NASA 重力实验发现地球周围存在时空涡旋,如同第四维度的糖浆罐

引力探测器实验使用了迄今为止制造的最完美的球体

就像沙滩椅在日光浴者的体重下塌陷一样,时空结构确实会 围绕地球质量发生弯曲 ——正如阿尔伯特·爱因斯坦所预测的那样。又像游泳者在水中前进一样,地球的自转会影响时空本身的运动。据美国宇航局称,一项可以追溯到人类太空飞行时代之前的引力探测器终于证实了广义相对论的正确性。

引力探测器-B测量了测地效应,即地球在其所处空间和时间上造成的弯曲程度,以及参考系拖曳效应,即地球自转对周围时空的搅动程度。

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,而像行星或恒星这样的重物体会压迫该结构,就像一个人坐在椅子或蹦床上一样。引力吸引实际上只是物体沿着弯曲的路径运动。

更重要的是,一个大质量天体的自转也会影响时空结构,使得远处的观察者会感觉到靠近引力天体的物体被拖拽着移动。想象一下地球坐在一个大桶的液体中——随着行星的旋转,液体也会开始旋转,地球附近的物体也是如此。

如果这是真的,那么陀螺仪的轴相对于遥远恒星的光线会发生变化。这正是GP-B的设计目的。

GP-B在距离地球400英里高的极地轨道上运行,其中包含四个石英-硅球制成的陀螺仪,它们被认为是近乎完美的——它们被载入吉尼斯世界纪录。它还有一个望远镜,在卫星绕行时一直注视着一颗名为IM Pegasi的恒星。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,它们的自转方向发生了微小但可测量的变化。这正是爱因斯坦在1916年预测的那样。

斯坦福大学

据斯坦福大学首席研究员弗朗西斯·埃弗里特称,对于感兴趣的人来说,它测量到的测地进动(时空弯曲)为6.600角秒,误差范围为±0.017;参考系拖曳效应为0.039角秒,误差范围为±0.007。1角秒是1度的1/3600。根据美国宇航局的一封电子邮件,该卫星的精度相当于从100英里外测量一张纸的边缘厚度。这些计算结果在线发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,与爱因斯坦的预测吻合。

科学家们称这是一个“史诗般的结果”,美国宇航局在今天的新闻发布会上公布了这一消息。尽管GP-B在其漫长的生命周期中经历了许多曲折,从1959年的构思到2004年的最终发射,但它还是取得了成功。在此过程中,它需要新的创新,包括能够减少轨道卫星的阻力、温度波动和磁场影响的技术。GP-B技术被应用于GPS设备,并被用于美国宇航局的宇宙背景探测器任务,该任务测定了宇宙微波背景。GP-B于2004年成功发射后,于2008年耗尽资金,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·威尔表示,GP-B的遗产将是验证相对论。

“有一天,这将作为物理学史上最经典的实验之一被载入教科书,”他说。

美国宇航局科学新闻

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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