微妙的扭曲
要一定程度理解相對論
——專業搞物理的人即使懂得很多， 也不能說“真正理解”， 我輩非專業人士就只能通過比喻和想像來理解了。
這個稱為時空的東西具有與橡皮膜類似的性質：會變形。 一個球(例如太陽)放在上面， 會把膜壓下去產生一個坑。 經過太陽附近的物體， 會掉到坑裡。 當然， 我們平時把這種現象稱為物體受到了太陽的引力作用。
根據我們的日常經驗， 光線所走的路是最直、最短的。 不過， 即使是沒有品質的光， 在彎曲空間中行進時， 路徑也會彎曲起來， 但是這條路仍然是這個彎曲空間裡的最短路徑， 稱為“測地線”。 光線經過一個大品質天體附近時，
偏轉程度可以根據光速和天體品質計算出來。 愛因斯坦當年計算出， 光線在太陽附近的偏轉角度是1.7′。 1919年， 英國天文學家愛丁頓(傳說中曾自詡是除愛因斯坦外唯一懂得相對論的人)在日全食發生之際，
對相對論的另一次著名檢驗是在1976年6月18日。 NASA的“引力探測A”衛星發射升空， 進入1萬千米高的軌道， 攜帶著一台超精密的原子鐘在大西洋上空飛行了116分鐘。
與此同時， 另一台一模一樣、經過校準的原子鐘在地面上運行著。 如相對論預測的那樣， 衛星攜帶的原子鐘的運行速率與地面的原子鐘存在差異。
也就是說，
引力影響了時間的快慢，
這就是引力紅移效應。
廣義相對論預言， 還存在另一種更加微弱的時空扭曲，這是奧地利物理學家約瑟夫·蘭斯和漢斯·蒂林於1918年提出來的。他們說，一個旋轉的物體特別是大品質物質，除了“測地線效應”導致的空間彎曲之外，還會因為旋轉而產生另一種被稱為“慣性系拖曳”的空間扭曲效應，其情形如勺子在糖漿裡攪動形成旋渦。這個效應比“測地線效應”還要微弱得多，因此在提出之後80餘年時間裡，一直得不到檢驗。20世紀90年代晚期，一些X射線天文學家認為，他們間接觀測到了這個效應。在擁有巨大品質的中子星或黑洞周圍，
有著旋轉的氣體塵埃盤，它們發出強烈的X射線流。如果旋轉的中子星或黑洞扭曲了周圍的時空，就會使塵埃盤抖動，導致X射線流出現變化。科學家說，他們觀測到了這樣的變化。但是，一些與“慣性系拖曳”效應無關的理論似乎也能解釋這種變化，因此這並不算一個確鑿的證據。
“引力探測B”的任務，就是以前所未有的精度觀測“測地線效應”，然後把它的影響扣除掉，從剩餘的資料裡直接尋找“慣性系拖曳”效應的跡象。
精密，更加精密
“引力探測B”的核心部件是4個陀螺儀。這種又稱為回轉儀的元件，通常用來給飛行器定位、使之保持穩定。理論上來說，“引力探測B”要做的事很簡單：把陀螺儀固定在望遠鏡上，在飛行過程中，望遠鏡始終朝向某顆恒星，使陀螺儀的自轉軸與望遠鏡到恒星之間的直線重合。地球自轉時，在周圍形成時空旋渦，陀螺儀的自轉軸也會發生一點偏轉。仔細測定偏轉的程度，扣除地球品質本身導致空間彎曲的影響，就能觀察時空旋渦是否存在。
就像把鈴鐺掛上貓脖子聽上去容易，實際操作卻存在巨大的技術困難一樣，“引力探測B”也是如此。它的問題在於，“慣性系拖曳”效應實在太微弱了。計算顯示，地球的這一效應，將使這些陀螺儀的自轉軸發生41％o角秒的偏轉。這個角度大概相當於從華盛頓觀看一個放在洛杉磯的硬幣產生的張角。
“引力探測B”的4個陀螺儀是世界上最精密的陀螺儀，它們的主要部件由石英製成。這是一種非常穩定的礦物，基本不受溫度變化的影響。每個陀螺儀的轉子是一個乒乓球大小的石英球，表面塗著一層極薄的金屬鈮，它們能以每分鐘1萬轉的速度旋轉。這些石英球是人類迄今製造的最接近完美球體的東西。即使把它放大到地球那麼大，它表面上最高山峰的頂點與最深海溝的底部間的高度差還不足5米。
陀螺儀用一個長2.74米、形狀像香煙的結構封裝。在這個結構裡面，是比外太空還要空十倍、接近絕對真空的狀態。再外層，是一個裝有2441升液氦的罐子。這些液氦的溫度只比絕對零度高出1.8℃，用於冷卻陀螺儀、避免熱量影響實驗結果。如此的低溫足以使石英球表面的金屬鈮進入超導狀態，而石英球的自轉軸方向，就由這個超導體的磁場決定。
