美国宇航局引力实验发现地球周围的时空漩涡,就像一桶四维糖蜜

美国宇航局引力实验发现地球周围的时空漩涡,就像一桶四维糖蜜

就像沙滩椅在日光浴者的重量下下陷一样,时空结构确实会围绕地球质量发生扭曲——正如阿尔伯特·爱因斯坦所预测的那样。就像游泳者在水中移动一样,地球的自转会影响时空本身的运动。据 NASA 称,一个起源于人类航天时代之前的重力探测器终于证明了广义相对论是正确的。

引力探测器-B 测量了大地测量效应,即地球扭曲其所在空间和时间的程度,以及参考系拖拽,即地球自转搅动时空的程度。

爱因斯坦的相对论认为,空间和时间交织在一起形成一个四维结构,行星或恒星等重物会压低该结构,就像坐在椅子或蹦床上的人一样。引力实际上只是物体沿着弯曲的路径运动。

此外,大质量天体的旋转也会影响到物质结构,因此远处的观察者会感觉到靠近引力体的物体被拖着走。想象一下地球坐在一桶液体中——随着行星的旋转,液体也开始旋转,地球附近的一切也是如此。

如果这是真的,陀螺仪的轴与来自遥远恒星的光相比会发生变化。这正是 GP-B 的设计目的。

GP-B 在距地球 400 英里的极地轨道上运行,包含四个由石英硅球制成的陀螺仪,这些陀螺仪被认为近乎完美——它们被载入了吉尼斯世界纪录。它有一个望远镜,在卫星绕行时盯着一颗恒星,即飞马座 IM。如果地球的质量不影响时空,陀螺仪将永远指向同一个方向。但它们并没有,它们的旋转方向发生了微小但可测量的变化。这正是爱因斯坦在 1916 年预测的。

对于那些感兴趣的人,据斯坦福大学首席研究员弗朗西斯·埃弗里特 (Francis Everitt) 称,它测量的大地进动 (时空下降) 为 6.600 角秒,正负 0.017,参考系拖拽效应为 0.039 角秒,正负 0.007。角秒是 1/3600 度。据 NASA 的一封电子邮件称,该卫星的精度相当于从 100 英里外测量一张纸的边缘厚度。计算结果发表在《物理评论快报》上,与爱因斯坦的预测相吻合。

科学家们称其为“史诗级成果”,NASA 在今天的新闻发布会上宣布了这一消息。尽管 GP-B 在漫长的生命周期中经历了许多曲折,从 1959 年的构思到最终于 2004 年发射,它仍然取得了成功。它一路上需要新的创新,包括可以减少阻力、温度波动和轨道卫星磁场影响的技术。GP-B 技术用于 GPS 设备,并用于 NASA 的宇宙背景探测器任务,该任务确定了宇宙微波背景。在 2004 年最终发射后,GP-B 在 2008 年资金耗尽,随后沙特阿拉伯的研究人员介入。

华盛顿大学圣路易斯分校的相对论专家克利福德·威尔说:“GP-B 的遗产将是对相对论的验证。”

他说:“有一天,这将被写进教科书,成为物理学史上的经典实验之一。”

美国宇航局科学新闻

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