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標 題: [轉貼]Re: 地球旋轉扭曲時空 廣義相對論獲得確鑿證據
發信站: 交大資科_BBS (Tue Nov 2 03:47:04 2004)
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關於『地球旋轉扭曲時空』
版上最近有一些關於 GP-B (GRAVITY PROBE B) 實驗的討論, 不過, 似乎
都沒有講到實驗重點. 這個廣義相對論的實驗, 將顯現出不同於以往諸如光偏折,
水星近日點移動, 重力紅位移, 雙星波霎重力輻射, 等等大家耳熟能詳的相對論
效應.
這種實驗上從未驗證過的相對論效應, 專業術語稱做 frame-dragging.
簡單的說, 自轉的地球所產生的重力場(或時空扭曲)和地球沒有自轉所產生的
重力場並不完全相同. 用地球公轉做比喻, 當地球繞太陽一圈回來, 明年此時
(或者是公轉軌道上的任何
一點)地球的自轉軸應該仍指向北極星的方向. 這是
平坦時空向量平移的結果. 但是, 依照廣義相對論, 如果太陽也有自轉, 它就
會帶動周圍的時空一起旋轉 (某種程度上). 結果是, 地球的軸會有所偏移
(或許, 我們也可以說它會進動). 所以, 理想情況下, 我們只要在地球軌道上
放一個陀螺儀, 就應該可以看到因為地球自轉所產生的 frame-dragging.
可是, 實際上, 不需要廣義相對論, 自轉軸也會進動, 原因之一是, 地球
或是太陽就算沒有自轉, 它們的重力場也不是完全球對稱的. 當然也還有其他
會造成進動的效應 (例如量子力學裡提到的 Thomas precession), 使得這個
實驗必需克服相當多的技術上
的挑戰. 譬如, GP-B 製造了全世界最完美的球,
這顆直徑不到四公分的石英球, 必須準確到 12 nm 以下, 才能夠在預測的每年
6.6 角秒的進動中量出來自於 frame-dragging 每年 0.042 角秒 (arc sec)
的偏移. 經過了幾十年的發展, 這顆特製的人造衛星直到半年前才成功發射升空.
有興趣的網友應該看看 GP-B 的網站 http://einstein.stanford.edu
以及廣義相對論或黑洞物理裡面的 Lense-Thirring effect.
在廣義相對論裡面的愛因斯坦方程式是沒有 torsion 的 (torsion free).
目前也沒有聽說有任何實驗上的證據證明 torsion 或 spin 的重力效應. 這
顯然超出了廣義相對論的範圍. 如果 GP-B 看到的進動效應和廣義相對論的
預測有所差異, 那將會是相對論研究上的重大發現.
金升光 11/2/2004
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