除了核心的轉子，其他部件也要盡一切可能消除任何電子或機械缺陷的影響。另外，人們還要觀察用於定位指向的恒星——飛馬星座中的一對雙星的運動，將這個因素考慮進去，保證不因為恒星位置的微小飄移而導致定向失誤、前功盡棄。至於衛星本身的運行軌道，也是幾乎完美的圓形。
“引力探測B”衛星由斯坦福大學設計，洛克希德一馬丁公司承制，重3100千克，長6.43米，直徑2.64米。如果拆掉太陽能電池板，它看起來頗有點像水泥攪拌機。這個龐大、沉重又異常精密的東西，自然也是異常昂貴的。它是NASA最早決定上馬的專案之一，但高昂的標價差點使項目完蛋。尤其是因為它所要檢驗的是一個幾乎無人懷疑的理論。儘管負責專案的科學家非常高姿態地表示，他們對於一切結果都保持“開放的頭腦”，但實話說，廣義相對論真的被這個實驗推翻的可能性很小。
“引力探測B”的歷史可以追溯到將近半個世紀以前。有關方案於1959年首次被提出，1963年得到NASA的第一筆資助。但當時的技術條件不足以實施這項計畫。在這期間，NASA於1976年執行了“引力探測A”計畫，證實了引力紅移效應。但在這個實驗成功的第二年，NASA的撥款到期，“引力探測B”項目停滯了。
20世紀80年代初該項目重新上馬。科學家原打算用太空梭將衛星送入軌道，但1986年“挑戰者”號的爆炸使這個計畫被取消，“德爾塔2”型火箭成為“引力探測B”新的運載工具。在接下來的歲月中，專案的進度比想像的更緩慢。它曾經數次面臨被國會終止的危險，但是每一次科學家都成功地說服了議員們把這個項目保留下來。
最後一次生死抉擇發生在2003年。當衛星組裝完畢、進行熱真空實驗之後，它出現了一些故障。NASA險些要終止這個漫長的專案，但是考慮到熱真空實驗出現的問題只是一些次要的技術問題，最終還是讓它活了下來。2004年4月20日，“引力探測B，'終於在加利福尼亞州範登堡空軍基地升空。
火箭升空
並非每個參與的科學家都有幸看到它飛向太空。計畫的發起者萊昂納德·希夫教授已于1971年逝世。目前主要負責的科學家之一、斯坦福大學教授法蘭西斯·艾維特於1960年離開他的故鄉英國，準備到美國待上兩三年，結果在1962年加入了這個計畫，40年過去了，他還在這裡。這個跨世紀計畫培養了94名博士、15名工程碩士，還提供了超過300個研究崗位。
所有這些努力都是為了一個目的：證實廣義相對論預言。該計畫的科學主管布奇曼說，實驗的結果並非簡單地給廣義相對論畫一個對號或者錯號，而是幫助科學家發現那些被愛因斯坦的理論所預言的更微弱的效應是否能被探測到。“它會幫助我們更好地理解相對論。”
還存在另一種更加微弱的時空扭曲，這是奧地利物理學家約瑟夫·蘭斯和漢斯·蒂林於1918年提出來的。他們說，一個旋轉的物體特別是大品質物質，除了“測地線效應”導致的空間彎曲之外，還會因為旋轉而產生另一種被稱為“慣性系拖曳”的空間扭曲效應，其情形如勺子在糖漿裡攪動形成旋渦。這個效應比“測地線效應”還要微弱得多，因此在提出之後80餘年時間裡，一直得不到檢驗。20世紀90年代晚期，一些X射線天文學家認為，他們間接觀測到了這個效應。在擁有巨大品質的中子星或黑洞周圍，
有著旋轉的氣體塵埃盤，它們發出強烈的X射線流。如果旋轉的中子星或黑洞扭曲了周圍的時空，就會使塵埃盤抖動，導致X射線流出現變化。科學家說，他們觀測到了這樣的變化。但是，一些與“慣性系拖曳”效應無關的理論似乎也能解釋這種變化，因此這並不算一個確鑿的證據。
“引力探測B”的任務，就是以前所未有的精度觀測“測地線效應”，然後把它的影響扣除掉，從剩餘的資料裡直接尋找“慣性系拖曳”效應的跡象。
精密，更加精密
“引力探測B”的核心部件是4個陀螺儀。這種又稱為回轉儀的元件，通常用來給飛行器定位、使之保持穩定。理論上來說，“引力探測B”要做的事很簡單：把陀螺儀固定在望遠鏡上，在飛行過程中，望遠鏡始終朝向某顆恒星，使陀螺儀的自轉軸與望遠鏡到恒星之間的直線重合。地球自轉時，在周圍形成時空旋渦，陀螺儀的自轉軸也會發生一點偏轉。仔細測定偏轉的程度，扣除地球品質本身導致空間彎曲的影響，就能觀察時空旋渦是否存在。
