参考系拖拽

参考系拖拽
爱因斯坦广义相对论预言了处于转动状态的质量会对其周围的时空产生拖拽的现象,这种现象被称作参考系拖拽(英文:Frame-dragging)或惯性系拖拽(英文:Inertial frame dragging)。因转动而产生的参考系拖拽的相应理论最早由澳大利亚物理学家约瑟夫·兰斯(Joseph Lense)和汉斯·蒂林(Hans Thirring)于1918年通过广义相对论推导出,因此参考系拖拽也常常被叫做兰斯-蒂林效应(英文:Lense-Thirring Effect)。兰斯和蒂林预言物体的转动会导致其周围时空参考系的改变,从而使周围物体的位置和牛顿力学下的经典结果产生偏差。不过理论预言这种偏差将非常之小,大约只有几万亿分之一。想要在实验中观测到这种现象,需要对大质量的旋转物体(例如行星恒星)使用高灵敏度的仪器进行探测,例如围绕地球公转的人造卫星轨道会因地球自转而产生细微的变化。更一般的,这种由加速质量而产生的引力场变化可以归结到引力磁学的研究领域。

参考系拖拽的分类

转动的参考系拖拽(兰斯-蒂林效应):广义相对论和引力磁学等有关替代理论都预言处于转动的大质量物体周围会产生参考系的拖拽。根据兰斯-蒂林效应,一个处于远处的观察者将看到围绕中心物体转动的参考系内的时钟走得最快;这也说明在观察者看来,与物体转动速度方向相同的光将比与转动速度方向相反的光走得更快。兰斯-蒂林效应是最著名的广义相对论效应之一,这要部分归功于引力探测器B的实验观测。
(图)相对论性喷流——在一个活动星系核的周围
直线的参考系拖拽:类似于转动产生的参考系拖拽,沿同一方向的动量变化也会产生类似的效应。尽管这种由同向加速产生的效应被有争议性地和转动产生的参考系拖拽效应等同,由于实验验证的高度困难它常常在有关介绍中被忽略,不过爱因斯坦在其1921年的著作《相对论的意义》中叙述了这种效应。