Меню

Как проверялась достоверность ОТО Эйнштейна?

"Проверка общей теории относительности"

1 мая 2007 Эйнштейн alter ideaПредставлены первые предварительные результаты измерений эффектов общей теории относительности, выполненных космической обсерваторией Gravity Probe B, обращающейся вокруг Земли по полярной орбите. Этот спутник предназначен для изучения двух эффектов: геодезической прецессии (geodetic effect) и увлечения системы отсчета (frame-dragging). Gravity Probe B является одним из самых сложных и точных космических приборов. Идея подобного эксперимента возникла еще в 1959 г., а конкретные его детали прорабатывались на протяжении многих лет. Эксперимент проводился в течение 17 месяцев и в октябре 2005г. был завершен, но обработка большого объема полученных данных пока продолжается. Изучалась прецессия гироскопов - почти идеальных кварцевых шариков с гладкой (на уровне толщины нескольких слоев атомов) поверхностью, покрытой тонким слоем сверхпроводящего ниобия. Постоянная ориентация спутника в пространстве поддерживалась с помощью телескопа, наведенного на одну из звезд. Микроскопические смещения осей гироскопов регистрировались сверхпроводящими устройствами - сквидами. Было также решено и множество других сложных технических проблем. Измеренный эффект геодезической прецессии гироскопов в плоскости орбиты равен 6,6'' в год, что с точностью 1% соответствует предсказаниям ОТО. Исследователи надеются, что дальнейшая фильтрация шумов и искажений повысит точность результата до 0.01%. Геодезическая прецессия обусловлена искривлением пространства-времени массой Земли. Прецессия проявляется в изменении направления вектора, в данном случае - оси гироскопа, при его обнесении по замкнутому контуру - по орбите вокруг Земли. Второй эффект - увлечение системы осчета вращением Земли - в 170 раз слабее, и анализ данных по его измерению планируется завершить к концу этого года.

Проверка теории относительности

22 октября 2005 S.Herrmann и его коллеги из Германии и США с помощью вращающегося оптического резонатора получили новое ограничение на возможную анизотропию скорости света. Это ограничение в 8 раз точнее полученных ранее.

Проверка Общей теории относительности

1 декабря 2004 Эффект Лензе-Тирринга I.Ciufolini (Университет Лесс, Италия) и E.Pavlis (Мерилэндский университет, США) выполнили измерение величины эффекта Лензе-Тирринга. Этот эффект заключается в дополнительном искривлении пространства-времени вблизи массивного тела за счет его вращения и, как следствие, в дополнительном отклонении траекторий пробных тел. На протяжение 11 лет измерялись времена распространения лазерных импульсов с Земли до зеркал, установленных на спутниках LAGEOS и LAGEOS II, и обратно. Таким путем удавалось с высокой точностью определять расстояния до спутников и форму их орбиты. Эффект Лензе-Тирринга дает поправку к параметрам орбиты величиной несколько метров в год. Вся орбита спутников играет роль гигантского гироскопа, который испытывает медленную прецессию. Измеренная величина эффекта Лензе-Тирринга составила 99% от предсказания Общей теории относительности, однако погрешность результата около 10%. Основной вклад в погрешность вносят неоднородности гравитационного поля Земли. Для их учета использовались данные со спутников GRACE. Появление в ближайшем будущем данных со спутника Gravity Probe B позволит снизить погрешность измерений эффекта Лензе-Тирринга до 1%.

Принцип эквивалентности для изотопов

Принцип эквивалентности для макроскопических тел проверен с точностью до 10-13. Самая точная проверка с использованием отдельных атомов выполнена S.Fray и его коллегами из Германии. Методом атомной спектроскопии изучалось относительное ускорение изотопов 85Rb и 87Rb при их падении в гравитационном поле. Относительная величина ускорения и, соответственно, точность проверки принципа эквивалентности составила (1.2 + - 1.7)x10-7. Аналогичная проверка с приблизительно той же точностью выполнена также для изотопов одного типа, находящихся в различных состояниях гипертонкого расщепления уровней. Данные измерения имеют, примерно, в три раза лучшую точность, чем точность предшествующих экспериментов с атомами.

