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主题:[转载]牛顿的水桶1687-2011(一:绝对的转动) -- witten1
今年(2011)五月底,物理评论通讯(Physical Review Letters )发表了一篇短文,只有五页 [3]。它报告了Gravity Probe B 实验的最终结果。Gravity Probe B 实验的目的是精密测量地球附近的测地漂移和惯性参考系拖拽,以定量地检验广义相对论。Gravity Probe B 的主要装置是,一台极精密的陀螺仪放在一颗卫星上。卫星的轨道为圆形,并经过地球南北两极上空,离地高度642公里。它测量陀螺轴相对于星空背景的转动。按广义相对论计算,在这个卫星上陀螺轴的测地漂移和惯性参考系拖拽,分别是每年千分之1.8度,和每年十万分之1.1度。
Gravity Probe B 由斯坦福大学C. W. F. Everitt教授主持 。这项实验历时48年(1963 – 2011)。前45年 (1963 – 2008),由美国宇航局(NASA)支持。它是美国宇航局支持时间最长的一个项目,共耗资 7亿5千万美元,亦即,五页的文章,每页平均耗资1亿5千美元。美国宇航局于2008年停止支持。近三年(2009 – 2011),是由沙特阿拉伯王国的一位王子 —— 在斯坦福大学获PhD 学位 —— 在沙特王国找的钱。
尽管Gravity Probe B耗费的时间和财力巨大,其结果并不理想。按原来宣称的目标,Gravity Probe B 能给出精度达0.01% 的测地漂移数据,和精度达1% 的惯性参考系拖拽数据。而最终结果的精度只分别是 0.28% 和 19%。比预期的精度差十倍以上。 因此,引来不少微词 ,“花钱太多了……”。
不完全成功的主要原因是,项目主持人低估了技术上的困难。技术的关键之一是陀螺的稳定性。我认识Everitt教授,他年纪长我两三岁。80年代初期,Everitt访问过中国。那时Everitt 正雄心勃勃招兵买马,因为项目进入工程阶段,需要工程人员。Everitt曾问我:“你认识不认识搞陀螺的中国工程专家,有好的给我推荐。”我说:“试试看”,我知道七机部里有人研究陀螺技术。但是,Everitt 回美国后不久,就来信说:“不必找了,美国防部不同意找中国陀螺专家,因为陀螺是军事技术, 不能让中国专家介入。”
美国防部的戒令,后来好像废了。Everitt 的团队里,有中国学生。可能因为 ,美国防部认识到,Everitt 要做的陀螺,难有军事应用。Everitt 等在他们的论文中一开始就写到,他们需要的陀螺的稳定性要比现今最好的导航用陀螺高一百万倍!Everitt要测“每年十万分之1.1度”的转动,那末,陀螺的不稳定性至少应当小于每年百万分之1度。而Airbus 380上用的激光陀螺的不稳定性,不会小于每年1度。所以,它比Everitt 等的要求——小于每年百万分之1度,要差一百万倍以上。(物理和天文前沿实验用的仪器,其精度,一般都比民用和军事设备高。许多高精度技术,是物理和天文前沿实验的副产品。)
我在Everitt的实验室看过他的陀螺仪原型。它由4个乒乓球大小的水晶球构成。球的每个方向上不得与理想球面有40个原子厚度以上的偏差。球的表面再镀以鈮。4个水晶球都放在液氦的低温(1.8K)环境里,几乎没有热噪声。在此低温度下,鈮成为超导体,当镀鈮水晶球转动时,会产生磁场。磁场的方向就是陀螺的轴的方向。Gravity Probe B即测量磁场方向相对于背景星的转动。
虽然Gravity Probe B不完全成功,Everitt 等人近半个世纪的努力,仍是功不可没。它是第一次在近地空间,用陀螺直截了当地证伪了“一旦一个没有外界干扰的陀螺的轴指向背景星空某一方向,它就总是保持这个方向”。其结果支持爱因斯坦理论预言的测地漂移和惯性参考系拖拽。
今年(2011),意大利空间局将发射激光相对论卫星(Laser Relativity Satellite [LARES] )。计划费用为4百万欧元 。其目的是要将惯性参考系拖拽测准到 1% [4]。LARES 不用陀螺仪。LARES 的轨道本身就是一个陀螺。(同行们正在 关心,意大利债务问题是否会影响 这个项目)。
等着瞧,四百多年的牛顿水桶,还在转。
参考文献
[1] W. de Sitter , Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 77, 155, (1916)
[2] J. Lense and H. Thirring, Phys. Zeits, 19, 156, (1918)
[3] C. W. F. Everitt et al. Phys. Rev. Lett. 106, 221101, (2011)
[4] I. Ciufolini et al. Space Sci. Rev. 148, 71, (2009)
2011, 9. Tucson
- 相关回复 上下关系8
🙂哦?给个地址呗...... 隔路山贼 字0 2012-01-05 07:21:34
🙂我用手机接Wifi看的,不知道你能看不。 1 slyypp 字27 2012-01-05 07:37:42
🙂谢,能看。 隔路山贼 字0 2012-01-05 07:39:26
🙂[转载]四:历时48年的“水桶”实验
🙂看过新闻说到这几个水晶球。 1 az09 字157 2012-01-07 12:37:06
🙂他们是如何屏蔽地球和其他星球的磁力线对这个水晶镀铌陀螺的 97年的鱼 字51 2012-01-05 19:29:39
🙂超导磁屏蔽 1 测不到的信号 字1443 2012-01-06 19:46:39
🙂不太明白如何超导磁屏蔽,但觉得磁场不是那么容易屏蔽的. 97年的鱼 字243 2012-01-06 22:50:39