|
經過45年醞釀和開發，耗資7億美元的美國“引力探測器B”衛星20日下午從加州范登堡空軍基地成功升空，它的使命是以前所未有的精度對愛因斯坦1916年提出的廣義相對論進行驗證。
廣義相對論認爲，引力是因質量的存在而引起的時空彎曲，引力場的存在會改變時空幾何學規則，時間和空間是不可分割的四維整體。與牛頓經典力學理論相比，廣義相對論代表着人類時空觀的革命。
“引力探測器B”將對廣義相對論的兩項重要預測進行驗證。具體說，就是時間和空間不僅會因地球等大質量物體的存在而彎曲，大質量物體的旋轉還會拖動周圍時空結構發生扭曲。這兩項預測分別被稱爲“短程線效應”和“慣性系拖曳效應”。
按照參與該項目的科學家們的通俗比喻，如果把時空結構想象爲一張平坦的牀單，把地球等大質量物體看成是一個保齡球，那麼牀單會因保齡球的放入而凹陷下去，所謂“短程線效應”可以如此簡單理解。而所謂“慣性系拖曳效應”，則有點像把一個橡皮球放入盛滿糖漿的大碗，橡皮球或者說大質量物體的轉動，會帶動糖漿或者說時空結構跟着一起運動。
“引力探測器B”衛星主要採用4個超高精度的陀螺儀，來測量地球自身質量以及自轉給陀螺儀所處時空造成的彎曲和扭曲效應。衛星將主要在距離地球約640公里的極地軌道上運轉，其探測預計將持續一年半左右。在探測開始時，4個陀螺儀自轉軸和衛星上的一臺望遠鏡方向同時對準一顆遙遠恆星。按照理論假設，隨着時間推移，陀螺儀自轉軸會因地球的“短程線效應”和“慣性系拖曳效應”而分別發生偏移。通過測量偏移情況，就可以“看到”地球對其周圍時空到底產生了什麼樣的影響。
這種影響將是非常細微的。科學家們說，由“慣性系拖曳效應”導致的陀螺儀自轉軸偏轉，其角度之小，就好比是從400米遠之外去看人的一根頭髮絲。爲了測出這種微小的效應，“引力探測器B”衛星採用了很多最尖端的技術。以4個乒乓球大小的陀螺儀爲例，它們由石英制成，經過了精心打造，號稱目前人類製造出的最完美、最圓的球體。這些陀螺儀表面如此光滑，以致於CD光盤和它們相比表面粗糙得就像一張砂紙。爲了提供一個近乎理想的時空參照系，這些陀螺儀必須不受任何外力影響，它們以電懸浮方式保持在真空狀態下旋轉，每分鐘轉速可達1萬次。安置陀螺儀的容器被置於接近絕對零度的環境下，外面還有4層鉛保護層。
科學家們稱，“引力探測器B”將首次對“慣性系拖曳效應”進行直接驗證，其對“短程線效應”的測量結果誤差有望不超過萬分之一，精度大大超過以前的實驗結果。美國宇航局的一份新聞公報認爲，該衛星的探測結果將會幫助科學家加深對宇宙基本結構的理解，更清楚地看到物理世界與引力理論之間的聯繫。
美國斯坦福大學的3名科學家1959年最早在一個游泳池邊萌發了有關“引力探測器B”的想法。1958年成立的美國宇航局1964年正式開始對這一計劃進行資助。40多年來，“引力探測器B”命運多舛，因技術、經費等問題多次面臨下馬的境地，其間用於探測引力對時間的彎曲效應的“引力探測器A”計劃早在1976年就得到實施。幾十年中，圍繞“引力探測器B”共產生了約100篇博士論文。這一美國宇航局歷史上耗時最長的探測計劃最終付諸實施，使幾代科學家夢想成真。“引力探測器B”現任首席科學家、斯坦福大學教授埃弗裏特首次接觸該計劃時僅28歲，如今已是年過花甲。
|
