美探测卫星证明爱因斯坦预言之一正确
2007-04-18 23:08:42
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美探测卫星证明爱因斯坦预言之一正确
美国宇航局“重力探测器B”卫星
 
美探测卫星证明爱因斯坦预言之一正确
美国宇航局“重力探测器B”卫星
 
美探测卫星证明爱因斯坦预言之一正确
地球周围时空旋涡想象图

  新浪科技讯 北京时间4月17日消息,据国外媒体报道,2004年美国宇航局的“重力探测器B”卫星发射升空,其使命是验证爱因斯坦广义相对论中的两个重要预言。如今三年过去了,根据“重力探测器B”发回的早期数据,在这位伟大理论物理学家提出的两个重要预言中,至少有一个是正确的。

  验证广义相对论两大效应

  正在分析“重力探测器B”卫星数据的科学家表示,他们将在接下来的八个月时间验证爱因斯坦的另一个预言正确与否。“重力探测器B”卫星于2004年4月20日从美国加利福利亚发射升空。探测任务首席科学家在佛罗里达州
杰克逊维尔召开的一次物理学会议上公布了此次试验的部分细节。

  “重力探测器B”卫星携带有四个超高精度陀螺仪,用于测试广义相对论的两个效应。其中一个称为短程线效应(Geodetic effect),另一个称为坐标系拖曳效应(Frame—draging effect)。按照爱因斯坦的推理,他认为一个大质量天体,如地球,会让周围的时空扭曲,就像一颗保龄球放在软床垫上形成的漩涡,而且天体的重力会拖着时空一起旋转,这种扭转效应称为“坐标系拖曳”。

  年底公布最终结果

  短程线效应类似于一颗保龄球放在软垫上,软垫凹陷变形的形状。如果保龄球接着旋转,它将开始“死拉硬拽”软垫随着自己转动。同样,地球在旋转时,也会以类似方式拖拉周围时空旋转,只不过这种转动幅度很小,令人难以察觉。在一年时间内,这些效应可能会引起陀螺仪旋转角度以微乎其微的量变化。

  “重力探测器B”任务首席科学家、斯坦福大学教授弗朗西斯·埃福瑞特(Francis Everitt)在上周末于杰克逊维尔召开的美国物理学会大会上讨论了卫星发回的初步结果。“重力探测器B”陀螺仪发回的数据将爱因斯坦短程线效应精确度确定为高于1%。斯坦福大学的科学家依旧会从这些数据中分析坐标系拖曳效应的信息。他们计划于今年12月公布试验的最后结果,即在对数据进行八个月分析之后。

  带来更多疑问

  英国伦敦帝国学院物理学家蒂姆·苏姆纳教授在接受英国广播公司(BBC)采访时表示:“在现阶段宣布研究初步结果非常鼓舞人心,这是通向最后重大发现的道路。研究结果如今终于公布了,我本人对此异常欣喜。然而,多数个别测量数据仅仅是更大谜团的一部分。广义相对论是物理学的最大分支之一,但鉴于重力作为力的相对弱点,眼下对其测试的手段匮乏。我将会把这一步看作是巩固广义相对论可靠证据的一部分。广义相对论在物理学领域具有特殊地位。”

  加州斯坦福大学教授、“重力探测器B”项目主管威廉姆·本泽(William Bencze)说:“理解这些科学数据的细节就如同获得重大考古发现。这就好比科学家刚开始使用推土机挖掘,接着用铁铲,最后用牙刷等用具将财宝上面的灰尘清理走。我们现在正过渡到使用牙刷的阶段。”

  迈出建立统一理论重要一步

  蒂姆·苏姆纳教授表示,并没有多少物理学家认为在这项试验中看到背离爱因斯坦重大预言之处。但他同时表示,其他一些测试有可能开始揭示广义相对论的缺陷,表明还应该对这项理论做出修正。物理学家一直未能将重力“融会贯通”,变成描述自然界基本粒子之间主要力量知识的统一理论。而对广义相对论的修改则可能是建立这种统一理论的重要一步。

  苏姆纳教授说:“科学家推测在某个阶段我们将会揭露背离纯粹的爱因斯坦广义相对论之处。当你涉及非常强的重力场相互作用时,广义相对论的其中一个方面就是没有完善的理论基础。部分天体物理学物体将会身处高重力场环境下,如一对对围绕彼此旋转的大质量黑洞。”

  验证等效原则成关键

  美宇航局和欧洲航天局联合实施的一项名为“Lisa”(镭射干涉仪宇宙天线英文缩写)的任务将会研究来自双星系统的重力波。科学家认为广义相对论在上述环境下会“垮台”,但“Lisa”任务可能有助于科学家了解该理论如何在诸如一对对大质量黑洞等“高重力场”条件下发挥作用。

  其它一些试验将用于验证等效原则(equivalence principle),这也是广义相对论重要基石之一。等效原则来自对两个物体的观察:在下落过程中,它们的加速度相同。苏姆纳教授说:“这仅仅是理论框架,从中我们也许会发现偏离等效原则之处。这也许能赋予我们找到前进道路的指示器。”

  苏姆纳教授参与了两个验证等效原则的任务。其中一个是“Step”(等效原则卫星测试英文缩写),它是由参与“重力探测器B”任务的一些科学家提出的。另一项任务是“Gauge”(重要统一和重力探测者英文缩写)。“重力探测器B”卫星于2004年4月20日从美国加州范登堡空军基地发射,从2004年8月至2005年8月整整50周的时间内,“重力探测器B”卫星一刻不停地在向地面传输着数据。(杨孝文)

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