1959年，部分对阿尔伯特 · 爱因斯坦（Albert Einstein）的广义相对论持不同意见的科学家，同时也承认这是一个绝妙的思想。当年，三位斯坦福大学的科学家在游泳池嬉水时达成一致，同意组队协作，共同来深入研究的这一理论的奇妙核心。

路漫漫其修远兮

45年后的今天，在耗资7亿美元后，这一梦想已成为现实。在美国加州范登堡空军基地的火箭顶部，端然安放着由管件、电子器材和石英等装配而成的“引力探测器B”卫星。它于4月20日发射升空，计划在轨道上工作18个月，以此对爱因斯坦1916年提出的广义相对论进行进一步的验证。

由于技术问题等众多原因，使得“引力探测器B”计划一再搁浅。该项计划的负责人、斯坦福大学的物理学家弗朗西斯 · 埃弗里特（Francis Everitt）博士认为，搁浅的次数取决于“如何定义搁浅”，早在1962年他就参与了该项计划。

“引力探测器B”计划凝聚了斯坦福大学和洛克希德 · 马丁公司的几代科学家和工程师们的心血。这些年来，已经有差不多100位来自斯坦福大学或其他部门为此项目工作的人员被授予了博士学位。

此次实验是用来验证爱因斯坦的引力论——广义相对论——所提供的最为深奥的预言：广义相对论预言了宇宙的膨胀以及吞噬光线的黑洞的存在。“引力探测器B”内有四个陀螺仪，它们将测量旋转的地球是否以及如何扭曲周围的时空，也许就像龙卷风卷起树叶那样。

埃弗里特和他的同事，以及美国航空航天局（NASA）指出，实验的结果会提供关于物质是如何弯曲时空（即引力效应）的精确测量，以使物理学家调整黑洞的动力学机制，以此解释类星体产生的巨大能量。不仅如此，实验还可能发现宇宙中存在新的作用力的证据。埃弗里特说：“如果一切顺利，实验的效果会比以往任何其他关于爱因斯坦理论的测试效果高出10到100倍。”

在“引力探测器B”计划向着终点前进时，一些科学家提出了不同的看法。他们认为，不出意外的话，实验并不会产生新的物理学发现。证据就是随着近几十年来人造卫星观测精度的不断提高，至少在该实验预期达到的精度要求内，对月球、行星和其他天体的观测结果已经证明了广义相对论是正确的。蒙大拿州立大学已退休的物理学教授、相对论专家肯尼思 · 诺德维得（Kenneth Nordtvedt）这样评价此次实验，“当它尚在襁褓中时，可能已经增加了我们关于引力的知识见解。”

非项目参与者、加州技术学会的物理学家基普 · 索恩（Kip Thorne）博士指出，尽管没有什么理由迫使人们期望实验结果会背离相对论，关键还是要直接测量那些与巨大的不确定性或理论框架无关的数据。他认为，如果广义相对论像部分理论家们所坚信的那样失败，那么它很可能以某种奇特的方式失败。基普同时还认为，任何与广义相对论的偏离都将产生“深远的影响”。即使实验结果与理论相吻合，此次测量仍将是教科书上的里程碑，“对于下一代而言是重大的遗产。”

众皆上下而求索

引力实验的灵感来源于奥地利物理学家恩斯特 · 马赫（Ernst Mach）。早在19世纪，他就宣称所有的运动都是相对的，并由此推测：宇宙中任何特定物体的惯性在某种程度上均取决于它与宇宙内所有其他物体的关系。而爱因斯坦被马赫原理的理论所吸引，后者正是广义相对论灵感来源的一部分。马赫理论这样描述时空：时空就像是下陷的床垫，物质和能量就像床上沉重的睡眠者，使行星、下落的苹果和光线沿着弯曲路线而不是直线前进。

然而从爱因斯坦所称道的马赫扭曲理论出发，似乎旋转的物质不仅会使空间下陷，还会使空间旋转。根据奥地利物理学家约瑟夫 · 兰斯（Josef Lense）和汉斯 · 塞林（Hans Thirring）在1918年进行的计算，类似于用茶勺搅动浓稠的牛奶会使杯子产生维持牛奶转动的力一样，一大团旋转的物体会拖动周围的时空一起运动。这意味着假如你在绕着轨道运行，就像绕着地球运行那样，你不会感受到任何力作用在自己身上而以为自己是静止不动的，但是通过观察远处的恒星，你会发现自己其实是在缓慢的旋转。

