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02 太阳系内的引力(第7页)

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这一稳定性使它们成为非常好的观测来源。

但是行星形状的不规则又会给证明过程带来一些麻烦。

人造卫星发射的信号则很容易把握,虽然它们的轨迹略微难以确定。

人们已经利用了水星和金星来探测射电时间延迟效应。

相关实验用到了水手6号、7号旅行者2号、海盗号火星登陆着陆器及轨道飞行器、卡西尼号探测器。

其中卡西尼号作出了最新和最精确的观测。

这个飞船本来的任务是观测土星,但2003年它却转向了引力相关的研究,并以1100000的精确度确认了时间具有延迟效应。

这是爱因斯坦理论另一次漂亮的验证,它比之前的实验精确度都要高。

部分原因是人们采用了多波段射电观测,有效去除了日冕的影响。

现在我们来看看本节的最后一个实验:环地球轨道上的陀螺仪(gyroscopes)。

陀螺仪本质上就是一个转轴可以指向任意方向的陀螺。

根据爱因斯坦的引力理论,当我们把陀螺仪放在环地球轨道上运动的时候会产生两个新的效应。

第一个是陀螺转轴的方向会发生改变,这一效应被称为测地线进动(geodeticpre),它的产生原因是地球周围的时空弯曲。

另一个效应被称为参考系拖曳(framedragging),产生原因是地球自转时拖着周围的空间一起转动。

这是两个全新的引力相互作用,所以人们急切地希望通过实验证实它们。

虽然参考系拖曳这一预言在爱因斯坦发表新的引力理论之后几年内就被提出,但直到20世纪60年代人们才计算出这一效应对绕地陀螺仪的影响,接下来更是到21世纪才被实验证实。

激光地球动力学卫星网络(LAGEOSsatellitework)测量了卫星轨道的变化以观测拖曳效应。

2011年,引力探测器B(GravityProbeB)实现了人们期待已久的陀螺仪实验。

它测量到的测地线进动和参考系拖曳效应的误差分别在0.3%和20%。

激光地球动力学卫星的准确度则达到了90%~95%。

所有的结果再一次符合爱因斯坦理论。

我们手中的证据都支持爱因斯坦的引力理论,无疑令人鼓舞。

这一理论最基础的部分,如质量一致性和自由落体的普遍性都高度精确地被验证了。

它的一阶近似——牛顿平方反比定律——从亚毫米尺度到天体物理尺度范围也都得到了验证。

我们还有许多探测爱因斯坦理论中精细和微妙的效应的实验。

这些数据让我们从现实层面理解了物质和时空弯曲的关系,到目前为止它们全都符合爱因斯坦的预言。

爱因斯坦的理论几乎完全诞生于纯粹的思考,而这些实验确认了这一理论。

这确实令人惊讶。

爱因斯坦希望得到一个和光速不变原理相容的引力理论,他做到了,而且我们现在还看到他给宇宙描绘的革命性的新图景。

不过这仍然不是故事的结局:爱因斯坦的引力理论还有许多更加惊人的推论,我们将在后面的章节讨论它们。

[1] 此处原文“1角秒等于1360度”

有误。

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