引力磁效应
会得到证实吗?
2005年8月15日
弗雷德里克·亨利-库安尼现在已建立了一个网站,展示并解释他的研究成果:
http://toronto.dess-res.univ-mrs.fr/sitefred
参考资料:
http://einstein.stanford.edu
和
http://www.gravityprobeb.com
美国国家航空航天局(NASA)的“引力探测器B”(Gravity Probe B)探测器已顺利完成其在太空中的第一年任务。
首先,请欣赏一下发射过程的精彩画面。我向你保证,那场面简直如同身临其境:
http://www.gravityprobeb.com/movies/launch01.mov
广义相对论具有一个相当特殊的特性,例如在描述旋转大质量物体时,可通过“克尔度规”(Kerr metric)体现出来。当物体质量极大时,会出现一种被称为“参考系拖曳”(frame-dragging)的现象,字面意思是“坐标系的拖曳”。这到底意味着什么?想象一下,你有一个由两个质量通过弹簧连接而成的系统。你可以通过两种方式拉伸这个弹簧:
- 让整个系统旋转,此时会表现出离心力;
- 或者“让空间本身旋转”。
事实上,早在广义相对论出现之前,人们就已经开始思考这些问题了。牛顿最初假设存在一个与任何物质内容无关的“绝对空间”。这正是他著名的水桶实验(在漫画《宇宙故事》中有描述)。
后来,哲学家马赫(1883年)提出,空间(即“惯性参考系”,水的运动必须相对于它来衡量才能产生可观测效应)应由其物质内容局部决定(与牛顿的观点相反)。马赫认为,如果将一个由两个质量通过弹簧连接的系统封闭在一个质量极大的壳体中,并让这个壳体快速旋转,那么即使两个质量本身并未旋转,也会出现一种“离心力”——这种力并非源于质量的旋转,而是源于它们所处的“空间”本身在旋转。1896年,马赫曾鼓励弗里德兰德兄弟进行这项实验,但结果并不显著。
如今,实验者们重新提出了关于空间与物质之间关系的疑问。考虑一颗亚临界中子星(质量小于2.5个太阳质量),我们观测到的“脉冲星”就是这类天体。在其附近,时空结构可以用“克尔度规”来描述,正如“史瓦西度规”用于描述非旋转物体周围的时空。对爱因斯坦方程的克尔解进行分析,得出了相当奇特的结论。例如:若考虑围绕该物体的圆形轨道,且轨道轴与物体自转轴一致,那么光速在沿物体旋转方向传播时,与逆着旋转方向传播时将不相同!这再次表明,一切似乎都如同物体“拖曳着时空一起旋转”一样。这一现象被命名为“参考系拖曳”。
根据广义相对论,这一效应不仅适用于中子星,也应适用于任何旋转的质量,包括地球本身。只是对于地球而言,效应极其微弱。此前,人们几乎不可能测量到这些效应,但最近,科学家终于找到了探测方法,这正是“引力探测器B”被发射入轨的原因。这类现象被称为“引力磁效应”,这只是一个简单的类比:运动的电荷会产生磁场;在广义相对论中,人们决定认为运动的质量也会产生“引力磁效应”(这将表现为引力场的改变)。
由NASA主导、斯坦福大学协助的这项实验,具备了足以揭示广义相对论所预测效应的极高精度。这些效应表现为:在距地球720公里高处、沿极地轨道运行的陀螺仪,其旋转轴会发生极其微小的变化。该实验旨在展示地球的存在及其自转如何“拖曳”和“扭曲”时空。(在网站dragging词条中,“drag”意为“拖曳”,“warp”意为“扭曲”)
其他预测:
弗雷德里克·亨利-库安尼是地中海大学的副教授。过去一年中,他发表了以下成果:
发表于同行评审期刊的论文:
《现代物理杂志A》[粒子与场;引力;宇宙学;核物理] 第20卷,第11期(2005年),2341-2345页
在国际会议上的报告:
第六届亚历山大·弗里德曼国际引力与宇宙学研讨会,2004年6月28日至7月3日,卡热塞
亨利-库安尼·弗雷德里克
量子场论与广义相对论中的负能量:引力的黑暗面
第五届越南粒子物理与天体物理研讨会,2004年8月5日至11日,河内
亨利-库安尼·弗雷德里克
量子场论与广义相对论中的负能量:引力的黑暗面
GdR SUSY,2004年7月,克莱蒙费朗
亨利-库安尼·弗雷德里克
量子场论与广义相对论中的负能量:引力的黑暗面
阿尔伯特·爱因斯坦百年纪念会议,2005年7月18日至22日,巴黎
离散对称性与广义相对论:引力的黑暗面
第十八届西班牙广义相对论会议:“相对论物理百年”,2005年9月6日至10日,西班牙奥维耶多
离散对称性与广义相对论:引力的黑暗面
发表于arXiv预印本平台的论文:
gr-qc/0410055
《离散对称性与广义相对论:引力的黑暗面》
gr-qc/0404110
《量子场论与广义相对论中的负能量与时间反演:引力的黑暗面》
gr-qc/0507065
《负能量与持续加速的平坦宇宙》
弗雷德里克·亨利-库安尼发表的论文带来了诸多新前景。在标红的那篇文章中,包含了基于“引力探测器B”测量结果的预测,这些测量正在进行中(观测结果的正式发布预计即将完成)。这些预测与广义相对论的结论有显著差异。
广义相对论中有一个基本原理,长期以来被视为不可动摇,即“等效原理”。它认为不存在任何特殊的参考系。换句话说,物理定律在所有参考系中都具有相同的形式。那么,“参考系”到底是什么?它是一个与特定观察者相关联的空间与时间定位系统。等效原理假设不存在任何“特权观察者”。然而,弗雷德里克·亨利-库安尼却质疑这一物理学基石,这等同于主张存在一个“绝对空间”(过去被称为“以太”)。这实际上等于是……为牛顿辩护,反对爱因斯坦,从而预言物体相对于这一绝对空间运动所产生的效应。
那么,这个“绝对空间”究竟是什么?它是否就是“宇宙学中的空间”?(正如提瑞西亚斯所说,“宇宙的所在之处”,即“宇宙体”所在的位置。)在宇宙中,绝对的虚空……