驗(yàn)證廣義論實(shí)驗(yàn)課件

1、科學(xué)篇談廣義相對(duì)論的精確驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)材料物理1102理論背景General Relativity簡(jiǎn)介及應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)簡(jiǎn)介及原理探測(cè)器結(jié)構(gòu)探測(cè)器的運(yùn)行及任務(wù)結(jié)果分析理論大革命Law of universal gravitation 1687 Special Relativity 1905General Relativity1916廣義相對(duì)論（General Relativity），是愛(ài)因斯坦于1915年以幾何語(yǔ)言建立而成的引力理論，統(tǒng)合了狹義相對(duì)論和牛頓的萬(wàn)有引力定律，將引力改描述成因時(shí)空中的物質(zhì)與能量而彎曲的時(shí)空，以取代傳統(tǒng)對(duì)于引力是一種力的看法。 愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論基礎(chǔ)手稿 相對(duì)論離我們并不遙遠(yuǎn)在

2、衛(wèi)星定位系統(tǒng)中，衛(wèi)星上的原子鐘要與地面的原子鐘保持高度的一致。但衛(wèi)星上的原子鐘既受到狹義相對(duì)論的影響使時(shí)鐘變快，又受到廣義相對(duì)論的影響使時(shí)鐘變慢，總體上每天要變慢百萬(wàn)分之三十八點(diǎn)六秒，若不校正，會(huì)導(dǎo)致位置偏差11千米之多。所以衛(wèi)星定位系統(tǒng)必須要考慮相對(duì)論效應(yīng)。 用引力探測(cè)器B 高精度驗(yàn)證General Relativity經(jīng)過(guò)年醞釀和開(kāi)發(fā)，耗資7.5億美元，于2004年4月20日發(fā)射升空。 “引力探測(cè)器”將對(duì)廣義相對(duì)論的兩項(xiàng)重要預(yù)測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證即“短程線效應(yīng)”和“慣性系拖曳效應(yīng)” “引力探測(cè)器B”驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)物體的“慣性系拖曳效應(yīng)”，相當(dāng)于從華盛頓觀看一個(gè)放在洛杉磯的硬幣產(chǎn)生的張角 引力探測(cè)器B主要采

3、用4個(gè)超高精度的陀螺儀，當(dāng)?shù)厍蛞ν弦分車鷷r(shí)空時(shí)，會(huì)對(duì)每個(gè)球體的軸心產(chǎn)生影響，以此來(lái)測(cè)量地球自身質(zhì)量以及自轉(zhuǎn)給陀螺儀所處時(shí)空造成的彎曲和扭曲效應(yīng)為了提供一個(gè)近乎理想的時(shí)空參照系，這些陀螺儀必須不受任何外力影響，它們以電懸浮方式保持在真空狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，每分鐘轉(zhuǎn)速可達(dá)萬(wàn)次。安置陀螺儀的容器被置于接近絕對(duì)零度的環(huán)境下，外面還有層鉛保護(hù)層陀螺儀被液氦包裹起來(lái)，處在超低溫超真空的環(huán)境中 陀螺儀為乒乓球大小，它們由石英制成，經(jīng)過(guò)了精心打造，號(hào)稱目前人類制造出的最完美、最圓的球體。結(jié)果誤差精度大大超過(guò)以前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 重力探測(cè)器B在地球極地軌道展開(kāi)后的形態(tài) 陀螺儀上的球體直徑只有3.8厘米，是目前最完美的球體

4、 探測(cè)器在距地球約640千米的極地軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，4個(gè)回轉(zhuǎn)儀自轉(zhuǎn)軸和一架望遠(yuǎn)鏡同時(shí)對(duì)準(zhǔn)指向飛馬座的雙星HR8703(將其作為導(dǎo)航星體 )。如果地球引力不影響時(shí)間和空間，那么回轉(zhuǎn)儀自轉(zhuǎn)軸將一直指向初始方向。引力探測(cè)器的任務(wù)時(shí)間表2004年4月20日引力探測(cè)器B成功發(fā)射并進(jìn)入預(yù)定極軌道。2004年8月27日引力探測(cè)器B進(jìn)入科學(xué)探測(cè)階段。在任務(wù)第129天時(shí)除四號(hào)陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸需要進(jìn)行進(jìn)一步準(zhǔn)直外，全部系統(tǒng)都準(zhǔn)備完畢投入數(shù)據(jù)采集工作。2005年8月15日引力探測(cè)器B完成科學(xué)探測(cè)階段，儀器轉(zhuǎn)入最終數(shù)據(jù)校正模式。2005年9月26日校正階段完成，恒溫室中還留有液氦，航天器回到科學(xué)探測(cè)模式并等待液氦完全耗盡。

5、2006年2月數(shù)據(jù)分析第一階段完成。2006年9月數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)意識(shí)到需要做更多的誤差分析，特別是關(guān)于陀螺儀的本體極跡運(yùn)動(dòng)，這使得數(shù)據(jù)分析的時(shí)間表延長(zhǎng)到2007年4月之后，并使得NASA的資金提供延長(zhǎng)到2007年底。 2006年12月數(shù)據(jù)分析第三階段完成。2007年4月14日宣布了截止于當(dāng)前所得到的最佳測(cè)量結(jié)果。弗朗西斯伊夫利特在美國(guó)物理學(xué)會(huì)四月年會(huì)上報(bào)告了一些初始測(cè)量成果：“從引力探測(cè)器B的陀螺儀測(cè)得的數(shù)據(jù)清晰地證實(shí)了理論對(duì)測(cè)地線效應(yīng)的預(yù)言的誤差低于1%。不過(guò)由于參考系拖拽效應(yīng)要比測(cè)地線效應(yīng)弱170倍，斯坦福的科學(xué)家們?nèi)匀辉谥铝τ趶暮教炱鞯臄?shù)據(jù)中萃取它的本征信息?！?011年5月4日，在排除各種可能的干擾后才正式宣布實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言的“慣性系拖曳效應(yīng)”。實(shí)際觀測(cè)結(jié)果是，受地球質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空彎曲和地球自轉(zhuǎn)的拖曳，回轉(zhuǎn)儀自轉(zhuǎn)軸方向發(fā)生了可測(cè)量的細(xì)微偏移。 牛頓平直和不變的時(shí)空與愛(ài)因斯坦彎曲和拖曳的時(shí)空 從1976年發(fā)射的引力探測(cè)器A到探測(cè)器B科學(xué)家們 經(jīng)過(guò)這漫長(zhǎng)的努力，斯坦福的大學(xué)的物理學(xué)家弗郎西斯-埃弗