廣義相對論與幾何

參考系拖曳

參考系拖曳是廣義相對論一個微妙的預言:旋轉的質量會把周圍的時空一起拖著轉,就像在蜂蜜中旋轉的球會帶著附近的蜂蜜一同扭動。在牛頓重力中只有質量的多少要緊,但在愛因斯坦的理論裡,一個物體的自轉也會重塑幾何,沿著旋轉方向扭曲空間與時間。旋轉的天體越快、越重,這種扭曲就越強。

一個驚人的後果是,「不旋轉」這一定義本身變成了局部的。遠離那個旋轉質量時,遙遠的群星為「不旋轉」設定標準。靠近它時,時空正被旋著轉,於是一隻穩穩指向遠方星辰的陀螺儀,從外部看會緩緩轉動,僅僅因為它所處的那片空間本身正被帶著一起轉。

在地球附近,這個效應小得出奇,但它已被測量到。NASA的「重力探測器B」在軌道上飛行著超高精度的陀螺儀,探測到地球每年把時空拖曳了約37毫角秒——只是一度的極小一部分——與該理論預言的約39毫角秒相符。在快速自轉的黑洞附近,參考系拖曳要劇烈得多——視界附近的時空被旋得如此猛烈,以至於沒有任何東西能逆著這股旋轉保持靜止。

Gravity Probe B: ≈ 37 mas/yr measured vs ≈ 39 mas/yr predicted

地球產生的微小參考系拖曳速率——由在軌陀螺儀測得,與廣義相對論相符。

參考系拖曳並不是像水中的槳那樣把陀螺儀「推」著轉;真正在移動的是「不旋轉」這一局部標準本身,這是幾何的效應,而非摩擦。

又稱
Lense–Thirring effect惯性系拖曳兰泽-蒂林效应