伽利略衛星導航係統（圖片來源：歐洲航天局）

　　上世紀末，歐盟開始研製一套以意大利著名天文學家伽利略命名的衛星定位導航係統。該係統被稱作是歐洲版的GPS（全球定位係統），它的目標也是要與(yu) 過去由美國軍(jun) 方所研製的GPS分庭抗禮。

　　歐洲航天局計劃在2020年前後完成整個(ge) 係統全部30顆定位衛星的發射。但是在2014年的時候，伽利略係統第5、第6顆衛星的發射卻出現了問題。這兩(liang) 顆衛星沒有按照既定的路線進入軌道，而是在錯誤的位置上被拋下。

　　衛星定位係統是通過推算衛星的位置來確定地麵上點的坐標。衛星需要進入到穩定的圓形軌道中才能正常施展其導航功能。而發射失敗的這兩(liang) 顆衛星，被迫留在了橢圓軌道上。因此如果要進行補救，科學家就必須想出辦法調整其運行軌道，但顯然這項工作的難度頗高。

　　廣義(yi) 相對論預言的引力紅移效應奠定了衛星定位技術的基礎（圖片來源：見參考文獻）

　　不過最近，一些科學家卻從(cong) 中發現了可供研究的關(guan) 鍵點。在橢圓軌道上的衛星正好可以每天與(yu) 地球保持不同的距離。而根據愛因斯坦的廣義(yi) 相對論，不同的距離會(hui) 形成不同的引力場，進而形成不同的時間差。發射失敗的這兩(liang) 顆衛星，正好提供了一次千載難逢的驗證廣義(yi) 相對論的實驗機會(hui) 。

　　首先，定位衛星均配備有高精度的原子鍾。原子鍾是利用原子吸收或釋放能量時發出的電磁波來計時的裝置。原子鍾的精度遠遠高於(yu) 日常所使用的時鍾，因此它廣泛地應用在航海、航空、航天等項目中。實際上時間單位“秒”的物理學定義(yi) 也是來源於(yu) 此，原子鍾最初是為(wei) 了研究理論物理而發明的。現在兩(liang) 顆不能進行導航的衛星，反而可以發揮出原子鍾原本的作用。

　　根據廣義(yi) 相對論，在引力場中的物體(ti) ，其周圍的時間會(hui) 變慢。此前，科學家也曾經發射過重力探測器進行相關(guan) 的研究，但持續時間不過幾個(ge) 小時，數據的精確度十分有限。而借由此次利用衛星的機會(hui) ，研究人員可以進行更加長久的觀測。通過衛星上高精度原子鍾提供的數據，研究人員就可以進一步驗證廣義(yi) 相對論的準確性。

　　利用實驗驗證廣義(yi) 相對論的機會(hui) 通常很少（圖片來源：pixabay）

　　2018年，在經過連續3年的觀察與(yu) 分析後，研究人員得出了最終的結果。與(yu) 定位導航的原理相反，研究人員通過地麵點推算出衛星的位置，再通過公式計算得出時間，最後與(yu) 衛星上實際測得的時間進行比較。1976年美國航天局的測算結果以1.6%的精確度證明了愛因斯坦理論的正確性。此次新的結果不僅(jin) 再一次表明了廣義(yi) 相對論至今仍未過時，還將過去實驗的精確度提高了五倍以上。

　　在過去，已經有各種現象和實驗完全符合愛因斯坦當初所作的預言。但是隨著時間推移，理論物理學家們(men) 至今未能將廣義(yi) 相對論和量子力學統一起來，因此人們(men) 依舊會(hui) 對它產(chan) 生懷疑。這也是為(wei) 什麽(me) 科學家要不斷地尋找廣義(yi) 相對論可能存在的漏洞的原因，終極的答案仍在等待發現。

　　在理論物理學領域，要通過實驗驗證廣義(yi) 相對論通常來說費時費力。自1976年的結果以來，科學家也很難有機會(hui) 去提高測算的精確度。而這一次，研究人員利用發射失敗的兩(liang) 顆衛星，成功完成了精度更高的觀測實驗，或許也給後來的研究者帶來新的研究思路。未來的時間裏，研究人員還將繼續向更嚴(yan) 苛的檢驗挑戰。



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