LINUX.ORG.RU
Форум — Talks  

[дискас] Эйнштейновское искривление пространства доказано окончательно


0

2

Учёные, обрабатывающие данные уникального космического эксперимента, объявили о правоте Эйнштейна. После вычета всех технических погрешностей, вызванных несовершенством аппаратуры, в числах остался «след» от воздействия нашей планеты на пространство-время.

«Эйнштейн выжил!» — провозгласил 4 мая на пресс-конференции в Вашингтоне научный руководитель миссии Gravity Probe B профессор Френсис Эверитт (Francis Everitt) из Стэндфорда (Stanford University). Выступивший в штаб-квартире американского космического агентства физик рассказал об окончательных итогах многолетнего проекта по практической проверке общей теории относительности (ОТО).

Напомним, ещё в 2004 году для измерения тонких эффектов влияния Земли на окружающее пространство-время американцы запустили спутник Gravity Probe B, который завершил свою работу в 2005-м.

На спутнике были установлены беспрецедентно точные гироскопы, а сам аппарат был постоянно нацелен на далёкую звезду в качестве опорной точки (на заглавном рисунке — guide star). Аппаратура спутника ловила дрейф оси гироскопов с погрешностью в десятитысячные доли угловой секунды.

В 2007 году американцы официально обнародовали первые результаты обработки собранных данных. Для ОТО они выглядели очень радужно. Но тогда же было упомянуто об обнаруженных дополнительных силах, связанных с конструкцией спутника.

Подробнее об этих досадных помехах скажем ниже, пока нужно лишь отметить, что вычисление поправок на посторонние факторы заняло у группы физиков пять лет! Фактически они спасли весь проект, заново перелопатив гигабайты исходной информации.

И вот теперь исследователи вынесли окончательный вердикт — Земля действительно искривляет пространство вокруг себя в полном соответствии с уравнениями теории относительности.

При высоте полёта спутника в 642 километра длина окружности его орбиты превышает 40 тыс. км. Полёт аппарата показал, что точное значение этой длины примерно на три сантиметра меньше, чем следует из евклидовой геометрии, то есть рассчитанное по известной любому школьнику формуле 2πR.

Так происходит из-за того, что масса Земли словно прогибает пространство, создавая «ямку» и нарушая плоскую геометрию космоса. Это явление называется геодезическим эффектом, отражающимся в постепенном повороте оси гироскопа в плоскости орбиты спутника (на заглавном рисунке — geodetic precession).

http://www.membrana.ru/storage/img/r/rwg.jpg

Посмотрите на схему выше. На левом рисунке представлено пространство в классической физике, или просто участок космоса без планеты. В нём отмечен круг диаметром 12 745 километров. Длина этой окружности (округлённо) — 40 тыс. км. Бегая по ней, гироскоп всё время сохраняет ориентацию своей оси (она отмечена стрелками).

Справа показана реальная ситуация. Масса Земли стягивает пространство-время, условно говоря, в неглубокий конус. Это искажение можно представить как вырезание из пирога небольшого клина (пунктирные линии на обоих рисунках, угол клина преувеличен для наглядности). В результате окружность стягивается на 2,8 сантиметра. В случае со спутником ось его гироскопа по мере прохождения орбиты всё время отклоняется на небольшой угол, и за год эта ошибка накапливается настолько, что её уже могут поймать приборы.

Второй эффект — «увлечение рамы», то есть явление увлечения инерциальной системы координат вращающейся Землёй. «Это как если бы наша планета была погружена в мёд», — сравнивает Френсис. Данный эффект приводит к медленному отклонению оси вращения гироскопа в экваториальной плоскости (на заглавном рисунке — frame-dragging precession). Gravity Probe B обнаружил и его.

http://www.membrana.ru/storage/img/r/rwh.jpg

Как пишет Science, точность измерения двух описанных эффектов составила 0,25% и 19%.

С одной стороны, это попадание в цель (полученные значения отклонения осей гироскопов согласуются «с Эйнштейном»). Но с другой – это не то, на что рассчитывали авторы опыта в самом начале. Кстати, в целом этот эксперимент со спутником был задуман, страшно сказать, аж в 1959 году! Но только в XXI веке техника позволила реализовать идею.

Одно из достижений создателей аппарата — идеальные сферы, работавшие в качестве роторов гироскопов. Они были сделаны из кварца и покрыты сверхпроводящим ниобием для создания магнитного поля. На спутнике сферы подвешивались в вакууме в камере, хорошо изолированной от внешних магнитных полей и охлаждённой до 1,8 кельвина.

