GP-B 的時空彎曲實驗

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科普書常引用這句話來解釋廣義相對論的慨念 ----- “Mass tells spacetime how to curve, curved spacetime tells mass how to move.”，比如說，太陽的質量足夠大，其引力場可以把周圍的時空彎曲，當背景星光走近太陽時，星光便依照時空的彎曲程度而偏折。這現象首先在 1919 年得到証實，當年適逢日全食，Eddington 等天體物理學家測得星光被全食時的太陽偏折了 1.75 角秒，結果與相對論的預測一致。

        


量度星光的偏折其實相當困難，試想想，太陽的質量 (比地球大 33 萬倍) 才僅可令星光偏折 1.75 角秒，小質量如地球引起的星光偏折豈不更難察覺 ?

但科學家沒有氣餒，今年 5 月，NASA 終於宣佈 GP-B 衛星取得時空被地球彎曲的實數 (http://science.nasa.gov:80/scien ... sa/2011/04may_epic/)，結果又一次証明相對論。今次實驗早在 1961 年提出，前後經歷五十年才取得成果，當年的小伙子現在已是老科學家了。 實驗採用新方法，衛星內裝置四個陀螺儀 (gyroscopes)，各有一個石英圓球，球面精確度達 40 個原子直徑 (約相當於 1/50 光波的波長)，比高級天文反射鏡面還要順滑十倍 !   這些高度均勻的陀螺儀不受地球磁場干擾，即使轉軸指向的微量抖動也可以撿測出來，假若衛星所處的時空沒有被彎曲，陀螺儀會永遠指向一顆導星，經過一年時間，陀螺儀的指向卻偏離了，偏離值有兩部份 (下圖)，與相對論的預計值一致。

        

        


GP-B 有幾點重要意義：
1.  首次以人工實驗証實時空彎曲 (1919 年的實驗則靠日全食天象)。
2.  計劃開始以來促使 13 項技術發明。
3.  容納多位大學師生參與研究計劃。


更多參考：
Gravity Probe B  http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_Probe_B

Space-Time Vortex (video)
http://www.youtube.com/watch?v=XkAPv5s92z0&NR=1

The Many Faces of Spin  (The Missing Inch 短片)
http://einstein.stanford.edu/SPACETIME/spacetime4.html

相對論  Q&A  http://einstein.stanford.edu/content/relativity/qanda.html