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应用惯性技术验证广义相对论——2013年新版电子书

我以喜悦的心情欢迎本书的问世。

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作       者:丁衡高,贺晓霞,高钟毓

出  版  社:清华大学出版社

出版时间:2013-04-01

字       数:8.9万

所属分类: 科技 > 自然科学 > 物理学

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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(ICPA和ICPANet)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。 《应用惯性技术验证广义相对论(2013年新版)》主要介绍用于验证爱因斯坦广义相对论的B型引力探测器(GP-B)中用到的惯性技术。第1章简要地介绍了爱因斯坦广义相对论的预测及验证原理;第2章介绍GP-B卫星的组成、GP-B卫星上搭载的仪器装置、运行环境以及系统的层次和复杂性;第3章介绍了GP-B卫星的陀螺的关键技术;第4章介绍了地面上陀螺的检测和标定的原理及过程;第5章介绍了卫星是如何保证测量数据可信度的;第6章介绍了科学数据提取和估计;第7章介绍了实验结果及问题;第8章介绍了媒体和学术界对GP-B的评论,第9章给出了GP-B试验给我们的启示。在附录中,列出了GP-B发展大事记和一些重要事件,包括GP-B发射升空后一系列的试验事件,还给出了本文中涉及的中英文专业术语对照表和GP-B有关的资源。 《应用惯性技术验证广义相对论(2013年新版)》不仅对惯性技术及航空航天领域的研究生、本科生以及工程技术人员具有参考价值,而且可以作为高级科普书,拓科研工作者的视野。
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序言

(新版)前言

(第一版)前言

引言

1 爱因斯坦广义相对论的预测及验证原理

1.1 广义相对论

1.2 对广义相对论所预言的新物理效应的预测

1.3 短程线效应和坐标系拖曳效应引起的陀螺进动

1.3.1 短程线效应引起的陀螺进动

1.3.2 坐标系拖曳效应引起的陀螺进动

2 引力探测器卫星(GP-B)

2.1 GP-B实验的目的和意义

2.2 测量短程线效应和坐标系拖曳效应的原理和方法

2.3 GP-B的轨道及向导星选择

2.4 卫星的结构和参数

2.5 卫星搭载的仪器装置

2.5.1 杜瓦瓶

2.5.2 真空金属筒

2.5.3 石英块

2.5.4 陀螺和加速度计

2.5.5 超导量子干涉仪(SQUID)

2.5.6 望远镜

2.6 对引力探测器卫星的要求

2.6.1 总要求及误差树

2.6.2 陀螺受到的干扰加速度应小于10的-11次方g

2.6.3 卫星核心部件的低温工作环境

2.6.4 低磁场环境

2.6.5 真空罐内的真空度

2.6.6 其他

2.7 GP-B系统层次和系统复杂性

2.7.1 系统目标

2.7.2 系统组成的层次和工程阶段

2.7.3 系统复杂性

3 陀螺结构及关键技术

3.1 静电陀螺的结构

3.2 陀螺转子制造和参数测量

3.3 陀螺支承

3.4 陀螺加转与阻尼

3.5 陀螺信号读取

3.6 陀螺装配

3.7 小结

4 陀螺及其部件在地面的测试和标定

4.1 太空中与地面上陀螺工作状态的差别

4.2 太空中陀螺受到的干扰力矩

4.3 太空中陀螺漂移模型

4.4 地面上的陀螺漂移

4.5 支承系统在地面的测试

4.6 SQUID在地面的测试

4.7 陀螺精度实验及误差分析

4.8 其他

4.9 小结

5 GP-B卫星测量数据可信度的保证

5.1 实验数据内部一致性的保证

5.2 实验数据外部一致性的保证

5.3 太空中的标定

6 科学数据提取和估计

6.1 科学数据提取

6.2 数据介绍

6.3 数据处理与估计

6.3.1 发射前拟采用的数据处理模型

6.3.2 最终采用的数据处理模型

6.4 GP-B实验系统误差

7 GP-B实验结果及问题

7.1 GP-B实验的结论

7.2 两个始料未及的事情及它们对实验的影响

7.2.1 碎磷效应引起的陀螺时变极迹运动及对实验的影响

7.2.2 不对准力矩和谐振力矩

7.3 数据处理的主要方法

8 评论

8.1 美国国家航空航天局的评论

8.2 《AAAS Science Now》评论

8.3 《American Surveyor》评论

8.4 《Aviation Week》评论

8.5 《BBC NEWS》评论

8.6 《Big Think》评论

8.7 《Bloomberg》评论

8.8 《Physics》评论

8.9 《Inside GNSS》评论

8.10 《Nature.com NEWs》评论

8.11 《NYTimes》评论

8.12 《Science News》评论

8.13 《SF Chronicle》评论

8.14 施昊的质疑文章

8.15 张操的质疑评论

9 GP-B实验给我们的启示

9.1 GP-B陀螺为惯性技术的空间应用开辟了新思路

9.2 严格“安静”的环境条件是陀螺仪工作的必要条件

9.3 新材料、新技术的应用是提高陀螺精度的基础

9.4 缜密的太空检测与可靠的实验数据处理是实验成功的重要环节

9.5 正确有效的管理是成功的有力保证

9.6 GP-B在带动相关学科发展、培养人才方面做出了历史性的贡献

9.7 勇于探索,不断创新

附录A

A.1 GP-B发展大事记

A.2 专业术语中英文对照

A.3 科学术语解释

A.4 一些有关的网站资源

参考文献

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