解析美发射探测卫星验证90年前爱因斯坦预言

工作人员正在进行重力探测器的最后组装

陀螺仪上的球体直径只有3.8厘米，这是目前最完美的球体。

地球重力场时空扭曲效应图

重力探测器B在地球极轨部署后的形态

《新京报》全面报道，自从爱因斯坦90年前提出引力是场而不是力的概念以来，美国已经准备好测试这一概念的最精确的陀螺仪和运载火箭。来自美国宇航局的消息称，当地时间4月19日，重力探测器B将被送往地球的极地轨道，直接验证爱因斯坦的广义相对论的推断，即时空将被旋转的物体扭曲。这个项目已经创下了最长的记录。自1964年美国国家航空航天局启动该项目以来，整个项目经历了曲折，在最终实现之前和之后，共拆除了7次，耗资7亿美元。为了验证“惯性系统拖曳”现象，爱因斯坦的广义相对论是现代物理学的基石。其本质是重力存在于两个物体之间，因为重力扭曲了四维时空。1919年日食期间的观测证实了太阳的引力使恒星弯曲。1976年，美国宇航局的重力探测器A计划将一个原子钟送入距离地球10000公里的太空，证实了爱因斯坦关于重力会减慢时间的假设。然而，重力测量的方案b试图测量爱因斯坦理论中更奇怪的现象——“拖帧”，即由离轴旋转物体的重力场引起的时间和空间的扭曲。理论上，时空扭曲的发生可以通过监测绕地球运行的陀螺仪的轴的位置来验证。参考星座确定后，如果出现时空畸变，陀螺轴和参考星座之间的方向关系将发生变化。加州理工学院的重力物理学家吉普·索恩说，测量太阳系的时空扭曲效应可以帮助科学家更好地理解黑洞现象。第一个直接测试这种现象的太空装置——重力探测B装置的原理很简单，根据牛顿力学原理，在陀螺仪和参考星座对准之后，如果没有外部干扰，它们将始终保持对准。然而，根据爱因斯坦的理论，地球自转和重力场引起的时空扭曲将导致陀螺仪和参考星座的相对方向发生变化。在美国宇航局的新闻发布会上，索恩说即将发射的重力探测器B是第一个直接测试这种现象的太空设备。索恩说，“我们从未见过空间被移动的物体扭曲。”他说这是爱因斯坦广义相对论的一个主要结论。虽然一些科学家已经通过其他实验间接地证实了这个结论，但是到目前为止还没有实际的实验直接证实它。索恩说，现代宇宙学的许多方面都依赖爱因斯坦的理论来解释天文现象，例如解释像黑洞这样的超致密物体会阻止光线逃逸。最完美的球体这个空间实验陀螺仪中使用的关键设备包括迄今为止最精确的球体。重力探测器B有四个小陀螺仪，每个陀螺仪都有一个乒乓球大小的球体。根据美国宇航局的说法，这是迄今为止人类制造的最完美的球体。应时的球体涂有超导薄膜。斯坦福大学的科学家弗朗西斯·伊弗特认为，每一个陀螺仪的精度都比目前类似的太空设备高100多万倍。在重力探测器进入400英里高的轨道后，一个参考星座将被锁定13个月。在此期间，传感器将记录陀螺轴偏离的证据，从而验证爱因斯坦的理论。美国国家科学研究委员会认为，如果实验成功，它将成为验证物理学理论的经典实验。如果没有发现爱因斯坦理论的证据，这个实验将是革命性的，因为这意味着现代物理学的基石广义相对论将被改写。