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2011-06-01 08:08:15 编辑 删除

浏览 686 次 | 评论 6 条

    在检验广义相对论的近期实验中,值得一提的是美国的引力探测器B卫星实验(GP-B)。引力探测器B卫星在2004年发射升空,在地球上空轨道飞行了17个月, 随后研究人员对测量数据进行了5年的分析。

美国航天局在201154日发布消息称,该局2004年发射的引力探测器B”卫星已经证实了爱因斯坦广义相对论的两项关键预测。这项研究成果已被美国《物理评论通讯》杂志接受发表。

引力探测器B的主要装备是4个超高精度的回转仪。当引力探测器B在距离地球约640公里的极地轨道上运转时,4个回转仪自转轴同时对准遥远恒星——IM Pegasi。观测结果是,由于受地球引力拖曳,回转仪自转轴方向发生了可测量的细微偏移,从而证实了爱因斯坦的理论。

宇宙中的恒星也是运动的。引导星在太空缓慢地移动,这种运动在引力探测器B实验中不能忽略。事实上,欧洲空间局的Hipparcos卫星实验结果表明,所选的引导星在太空中每年移动大约35毫弧秒,与一年中的引力磁效应一样大。此外,这个值的不确定性大于引力探测器B想要测试的精确性。

根据计算,对于运行在640千米以上的卫星,回转仪的自转轴在南北方向每年将漂移6.6弧秒,框架拖拽效应(frame-dragging)每年将转动42毫弧秒。 科学家们说,由惯性系拖曳效应导致的陀螺仪自转轴偏转,其角度之小,就好比是从400米远之外去看人的一根头发丝。引力探测器B的科学家宣称,分析结果确认第一个效应的误差在0.3%,第二个效应的误差在19%之内。

英国《自然》杂志在2011510日也发布了关于GP-B的新闻(Nature 473, 131-132 (2011) )。标题是:令人困扰的探测器支持爱因斯坦--- 维护了广义相对论,可是实验任务是否值得?

新闻一开头说:究竟是艰巨的挑战获得史诗般的胜利,还是如此昂贵的项目不值得飞行?引力探测器B是美国宇航局的最长运行任务的项目之一,经过近半世纪的工作,并花了7.5亿美元,终于取得了一定的科学结果。但是,对它的批评尚未平息。
   
引力探测器的研究人员在分析探测器取得的飞行数据时,发现意想不到的静电效应淹没了框架拖曳信号。

有人质疑, 7.5亿美元做这样一个实验值得吗? 例如,Montana州立大学的物理学家 Cornish认为, 这是一个错误,这是浪费经费和时间做一个单一的实验

其他人认为,由于计算复杂性,有理由怀疑探测器B的框架拖曳效应的测量结果。在意大利的Salento大学的I.Ciufolin 说:如果对系统误差的性质采用另一工作假设,由另一个人重复进行数据分析可能会得到另一结果。他们在2004年在《自然》发表过LAGEOS的试验结果。

Nature news 网络版的后面评论中, F. Drake 的评论说: 我(不仅是我)觉得,一位认真的科学家如何能相信5年的数据分析?因为测量的系统误差幅度要比GP- B原计划的精确度大了几个数量级。对我来说,它看起来像一只兔子从(魔术师的)一个黑色的帽子跳出来了。

 

我本人在1996-1998年作为美国航天局的评估小组人员,参加了GP-B 误差分析的预先评估工作。我认为,一个好的物理实验应该是可以重复的。从上述的评论我们可以看到,无论从经费和时间,引力探测器B卫星实验是不可能重复的。此外,实验结果的精确性也是有争议的。

作为对比,我喜欢那些美丽的经典实验。例如,卡文迪许扭矩实验,它测量了牛顿万有引力常数。这个实验是在实验桌上进行的,没有用到大型实验设备和计算机。 实验结果是可以重复的,非常可靠,令人信服。

 

参考文献

E. S. Reich10 May 2011 | Nature 473, 131-132 (2011)

Troubled probe upholds Einstein,

General relativity vindicated, but was the mission worth it?

 

 

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  • 朱永焕 [2011-06-11 11:33:41 AM]

    张老您好! 杀鸡焉用牛刀?颇有同感。本人经长期探究,于2001年用卡文迪许扭秤测出万有引力不仅有法向分量(即牛顿提出的万有引力),而且有切向分量的存在,并得出公式。以我们地球为例,除了原有万有引力(即法向分量)之外,随着地球的自转,在其周围还有涡旋力(即切向分量)的存在,该旋涡力(即切向分量)与地球自转速度成正比关系。 该结论可能证明惯性系拖曳[frame dragging]. 请勿见笑。

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    张操 [2011-06-11 15:11:44 03:11:44 PM]

    你的实验很有创意.

