宇宙空間可以被扭曲,但我們看不到扭曲,如何才能證明?
我們周圍的空間到底是神呢?在牛頓眼中被動的空間,在愛因斯坦眼中則是動態的,它和時間交纏,決定了物體時如何移動。所以在愛因斯坦之後,空間不再是靜止的,空間就好比一名演員,在宇宙劇場里進行各種演出。
把空間想像成是布料一樣動態而又彈性,這是一回事,但真實如此嗎?這只是個比喻,又或者是對太空實際的描述?愛因斯坦的理論預測道若要知道,有個方法就是踏上小旅程,前往黑洞的邊緣。
黑洞是崩塌的恆星,巨大的物體被擠壓成原本大小的分毫,其周圍的重力非常強大,根據愛因斯坦的數學演算,一個旋轉的黑洞能夠把太空拖著走,扭曲成像是擰一條布那樣。距離我們最近的黑洞在好幾兆公里之外,所以要測試這個預測是個挑戰。
但是在1950年代晚期,物理學家萊諾薛夫開始尋找離家更近的地方,測試愛因斯坦對太空的概念。萊諾薛夫的靈感來自通常被我們看做是小孩子的玩具:陀螺儀。讓認為太空若真像布一樣會扭曲,陀螺儀或許能讓他偵測到。
這是很怪異的點子,而且是在一個怪地方發展出來的,史丹佛大學的教職員游泳池。1959年,萊諾薛夫在那裡認識了兩個同事,威廉費爾班和鮑勃坎能。萊諾薛夫看到一則高科技陀螺儀的廣告倍感興奮,儘管外觀不一樣,但基本原理和那種小孩子玩具相同,這三人當場決定要發射這種裝置,陀螺儀的軸心一般指向固定方向。但若地球真的在牽引空間,那麼陀螺儀的軸心也會跟著被牽引,指向改變,因而也能測量到。
這是高明的簡單計算,只有一個問題,愛因斯坦的理論預測,地球的旋轉只會微幅扭曲空間,而其程度之小,會像是從一百公里遠的地方測量一分錢硬幣的高度。萊諾薛夫幾個人費事兩年多設法弄清如何做出如此準確的測量,他們最後設計出一個計劃,把四個自由漂浮的陀螺儀連接在一個望遠鏡上。如果太空扭曲,那麼隨著時間流逝,陀螺儀便不會再對準那顆恆星,因為身陷於太空的漩渦。而在1962年,他們申請美國太空總署的輔助,要求費用大約有一百萬美元,成為後來所稱的引力探測器B。
原始成員最初設想這個方案會花費大約三年,他們太樂觀了點。引力探測器B靠著越來越大的團隊成為史上進行最久的實驗之一,十年又十年過去了,設法實現最初的憧憬就是把一個望遠鏡發射太空,並建造出史上最滑順德陀螺儀物體。
耗時40多年,花費超過七億五千萬美元,這項專案九度險些被太空總署取消。最後在2004年4月,組員同來見證望遠鏡發射。1959年坐在泳池邊那三位,僅有一位還在世親眼看得見。
引力探測器B繞行地球一年多,小組緊張地監測著它的一舉一動,設法看出地球是否真會讓空間扭曲。終於資料開始一點一滴進來,也出現了一個問題。陀螺儀發生預期外的微幅搖晃,要清楚資料會花掉好幾百萬美金,預算很快就要用完,看來近半個世紀的努力即將付諸東流。然後似乎在最後一刻,兩股額外的資金湧現,原班退隊成員威廉費爾班的兒子做了私人捐獻,沙烏地阿拉伯的皇室成員也進行了捐獻。在接下來兩年,資料問題解決,顯示出陀螺儀軸心的偏移量,幾乎和愛因斯坦方程式預測的一致。
這個實驗提供了史上最直接的證據,空間真有其物,像是布料一樣的實體。如果空間什麼都不是,就沒有東西可以扭曲了。
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