广义相对论经历的6大考验( 三 ) _小知识

检验是从1966年开始的，科学家借助位于麻省理工学院的一架直径36米宽的射电波天线，探测到从水星反射回来的雷达波非常接近夏皮罗计算的结果。
为了进一步验证这一效应，后来的实验放弃了行星，因为行星粗糙不平的表面会把一部分雷达波信号散射掉，而改为反射效果更好的物体——太空飞行器。 1979年，科学家利用“维京号”火星登陆车验证了这一效应。 2003年，意大利研究人员在与当时正飞往土星途中的“卡西尼号”飞行器通讯时，也探测到一个时间延迟，精度达到百万分之20 ，甚至比用“维京号”所取得的结果还好50多倍，而且与广义相对论的预言惊人得符合。
对等效原理的检验
广义相对论是建立在等效原理基础上的，所以通过验证等效原理，也可以对广义相对论进行检验。
等效原理说，任何物体不论什么样的质量和构成，在引力场中都以相同的加速度下落。基于这一思想，广义地说，自然规律应该在任何地方、任何时候都一样。
支持等效原理第一个证据来自4个世纪前。 1589年，著名的意大利天文学家伽利略从举世闻名的比萨斜塔上扔下两个球，这两个球尽管是用不同材料做的，但在空气阻力忽略不计的情况下，却同时落地。
一转眼到了1971年，科学家在月球上做了一个更具说服力的实验。在“阿波罗15号”计划中，宇航员同时扔下一个铁锤和一根羽毛。人们发现，在没有空气的月球环境中，两个物体在同一时间着地，从而印证了伽利略的实验。
阿波罗计划的宇航员还在月面上留下了一些反射镜。这些奇特的镜子让地球上的科学家可以通过从月球上反射的激光，精确测量月球相对地球的位置，精度可达0.06毫米。
由于地球和月球同处于太阳的引力场中，科学家利用这些反射镜装置证明，月球朝向太阳运动的加速度跟地球朝向太阳的加速度是一样的（我们可以把圆周运动看成是在切线方向的匀速运动和在径向方向的自由落体运动的合运动），再次印证了等效原理的正确性。
时空拖曳效应
广义相对论还预言了处于转动状态的大质量物体会拖曳其周围的时空，这种现象被称作“时空拖曳效应” 。
要想理解这一点，你不妨把时空想像成一锅蜂蜜，当一个物体在其中转动时，会拖曳周围的蜂蜜，让它们的位置发生改变。
大约在1960年，物理学家想像出一个实验来验证这个预言。第一步：在一颗环绕地球的人造卫星上放置一个陀螺仪。第二步：把陀螺仪的自转轴对准选定的一颗遥远恒星。第三步：经过一段时间后，查看陀螺仪的自转轴朝向有没有偏离原先所指向的恒星，若有偏离，偏离的程度多大。
这一设想直到44年后才在技术上成为可能。 2004年4月，美国宇航局发射了“引力探测器B” ，上面搭载了一个精度极高的陀螺仪（为保证陀螺仪的精确度，组成陀螺仪的石英球被打磨得非常接近于理想的球体）。经过了2年多的数据收集之后，测量结果再次支持了广义相对论的这一预言。
俗话说， “真金不怕火炼” 。从上述6个例子中，我们看到广义相对论一次次经受了检验。不过尽管这些检验给人印象深刻，但都有一个缺陷，即都是在引力较弱的地方，像太阳或地球的引力场中开展的。在引力极强的地方，比如说在黑洞附近，会如何？广义相对论会不会失灵呢？我们却不得而知。所以对广义相对论的检验还将不断地深入下去。

广义相对论经历的6大考验( 三 )

猜你喜欢