  • 月弓 [2011-06-15 09:31:05 AM]

    张老师以科学的态度,全面地综合、分析了美国的引力探测器B卫星实验,指出:一个好的物理实验应该是可以重复的,而引力探测器B卫星实验是不可能重复的,而且,实验结果的精确性也有争议。这篇评论性的文章,其意义不仅仅针对美国的引力探测器B卫星实验,它还警示人们,规划大型实验必须慎之又慎,更不能跟在洋人后面瞎起哄。 实际上,相对论性现象是种定量效应,进一步验证相对论是没有必要的。比如说,米的定义是:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。”这意味着,光的速度无论是快、是慢,它在1秒钟的时间内所走的路程总是299792458米。光速成了不变的定义速度,再对它进行实际测量还有意义吗?

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  • 朱永焕 [2011-06-28 10:41:00 AM]

    张老您好!请提宝贵意见。 在引力理论方面要选代表人物,看来非开普勒、牛顿和爱因斯坦莫属。值得注意的是三位代表人物都同意行星或恒星自转可以在周围产生涡旋。开普勒设想引力象车轮辐一样,一方面使行星保持在它们的轨道上不能跑掉(即法向分量),另一方面又随着太阳的自转迫使行星绕太阳转动(即切向分量)。爱因斯坦广义相对论中还有一个鲜为人知的待验证的预测,叫引力框架拖曳[frame dragging];当一颗行星或恒星在空间自转时,它会将时空拖曳在其周围。这一点极像下面这个例子,当你在装满水的碗中放一个球,并使其自转,球表面所产生的摩擦力会将水沿球转动的方向拖曳,球附近的水会转动得快一点,离球越远,摩擦力对水的拖曳效果就越弱。 牛顿晚年也承认切向力的存在即著名的“上帝的一脚”,他认为是惯性力。 实践是检验理论的唯一标准,实验室得出的结论也须接受实践的考验才能上升为理论。利用涡旋力(引力切向分量)公式,可解释并计算以下问题。 涡旋力十二大判据[定量计算,高中生可掌握] 1.水星进动43″每年.(牛顿理论的偏差值。) 2.金星进动 8.4″±4.8″每年.(牛顿理论的偏差值。) 3.地球进动5.0″±1.2″每年.(牛顿理论的偏差值。) 4.“先驱者10号”等四艘宇航器减速问题。(其减速相当于地面重力加速度的一百亿分之一) 5.月球离地,(每年3cm). 6.地球自转周期变慢。(每百年0.00164s] 7.科里奥利力下落东移. 8.火卫一绕火星运动,公转周期变慢,每周0.1ms 9.太阳同步轨道卫星轨道面进动;900公里高空的极轨卫星轨道面进动每日1度。由于轨道面相对涡旋力垂直静止,该状况为证明涡旋力及公式准确性的绝佳机会。 10.地球扁园性,5×10—5m/s2;对全球定位系统GPS卫星轨道每天产生近万米的影响,这一现象可用涡旋力理论解释并计算。卫星轨道计算中最大摄动项——非球性摄动,并非地球的扁率引起,而是涡旋力的作用. 11.太阳风加速:到达地球的时候,射流速度一般在每秒钟450千米左右. 12.本人经长期探究,300多人各自反复验证;于2001年用卡文迪许扭秤测出涡旋力存在,并得出公式 新的引力公式 :

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  • 张操 [2011-09-12 09:14:10 AM]

    建议你们在回复时不要写m国,否则,会被网络软件自动卡住. 严格地说,引力探测器B卫星是地球自转效应与卫星上回转仪自转的相互作用

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  • 朱永焕 [2011-09-20 12:05:31 PM]

    渦旋力(即萬有引力切向分量)公式源于实验探究,从力的定性到半定量再到定量分析皆有文章发表。 1..小议萬有引力,《潜科学》1987-4,P48----------定性实验探究。 2.质疑萬有引力,《青苹果》2001-9,P21(安徽教育出版社)----------半定量实验探究。 3."用卡文迪许扭秤实验测引力切向分量"《物理通报》2002.9----------定量实验探究,公式诞生。

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  • 张操 [2011-09-22 06:54:45 AM]

    我们上海老科协有个研讨会. 如果你有机会路过上海,我们可以安排一次座谈会.

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张操

局爆宇宙学的提倡者. 我自己定位是:物理学的资深学者,在英文中,资深有老年的意思。活到老,学到老嘛。我对一位朋友说过,我早已不当教授,最好不要叫我教授。 我希望和我年龄相仿的人,就叫我名字。比我年轻的,叫我张操老师,或者叫我张操先生,都可以。

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