Шары в космосе: Абсолютные эффекты относительности
Миссия Gravity Probe B изучала два следствия из эйнштейновской Общей теории относительности. Первое из них — геодезическая прецессия, эффект искажения пространственно-временного континуума Землей, подобно тому, как мяч, положенный на натянутую сетку, прогибает ее. Второе — прецессия за счет увлечения инерциальной системы координат. Упрощая, можно сказать, что вращающаяся Земля вызывает движение пространства и времени вокруг себя, подобно тому, как крутящаяся танцовщица закручивает вокруг себя юбку. То есть, первая величина показывает искажение структуры пространства-времени влиянием земной массы, а вторая — то, насколько она увлекается вращением планеты.
Суть проведенного на орбите эксперимента понять достаточно просто. Согласно законам классической физики, в отсутствие внешних воздействий совершенный гироскоп не испытывает прецессии: ось его вращения не колеблется. Однако в 1960-х годах Леонард Шифф (Leonard Schiff) показал, что одним из следствий неоднородности пространства-времени, которые постулировал Эйнштейн, будет прецессия гироскопа.
Для установления этого эффекта был разработан эксперимент с установкой на спутник мощных и точных гироскопов, которые строго сохраняют свою ориентацию. Если обнести гироскоп по замкнутому контуру (например, облететь с ним вокруг Земли), то он вернется в исходное положение. Однако если это происходит в искривленном пространстве-времени, то направление его сместится на некоторый угол — для установленных на аппарате Gravity Probe B гироскопов эта величина должна, по расчетам, составить около 6,6 угловых секунды (0,0018О) в год. Для измерения увлечения инерциальной системы отсчета прецессия должна составить 0,014 угловой секунды (0,000011О) в год. Таким путем мы можем подтвердить эффекты Общей теории относительности с математической достоверностью.
Чтобы провести точные измерения было, решено вывести на орбиту специальный исследовательский спутник, оснащенный системой из четырех гироскопов. Постоянно отслеживая свое положение по звезде-ориентиру, которой служила ведущая звезда двойной системы HR 8703 в созвездии Пегаса, спутник поддерживает свое положение в пространстве и ведет замеры микроскопических прецессий гироскопов. Созданный учеными инструмент по праву можно назвать шедевром: на данном этапе обработки результатов уже достигнута точность фиксации годового отклонения оси гироскопа в 0,05 угловой секунды (а в течение следующих 8 месяцев точность планируется довести до 0,005 угловой секунды). Сферы гироскопов — возможно, самые идеальные шары, созданные человеком — отполированы до атомарного уровня. Защиту от внешних электромагнитных полей обеспечивает слой свинцовой фольги.
Запущенный в апреле 2004 г. спутник Gravity Probe B более года собирал данные с установленных на нем четырех чувствительных гироскопов. На днях 18-месячный процесс обработки полученной им информации был в общих чертах закончен, и стэнфордский профессор Френсис Эверитт (Francis Everitt) сообщил о предварительных результатах. Хотя окончательно завершить работу планируется лишь к концу года, уже можно уверенно сказать, что Общая теория относительности нашла блестящее экспериментальное подтверждение: измеренная геодезическая прецессия совпадает с расчетной с точностью более 1%. Прецессия, вызванная увлечением инерциальной системы координат, на два порядка слабее, и относительно нее ученые пока не закончили обработку. По отзывам участников проекта, «это напоминает археологические раскопки: чтобы добиться окончательной точности, начинаешь копать бульдозером, продолжаешь лопатой, и заканчиваешь тонкой работой щеточками и кисточками».
Читайте о теориях относительности и квантовой механике — просто о сложном — «Квантовая сутра»: «Свиток первый» и «Свиток второй».
По публикации Physorg.Com