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欧洲金属球卫星将检验爱因斯坦广义相对论

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狐说八道 发表于 2012-2-16 08:07 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自： 中国–黑龙江–大庆 联通

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【转帖】http://tech.sina.com.cn/geo/other/news/2012-02-15/07441096.shtml 欧洲金属球卫星将检验爱因斯坦广义相对论(图)
http://www.sina.com.cn  2012年02月15日 07:44  新浪环球地理


                               
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　　“激光相对论卫星”(LARES)正在位于南美洲法属圭亚那的库鲁航天中心做发射升空前的最后准备工作


　　新浪环球地理讯 北京时间2月15日消息，据美国国家地理网站报道，2月13日，欧洲织女星火箭首次发射成功。其上面搭载了一颗旨在验证爱因斯坦广义相对论的低成本探测卫星，尽管其耗资很少，但据称其探测精度将比此前美国宇航局进行的该项研究高出几乎100倍。
　　在2000年年中，在经过超过40年的艰苦研发之后，由美国斯坦福大学领衔研制的耗资8亿美元的“引力探测器B”卫星探测到了“惯性系拖曳效应”(Frame dragging)。这是一种爱因斯坦的理论中所预言的现象，即由于地球的自转导致周遭的时空结构随之发生扭曲的效应。但是由于技术上的问题，美国宇航局的探测计划只达到了大约20%的精度。
　　而此次这一由意大利领衔研制的新型卫星仅仅耗资1000万美元，却将有望大大改进观测的精度。伊戈纳兹尔·塞佛利尼(Ignazio Ciufolini)来自意大利萨兰托大学，他是此次探测项目的负责人，他说：“如果我们能达到1%的精度——我很自信我们可以达到，那么我们将能够将之前引力探测器B的探测精度提升一个数量级。”
　　这颗探测卫星名为“激光相对论卫星”，缩写为“LARES”，它搭载在织女星火箭上，于法属圭亚那当地时间7:00(北京时间当日18:00)发射升空。现在这颗卫星已经开始在轨工作，它将在未来数年内连续发回有关惯性系拖曳效应的测量数据。
　　阿兰·康斯坦拉基(Alan Kostelecky)是一名来自美国印第安纳大学的理论物理学家，他说：“如果LARES卫星能够达成其观测精度，这将可以对相对论进行非常好的验证。”
　　帮助验证相对论的金属球
　　LARES基本上就是一个圆球，其主体是一个坚固的金属球，用钨金属制成，重362公斤，直径仅有35.5厘米。这个圆球的外部镶嵌了很多反射器，以便当它在太空飞行时地面的激光追踪网络能够跟踪其在轨道上的精确位置，精度可达毫米级。
　　探测器的运行轨道和地球赤道之间存在一个夹角。根据爱因斯坦理论的计算，塞佛利尼的小组认为地球自转产生的惯性系拖曳效应将会让卫星的轨道产生轻微进动。这是由于卫星被随地球自转扭曲的时空带动产生的效应。
　　在一年的时间内，这种效应预计将导致卫星运行轨道倾角出现大约千万分之一的误差，也就是说大约经过1000万年后，由惯性系拖曳效应导致的误差将可以致使卫星的运行轨道围绕地球整个翻转一圈。除了角度之外，在一年内卫星的位置也将出现大约4米的误差，这一误差可以由地面激光测量监视系统精确地测出，其误差将小于1%。
　　不能停止对广义相对论的检验
　　LARES卫星的大质量特点让它对地球的大气拖拽效应不敏感，由于它运行在距离地面1450公里的高轨道上，这里的大气拖拽效应本身也非常微弱。并且这一高密度球体卫星受到太阳光压的影响也非常微小，几乎可以忽略不计。
　　其它因素，如地球本身并非一个理想球体，实际上导致的卫星进动幅度更大，大约3年左右就可以让卫星运行轨道偏移一周。但是研究人员将会使用各种数据分析手段，并参考之前各项任务的数据，从而从这些背景数据中筛选出由于惯性系拖曳效应导致的误差值。
　　爱因斯坦的广义相对论或许仍将通过本轮测试。但科学家们相信广义相对论最终必定会失效，但是是在非常微观的尺度上，在这一尺度上量子理论开始发挥作用。当然，在科学上很多事情仍然是无法做出非常肯定的断言的。
　　塞佛利尼说：“在过去的100年里，爱因斯坦的广义相对论已经经受住了无数的实验检验，但是这一切并不是就意味着我们应当停止这样的检验。”(晨风)



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yuansoul 发表于 2012-2-16 09:19 | 显示全部楼层 来自： 中国–天津–天津 联通
才疏学浅。。也就是说爱因斯坦广义相对论存在瑕疵？
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 楼主| 狐说八道 发表于 2012-2-16 09:34 | 显示全部楼层 来自： 中国–黑龙江–大庆 联通
本帖最后由 狐说八道 于 2012-2-16 09:36 编辑

