“引力探测器B”证实广义相对论两项关键预测

2011-5-05 14:02 来源: 中国科学院
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  美国航天局5月4日发布消息称,该局2004年发射的“引力探测器B”卫星已经证实了爱因斯坦广义相对论的两项关键预测。

  广义相对论认为,引力是因质量的存在而引起的时空弯曲,引力场的存在会改变时空几何学规则,时间和空间是不可分割的四维整体。这一理论有两项重要预测,即时间和空间不仅会因地球等大质量物体的存在而弯曲,大质量物体的旋转还会拖动周围时空结构发生扭曲,这就是“短程线效应”和“惯性系拖曳效应”。

  按照科学家的通俗比喻,如果把时空结构想象为一张平坦的床单,把地球等大质量物体看成是一个保龄球,那么床单会因保龄球的放入而凹陷下去,这就是“短程线效应”。而“惯性系拖曳效应”有点像把一个橡皮球放入盛满糖浆的大碗,橡皮球或者说大质量物体的转动,会带动糖浆或者说时空结构跟着一起运动。

  “引力探测器B”的主要装备是4个超高精度的回转仪。当“引力探测器B”在距离地球约640公里的极地轨道上开始运转时,4个回转仪自转轴同时对准遥远恒星——IM Pegasi。如果地球引力不影响时间和空间,那么回转仪自转轴将一直指向初始方向。实际观测结果是,受地球引力拖曳,回转仪自转轴方向发生了可测量的细微偏移,从而证实了爱因斯坦的理论。

  这项研究成果已发表在美国《物理评论快报》(PRL)杂志网络版上。项目首席科学家、斯坦福大学教授弗朗西斯·埃弗里特表示,“想象一下将地球浸入蜂蜜中,地球旋转时,它周围的蜂蜜也会打旋,时间和空间同样如此。‘引力探测器B’证实了爱因斯坦的两项最深奥的预测,对天体物理学研究具有深远意义。”

  美国航天局天体物理学家威廉·丹奇说:“这项成果对理论物理学具有长期影响,将来要想挑战爱因斯坦的广义相对论,就必须获得比‘引力探测器B’观测结果更精确的数据。”