NASA公布史诗级时空实验结果

2011 年 5 月 4 日：爱因斯坦又说对了。是一个围绕地球的时空漩涡，它的形状恰好符合爱因斯坦引力理论的预测。

研究人员在今天 NASA 总部召开的新闻发布会上证实了这一点，他们在会上宣布了人们期待已久的重力探测器 B 的结果(GP-B).

“地球周围的时空似乎是扭曲的，就像广义相对论预测的那样，”斯坦福大学物理学家、引力探测器 B 任务的首席研究员弗朗西斯·埃弗里特说。

一个艺术家的概念GP-B测量地球周围弯曲的时空

“这是一个史诗般的结果，”圣路易斯华盛顿大学的 Clifford Will 补充说。威尔是爱因斯坦理论的专家，他是美国国家航空航天局于 1998 年成立的国家研究委员会的一个独立小组的主席，该小组负责监测和审查引力探测器 B 的结果。“总有一天，”他预言，“这会被载入教科书，成为物理学史上的经典实验之一。”

根据爱因斯坦的相对论，时间和空间交织在一起，形成了一个四维的织物，称为“时空”地球的质量使这种织物形成凹痕，就像一个沉重的人坐在蹦床中间。爱因斯坦说，重力只是让物体沿着酒窝的曲线运动。

如果地球静止不动，这就是故事的结局。但是地球不是静止的。我们的地球是旋转的，旋转会稍微扭曲酒窝，把它拉到四维的旋涡中。这就是GP-B04 年去太空查了一下。

实验背后的想法很简单：

将旋转的陀螺仪放入绕地球的轨道，旋转轴指向某个遥远的恒星作为固定的参考点。在不受外力作用的情况下，陀螺仪的轴心会一直指向恒星——永远。但是，如果空间扭曲，陀螺仪的轴的方向应该随时间漂移。通过注意到相对于恒星的方向变化，可以测量时空的扭曲。

实际上，这个实验非常困难。

重力探测器 B 的超球面陀螺仪之一

四个陀螺仪在GP-B是人类制造的最完美的球体这些乒乓球大小的熔石英和硅球直径1.5英寸，与一个完美的球体相差不超过 40 个原子层。如果陀螺仪不是球形的，即使没有相对论的影响，它们的旋转轴也会摆动。

根据计算，地球周围扭曲的时空应该导致陀螺仪的轴线在一年内仅漂移0.041弧秒。弧秒是度的 1 / 3600 。为了很好地测量这个角度GP-B需要0.0005角秒的惊人精度这就像测量 100 英里外的一张纸的厚度。

“ GP - B 研究人员必须发明全新的技术才能实现这一目标，”威尔指出。

他们开发了一种“无阻力”卫星，这种卫星可以与地球大气层的外层擦肩而过，而不会干扰陀螺仪。他们发现了如何防止地球磁场穿透宇宙飞船。他们发明了一种装置来测量陀螺的旋转速度不碰陀螺仪.

完成这个实验是一项特殊的挑战。但是，经过一年的数据收集和近五年的分析，这GP-B科学家似乎已经做到了。

“我们测量了6.600 0.017角秒的大地进动和0.039 0.007角秒帧拖拽效应，” Everitt 说。

对于不是相对论专家的读者：大地进动是地球静止质量（时空中的酒窝）所造成的摆动量和帧拖动效果是地球自转（时空扭曲）引起的摆动量。这两个值都与爱因斯坦的预测精确一致。

“在我主持的委员会看来，这一努力确实是英勇的。我们被震撼到了”威尔说。

一个围绕黑洞扭曲时空的艺术概念。贷项：《天空与望远镜》杂志的乔·伯杰隆

引力探测器 B 的结果给了物理学家新的信心，他们相信爱因斯坦理论的奇怪预测确实是正确的，而且这些预测可能适用于其他地方。存在于地球周围的时空漩涡在宇宙的其他地方被复制和放大——在大质量中子星、黑洞和活动星系核周围。

“如果你试图在一个黑洞周围严重扭曲的时空中旋转一个陀螺仪，”威尔说，“它不会只是轻轻地前进一个度的零头。”它会疯狂地摇晃，甚至可能翻倒。“

在双黑洞系统中——也就是说，一个黑洞绕着另一个黑洞旋转——黑洞本身是旋转的，因此表现得像陀螺仪。想象一个由黑洞绕轨道旋转摇晃翻转的系统！这就是广义相对论所预言的GP-B告诉我们真的是真的

的科学遗产GP-B并不局限于广义相对论这个项目也影响了数百名年轻科学家的生活：

“因为它是基于一所大学，很多学生都能够在这个项目上工作，” Everitt 说。“斯坦福大学有超过 86 篇博士论文，另外还有 14 篇其他大学的博士论文被授予从事研究的学生。GP-B.数百名大学生和 55 名高中生也参加了这次活动，其中包括宇航员萨利·莱德和最终的诺贝尔奖得主埃里克·康奈尔。”

NASA 于 1963 年秋季开始为重力探测器 B 提供资金。这意味着 Everitt 和一些同事已经在 47 年多的时间里计划、推广、构建、运营和分析实验数据——这确实是一项史诗般的努力。

接下来是什么？

Everitt 回忆起他的论文导师、诺贝尔奖得主 Patrick M . S . Blackett 给他的一些建议：“如果你想不出物理学下一步该做什么，那就发明一些新技术，它会带来新的物理学。”

“嗯，”埃佛里特说，“我们为重力探测器 B 发明了 13 项新技术。谁知道他们会带我们去哪里？“

这部史诗可能才刚刚开始，毕竟...