重力探测器B——经过艺术将爱果斯坦的实际引入生存

艺术家最根本的特性之一是可以或许弥合想象和插图之间的边界，乃至能将最深奥和玄学的观点引入生存。科学家和工程师对这一历程的了解非常透彻，他们高兴使新的理论、试验和技能得以存在。

这一历程的明显例子是艺术家巴伦·斯托里(Barron Storey)在20世纪80年月末试图将斯坦福大学重力探测器B团队的想法公之于众。

重力探测器B是什么？

图片泉源：Stanford University/Barron Storey

重力探测器B于2004年4月20日在加利福尼亚州的范登堡空军基地由德尔塔Ⅱ7920放射升空，是斯坦福大学和美国宇航局(NASA)的互助项目，旨在通过丈量4个陀螺仪转向地球扭转偏向的微小改变验证爱因斯坦广义相对论的两个紧张猜测，即时间和空间不但会因地球等大质量物体的存在而弯曲，大质量物体的扭转还会拖动四周时空布局产生扭曲，这两项猜测分别被称为“恻地效应”和“布局拖曳”。

2004年8月24日，重力探测器开始科学运行并连续50个星期。飞行器传回多于1000吉字节的数据。由于液体氦耗尽，数据网络事情在2005年9月29日完结。

爱因斯坦与广义相对论

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爱因斯坦的广义相对论深深植根于19世纪和20世纪早期的理论和试验的大框架中。他本身1905年的狭义相对论建立了光速作为信号流传的上限，并冲破了牛顿的肯定空间和肯定时间的观点。

理论和试验配景

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重力探测器B素质上是NASA实行的一项借助陀螺仪的相对论性试验。这项试验的重要研究职员是斯坦福大学的物理学家，并重要由洛克希德·马丁公司承包完成。之以是定名为引力探测器B，是由于它被看作是第二个在太空中举行的引力试验，这是相对付1976年放射的引力探测器A而言的。

这项使命包罗对地球引力场中的两种广义相对论效应举行丈量：参考系拖拽和测地线效应。这两种效应在此之前还未曾被准确丈量过，至少从没有到达过此次引力探测器B所估计将到达的准确量级。

奥纳德·希夫与重力探测器B的诞生

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重力探测器B的观点最初泉源于麻省理工学院传授乔治·普克（George Pugh），他其时（1959年）在美国国防部事情；厥后（1960年）在普克的发起下，斯坦福大学其时的物理系主任列奥纳德·希夫（Leonard Schiff）对这一观点举行了商议。1961年这一发起被提送到NASA，1964年NASA答应了这个发起的研究资金。

四个陀螺仪

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重力探测器B的重要装备是4个超高精度的陀螺仪，稳健性是最好的导航陀螺仪的一百万倍。当重力探测器B在间隔地球约640km的极地轨道上运转时，4个陀螺仪自转轴同时瞄准迢遥恒星——IM Pegasi。观察效果是，因为受地球引力拖曳，陀螺仪自转轴偏向产生了可丈量的渺小偏移，从而证明了爱因斯坦的理论。

超导性与SQUIDs

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读取一个完善圆形物体的自旋偏向，给斯坦福大学的试验职员带来了一个庞大而要害的题目。要办理这个题目，就必要开辟一种要领来观看或“读出”陀螺仪的扭转偏向与时空的曲率和扭转的干系。

望远镜和石英块

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随着陀螺仪将它们的自旋偏向传送给超导量子干预干与仪(SQUIDs)，科学家仍旧必要一些工具作为陀螺仪自旋偏向的参考点。办理方案是一个14英寸长的熔融石英望远镜，其5.6英寸的孔径与导星IM Pegasi的相对比。

杜瓦瓶和液态氦

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将试验有用载荷连结在1.8开尔文周边的使命落在一种称为杜瓦瓶的真空夹套装置上。之以是要求靠近肯定零度的情况是使分子间活动孕育发生的扰动最小化的要求，同时能使组成陀螺仪组件的铅和铌具有超导电性。

航天器和轨道

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完全集成的重力探测器B全长5米，直径1.6米，是飞行器与试验完全同步的良好例子。轨道为640公里×646公里(390英里×401英里)，倾角90°。

要害技能和衍生产物

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为了将Schiff的想法酿成实际，重力探测器B团队必要发明和验证物理学和工程学方面的几项新技能。一个例子便是多孔塞——一种设计用来操纵超流氦在进入轨道后从杜瓦瓶的出口逸出的装置。

预备放射

图片泉源：Stanford University/Barron Storey

早期几十年的进展见证了在观点开辟、技能设计和原型生产范畴的大部门事情。然而，随偏重力探测器B在20世纪80年月中期进入NASA的飞行打算，治理职员采取了“增量原型”的观点。这种要领要求快速开辟和测试硬件。

团队成员

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重力探测器B最紧张的方面是一个历程恒久的首席研究员，弗朗西斯·伊夫利特(Francis Everitt)博士被称作跨学科的发明者。NASA曾经出于思量三度取消了这一打算，分别是在1989年、1993年和1995年。然而它之以是可以或许连续至今，很大水平上要归功于斯坦福大学的物理学家弗朗西斯·伊夫利特在此中所作的政治斡旋。

效果和影响

图片泉源：Stanford University/Barron Storey

自2004年4月20日放射后，重力探测器B于2004年8月28日开始网络数据，并于2005年8月14日完结。引力探测器B的最初效果证明了广义相对论所预言的测地线效应的准确度到达了偏差小于1%，而所盼望的参考系拖拽效应的信号强度则和当前的噪声强度处于统一量级。

NASA在2011年5月4日公布消息称，该局2004年放射的重力探测器B已经证明了爱因斯坦广义相对论的两项要害猜测。这项研究结果已被美国《物理批评通讯》杂志担当并颁发。

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