По размеру роторы были с шарик для пинг-понга. Они были сделаны из очень однородного материала. А отклонение их поверхности от идеальной сферы составило менее 10 нанометров (это несколько атомов). Если такой шарик увеличить до размеров Земли, на ней не было бы холмов выше трёх метров.

Колоссальная механическая точность сфер должна была привести к высочайшей же точности измерения эффектов ОТО, но подвёл фактор, которому при проектировании миссии не придали должного значения.

Чудо-сферы оказались недостаточно сферичны не по геометрии, а в электромагнитном плане. В процессе изготовления они захватили некоторое количество электрических зарядов, которые потом повлияли на вращение этих пробных тел.

Такой просчёт и привёл к снижению общей точности опыта, хотя принципиально эффекты ОТО были подтверждены. Но данная оплошность послужила поводом для критики авторов проекта со стороны некоторых коллег-физиков.

Мало того что команде Gravity Probe B теперь нужно убеждать научный мир в полной корректности всех внесённых поправок, так ей ещё и высказывают упрёки в отношении неразумно потраченных денег. Ведь вся миссия обошлась государственной казне в $760 миллионов.

Между тем ещё в 2004 году другая группа учёных с 10-процентной точностью измерила эффект «увлечения рамы» куда более дешёвым методом. Они вычислили отклонение орбит двух старых спутников за десятилетие.

http://www.membrana.ru/storage/img/r/rwj.jpg

На эту критику можно ответить, что подтверждение предсказанных теорией эффектов другим способом – дорогого стоит. А ещё следует вспомнить, что сами проектирование и постройка спутника «для проверки Эйнштейна» явились техническим прорывом, «круги» от которого будут расходиться ещё долго.

Так или иначе, по словам Эверитта, эксперимент Gravity Probe B подтвердил два глубоких предсказания теории Эйнштейна.

Подробнее о впечатляющем достижении инженеров и физиков можно прочесть в пресс-релизах NASA и Стэндфордского университета. Полный научный отчёт о результатах проекта Gravity Probe B вскоре должен выйти в журнале Physical Review Letters.

http://www.membrana.ru/particle/16109

 ← 1 2 3 4 5 →

вот и ладушки, вот и хорошо.

geek ★★★
()

надо отметить! тем более от экзамена по general relativity я освободился уже

Aid_ ★
()

Если быть более дотошным, то теория проверена до линейных членов. В принципе это и так было известно.

cvs-255 ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Deleted

вроде как было, так и осталось две теории, которые ждут пока их догонит экспериментальная наука

alpha ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от vasya_pupkin

> может пи не совсем точно посчитали...
Смеёшься что ли? Пи можно на обычной персоналке посчитать до миллиона знаков без всяких проблем.

Xenius ★★★★★
()

Рано радуешься - это только один учёный так интерпретировал результаты. Будет очень много флеймов на эту тему в научном сообществе.
Хотя то, что эксперимент завершён успешно - не может не радовать.

Quasar ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Quasar

> это только один учёный так интерпретировал результаты

профессор Френсис Эверитт (Francis Everitt) - раз
Эйнштейн - два

теперь найдется немало охламонов от науки, которые в эфемерном противостоянии великим умам поднимут score.

valich ★★★
()

Я весьма далёк от физики. Какие полезные плюшки, в перспективе, даёт нам существование искривления пространства и увлечения рамы?

Nebuchadnezzar ★★★★
()

Так итоговая точность какая? В 19% и слона спрятать можно.

DNA_Seq ★★☆☆☆
()
Ответ на: комментарий от Nebuchadnezzar

>> Я весьма далёк от физики. Какие полезные плюшки, в перспективе, даёт нам существование искривления пространства и увлечения рамы?

Присоединяюсь к вопросу.

MikeDM ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Nebuchadnezzar

возможность складывать пространство за пределами влияния больших масс, для более быстрого перемещения в «пространстве»

зы: пространство фигня (ц) Бо

Kompilainenn ★★★★★
()

Нехорошо, нехорошо такие опыты с одного спутника лишь проводить. Минимум три. Он сам как будто не подвергался

darkshvein ☆☆
()
Ответ на: комментарий от Kompilainenn

> возможность складывать пространство за пределами влияния больших масс, для более быстрого перемещения в «пространстве»

Рецепт (хотя бы ориентировочный) в студию.

AiFiLTr0 ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от AiFiLTr0

>Рецепт

1. Берем пиво и чипсы. Много.

