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廣義相對論驗證結果公布:愛因斯坦兩大預言被證實
中華网 |2007-04-20        
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2004年美國宇航局的“重力探測器B”衛星發射升空,其使命是驗證愛因斯坦廣義相對論中的兩個重要預言。如今三年過去了,根据“重力探測器B”發回的早期數据,在這位偉大理論物理學家提出的兩個重要預言中,至少有一個是正确的。

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圖片説明:引力探測器GP-B(圖片來源:斯坦福大學)

科學网4月17日報道

人們期待已久的廣義相對論驗證結果終于初露端倪。可以肯定的是,科學家已經确定了廣義相對論時空扭曲兩大預測效應其中之一----“測地效應”。研究人員目前邃在對數据進行進一步研究,以期從中确定更加模糊和微弱的“慣性系曳效應”。

在近日舉行的美國物理學會年會上,從事該項研究的科學家讓同行們在正式結果發布之前“瞥了一眼”相關數据分析。該項目的帶人、美國斯坦福大學物理學家Francis

Everitt表示,“較顰著的‘測地效應’從數据中完全可見……我們正在完全證實相對論的道路上穩步前進。”

廣義相對論(General

Relativity?)是愛因斯坦于1915年以几何語言建立而成的引力理論,統合了狹義相對論和牛頓的万有引力定律,將引力改描述成因時空中的物質与能量而彎曲的時空,以取代傳統對于引力是一种力的看法。因此,狹義相對論和万有引力定律,廣義相對論在特殊情况之下的特例。狹義相對論是在没有重力時的情况;而万有引力定律則是在距離近、引力小和速度慢時的情况。

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圖片説明:地球兩大時空效應示意圖(圖片來源:斯坦福大學)

美國國家航空航天局(NASA)于2004年4月發射了引力探測器B(Gravity Probe B,簡稱GP-B),對廣義相對論的兩項重要預測進行驗證。具体地説,就是時間和空間不僅會因地球等大質量物体的存在而彎曲,大質量物体的旋轉邃會拖動周圍時空結构發生扭曲。這兩項預測分别被稱為“測地效應”和“慣性系曳效應”。

GP-B利用四個旋轉的乒乓球大小的球体作為陀螺儀,當地球引力拖曳周圍時空時,會對每個球体的軸心產生影響。利用飛馬星座(Pegasus

constellation)中的一顆恒星作為校准,研究人員用望遠鏡測量了“測地效應”引起的變化。

而為了探測“慣性系曳效應”,研究人員不得不确定球体轉軸0.000011度的移動,這就好比從400米外看到一根頭髮絲的寬度。Everitt表示,通過數据研究剛剛“看到”該效應的端倪,不過該小組仍需對外界對球体的其他影響進行解釋研究。

GP-B計划于2005年9月終止數据采集,Everitt和同事原本希望于2006年夏公布研究結果,但一些意想不到的情况比如電場影響了球体的方位,使這一時間被迫推遲。Everitt笑稱,“你可以把這歸咎于我的天真……但我們將盡快完成(分析工作)。”Everitt表示,研究小組正在加緊分析真正有效的時空信號數据,并在12月完成整個工作。

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