實(shí)驗(yàn)的原理
這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目背后的科學(xué)原理非常簡(jiǎn)單：科學(xué)家們將一個(gè)陀螺儀送上地球軌道，使它的一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸指向一顆遙遠(yuǎn)的恒星作為參考點(diǎn)。在沒有任何外力作用的情況下,，這一旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)當(dāng)永遠(yuǎn)指向這一顆恒星,。但如果空間是扭曲的，那么陀螺儀的指向會(huì)隨著時(shí)間推移發(fā)生改變,。通過對(duì)這種改變的精密檢測(cè),，科學(xué)家們能了解時(shí)空彎曲的相關(guān)信息。
這說起來似乎很簡(jiǎn)單,，但真正做起來卻非常艱難,。
首先，制造引力探測(cè)器B中4個(gè)高精度陀螺儀需要用到精度極高的球體,。事實(shí)上,，這些陀螺儀內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是人類迄今制造過的最完美球體。它們的大小約相當(dāng)于一個(gè)乒乓球,，由熔凝石英和硅材料制成,，其相對(duì)完美球體的誤差在任何方向都不超過40個(gè)原子的厚度。這樣高的精度是必須的,，因?yàn)槿绻皇沁@樣做,，那么這些陀螺儀轉(zhuǎn)軸的晃動(dòng)將出現(xiàn)誤差。
根據(jù)愛因斯坦理論進(jìn)行的估算顯示,，地球周圍空間的時(shí)空扭曲將導(dǎo)致陀螺儀旋轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)每年0.041弧秒的改變,。1弧秒等于1/3600度。為了測(cè)出這樣微小的改變量,，GP-B探測(cè)器必須具備0.0005弧秒的精度,。這就相當(dāng)于讓你測(cè)量放在100英里(約合161公里)之外的一張紙的厚度。
對(duì)此,，威爾說：“GP-B探測(cè)器項(xiàng)目的工程師們不得不發(fā)明一整套全新的技術(shù)來滿足這種不可思議的要求?！?/p>
舉幾個(gè)例子,，工程師們開發(fā)了一種“無拖曳”衛(wèi)星技術(shù)，它可以讓衛(wèi)星擦過地球最外層大氣卻不會(huì)造成對(duì)其內(nèi)部陀螺儀的擾動(dòng),。他們還開發(fā)出獨(dú)特的技術(shù)來防止地球磁場(chǎng)穿透探測(cè)器從而影響其測(cè)試精度,。最后，他們還設(shè)計(jì)出一種技術(shù)來測(cè)量陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角度,，但整個(gè)過程中不會(huì)觸碰到陀螺儀從而對(duì)其造成影響,。
即便克服了制造和設(shè)計(jì)上的技術(shù)困難，進(jìn)行這項(xiàng)精度空前的實(shí)驗(yàn)本身同樣是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),，但經(jīng)過一年的數(shù)據(jù)收集和將近5年的數(shù)據(jù)分析,，GP-B項(xiàng)目的科學(xué)家們認(rèn)為他們已經(jīng)幾乎接近完成這項(xiàng)工作。
艾福瑞特說：“我們測(cè)量到測(cè)地線效應(yīng)值為+6.600或-0.017,，慣性系拖曳效應(yīng)值為+0.039或-0.007,?！?/p>
測(cè)地線效應(yīng)是指由于地球的靜止質(zhì)量引起的陀螺旋轉(zhuǎn)軸改變，也即時(shí)空的凹陷,。而慣性系拖曳效應(yīng)則是由于地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的陀螺旋轉(zhuǎn)軸改變,，也即時(shí)空的扭曲。測(cè)量得到的這兩組數(shù)據(jù)都和愛因斯坦理論的預(yù)測(cè)非常吻合,。