"Сигнальная скорость" светового импульса

1 декабря 2004 В недавних экспериментах было показано, что как фазовая, так и групповая скорости светового импульса в среде с дисперсией могут превышать скорость света в вакууме c. Однако это не нарушает принципы теории относительности, поскольку скорость передачи информации всегда меньше c. Впервые это подтверждено экспериментально прямым методом исследователями из Женевского университета. Изучалось распространение поляризованных лазерных импульсах в оптическом волокне. Как и ожидалось, скорость распространения фронта светового импульса, называемая "сигнальной скоростью" и переносящая информацию, не превышает c, хотя групповая скорость составляла при этом 1.76c. Проверка теории относительности 2 мая 2004 С помощью радиоинтерферометра VLBI исследовано отклонение вблизи Солнца радиоволн от далеких компактных радиоисточников. С большей точностью, чем раньше, установлено согласие с предсказанием Общей теории относительности.

Проверка теории относительности

1 ноября 2003 Гравитационное влияние Солнца на радиоволны B.Bertotti (Университет Павии, Италия) и его коллеги из Рима и Болоньи исследовали влияние гравитационного поля Солнца на прохождение вблизи него электромагнитных волн с точностью, в 50 раз превосходящей точность предшествующих экспериментов. Измерялось время распространения радиоволн от Земли до 4-метровой антенны космического аппарата Кассини и обратно в ситуации, когда Земля и Кассини, направляющийся к Сатурну, находились по разные стороны от Солнца. Точность предшествующих экспериментов такого рода ограничивалась шумом, создаваемым солнечной короной. Новая методика обработки данных позволила преодолеть эту проблему. Другим новшеством являлось то, что проводилось не разовое измерение, а изучалась зависимость эффекта от времени в процессе движения космического аппарата. В результате был измерен параметр гамма, который в рамках ОТО, в отличие от многих альтернативных теорий, в точности равен 1. С относительной точностью 2x10-5 отклонений от предсказаний ОТО не обнаружено. Источник: Nature 425 374 (2003)

Замедление времени

Релятивистское замедление времени изучалось на протяжении десятилетий в большом числе экспериментов. Самое точное на сегодняшний день измерение выполнено в Институте ядерной физики им.М.Планка (Гейдельберг, Германия). Сравнивалось излучение движущихся и покоящихся ионов лития, переведенных с помощью лазера в возбужденное состояние. Помимо обычного эффекта Доплера, частота излучения изменялась за счет замедления времени. Движущиеся в пучке ионы имели скорость 19000 км/c (6,3% от скорости света). Замедление времени соответствует величине, получаемой из преобразований Лоренца, с точностью 2.2x10-7, что в 4 раза превосходит точность предшествующих экспериментов.

Проверка ОТО

9 ноября 2003 B.Bertotti (Университет Павии, Италия) и его коллеги измерили время распространения радиоволн от Земли до 4-метровой антенны космического аппарата Кассини и обратно в ситуации, когда Земля и Кассини, направляющийся к Сатурну, находились по разные стороны от Солнца. С относительной точностью 2x10-5 отклонений от предсказаний Общей теории относительности не обнаружено

Проверка лоренц-инвариантности

1 марта 2003 В ряде экспериментов по проверке лоренц-инвариантности (например, УФН 172 220 (2002)) были получены ограничения на величины, характеризующие возможную анизотропию скорости света и зависимость скорости света от скорости наблюдателя. Однако в 2002г. V.A.Kostelecky и M.Mewes показали, что в некоторых обобщениях Стандартной модели элементарных частиц, предсказывающих нарушение лоренц-инвариантности, присутствуют такие параметры, на которые предшествующие эксперименты не могли дать существенных ограничений. J.A.Lipa и его коллеги из Стэнфордского университета выполнили новый специальный эксперимент и получили ограничения на несколько этих параметров. Использовались два резонатора с микроволновым излучением, изготовленные из ниобия и охлажденные до температуры 1.5K. Один из резонаторов был ориентирован по радиусу Земли, а второй - с востока на запад. Исследовались биения между колебаниями электромагнитных волн в резонаторах на протяжении нескольких суточных периодов вращения Земли. Нарушения лоренц-инвариантности не обнаружено. Получено, что 4 линейные комбинации неизвестных теоретических параметров не превышают величины 10-13, а другие 4 линейные комбинации не больше 4x10-13. Похожий эксперимент, но с еще большей точностью, планируется провести в космосе. Источник: Phys. Rev. Lett. 90 060403 (2003)

