年,奥地利物理学家约瑟夫·伦泽和汉斯·蒂林运用广义相对论做出了一个非比寻常的预言:由于物体可弯曲空间和时间,旋转的物体可拖曳周围的空间和时间——就如糖浆桶里旋转的石头。
假设有一质量极大的旋转物体,一个巨大的空心球体(一个壳)。牛顿会认为,在空地旋转的球体不会对其周围的事物产生一丝影响。然而,组成这个空心球体的那些粒子正在空间中运动,粒子一旦运动便会产生动量,而根据爱因斯坦的理论,动量是时空曲率或引力的来源之一。广义相对论方程清楚地指出,空心球体内部和外部的空间和时间(或时空)均会受到球体旋转运动的拖曳。换句话说就如物体动量可弯曲周围时空一样,物体的旋转动量也会使周围时空一起发生旋转。
因此,空心球体内部和外部的空间都将随球体一起沿相同方向旋转。所以,假如我们把装满水的圆筒放在旋转球体内部,旋转球体将会对静止水面施加力的作用,而这反过来也会导致水面形成凹状。下面,最令人惊叹的部分来了!计算结果显示,对于这个球体以及宇宙中与球体质能相等的质能体而言,拖曳效应产生的水面下凹效果与宇宙静止而水桶旋转的情况相同。所以,关于究竟是水桶在静止宇宙中旋转还是宇宙在围绕静止水桶旋转的争论就无关紧要了,因为它们产生的结果都是一样的!
下一次若你想原地旋转,请务必记得,在你自己的参考系中,你是静止的,从你的角度看,你在旋转过程中感受到的晕眩,其实是外部世界的质能在做旋转运动而产生的。这就是爱因斯坦广义协变原理的威力——在—切参考系都可行!拖曳效应是真实存在的吗?在我们居住的太阳系中,拖曳效应极其微弱,因此很难测量发现不过,如今物理学家们手头已掌握一些证据,或可证明拖曳效应的真实存在。
年,引力探测器B发射升空至地球上方约千米处,该探测器旨在测量地球质能引起的时空曲率以及地球旋转引起的拖效应。年12月,探测器团队报告,测量所得的时空曲率——即所谓的测地线效应,与广义相对论的预测数据相符,误差在千分之五以内。之后,经过数年艰辛的数据分析,团队终于在年5月正式对外公布拖曳效应的实验数据。广义相对论预测,地球旋转引起的拖曳效应可导致机载陀螺仪每年偏转0.角秒,而探测器测得的平均数据为每年0..角秒,这与爱因斯坦的预测大致符合,统计误差约为18%。
虽然该误差范围尚称不上十分精确,但是这个实验结果依然举世瞩目,毕竟要测量一个效应如此微弱的物理现象实非易事。实证再一次证明,爱因斯坦构筑的怪异宇宙就是我们身处的宇宙——真空本身竟也会随着远处的旋转物体一同旋转。