美國(guó)宇航局“重力探測(cè)器B”衛(wèi)星 

美國(guó)宇航局“重力探測(cè)器B”衛(wèi)星
 

地球周?chē)鷷r(shí)空旋渦想象圖

      據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，2004年美國(guó)宇航局的“重力探測(cè)器B”衛(wèi)星發(fā)射升空，其使命是驗(yàn)證愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的兩個(gè)重要預(yù)言。如今三年過(guò)去了，根據(jù)“重力探測(cè)器B”發(fā)回的早期數(shù)據(jù)，在這位偉大理論物理學(xué)家提出的兩個(gè)重要預(yù)言中，至少有一個(gè)是正確的。

　　驗(yàn)證廣義相對(duì)論兩大效應(yīng)

　　正在分析“重力探測(cè)器B”衛(wèi)星數(shù)據(jù)的科學(xué)家表示，他們將在接下來(lái)的八個(gè)月時(shí)間驗(yàn)證愛(ài)因斯坦的另一個(gè)預(yù)言正確與否?！爸亓μ綔y(cè)器B”衛(wèi)星于2004年4月20日從美國(guó)加利福利亞發(fā)射升空。探測(cè)任務(wù)首席科學(xué)家在佛羅里達(dá)州杰克遜維爾召開(kāi)的一次物理學(xué)會(huì)議上公布了此次試驗(yàn)的部分細(xì)節(jié)。

　　“重力探測(cè)器B”衛(wèi)星攜帶有四個(gè)超高精度陀螺儀，用于測(cè)試廣義相對(duì)論的兩個(gè)效應(yīng)。其中一個(gè)稱(chēng)為短程線效應(yīng)(Geodetic effect)，另一個(gè)稱(chēng)為坐標(biāo)系拖曳效應(yīng)(Frame?draging effect)。按照愛(ài)因斯坦的推理，他認(rèn)為一個(gè)大質(zhì)量天體，如地球，會(huì)讓周?chē)臅r(shí)空扭曲，就像一顆保齡球放在軟床墊上形成的漩渦，而且天體的重力會(huì)拖著時(shí)空一起旋轉(zhuǎn)，這種扭轉(zhuǎn)效應(yīng)稱(chēng)為“坐標(biāo)系拖曳”。

　　年底公布最終結(jié)果

　　短程線效應(yīng)類(lèi)似于一顆保齡球放在軟墊上，軟墊凹陷變形的形狀。如果保齡球接著旋轉(zhuǎn)，它將開(kāi)始“死拉硬拽”軟墊隨著自己轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，地球在旋轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)以類(lèi)似方式拖拉周?chē)鷷r(shí)空旋轉(zhuǎn)，只不過(guò)這種轉(zhuǎn)動(dòng)幅度很小，令人難以察覺(jué)。在一年時(shí)間內(nèi)，這些效應(yīng)可能會(huì)引起陀螺儀旋轉(zhuǎn)角度以微乎其微的量變化。

　　“重力探測(cè)器B”任務(wù)首席科學(xué)家、斯坦福大學(xué)教授弗朗西斯?埃福瑞特(Francis Everitt)在上周末于杰克遜維爾召開(kāi)的美國(guó)物理學(xué)會(huì)大會(huì)上討論了衛(wèi)星發(fā)回的初步結(jié)果?！爸亓μ綔y(cè)器B”陀螺儀發(fā)回的數(shù)據(jù)將愛(ài)因斯坦短程線效應(yīng)精確度確定為高于1%。斯坦福大學(xué)的科學(xué)家依舊會(huì)從這些數(shù)據(jù)中分析坐標(biāo)系拖曳效應(yīng)的信息。他們計(jì)劃于今年12月公布試驗(yàn)的最后結(jié)果，即在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行八個(gè)月分析之后。

　　帶來(lái)更多疑問(wèn)