就像把鈴鐺掛上貓脖子聽上去容易，實際操作卻存在巨大的技術困難一樣，“引力探測B”也是如此。它的問題在於，“慣性系拖曳”效應實在太微弱了。計算顯示，地球的這一效應，將使這些陀螺儀的自轉軸發生41％o角秒的偏轉。這個角度大概相當於從華盛頓觀看一個放在洛杉磯的硬幣產生的張角。
“引力探測B”的4個陀螺儀是世界上最精密的陀螺儀，它們的主要部件由石英製成。這是一種非常穩定的礦物，基本不受溫度變化的影響。每個陀螺儀的轉子是一個乒乓球大小的石英球，表面塗著一層極薄的金屬鈮，它們能以每分鐘1萬轉的速度旋轉。這些石英球是人類迄今製造的最接近完美球體的東西。即使把它放大到地球那麼大，它表面上最高山峰的頂點與最深海溝的底部間的高度差還不足5米。
陀螺儀用一個長2.74米、形狀像香煙的結構封裝。在這個結構裡面，是比外太空還要空十倍、接近絕對真空的狀態。再外層，是一個裝有2441升液氦的罐子。這些液氦的溫度只比絕對零度高出1.8℃，用於冷卻陀螺儀、避免熱量影響實驗結果。如此的低溫足以使石英球表面的金屬鈮進入超導狀態，而石英球的自轉軸方向，就由這個超導體的磁場決定。
除了核心的轉子，其他部件也要盡一切可能消除任何電子或機械缺陷的影響。另外，人們還要觀察用於定位指向的恒星——飛馬星座中的一對雙星的運動，將這個因素考慮進去，保證不因為恒星位置的微小飄移而導致定向失誤、前功盡棄。至於衛星本身的運行軌道，也是幾乎完美的圓形。
“引力探測B”衛星由斯坦福大學設計，洛克希德一馬丁公司承制，重3100千克，長6.43米，直徑2.64米。如果拆掉太陽能電池板，它看起來頗有點像水泥攪拌機。這個龐大、沉重又異常精密的東西，自然也是異常昂貴的。它是NASA最早決定上馬的專案之一，但高昂的標價差點使項目完蛋。尤其是因為它所要檢驗的是一個幾乎無人懷疑的理論。儘管負責專案的科學家非常高姿態地表示，他們對於一切結果都保持“開放的頭腦”，但實話說，廣義相對論真的被這個實驗推翻的可能性很小。
“引力探測B”的歷史可以追溯到將近半個世紀以前。有關方案於1959年首次被提出，1963年得到NASA的第一筆資助。但當時的技術條件不足以實施這項計畫。在這期間，NASA於1976年執行了“引力探測A”計畫，證實了引力紅移效應。但在這個實驗成功的第二年，NASA的撥款到期，“引力探測B”項目停滯了。
20世紀80年代初該項目重新上馬。科學家原打算用太空梭將衛星送入軌道，但1986年“挑戰者”號的爆炸使這個計畫被取消，“德爾塔2”型火箭成為“引力探測B”新的運載工具。在接下來的歲月中，專案的進度比想像的更緩慢。它曾經數次面臨被國會終止的危險，但是每一次科學家都成功地說服了議員們把這個項目保留下來。
最後一次生死抉擇發生在2003年。當衛星組裝完畢、進行熱真空實驗之後，它出現了一些故障。NASA險些要終止這個漫長的專案，但是考慮到熱真空實驗出現的問題只是一些次要的技術問題，最終還是讓它活了下來。2004年4月20日，“引力探測B，'終於在加利福尼亞州範登堡空軍基地升空。
火箭升空
並非每個參與的科學家都有幸看到它飛向太空。計畫的發起者萊昂納德·希夫教授已于1971年逝世。目前主要負責的科學家之一、斯坦福大學教授法蘭西斯·艾維特於1960年離開他的故鄉英國，準備到美國待上兩三年，結果在1962年加入了這個計畫，40年過去了，他還在這裡。這個跨世紀計畫培養了94名博士、15名工程碩士，還提供了超過300個研究崗位。
所有這些努力都是為了一個目的：證實廣義相對論預言。該計畫的科學主管布奇曼說，實驗的結果並非簡單地給廣義相對論畫一個對號或者錯號，而是幫助科學家發現那些被愛因斯坦的理論所預言的更微弱的效應是否能被探測到。“它會幫助我們更好地理解相對論。”