實驗的原理
這一實驗項目背后的科學(xué)原理非常簡單：科學(xué)家們將一個陀螺儀送上地球軌道，使它的一個旋轉(zhuǎn)軸指向一顆遙遠(yuǎn)的恒星作為參考點(diǎn)。在沒有任何外力作用的情況下，這一旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)當(dāng)永遠(yuǎn)指向這一顆恒星。但如果空間是扭曲的，那么陀螺儀的指向會隨著時間推移發(fā)生改變。通過對這種改變的精密檢測，科學(xué)家們能了解時空彎曲的相關(guān)信息。
這說起來似乎很簡單，但真正做起來卻非常艱難。
首先，制造引力探測器B中4個高精度陀螺儀需要用到精度極高的球體。事實上，這些陀螺儀內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是人類迄今制造過的最完美球體。它們的大小約相當(dāng)于一個乒乓球，由熔凝石英和硅材料制成，其相對完美球體的誤差在任何方向都不超過40個原子的厚度。這樣高的精度是必須的，因為如果不是這樣做，那么這些陀螺儀轉(zhuǎn)軸的晃動將出現(xiàn)誤差。
根據(jù)愛因斯坦理論進(jìn)行的估算顯示，地球周圍空間的時空扭曲將導(dǎo)致陀螺儀旋轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)每年0.041弧秒的改變。1弧秒等于1/3600度。為了測出這樣微小的改變量，GP-B探測器必須具備0.0005弧秒的精度。這就相當(dāng)于讓你測量放在100英里(約合161公里)之外的一張紙的厚度。
對此，威爾說：“GP-B探測器項目的工程師們不得不發(fā)明一整套全新的技術(shù)來滿足這種不可思議的要求?！?/p>
舉幾個例子，工程師們開發(fā)了一種“無拖曳”衛(wèi)星技術(shù)，它可以讓衛(wèi)星擦過地球最外層大氣卻不會造成對其內(nèi)部陀螺儀的擾動。他們還開發(fā)出獨(dú)特的技術(shù)來防止地球磁場穿透探測器從而影響其測試精度。最后，他們還設(shè)計出一種技術(shù)來測量陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角度，但整個過程中不會觸碰到陀螺儀從而對其造成影響。
即便克服了制造和設(shè)計上的技術(shù)困難，進(jìn)行這項精度空前的實驗本身同樣是一個巨大的挑戰(zhàn)，但經(jīng)過一年的數(shù)據(jù)收集和將近5年的數(shù)據(jù)分析，GP-B項目的科學(xué)家們認(rèn)為他們已經(jīng)幾乎接近完成這項工作。
艾福瑞特說：“我們測量到測地線效應(yīng)值為+6.600或-0.017，慣性系拖曳效應(yīng)值為+0.039或-0.007?！?/p>
測地線效應(yīng)是指由于地球的靜止質(zhì)量引起的陀螺旋轉(zhuǎn)軸改變，也即時空的凹陷。而慣性系拖曳效應(yīng)則是由于地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的陀螺旋轉(zhuǎn)軸改變，也即時空的扭曲。測量得到的這兩組數(shù)據(jù)都和愛因斯坦理論的預(yù)測非常吻合。