　　英國(guó)倫敦帝國(guó)學(xué)院物理學(xué)家蒂姆?蘇姆納教授在接受英國(guó)廣播公司(BBC)采訪時(shí)表示：“在現(xiàn)階段宣布研究初步結(jié)果非常鼓舞人心，這是通向最后重大發(fā)現(xiàn)的道路。研究結(jié)果如今終于公布了，我本人對(duì)此異常欣喜。然而，多數(shù)個(gè)別測(cè)量數(shù)據(jù)僅僅是更大謎團(tuán)的一部分。廣義相對(duì)論是物理學(xué)的最大分支之一，但鑒于重力作為力的相對(duì)弱點(diǎn)，眼下對(duì)其測(cè)試的手段匱乏。我將會(huì)把這一步看作是鞏固廣義相對(duì)論可靠證據(jù)的一部分。廣義相對(duì)論在物理學(xué)領(lǐng)域具有特殊地位。”

　　加州斯坦福大學(xué)教授、“重力探測(cè)器B”項(xiàng)目主管威廉姆?本澤(William Bencze)說(shuō)：“理解這些科學(xué)數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)就如同獲得重大考古發(fā)現(xiàn)。這就好比科學(xué)家剛開(kāi)始使用推土機(jī)挖掘，接著用鐵鏟，最后用牙刷等用具將財(cái)寶上面的灰塵清理走。我們現(xiàn)在正過(guò)渡到使用牙刷的階段。”

　　邁出建立統(tǒng)一理論重要一步

　　蒂姆?蘇姆納教授表示，并沒(méi)有多少物理學(xué)家認(rèn)為在這項(xiàng)試驗(yàn)中看到背離愛(ài)因斯坦重大預(yù)言之處。但他同時(shí)表示，其他一些測(cè)試有可能開(kāi)始揭示廣義相對(duì)論的缺陷，表明還應(yīng)該對(duì)這項(xiàng)理論做出修正。物理學(xué)家一直未能將重力“融會(huì)貫通”，變成描述自然界基本粒子之間主要力量知識(shí)的統(tǒng)一理論。而對(duì)廣義相對(duì)論的修改則可能是建立這種統(tǒng)一理論的重要一步。

　　蘇姆納教授說(shuō)：“科學(xué)家推測(cè)在某個(gè)階段我們將會(huì)揭露背離純粹的愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論之處。當(dāng)你涉及非常強(qiáng)的重力場(chǎng)相互作用時(shí)，廣義相對(duì)論的其中一個(gè)方面就是沒(méi)有完善的理論基礎(chǔ)。部分天體物理學(xué)物體將會(huì)身處高重力場(chǎng)環(huán)境下，如一對(duì)對(duì)圍繞彼此旋轉(zhuǎn)的大質(zhì)量黑洞?！?/P>

　　驗(yàn)證等效原則成關(guān)鍵

　　美宇航局和歐洲航天局聯(lián)合實(shí)施的一項(xiàng)名為“Lisa”(鐳射干涉儀宇宙天線英文縮寫(xiě))的任務(wù)將會(huì)研究來(lái)自雙星系統(tǒng)的重力波?？茖W(xué)家認(rèn)為廣義相對(duì)論在上述環(huán)境下會(huì)“垮臺(tái)”，但“Lisa”任務(wù)可能有助于科學(xué)家了解該理論如何在諸如一對(duì)對(duì)大質(zhì)量黑洞等“高重力場(chǎng)”條件下發(fā)揮作用。

　　其它一些試驗(yàn)將用于驗(yàn)證等效原則(equivalence principle)，這也是廣義相對(duì)論重要基石之一。等效原則來(lái)自對(duì)兩個(gè)物體的觀察：在下落過(guò)程中，它們的加速度相同。蘇姆納教授說(shuō)：“這僅僅是理論框架，從中我們也許會(huì)發(fā)現(xiàn)偏離等效原則之處。這也許能賦予我們找到前進(jìn)道路的指示器?！?/P>

　　蘇姆納教授參與了兩個(gè)驗(yàn)證等效原則的任務(wù)。其中一個(gè)是“Step”(等效原則衛(wèi)星測(cè)試英文縮寫(xiě))，它是由參與“重力探測(cè)器B”任務(wù)的一些科學(xué)家提出的。另一項(xiàng)任務(wù)是“Gauge”(重要統(tǒng)一和重力探測(cè)者英文縮寫(xiě))。“重力探測(cè)器B”衛(wèi)星于2004年4月20日從美國(guó)加州范登堡空軍基地發(fā)射，從2004年8月至2005年8月整整50周的時(shí)間內(nèi)，“重力探測(cè)器B”衛(wèi)星一刻不停地在向地面?zhèn)鬏斨鴶?shù)據(jù)。