美发射探测器直接验证广义相对论

爱因斯坦预言：地球引力令时空变形，旋转物体让时空扭曲

地球引力如何令时空变形？四维时空是否真会扭曲？美国航空航天局2004年4月20日发射“引力探测器B”，首次对爱因斯坦广义相对论中有关时空会因旋转物体产生扭曲的推断进行直接验证。这一革命性试验将对现代物理学产生重大影响。

美国东部时间4月20日午时12点57分，历经45年研发的“引力探测器B”从美国加州范登堡空军基地成功发射升空。“引力探测器B”被送入离地640公里高地球极地轨道后，将围绕地球运转，开始长达16个月之久的科研使命，对爱因斯坦广义相对论有关时间与空间特征的两大预言进行直接验证。

爱因斯坦在20世纪早期提出的广义相对论是现代物理学的奠基石。“引力探测器B”将对广义相对论的两项重要预测进行验证。具体说，就是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“短程线效应”和“惯性系拖曳效应”。除了以前测试过的引力导致时空变形效应外，“引力探测器B”还将首次测试地球的转动如何把时间与空间扭曲在一起，即爱因斯坦理论中更奇怪的现象―――“惯性系拖曳效应”。

据NASA的科学家介绍，“引力探测器B”携带四个精密的石英陀螺仪。这些体积仅为乒乓球大小，是人类制造的最圆的球体，将锁定地球飞行。探测开始时，4个陀螺仪自转轴和卫星上的一台望远镜的方向同时对准一颗遥远恒星。按照理论假设，随着时间推移，陀螺仪自转轴会因地球的“短程线效应”和“惯性系拖曳效应”而分别发生偏移。探测中，一旦地球的存在和运动果真引起时空扭曲时，那么陀螺仪的转轴和参考星座的方向关系就会发生改变―――尽管这种改变将是非常细微的。科学家们说，由“惯性系拖曳效应”导致的回转仪自转轴偏转，其角度之小，就好比是从400米之外去看人的一根头发丝。但许多最尖端技术的采用，将使“引力探测器B”有能力记录下有关陀螺仪轴心偏离的证据。

NASA这一创造纪录的研究项目首先在1959年提出，工程历经波折，先后下马7次，前后共耗资7亿美元，最后才终于得以实现。美国国家科学研究委员会认为，如果这项实验成功的话，它将成为验证物理理论的一个经典实验。如果实验结果不能为爱因斯坦理论提供佐证，那这次实验也将是革命性的，因为那意味着现代物理的基石―――广义相对论将被改写。