美國太空總署重力實驗發現地球周圍存在時空渦旋,如同四維空間中的糖漿。 美國太空總署重力實驗發現地球周圍存在時空渦旋,如同四維空間中的糖漿。

美國太空總署重力實驗發現地球周圍存在時空渦旋,如同四維空間中的糖漿。

美國太空總署重力實驗發現地球周圍存在時空渦旋,如同四維空間中的糖漿。

就像沙灘椅在日光浴者的重量下下陷一樣,時空結構確實會圍繞地球的質量發生彎曲——正如阿爾伯特·愛因斯坦所預言的那樣。就像游泳者在水中游動一樣,地球的自轉也會影響時空本身的移動。據美國宇航局稱,一項起源於人類太空飛行之前的引力探測器最終證實了廣義相對論的正確性。

重力探測器-B 測量了大地測量效應(即地球扭曲所在時空的程度)和參考系拖曳效應(即地球自轉帶動時空旋轉的程度)。

愛因斯坦的相對論認為,空間和時間交織成一個四維結構,而像行星或恆星這樣的有重量的物體會使這個結構產生下陷,就像有人坐在椅子上或蹦床上一樣。引力其實就是物體沿著彎曲的路徑運動。

此外,大質量天體的自轉也會影響地球的結構,因此遠處的觀察者會感覺到靠近引力天體的物體被拖曳著四處旋轉。想像地球放在盛滿液體的容器裡-隨著地球自轉,液體也開始旋轉,地球附近的一切物體也隨之旋轉。

如果這是真的,那麼陀螺儀的軸線會隨著遙遠恆星的光線而改變。這正是GP-B的設計目的。

GP-B衛星在距離地球400英里的極地軌道上運行,其內部裝有四個由石英矽球製成的陀螺儀,這些陀螺儀被認為近乎完美——它們已被載入吉尼斯世界紀錄。衛星搭載的望遠鏡在繞地球運行期間一直觀測著一顆恆星-飛馬座IM星。如果地球的質量不影響時空,這些陀螺儀應該永遠指向同一個方向。但事實並非如此,它們的自旋方向發生了微小但可測量的變化。這正是愛因斯坦早在1916年就被預言的現象。

史丹佛大學

根據史丹佛大學首席研究員 Francis Everitt 介紹,該衛星測得的測地線歲差(時空凹陷)為 6.600 角秒,誤差為正負 0.017 角秒;參考系拖曳效應為 0.039 角秒,誤差為正負 0.007 角秒。一角秒等於 1 度的 1/3600。根據美國太空總署 (NASA) 的一封電子郵件,該衛星的精度相當於從 100 英里外測量一張紙的邊緣厚度。這些計算結果已在線發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters) ,與愛因斯坦的預測相吻合。

科學家稱之為“史詩級成果”,美國宇航局(美國宇航局)今天在新聞發布會上宣布了這一消息。 GP-B衛星的成功並非偶然,而是在其漫長的研發歷程中經歷的諸多波折——從1959年構思到2004年最終發射。在此過程中,GP-B需要持續進行創新,包括能夠減少軌道衛星阻力、溫度波動和磁場影響的技術。 GP-B技術應用於GPS設備,也曾用於NASA的宇宙背景偵測器(COBE)任務,該任務用於偵測宇宙微波背景輻射。 GP-B於2004年最終發射後,於2008年因資金耗盡而停止研發,之後沙烏地阿拉伯的研究人員介入並繼續推進該計畫。

聖路易斯華盛頓大學的相對論專家克利福德·威爾表示,GP-B 的遺產將是相對論的驗證。

「總有一天,這會被寫進教科書,成為物理學史上最經典的實驗之一,」他說。

美國太空總署科學新聞