(gè)獨(dú)立下設(shè)委員會的主席職務(wù)。這一委員會于1998年由美國宇航局創(chuàng)立，其主要目的便是對引力探測衛(wèi)星B的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和評估。他說：“有一天，今天的這個(gè)實(shí)驗(yàn)將被作為經(jīng)典案例寫進(jìn)物理學(xué)教科書�！�

　　根據(jù)愛因斯坦的相對論，空間和時(shí)間是交織在一起的，形成一種被他稱為“時(shí)空”的四維結(jié)構(gòu)。地球的質(zhì)量會在這種結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生“凹陷”，這很像是一個(gè)成年人站在蹦床上陷進(jìn)去的情形。愛因斯坦指出，引力的本質(zhì)僅僅只是物體圍繞這種時(shí)空凹陷的曲線邊緣運(yùn)動的外在表現(xiàn)。

　　如果地球是靜止的，那這種擾動將不復(fù)存在。但是地球并非靜止不動，我們的地球在不停旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生擾動，盡管非常輕微，但仍然會產(chǎn)生一種四維漩渦。而這就是2004年發(fā)射進(jìn)入太空的引力探測衛(wèi)星-B所要探測的目標(biāo)。

　　實(shí)驗(yàn)的原理

　　這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目背后的科學(xué)原理非常簡單：科學(xué)家們將一個(gè)陀螺儀送上地球軌道，使它的一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸指向一顆遙遠(yuǎn)的恒星作為參考點(diǎn)。在沒有任何外力作用的情況下，這一旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)當(dāng)永遠(yuǎn)指向這一顆恒星。但如果空間是扭曲的，那么陀螺儀的指向會隨著時(shí)間推移發(fā)生改變。通過對這種改變的精密檢測，科學(xué)家們能了解時(shí)空彎曲的相關(guān)信息。

　　這說起來似乎很簡單，但真正做起來卻非常艱難。

　　首先，制造引力探測器B中4個(gè)高精度陀螺儀需要用到精度極高的球體。事實(shí)上，這些陀螺儀內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是人類迄今制造過的最完美球體。它們的大小約相當(dāng)于一個(gè)乒乓球，由熔凝石英和硅材料制成，其相對完美球體的誤差在任何方向都不超過40個(gè)原子的厚度。這樣高的精度是必須的，因?yàn)槿绻�不是這樣做，那么這些陀螺儀轉(zhuǎn)軸的晃動將出現(xiàn)誤差。

　　根據(jù)愛因斯坦理論進(jìn)行的估算顯示，地球周圍空間的時(shí)空扭曲將導(dǎo)致陀螺儀旋轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)每年0.041弧秒的改變。1弧秒等于1/3600度。為了測出這樣微小的改變量，GP-B探測器必須具備0.0005弧秒的精度。這就相當(dāng)于讓你測量放在100英里(約合161公里)之外的一張紙的厚度。

　　對此，威爾說：“GP-B探測器項(xiàng)目的工程師們不得不發(fā)明一整套全新的技術(shù)來滿足這種不可思議的要求�！�

　　舉幾個(gè)例子，工程師們開發(fā)了一種“無拖曳”衛(wèi)星技術(shù)，它可以讓衛(wèi)星擦過地球最外層大氣卻不會造成對其內(nèi)部陀螺儀的擾動。他們還開發(fā)出獨(dú)特的技術(shù)來防止地球磁場穿透探測器從而影響其測試精度。最后，他們還設(shè)計(jì)出一種技術(shù)來測量陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角度，但整個(gè)過程中不會觸碰到陀螺儀從而對其造成影響。

　　即便克服了制造和設(shè)計(jì)上的技術(shù)困難，進(jìn)行這項(xiàng)精度空前的實(shí)驗(yàn)本身同樣是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，但經(jīng)過一年的數(shù)據(jù)收集和將近5年的數(shù)據(jù)分析，GP-B項(xiàng)目的科學(xué)家們認(rèn)為他們已經(jīng)幾乎接近完成這項(xiàng)工作。