这种效应称为系统拖曳。在地球表面这种效应非常微弱，以致几十年来科学家们已经丧失了检验该效应的热情。一年内总的拖曳效应造成的扭曲大约是十万分之一度，相当于从400米外看一根头发丝那么细的物体。

但是在1959年，斯坦福大学的伦纳德 · 希夫（Leonard Schiff）博士，以及独立进行研究的美国国防部的乔治 · 皮尤（George Pugh）博士提出，空间中的陀螺仪可以发现拖曳效应。此后不久，希夫和同校的威廉 · 费尔班克（William Fairbank）博士，以及航空学教授兼陀螺仪专家罗伯特 · 坎农博士组成一个攻坚小组。他们正是文首提到的在游泳池里组队的那三位科学家。1962年，当时还只是个年轻博士后的埃弗里特也加入了这个小组。

升空前的“引力探测器B”卫星

在1964年，NASA与斯坦福大学签定了合同，由斯坦福大学负责制造陀螺仪，洛克希德 · 马丁公司负责建造运载飞船。当探测器计划顺利进展的同时，NASA将人类送上了月球，并在火星上登陆了探测器。1976年，用于研究引力是如何影响时钟速率的“引力探测器A”卫星升空。

陀螺仪与超导量子干涉仪

参与“引力探测器B”计划的科学家一致认为，此次实验纯粹是技术上的挑战。在探测器中的四个比高尔夫球略大的陀螺仪几乎与外界完全隔离，它们被认为是人类迄今为止制造过的最完美的球体——偏圆度只有40层原子那么厚。假如地球也是如此完美，那么地球上最高的山峰只能有6.5英尺高。在太空中，四个陀螺仪因电场力而悬浮，并以10000转/分钟的速度在一个对准了飞马座IM恒星的石英望远镜内旋转。

为保证旋转的陀螺仪丝毫不受外界的影响，“引力探测器B”卫星上的石英望远镜外部包裹着超导铅袋，使其内部不受磁力影响。整个装置由液氦冷却，温度保持在绝对零度以上，约是华氏零下456度。这仅仅是个开始。在将探测器对准飞马座IM恒星后，科学家还必须监测陀螺仪的旋转方向。

为了减小电阻，陀螺仪被镀上一层铌。陀螺仪旋转时，铌中的一些电子就会从原子中逃逸。这种相对运动产生微弱电流，继而产生磁场。磁场会被内置的超导量子干涉仪感知。超导量子干涉仪有两个任务：其一是测量系统拖曳，它会使陀螺仪与地球同向旋转；其二是测量γ参数，即物质使空间几何偏离人们熟知的“平坦”的欧几里得几何的程度。由于地球使时空下陷，环绕地球的圆形轨道的周长可能略微小于平坦空间的周长。

埃弗里特称，周长“微弱的差异”会使陀螺仪沿着与地球自转轴相垂直的方向旋转。一些物理学家对γ参数表现出更加浓厚的兴趣，因为他们的奇思妙想（比如隐藏的高维宇宙以及未发现的作用力）导致γ值不等于爱因斯坦预言中的准确值1.0。

结果如何犹未可知

“引力探测器B”卫星在技术上已得到保障，它的许多成果已经成功应用于多个其他项目。比如1983年Iras红外天文卫星就应用了液氦冷却技术，但是它的科学意义仍未明朗。

尽管系统拖曳效应尚未被直接探测到，天文学家却提出该效应已经被间接的测量了。去年，一群意大利物理学家宣布，通过分析两个Lageos卫星的数据，他们以20%的误差精度测量了拖曳效应，这两个卫星上布满了反射器，它们的作用类似于海洋中的浮标，向人们指示空间的几何坐标。今后可能会发射更多的卫星，逐步将测量的误差降至1%，而这正是“引力探测器B”所要达到的目标。

与此同时，去年9月，天文学家宣布通过记录从地球到接近土星的“卡西尼探测器”的无线电信号，并测量了γ参数——信号通过太阳时出现了延迟，显示了引力弯曲。他们发现γ参数与爱因斯坦的预测值1.0的误差精度为四万分之一。

诺德维得认为，以上结果比引力探测器的设计精度要高；埃弗里特则说，最终的验证将表明，此次实验可能超越信号延迟所达到的精度。而芝加哥大学的宇宙学家迈克尔 · 特纳（Michael Turner）博士认为：“我们所有人——包括弗朗西斯 · 埃弗里特——都渴望目睹这一非凡的太空实验付诸实施。”