我想是因为如果那些推论不经过验证，就不能应用或解决现实中的问题——至少可确定精度上的要求，进而才有工程技术（仪器仪表）上的要求
例如铱星的问题——近来欧洲那个超光速现象可能就是定位出了问题
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ILION_0711 发表于 2012-2-16 10:02 | 显示全部楼层 来自： 中国–北京–北京 教育网/航空航天大学软件开发环境国家重点实验室
水星公转轨道的进动是否也是由于太阳的拖曳效应引起的？
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李灼 发表于 2012-2-16 10:05 | 显示全部楼层 来自： 中国–辽宁–沈阳 联通
本帖最后由 李灼 于 2012-2-16 11:35 编辑

觉得是不是就是说：旋转黑洞的引力场对周围时空的拖拽效应显著，而地球的不大引力场产生的时空拖拽效应很微弱，但此设备也可测出地球引力场的时空拖拽效应。
另外有一个问题：这个探测器轨道夹角的进动，和那个著名的（证明了相对论的）水星进动是不是同一个性质的呀：只不过前者是在地球引力场中的进动，后者是在太阳引力场中的进动。

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feng1734
水星近日点进动不需要考虑参考系拖曳效应就能被解释，，所以看起来对水星来说，太阳的参考系拖曳效应的影响很小，，，，  详情 回复 发表于 2012-2-17 20:38
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yuansoul 发表于 2012-2-17 16:00 | 显示全部楼层 来自： 中国–天津–天津 联通
有没有进一步说明？
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feng1734 发表于 2012-2-17 20:38 | 显示全部楼层 来自： 中国–天津–天津 联通
李灼 发表于 2012-2-16 10:05

                               
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觉得是不是就是说：旋转黑洞的引力场对周围时空的拖拽效应显著，而地球的不大引力场产生的时空拖拽效应很微 ...

水星近日点进动不需要考虑参考系拖曳效应就能被解释，，所以看起来对水星来说，太阳的参考系拖曳效应的影响很小，，，，

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李灼
是呀，之后也去了解了一下，水星进日点的进动是相对论方程不同于牛顿力学方程之处导致的（貌似是说多了一个项，于是就进动了），但我不知道是否可理解为：在不同强度的引力场中长度和时间间隔都是不同的、变化的——  详情 回复 发表于 2012-2-17 22:47
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李灼 发表于 2012-2-17 22:47 | 显示全部楼层 来自： 中国–辽宁–沈阳 联通
feng1734 发表于 2012-2-17 20:38

                               
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水星近日点进动不需要考虑参考系拖曳效应就能被解释，，所以看起来对水星来说，太阳的参考系拖曳效应的影 ...

是呀，之后也去了解了一下，水星进日点的进动是相对论方程不同于牛顿力学方程之处导致的（貌似是说多了一个项，于是就进动了），但我不知道是否可理解为：在不同强度的引力场中长度和时间间隔都是不同的、变化的——由此原理才导致的水星轨道明显的进动（只谈相对论所计算的进动）。

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feng1734
没见过这么理解的，因为没见过将方程的解整理成这样的形式的，，，， 不过，不排除有这种可能， 你有兴趣有机会可以推一推，把水星近日点运动方程自变量做个变换，把反映引力红移和光线偏折的物理量变换进去，方程形  详情 回复 发表于 2012-2-17 23:34
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gohomeman1 发表于 2012-2-17 23:25 | 显示全部楼层 来自： 中国–浙江–宁波 电信
说实在的，在宏观领域到现在继续花大钱去验证广义相对论，我真不知道有什么价值在？

为浪费钱财找借口？否则他们自己要失业了？
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feng1734 发表于 2012-2-17 23:34 | 显示全部楼层 来自： 中国–天津–天津 联通
李灼 发表于 2012-2-17 22:47

                               
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是呀，之后也去了解了一下，水星进日点的进动是相对论方程不同于牛顿力学方程之处导致的（貌似是说多了一 ...

没见过这么理解的，因为没见过将方程的解整理成这样的形式的，，，，
不过，不排除有这种可能，
你有兴趣有机会可以推一推，把水星近日点运动方程自变量做个变换，把反映引力红移和光线偏折的物理量变换进去，方程形式就会变成左边是进动角速度，右边是红移和光线偏角的函数，，，这就是你所要的形式了，，，

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李灼
呵呵，这个时间了也还没休息呀，变换还是再说吧，数学学得不太好，我只是看了维基中的关于水星进动的相应条目，想从通俗的角度理解到底是什么原因导致相对论计算中水星轨道会进动——其实牛顿力学中所计算的水星轨道  详情 回复 发表于 2012-2-17 23:57
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李灼 发表于 2012-2-17 23:57 | 显示全部楼层 来自： 中国–辽宁–沈阳 联通
feng1734 发表于 2012-2-17 23:34

                               
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没见过这么理解的，因为没见过将方程的解整理成这样的形式的，，，，
不过，不排除有这种可能，
你有兴趣 ...