　　艾福瑞特說：“我們測量到測地線效應(yīng)值為+6.600或-0.017，慣性系拖曳效應(yīng)值為+0.039或-0.007�！�

　　測地線效應(yīng)是指由于地球的靜止質(zhì)量引起的陀螺旋轉(zhuǎn)軸改變，也即時(shí)空的凹陷。而慣性系拖曳效應(yīng)則是由于地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的陀螺旋轉(zhuǎn)軸改變，也即時(shí)空的扭曲。測量得到的這兩組數(shù)據(jù)都和愛因斯坦理論的預(yù)測非常吻合。

　　偉大的實(shí)驗(yàn)

　　威爾說：“根據(jù)我領(lǐng)導(dǎo)的委員會對此的看法，這項(xiàng)工作簡直具有英雄氣概。我們都被驚呆了！”

　　引力探測衛(wèi)星-B的測量結(jié)果具有革命性意義，因?yàn)樗�讓物理學(xué)家們更有信心，愛因斯坦的理論看上去實(shí)在非常古怪，讓人難以接受，但事實(shí)反復(fù)證明它確實(shí)是正確的，并且可能是一個(gè)普遍的理論。地球附近空間存在的時(shí)空漩渦在其它大質(zhì)量天體附近也一樣存在，如中子星，黑洞和活動星系核等，只不過那里的時(shí)空漩渦更加劇烈，規(guī)模更加大而已。

　　威爾說：“如果你想在一個(gè)黑洞周圍高度扭曲的時(shí)空中完陀螺，它不會出現(xiàn)那么輕柔的偏轉(zhuǎn)，它會劇烈晃動，甚至整個(gè)倒過來�！�

　　在雙黑洞系統(tǒng)中，兩個(gè)黑洞相互繞轉(zhuǎn)，而黑洞本身也在自轉(zhuǎn)，它的本身就相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺。想象一下，一對相互繞轉(zhuǎn)，存在自轉(zhuǎn)，還在瘋狂晃動翻轉(zhuǎn)的黑洞吧！這雖然聽起來實(shí)在非常詭異，但這就是愛因斯坦的廣義相對論所預(yù)言的。而這一次引力探測器-B的測量結(jié)果則證明，這種情形是確實(shí)可能的！

　　這項(xiàng)偉大實(shí)驗(yàn)的意義還不僅僅局限在對廣義相對論的檢驗(yàn)，它還深刻影響了數(shù)百位年輕物理學(xué)家的生活。

　　艾福瑞特說：“由于這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)主要以大學(xué)為主導(dǎo)進(jìn)行，很多學(xué)生直接參與到了研究工作當(dāng)中。斯坦福大學(xué)有超過86位博士生參與了研究工作，還有14位來自其他大學(xué)的學(xué)生獲準(zhǔn)加入了科學(xué)團(tuán)隊(duì)。除此之外，數(shù)百名本科生和55名高中生也參與了項(xiàng)目的輔助工作。宇航員薩利·賴德(Sally Ride)和諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，著名物理學(xué)家埃里克·康奈爾(Eric Cornell)也加入了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作�！�

　　美國宇航局自1963年開始便持續(xù)撥款支持引力探測器-B的研究開發(fā)工作。這意味著艾福瑞特和他的一部分同事們已經(jīng)在這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行和數(shù)據(jù)分析工作上花費(fèi)了整整47年時(shí)間！從而使其成為美國國家航空航天局(NASA)歷史上研發(fā)持續(xù)時(shí)間最長的科學(xué)項(xiàng)目。這確確實(shí)實(shí)是一項(xiàng)史詩般的工程！

　　未來的路

　　那么接下來呢？

　　艾福瑞特想起了他的論文導(dǎo)師，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家帕特里克·布萊克特(Patrick M.S. Blackett)給他提出的建議：“如果你在物理學(xué)研究上不知道下一步該做什么，那么就試著開發(fā)一些新技術(shù)，它們會帶你找到新的方向。”

　　艾福瑞特說：“好吧，我們在研制引力探測器-B的過程中開發(fā)了13種新技術(shù)，誰知道這些新技術(shù)會將我們引向何方呢？”不過畢竟，這條史詩般的漫漫科學(xué)之路，我們已經(jīng)邁出了第一步。(晨風(fēng))