Скорость гравитационных взаимодействий

1 февраля 2003 Согласно Общей теории относительности, гравитационные взаимодействия распространяются со скоростью света. С.Копейкин (Университет Миссури-Колумбии) и E.Fomalont (Национальная радиообсерватория, США) проверили данное положение по отклонению радиоизлучения далекого квазара вблизи Юпитера. С помощью радиотелескопа VLBA в США и 100-метрового радиотелескопа в Германии наблюдалось прохождение Юпитера почти точно между Землей и квазаром J0842+1835, произошедшее 8 сентября 2002г. Угол отклонения зависит от скорости, с которой гравитационное поле распространяется от Юпитера. По углу отклонения установлено, что с точностью 25% скорость гравитационного взаимодействия совпадает со скоростью света. Большей точности, возможно, удастся достигнуть в будущем путем наблюдения гравитационных волн. Однако следует отметить, что в некоторых средствах массовой информации уже появились сообщения, в которых выражается сомнение в достоверности указанных результатов.

Проверка Специальной теории относительности

1 июля 2002 Согласно Специальной теории относительности, скорость света не зависит от направления и абсолютной величины скорости наблюдателя v. Независимость скорости света от величины v недавно была продемонстрирована с рекордной точностью в экспериментах, выполненных исследователями из университетов г.Констанц и г.Дюссельдорф (см. УФН 172 220 (2002)). Эти же авторы выполнили новый эксперимент по проверке независимости скорости света от направления (современная версия эксперимента Майкельсона-Морли), в котором установлена лучшая на сегодняшний день точность 1.7x10-15. Эта точность в 3 раза выше достигнутой ранее. Исследовалась стоячая электромагнитная волна в полости кристалла сапфира, охлажденного жидким гелием. Два таких резонатора были ориентированы под прямым углом друг к другу. Вся установка могла вращаться, что позволило установить независимость скорости света от направления.

Проверка Специальной теории относительности

1 февраля 2002 Специальная теория относительности утверждает независимость скорости света c от скорости наблюдателя. Независимость c от направления движения с высокой точностью проверено в экспериментах типа эксперимента Майкельсона-Морли. С меньшей точностью установлена независимость c от абсолютной величины скорости наблюдателя v. Последнее проверялось в экспериментах, идею которых предложили H.P.Kennedy и E.M.Thorndike в 1932г. В этих экспериментах наблюдалась стоячая электромагнитная волна в резонаторе, частота которой сравнивалась с эталонной. Самый точный на сегодняшний день эксперимент такого типа выполнен в Университете г.Констанц в сотрудничестве с Дюссельдорфским университетом (Германия). Исследовалась стоячая лазерная волна в полости кристалла сапфира, охлажденного до 4.3К. В этих условиях сапфир обладает очень малым коэффициентом температурного расширения. Эталоном частоты служили электронные переходы в молекулах йода. Наблюдения велись в течение полугода, за это время скорость Земли изменилась на 60кмс-1 по отношению к предполагаемой выделенной системе отсчета, например связанной с реликтовым излучением. Эксперимент не выявил никаких отклонений от предсказаний теории относительности. Для коэффициента A в разложении c(v)/c0=1+Av2/c02+... получено значение A=(1.9 + - 2.1)10-5, что в 3 раза лучше предшествующих ограничений. Исследователи надеются, что в недалеком будущем точность удастся улучшить еще на порядок величины.

Гравитационная задержка сигналов

1 августа 2001 Пульсар J0437-4715 , образующий двойную систему с белым карликом, находится от Земли на расстоянии 450 световых лет. Столь близкое расстояние позволяет с высокой точностью определить параметры орбиты и массы компонентов пары. Благодаря параллаксу можно наблюдать радиоимпульсы, излучаемые пульсаром под различными углами к плоскости орбиты двойной системы, и соответственно, прошедшие через области пространства с различным гравитационным полем. Согласно Общей теории относительности, гравитация представляет собой искривление пространственно-временой геометрии. И.И. Шапиро в 1964 г указал на то, что электромагнитные импульсы, распространяясь через искривленное пространство, должны испытывать некоторую задержку по времени. W. van Straten и его коллеги обнаружили, что наблюдаемый эффект задержки находится в точном согласии с предсказаниями Общей теории относительности. Точность наблюдений настолько высока, что исследователи надеются по вариациям излучения пульсара обнаружить падающие на двойную систему гравитационные волны от внешних источников, используя тем самым пульсар в качестве детектора гравитационных волн.
Добавил: Alter Idea Дата: 2018-04-08 Раздел: Культпросвет