呵呵，这个时间了也还没休息呀，变换还是再说吧，数学学得不太好，我只是看了维基中的关于水星进动的相应条目，想从通俗的角度理解到底是什么原因导致相对论计算中水星轨道会进动——其实牛顿力学中所计算的水星轨道进动是考虑了其它行星的引力影响的，而没有别的因素了，但相对论对此的计算是：既使没有其它行星引力的影响，水星轨道仍会有进动，我无法理解这是怎么产生的。

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feng1734
我就是把它当做牛顿的万有引力定律的一个不足之处就好了，，就不会有为什么进动一说了，，，，在广义相对论看来，不进动才需要解释，，，  详情 回复 发表于 2012-2-17 23:59
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feng1734 发表于 2012-2-17 23:59 | 显示全部楼层 来自： 中国–天津–天津 联通
李灼 发表于 2012-2-17 23:57

                               
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呵呵，这个时间了也还没休息呀，变换还是再说吧，数学学得不太好，我只是看了维基中的关于水星进动的相应 ...

我就是把它当做牛顿的万有引力定律的一个不足之处就好了，，就不会有为什么进动一说了，，，，在广义相对论看来，不进动才需要解释，，，

点评

李灼
是呵，“在广义相对论看来，不进动才需要解释”这个说得对，这个我能理解一些，其实那个水星轨道有进动，而不是固定的椭圆轨道，这MS是相对论方程的很自然的结果，如果从相对论出发来看牛顿力学，就是应该是这样的。  详情 回复 发表于 2012-2-18 00:05
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李灼 发表于 2012-2-18 00:05 | 显示全部楼层 来自： 中国–辽宁–沈阳 联通
feng1734 发表于 2012-2-17 23:59

                               
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我就是把它当做牛顿的万有引力定律的一个不足之处就好了，，就不会有为什么进动一说了，，，，在广义相对 ...

是呵，“在广义相对论看来，不进动才需要解释”这个说得对，这个我能理解一些，其实那个水星轨道有进动，而不是固定的椭圆轨道，这MS是相对论方程的很自然的结果，如果从相对论出发来看牛顿力学，就是应该是这样的。但如果总试图从牛顿力学来理解相对论，就不好办了。

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feng1734
因为没有全局惯性系，广义相对论理解起来难度不是一般的大，，，  详情 回复 发表于 2012-2-18 00:08
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feng1734 发表于 2012-2-18 00:08 | 显示全部楼层 来自： 中国–天津–天津 联通
李灼 发表于 2012-2-18 00:05

                               
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是呵，“在广义相对论看来，不进动才需要解释”这个说得对，这个我能理解一些，其实那个水星轨道有进动， ...

因为没有全局惯性系，广义相对论理解起来难度不是一般的大，，，

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李灼
“全局惯性系”要理解这个，大概需要有长期的训练和数学、物理基础了才行了。  详情 回复 发表于 2012-2-18 00:11
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李灼 发表于 2012-2-18 00:11 | 显示全部楼层 来自： 中国–辽宁–沈阳 联通
feng1734 发表于 2012-2-18 00:08

                               
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因为没有全局惯性系，广义相对论理解起来难度不是一般的大，，，

“全局惯性系”要理解这个，大概需要有长期的训练和数学、物理基础了才行了。
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dabaizhu 发表于 2012-2-28 00:51 | 显示全部楼层 来自： 中国–山东–菏泽 联通
gohomeman1 发表于 2012-2-17 23:25

                               
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说实在的，在宏观领域到现在继续花大钱去验证广义相对论，我真不知道有什么价值在？

为浪费钱财找借口？否 ...

      价值不仅仅局限检验理论其本身，而且因其极端的实验条件要求，会促进材料、理论、软件等等各方面科技的进步。
就如军事科学研究这个似乎对人类文明毫无正面意义的领域，却催生了手机、家电等等现在生活中不可或缺点东西，原子弹衍生出了核电站。
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slayer_axe 发表于 2012-2-28 09:00 | 显示全部楼层 来自： 中国–湖南–长沙 电信
这个卫星轨道的轻微进动和水星轨道的进动是不是类似的现象?广义相对论预言了水星轨道的进动并通过了观测的证实，那这个实验岂不是多余的。
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LICHX 发表于 2012-3-3 16:10 | 显示全部楼层 来自： 中国–山西–忻州 联通
进动的原因很多，现在的问题是怎样区别进动的原因
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