澳门新葡亰娱乐网址 武器 爱因斯坦啊,你为何总是正确的?新观测结果再次证明了广义相对论

爱因斯坦啊,你为何总是正确的?新观测结果再次证明了广义相对论



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重力探测器B是NASA和斯坦福大学联合进行的一个试验项目,目的是验证爱因斯坦广义相对论的两个重要预测,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,这两项预测分别被称为“恻地效应”和“结构拖曳(Frame
Dragging)”,这些是通过测量4个陀螺仪转向地球旋转方向的微小变化得到的。

在人类科学史上,相对论无疑是最值得人们称道的科学成就。在一百多年前,爱因斯坦就提出了狭义相对论和广义相对论,直到今天,我们仍然还在试图证明其中的理论,并且,每一次都证明:爱因斯坦是正确的。

结构特点研制历程结构特点

去年的时候,科学家们公布了人类历史上第一张黑洞照片,正式“发现”了从爱因斯坦的相对论中推导出来的这种天体,让它从理论变成了实际,证明了爱因斯坦的正确性。

在探测器的中心,是几乎完全与外界隔离的陀螺仪:4个直径1.5英寸比高尔夫球稍大一些的石英球,这些石英球表面镀有一层铌,在望远镜工作的温度下,金属铌处于超导状态。

最近,科学家们新的一系列观察,再次证明了相对论里其他的论点。

当石英球旋转时,一些金属铌的电子会从原子中逸出,这种相对运动会产生微小的电流,并进而生成磁场。通过观测磁场的轴,就能够确定陀螺仪旋转轴所指的方向,陀螺仪可以没有扰动地自由转动,因此它们能够提供近乎完美的空间一时问参考系统。

这里要说明的是,爱因斯坦本人其实并没有作出这么多的推导,其实大部分的结果,都是其他科学家根据相对论顺势进行的推导出来的。就比如我们刚才说的黑洞,其实是德国天文学家·卡尔·史瓦西利用爱因斯坦场方程所推导出来的真空解。当然,如果没有爱因斯坦的理论,这些科学家也无从去推导这些结果。因此,说到底,所有这些发现和成就,都有爱因斯坦的功劳。

研制历程

除了黑洞之外,相对论告诉我们的另一个重要理论就是:空间是可以扭曲的。即使是三维空间,也可以像二维空间一样,发生弯曲。而导致三维空间扭曲的,是质量,或者说引力。就像我们把一个球放在一张网上,网会凹陷下去一样。任何物体放在空间中,空间也会“凹陷”,只不过,只有宇宙天体的质量级别,才能够把空间扭曲到我们看得见的程度。

2004年8月24日,重力探测器开始科学运行并持续50个星期。飞行器传回多于1000吉字节的数据。因为液体氦耗尽,数据收集工作在2005年9月29日结束。2007年4月发布了第一次观测结果。

除此之外,科学家利用爱因斯坦的理论还推导出:一个物体不仅可以通过质量扭曲空间,还可以通过旋转来扭曲。

这个原理可以很形象地进行一个比喻:就好像你在一碗水中插进一根筷子,插筷子的水面就会凹陷,这是前面说的那个理论。如果你把筷子旋转起来,筷子周围的水也会跟着旋转起来,这就是后面推导出来的理论。这个理论,被称作坐标系拖曳效应,也叫惯性系拖曳效应。

形象地比喻之后,很多人会觉得这事好像很理所当然。可是,科学是需要证据的,必须要有观测结果来证明。问题在于,该怎么证明呢?

离我们最近的在旋转的天体,就是地球了。因此,地球显然是最好的选择之一。

为此,NASA联合斯坦福大学,发射了一个造价达7.5亿美元的重力探测器B,用以探测坐标系拖曳和另一个爱因斯坦的理论。

重力探测器B测量坐标系拖曳的方法说起来也并不很难理解,就是在地面上空642公里处安放4个陀螺仪。如果爱因斯坦的理论没错,那么经过足够长的时间后,这几个陀螺仪就会有微小的偏转,而偏转的方向就应该是地球自转的方向。当然,由于地球的质量放眼宇宙简直微不足道,因此偏转程度也极小,所以测量必须非常非常精密。

可是,就像我们说的,地球所能引起的坐标系拖曳效应,实在是太过于微小,科学家是不能够满足的。必须要找质量更大的,旋转更快的天体。

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