什么是重磁學(Gravitomagnetism)？
自1918年以來，引力磁學這個理論概念，是廣義相對論的一個預測結果，從廣義相對論出發，它的存在已經被實驗證明，但據稱只有一次，在不同程度上，這種效應都有不同程度的證據支持。一個國際研究小組聲稱在90年代中期發現了這種效應...
自1918年以來，引力磁學這個理論概念，是廣義相對論的一個預測結果，從廣義相對論出發，它的存在已經被實驗證明，但據稱只有一次，在不同程度上，這種效應都有不同程度的證據支持。一個國際研究小組聲稱在90年代中期發現了這種效應，這是基于LAGEOS I號和LAGEOS II號飛船的數據得出的。測量到的影響在廣義相對論預測的10%以內，盡管有些科學家仍然懷疑這些結果的有效性。2004年，斯坦福大學的物理學家們發射了重力探測器B，一個極其精密的陀螺儀組件，以更高的精度測量外層空間的重磁學。目前正在對其數據進行分析。
一個預計的重磁效應會導致繞地球一個完美的圓軌道的衛星稍微偏離其軌道。愛因斯坦提出廣義相對論后，它花了幾十年的時間來計算出它所有的預期結果。最著名的是物質和能量之間的基本等價性，原子彈生動地證明了這一點：洛倫茲收縮，一個外部觀察者看著以相對論（近光）速度運動的物體所看到的質量的增加和長度的減少，是另一個，并且已經被實驗證實。對于以接近光速運動的物體來說，時間流逝得更慢，甚至更慢——在環繞地球運行的原子鐘中觀察到了這種效應。
阿爾伯特·愛因斯坦發展了廣義相對論。這一理論暴露得很差，而且得到了很好的驗證結果，重磁學，指的是當一個大質量物體快速旋轉時產生的磁場引力磁學被錯誤地命名——它不是磁性的——由引力產生的力，不是電磁學。但它被稱為重磁學，因為描述這種效應的方程和磁場的產生在數學上是相似的。就像帶電物體旋轉時產生磁場一樣，當一個大質量物體旋轉時，就會產生一個重磁場。用來描述這兩者的數學在功能上是相似的，這種效應可以很容易地稱為引力場，一個不易引起誤解的術語。在旋轉非常迅速的超大質量黑洞周圍會觀察到一個非常強大的重力磁場。這些黑洞的質量可能比太陽大數百萬倍，并且以極快的速度旋轉。不過，在太陽系中，這種影響預計非常小-在整個引力相互作用方案中，只有萬億分之幾的數量級——如果沒有精密的傳感器或者靠近大質量行星或太陽，就很難觀測到。斯坦福大學的重力探測器B非常精密，它裝有一個陀螺儀，它的物體是球形的，直徑為40個原子直徑，具有接近均勻的密度分布。設計用于探測重磁，陀螺儀的目的是測量"幀拖拽"——預測效果的來源是旋轉質量在時空中產生的一個小扭曲。在真空中旋轉的陀螺儀應該以幾乎完美的均勻性旋轉，但據預測，重力磁學會稍微擾亂這種現象，想象幀拖動的簡單方法是想象一個球在拉伸的薄片上旋轉，在產生大凹陷的同時，在薄板上產生輕微扭曲另一個預測的結果是，當一顆衛星以一個完美的圓環繞地球運行時，它實際上會在一個稍微不同的地方結束，由于自轉的地球產生了輕微的漩渦，測量重磁學的一個困難是地球的赤道隆起造成衛星/陀螺儀行為的差異，必須從其他數據中正確地減去這些差異，才能測量真正的幀拖拽的大小從重力探測器B返回后，分析仍在進行中。重磁學是相當神秘的，目前還不太清楚。這種效應是否會有實際應用，我們可能至少要幾十年才能知道。
一個預計的重磁效應會導致繞地球一個完美的圓軌道的衛星稍微偏離其軌道。愛因斯坦提出廣義相對論后，它花了幾十年的時間來計算出它所有的預期結果。最著名的是物質和能量之間的基本等價性，原子彈生動地證明了這一點：洛倫茲收縮，一個外部觀察者看著以相對論（近光）速度運動的物體所看到的質量的增加和長度的減少，是另一個，并且已經被實驗證實。對于以接近光速運動的物體來說，時間流逝得更慢，甚至更慢——在環繞地球運行的原子鐘中觀察到了這種效應。阿爾伯特·愛因斯坦發展了廣義相對論。這一理論暴露得很差，而且得到了很好的驗證結果，重磁學，指的是當一個大質量物體快速旋轉時產生的磁場引力磁學被錯誤地命名——它不是磁性的——由引力產生的力，不是電磁學。但它被稱為重磁學，因為描述這種效應的方程和磁場的產生在數學上是相似的。就像帶電物體旋轉時產生磁場一樣，當一個大質量物體旋轉時，就會產生一個重磁場。用來描述這兩者的數學在功能上是相似的，這種效應可以很容易地稱為引力場，一個不易引起誤解的術語。在旋轉非常迅速的超大質量黑洞周圍會觀察到一個非常強大的重力磁場。這些黑洞的質量可能比太陽大數百萬倍，并且以極快的速度旋轉。不過，在太陽系中，這種影響預計非常小-在整個引力相互作用方案中，只有萬億分之幾的數量級——如果沒有精密的傳感器或者靠近大質量行星或太陽，就很難觀測到。斯坦福大學的重力探測器B非常精密，它裝有一個陀螺儀，它的物體是球形的，直徑為40個原子直徑，具有接近均勻的密度分布。設計用于探測重磁，陀螺儀的目的是測量"幀拖拽"——預測效果的來源是旋轉質量在時空中產生的一個小扭曲。在真空中旋轉的陀螺儀應該以幾乎完美的均勻性旋轉，但據預測，重力磁學會稍微擾亂這種現象，想象幀拖動的簡單方法是想象一個球在拉伸的薄片上旋轉，在產生大凹陷的同時，在薄板上產生輕微扭曲另一個預測的結果是，當一顆衛星以一個完美的圓環繞地球運行時，它實際上會在一個稍微不同的地方結束，由于自轉的地球產生了輕微的漩渦，測量重磁學的一個困難是地球的赤道隆起造成衛星/陀螺儀行為的差異，必須從其他數據中正確地減去這些差異，才能測量真正的幀拖拽的大小從重力探測器B返回后，分析仍在進行中。重磁學是相當神秘的，目前還不太清楚。這種效應是否會有實際應用，我們可能至少要幾十年才能知道。
- 發表于 2020-09-06 16:11
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- 分類：科學教育
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