我以喜悦的心情欢迎本书的问世。我所熟悉的或是素不相识的中国朋友们，像我的Gravity Probe B团队一样关注着精确测量的美妙，我向你们表示由衷的问候。科学具有国际性：苏格兰的同仁发明了测量熔凝石英陀螺转子均匀度的仪器；意大利的两个科研机构（ICRA和ICRANet）给我们提供了理论和工程上的支持；自2008年以来，沙特阿拉伯的科学工程核心KACST在关键的后期数据分析中与我们建立了关键性的合作，这一合作延续至今。而今，中国清华大学的校园里出现了对Gravity Probe B团队完全独立的里程碑式的评估并利用NASA提供的数据对爱因斯坦的两个效应之一进行的独立分析。Gravity Probe B团队三个创始人之一，威廉·费尔本克(William Fairbank)曾经引用另一个著名物理学家的话：“绝不要低估倾听旁人在你熟悉领域的讲座的乐趣——你也许能学到很多。”本书给Gravity Probe B团队提供了这样的乐趣。

爱因斯坦的引力理论、广义相对论，奇妙地与技术科技发展交织演变。他的起点不是引力，而是力学。麦克斯韦的电磁学理论与牛顿力学是不匹配的，这在19世纪末已经很明朗。爱因斯坦认为答案应该是保留电磁学理论而修改力学。如此生成的理论，及现今称作“狭义相对论”的理论，有着极深的实验后果，其中包括解释放射性过程中所释放的巨大能量。那么引力呢？牛顿的思想需要又一次修正。1916年爱因斯坦提供了修正的要素，他提出引力不是以力的方式相互作用，而是通过时空的弯曲而作用。这一提议极为深奥，但从实验的角度，牛顿的理论却已经极为成功。爱因斯坦只能提出三个效应很小的定量实验：光在引力场向上运动会产生红移，光线掠过太阳时会偏转1.7″及水星近日点的运动会有0.4%的修正。其中两个效应，近日点修正和光线偏转，很快就被验证了。爱因斯坦也成为我们现今所知的世界名人。接下来，一直寂寂无声。40年后，Pound与Rebka第一次测量了引力红移。在这期间，没有人提出过第二个定量的实验验证。更糟糕的是，1960年Leonard Schiff提出先前的实验对爱因斯坦理论的证实比大家想象的还要少。但难以料及的是科技的发展提供了新的机遇。Schiff和Pugh独立提出太空将为两个新效应的测量开路——陀螺的坐标系拖曳及短程线进动。射电天文的发展开拓了其他的验证实验，诸如Shapiro时间延迟效应，Taylor\|Hulse脉动星测量，Vessot与Levine的Gravity Probe A氢微波激射器使得引力红移的精确测量成为现实。

45年的探索，Gravity Probe B团队要测定坐标系拖曳及短程线进动，要求陀螺的漂移精确度在10-10~10-11 °/h，引发了一系列新技术的发展，这些技术都将由本书介绍。

Francis Everitt[]王肃文 译[]2013年4月PREFACE[2][2]

2011年5月4日，NASA新闻发布会上，B型引力探测器(GPB)的项目负责人Francis Everitt宣布了GPB实验的最终结果：短程线效应为(6602±18)×10-3(″)/a，坐标系拖曳效应为(372±72)×10-3(″)/a。广义相对论预测值分别为6602×10-3(″)/a和392×10-3(″)/a，即GPB实验测得的短程线效应的精度为03%，而更小的坐标系拖曳效应的精度为20%。而GP\|B的预期目标是二者的精度分别为0.01%和1%，也就是说，GPB的实验结果为：GPB作为一个概念简单的实验，验证了广义相对论的两个推测，但是精度未达到预期目标。

在GPB历时半个世纪的实验过程中，他们制造了荣膺最完美球体吉尼斯世界纪录的乒乓球大小的陀螺转子、用5年的时间坚持不懈地对陀螺仪干扰力矩进行建模和数据处理，不断地降低实验误差以及反复校核实验结果，堪称是一个特殊的艰难历程。到底是什么未曾预料的棘手的问题导致一个概念简单的实验需要如此长的数据处理时间？

本书在旧版的基础上，向读者介绍GPB的实验结论以及实验中的一些问题。

新版主要在如下方面进行了增补和调整：

(1) 扩充了第6章的数据提取和处理方法，介绍了4个层次的科学数据和采用的数据处理方法；

(2) 把原来的第7章移到第9章，并给出了对GPB实验的思考；

(3) 新增GBP实验结果及问题作为第7章，新增媒体和学术界对GPB的评论作为第8章。

编写新内容的过程中，作者曾到斯坦福大学访问过GPB项目负责人Francis Everitt和技术管理人Barry Muhlfelder，并和技术人员Suwen Wang和G.M.Keiser讨论了相关技术问题。作者根据他们的讲解，勘误了初稿中的一些错误。Suwen Wang还对本书的初稿进行了全面的审阅，提出了不少中肯的意见，作者根据他的意见作了修改后，才最终成稿。在此，向帮助过我们的Francis Everitt、Barry Muhlfelder、Suwen Wang和G.M.Keiser表示感谢。由于水平有限，书中一定会有缺点和错误，还请读者批评指正。

作者[]于清华大学[]2012年12月[]应用惯性技术验证广义相对论(2013年新版) []前方言[][]PREFACE[2][2]

2005年6月17日，为了纪念爱因斯坦狭义相对论发表100周年及配合国际物理年纪念活动，中国惯性技术学会与清华大学在中国科技会堂联合召开了“应用惯性技术验证广义相对论预测效应”的学术报告会，笔者应邀作了报告。此外，笔者曾先后应邀在中国惯性技术学会测试技术年会、航天科工集团和航天科技集团等有关单位作了类似的学术报告。这些报告引起了广大听众的极大兴趣和反响，因此，我们在讲稿的基础上，经过修改补充，完成了本书，以飨读者。

航海、航空、航天及科学研究的需求，牵引了惯性技术的发展。同时惯性技术也是一门多学科交叉的科学技术，在其发展的历程中，带动了一系列新兴学科和技术的发展，也为本身增添了生机和活力。本书的目的是向广大有兴趣的读者介绍在最富挑战性的科学实验中惯性技术应用的最新成就。通过本书，希望读者能了解惯性技术具有独特的功能和惊人的探测本领，在科学研究、国民经济发展及国防建设中都是大有可为的。同时，还希望本书对发展我国太空科学实验中的惯性技术有一些启示作用。

由中国惯性技术学会组织，本书的初稿经过陆元九院士、章燕申教授、杨畅研究员、吕应祥研究员及冯培德院士等学者的审阅。在编写本书有关广义相对论的基础知识的过程中，得到了张元仲研究员的帮助。借此机会一并致谢。

由于水平所限，书中一定会有缺点和错误，敬请读者批评指正。

作者[]于清华大学[]2005年7月CONTENTS[2][2]