广义相对论登上实验舞台

广义相对论这个被物理学界秉持为理论物理学基础的学科，却迟迟未得到实验的验证。这也算是物理学里的一大遗憾，然而，如今此憾事终于可以了结。广义相对论最终登上了实验的舞台。

（文/Lisa Grossman）物理学家在上周三的新闻发布会上发表声明，悬浮在太空中的4颗乒乓球刚刚证实了爱因斯坦广义相对论的两项重要预测。

“此项关乎宇宙理论的实验具有里程碑式的意义，爱因斯坦逃过一劫。”斯坦福大学的物理学家弗朗西斯•埃弗里特说，他是美国国家宇航局引力探测器B任务的首席研究员。

发射于2004年的引力探测器B用于检测地球重力对周围时空的影响。根据爱因斯坦的理论，地球会像蹦床上的保龄球一样扭曲周围的时空。该现象被称为重力场弯曲效应。这个效应意味着地球周围大约40000公里的圆结构会被拖拽进周长较之短2.794厘米的浅锥体中。

地球在旋转时也会搅动周围的时空，形成下水口水流状的漩涡。该效应被称为惯性系拖曳。

“想象一下把地球浸入蜂蜜的画面，你能想象出蜂蜜被地球拖拽的样子。”埃弗里特说，“这就是时空的状态，地球在拖拽周围的时空。”

这两种现象都是很微弱的，爱因斯坦自己也写道，“它们的数量级极小，所以通过实验室验证是不可想象的。”但是引力探测器B完成了任务。该结果将发表在《物理评论快报》上。这个航天器携带4个乒乓球大小的陀螺仪围绕地球运行了17个月。这些陀螺仪是用熔凝石英球制成的，它们保持着“最接近球体的人造物”的吉尼斯纪录。球体由软金属铌覆盖，并用液氦的温度冷却。

在这种超低温度下，铌会变成超导，电子在运动时不会损失能量。当球体旋转时，盘旋的电子会变成一颗磁性指针。

在牛顿的宇宙模型中，航天器围绕地球旋转时指针会永远指向同一个方向。但是在爱因斯坦的模型中，由于地球对周围时空的扭曲和拖拽，陀螺仪指针会倾斜如银薄般的小角度。南北的倾斜量表示重力场弯曲效应，东西的倾斜量表示惯性系拖曳效应。

埃弗里特说，指针在一年内仅移动了6000毫弧秒（人类头发在10英里处观察时的宽度）。尽管探测如此微小的偏移非常困难，但物理学家们确定出的重力场弯曲效应精确度达到了0.28%，惯性系拖曳效应的精确度达到20%。

埃弗里特说，因为广义相对论描述了大尺度的宇宙结构，所以引力探测器B的结果可以帮助物理学家们理解黑洞、伽马射线暴等宇宙现象。

引力探测器B是有史以来耗时最长的美国航空航天局（NASA）项目。计划开始于人类踏上月球前的1963年。人们用了50年时间发展技术直至能够建造出足够敏感的陀螺仪来探测引力效应。

与此同时，这些技术在美国宇航局其他地球观测卫星上也得到了应用，其中包括宇宙背景探测卫星。这颗探测卫星用来测量宇宙微波背景辐射，正是它为获得诺贝尔奖的宇宙大爆炸理论提供了证据。

引力探测器B外部审查会主席、圣路易斯华盛顿大学的物理学家克利福德•威尔盛赞研究团队做出了“崇高的”贡献，同时他还强调了检验自然基本理论的重要性，提醒世人不要把这看成是理所当然的工作。

“虽然主流观点认为爱因斯坦是正确的，但科学界还没有定论。”他说，“虽然本次结果支持了爱因斯坦，但下次不一定。”

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科技名博微博

博主介绍： Lisa Grossman 2009年毕业于加州大学Santa Cruz分校，科技交流专业。毕业后，她一直从事科技写作工作，从硕士期间便在Science News等地方做编辑，现在在Wired上开博。她的博客内容涉及面相当广，涵盖各个学科。