歐洲金屬球衛(wèi)星將檢驗(yàn)愛因斯坦廣義相對(duì)論
據(jù)美國(guó)國(guó)家地理網(wǎng)站報(bào)道，2月13日，歐洲織女星火箭首次發(fā)射成功。其上面搭載了一顆旨在驗(yàn)證愛因斯坦廣義相對(duì)論的低成本探測(cè)衛(wèi)星，盡管其耗資很少，但據(jù)稱其探測(cè)精度將比此前美國(guó)宇航局進(jìn)行的該項(xiàng)研究高出幾乎100倍。
在2000年年中，在經(jīng)過超過40年的艱苦研發(fā)之后，由美國(guó)斯坦福大學(xué)領(lǐng)銜研制的耗資8億美元的“引力探測(cè)器B”衛(wèi)星探測(cè)到了“慣性系拖曳效應(yīng)”(Frame dragging)。這是一種愛因斯坦的理論中所預(yù)言的現(xiàn)象，即由于地球的自轉(zhuǎn)導(dǎo)致周遭的時(shí)空結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生扭曲的效應(yīng)。但是由于技術(shù)上的問題，美國(guó)宇航局的探測(cè)計(jì)劃只達(dá)到了大約20%的精度。
而此次這一由意大利領(lǐng)銜研制的新型衛(wèi)星僅僅耗資1000萬美元，卻將有望大大改進(jìn)觀測(cè)的精度。伊戈納茲爾·塞佛利尼(Ignazio Ciufolini)來自意大利薩蘭托大學(xué)，他是此次探測(cè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他說：“如果我們能達(dá)到1%的精度——我很自信我們可以達(dá)到，那么我們將能夠?qū)⒅耙μ綔y(cè)器B的探測(cè)精度提升一個(gè)數(shù)量級(jí)�！�
這顆探測(cè)衛(wèi)星名為“激光相對(duì)論衛(wèi)星”，縮寫為“LARES”，它搭載在織女星火箭上，于法屬圭亞那當(dāng)?shù)貢r(shí)間7:00(北京時(shí)間當(dāng)日18:00)發(fā)射升空�，F(xiàn)在這顆衛(wèi)星已經(jīng)開始在軌工作，它將在未來數(shù)年內(nèi)連續(xù)發(fā)回有關(guān)慣性系拖曳效應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
阿蘭·康斯坦拉基(Alan Kostelecky)是一名來自美國(guó)印第安納大學(xué)的理論物理學(xué)家，他說：“如果LARES衛(wèi)星能夠達(dá)成其觀測(cè)精度，這將可以對(duì)相對(duì)論進(jìn)行非常好的驗(yàn)證�！�
幫助驗(yàn)證相對(duì)論的金屬球
LARES基本上就是一個(gè)圓球，其主體是一個(gè)堅(jiān)固的金屬球，用鎢金屬制成，重362公斤，直徑僅有35.5厘米。這個(gè)圓球的外部鑲嵌了很多反射器，以便當(dāng)它在太空飛行時(shí)地面的激光追蹤網(wǎng)絡(luò)能夠跟蹤其在軌道上的精確位置，精度可達(dá)毫米級(jí)。
探測(cè)器的運(yùn)行軌道和地球赤道之間存在一個(gè)夾角。根據(jù)愛因斯坦理論的計(jì)算，塞佛利尼的小組認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性系拖曳效應(yīng)將會(huì)讓衛(wèi)星的軌道產(chǎn)生輕微進(jìn)動(dòng)。這是由于衛(wèi)星被隨地球自轉(zhuǎn)扭曲的時(shí)空帶動(dòng)產(chǎn)生的效應(yīng)。
在一年的時(shí)間內(nèi)，這種效應(yīng)預(yù)計(jì)將導(dǎo)致衛(wèi)星運(yùn)行軌道傾角出現(xiàn)大約千萬分之一的誤差，也就是說大約經(jīng)過1000萬年后，由慣性系拖曳效應(yīng)導(dǎo)致的誤差將可以致使衛(wèi)星的運(yùn)行軌道圍繞地球整個(gè)翻轉(zhuǎn)一圈。除了角度之外，在一年內(nèi)衛(wèi)星的位置也將出現(xiàn)大約4米的誤差，這一誤差可以由地面激光測(cè)量監(jiān)視系統(tǒng)精確地測(cè)出，其誤差將小于1%。
不能停止對(duì)廣義相對(duì)論的檢驗(yàn)
LARES衛(wèi)星的大質(zhì)量特點(diǎn)讓它對(duì)地球的大氣拖拽效應(yīng)不敏感，由于它運(yùn)行在距離地面1450公里的高軌道上，這里的大氣拖拽效應(yīng)本身也非常微弱。并且這一高密度球體衛(wèi)星受到太陽(yáng)光壓的影響也非常微小，幾乎可以忽略不計(jì)。
其它因素，如地球本身并非一個(gè)理想球體，實(shí)際上導(dǎo)致的衛(wèi)星進(jìn)動(dòng)幅度更大，大約3年左右就可以讓衛(wèi)星運(yùn)行軌道偏移一周。但是研究人員將會(huì)使用各種數(shù)據(jù)分析手段，并參考之前各項(xiàng)任務(wù)的數(shù)據(jù)，從而從這些背景數(shù)據(jù)中篩選出由于慣性系拖曳效應(yīng)導(dǎo)致的誤差值。
愛因斯坦的廣義相對(duì)論或許仍將通過本輪測(cè)試。但科學(xué)家們相信廣義相對(duì)論最終必定會(huì)失效，但是是在非常微觀的尺度上，在這一尺度上量子理論開始發(fā)揮作用。當(dāng)然，在科學(xué)上很多事情仍然是無法做出非�？隙ǖ臄嘌缘摹�
塞佛利尼說：“在過去的100年里，愛因斯坦的廣義相對(duì)論已經(jīng)經(jīng)受住了無數(shù)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，但是這一切并不是就意味著我們應(yīng)當(dāng)停止這樣的檢驗(yàn)�！�
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