广义相对论与几何

参考系拖曳

参考系拖曳是广义相对论一个微妙的预言:旋转的质量会把周围的时空一起拖着转,就像在蜂蜜中旋转的球会带着附近的蜂蜜一同扭动。在牛顿引力中只有质量的多少要紧,但在爱因斯坦的理论里,一个物体的自转也会重塑几何,沿着旋转方向扭曲空间与时间。旋转的天体越快、越重,这种扭曲就越强。

一个惊人的后果是,「不旋转」这一定义本身变成了局部的。远离那个旋转质量时,遥远的群星为「不旋转」设定标准。靠近它时,时空正被旋着转,于是一只稳稳指向远方星辰的陀螺仪,从外部看会缓缓转动,仅仅因为它所处的那片空间本身正被带着一起转。

在地球附近,这个效应小得出奇,但它已被测量到。NASA的「引力探测器B」在轨道上飞行着超高精度的陀螺仪,探测到地球每年把时空拖曳了约37毫角秒——只是一度的极小一部分——与该理论预言的约39毫角秒相符。在快速自转的黑洞附近,参考系拖曳要剧烈得多——视界附近的时空被旋得如此猛烈,以至于没有任何东西能逆着这股旋转保持静止。

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

地球产生的微小参考系拖曳速率——由在轨陀螺仪测得,与广义相对论相符。

参考系拖曳并不是像水中的桨那样把陀螺仪「推」着转;真正在移动的是「不旋转」这一局部标准本身,这是几何的效应,而非摩擦。

又称
Lense–Thirring effect惯性系拖曳兰泽-蒂林效应