愛因斯坦廣義相對論兩大猜想獲實驗證實

　　廣義相對論兩大猜想獲實驗證實

　　美國斯坦福大學網站5月5日(北京時間)發布消息稱，美國國家航空航天局(NASA)和該校研究人員已經證實了愛因斯坦廣義相對論中兩項重要預測，從而為這項史上延續時間最長的空間項目畫上了句號。相關論文在線發表在《物理評論快報》雜誌網站上。

　　研究人員是通過對「引力探測器B(GP-B)」衛星數據的分析得出上述結論的。引力探測器B使用了4個超高精度的迴轉儀來測量地球自身質量以及自轉給迴轉儀所處時空造成的彎曲和扭曲效應。

　　驗證的第一個理論是測地線效應，也稱短程線效應。該理論認為時間和空間會因為地球等大質量物體的存在而彎曲。通俗的來說，如果把時空結構想像為一張平坦的床單，把地球等大質量的物體看作是一個保齡球的話，當「保齡球」被放在「床單」上時，床單就會發生凹陷。

　　驗證的第二個理論是慣性系拖曳效應，該理論認為，大質量物體的旋轉會拖動周圍時空結構發生扭曲。這時可以把地球等大質量物體想像為一個橡皮球，把物體周圍的時空結構看作是一碗黏稠的蜂蜜，當「橡皮球」在「大碗」中轉動時，就會帶動碗中的「蜂蜜」跟著「橡皮球」一起運動。

　　斯坦福大學科學家早在1959年就產生了通過製造引力探測器B驗證這兩大設想的想法，很多所需的技術當時還沒有被發明出來。NASA從1963年開始為該項目籌措資金，並開始對迴轉儀進行實驗。41年後，耗資高達7億美元的引力探測器B終於被送到了距離地球約640公里的極地軌道上。在探測開始時，4個迴轉儀自轉軸和衛星上的一台望遠鏡的方向同時對準一顆遙遠恆星。按照理論假設，隨著時間推移迴轉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。而如果事情並非如愛因斯坦所預測的那樣，4個迴轉儀在軌道上將會永遠指向同一個位置。斯坦福大學是該項目的主要承包人，負責科學儀器的設計、總裝，任務操作以及數據分析工作。

　　半個多世紀以來，引力探測器B項目遭遇過不少挫折，還因技術、經費等問題多次面臨下馬的困境。儘管如此，幾十年來由該項目所導致的突破性技術進展在航天器環境擾亂(如氣動阻力、磁場和溫度變化)控制以及航天器定位上都獲得了廣泛應用。該任務中所使用的星體跟蹤器和迴轉儀達到了有史以來最高的精度；由該項目所激發的載波相位與差分GPS定位技術將GPS的精度提高到了米級，可以讓飛機在無需塔台的情況下自行著陸；此外，引力探測器B的附加技術還在NASA的宇宙微波背景輻射探測任務中得到了應用，為「大爆炸理論」提供了支撐，美NASA的約翰·馬瑟還因此獲得了2006年的諾貝爾物理學獎，而圍繞「引力探測器B」已產生了上百篇博士論文。

　　總編輯圈點

　　廣義相對論在有生以來的每個星期幾乎都要遭受挑戰，但迄今為止，天文學觀測數據與其預測值的相符程度，遠高於其他競爭理論，「挑戰」也多化成了「驗證」。當猛砸錢的「引力探測器B」把技術升級到了當前所能達到的極致時，人們看到該理論仍是解釋大尺度結構時的不二選擇，不愧為撐起現代物理學這所大房子的支柱。只不過，它現在與另一根支柱量子理論互相彆扭著，或是因為，它們其實都不是物理學的終結答案。