2. Еще больше пива и чипсов!

3. Наедаем пузо. Пузо своей массой искривляет пространство. Сокращается путь до ларька с пивом и чипсами.

4. Со всех ног бежим в ларек за пивом и чипсами.

5. Пока бежим — пузо уменьшается.

6. ................

7. Польза.

Annoymouse
()

> вычисление поправок на посторонние факторы заняло у группы физиков пять лет! Фактически они спасли весь проект, заново перелопатив гигабайты исходной информации.

Звучит как: «целых пять лет заняла подгонка решения под ответ»

Annoymouse
()
Ответ на: комментарий от AiFiLTr0

1.
(A)________...0..._______________/TTT\____(B)
...........\_____/.................0
2.
(A)___________0___________________________(B)
...................................0
Первый путь из пункта A в B будет гораздо короче (в космических масштабах 0 - звёзды/чёрные дыры/галактики), чем просто визуально прямой (2), так как реально это и будет самый прямой путь, а визуально прямой как раз искревлён гравитацией и будет длиннее на видимую часть как на первом рисунке. Короче, если идеально натянуть идеальную нить между пунктами A и B, то получится первый вариант. Это рассчитывается для определения точного расстояния до звёзд или направленного сигнала для дальних спутников (например Вояджер, сигнал слишком слаб, поэтому его приходиться направлять точнее на Землю с учётом искривления из-за Солнца и планет).

alltiptop ★★★★★
()

помнится, в 1972м году релятивисты уже один раз «доказали» свою теорию, вписав о окончательный отчет цифры от балды, а не те, которые были измерены.

ckotinko ☆☆☆
()
Ответ на: комментарий от Annoymouse

бугога. шарлатанам понадобилось пять лет

чтоб подогнать опыт под ответ.

про гравитацию релятивистам бы молчать в тряпочку. ОТО подогнана так, чтоб на больших расстояниях походить на ньютоновскую гравитацию, а та фэйлится на галактиках. без воображаемой скрытой массы не работает. причем чем больше масштабы космического сооружения, тем большим колвом воображаемой массы надо его подпирать, чтоб спасти формулу из 17го века.

ckotinko ☆☆☆
()

Теперь, наши учёные окончательно изменят гравитационное поле земли и вся Америка будет под водой!

zloy_buratino ☆
()
Ответ на: комментарий от DNA_Seq

Ага, с удовольствием бы передал его в хорошие руки ну где их найдешь

whiiteliites ★
()
Ответ на: комментарий от Nebuchadnezzar

> Какие полезные плюшки, в перспективе, даёт нам существование искривления пространства и увлечения рамы?

Очевидно же: из комнатной чёрной дыры выйдет замечательный мусоросборник.

Evgueni ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от Kompilainenn

> это стена существует, а «гравитационных волн» нету!

Ну тогда осталось только описать изменение частоты вращения двойных звёздных систем от времени каким-то принципиально другим способом и все заценят на сколько ты крут.

Evgueni ★★★★★
()
Ответ на: бугога. шарлатанам понадобилось пять лет от ckotinko

>ОТО подогнана так

можно тыцнуть в конкретное место ОТО, где была выполнена эта «подгонка»?

чем больше масштабы космического сооружения, тем большим колвом воображаемой массы надо его подпирать, чтоб спасти формулу из 17го века


у тебя наверное, есть теория, которая не фейлится, и не требует вводить «скрытую массу» для объяснения наблюдений? Внимательно слушаю

geek ★★★
()

>Ведь вся миссия обошлась государственной казне в $760 миллионов.

А у нас столько стоит километр асфальтовой дороги.

elverion
()
Ответ на: бугога. шарлатанам понадобилось пять лет от ckotinko

>шарлатанам понадобилось пять лет

Я же сказал «звучит как», а не «ололоподогнали»

Для представителей интеллектуального большинства поясняю: в данном случае претензия к тексту, в нем не должно быть подобных неоднозначностей, чтобы не давать повода усоминиться в добросовесности интерпретаторов.

Annoymouse
()
Ответ на: комментарий от alltiptop

>>просто визуально прямой

Визуально прямой на схеме или визуально прямой при взгляде на звезду? Во втором значении «визуально прямой» будет первый а не второй, так как свет сам летит по кратчайшему пути.

mclaudt ☆
()
Ответ на: комментарий от Nebuchadnezzar

>Я весьма далёк от физики. Какие полезные плюшки, в перспективе, даёт нам существование искривления пространства и увлечения рамы?

Ну, уже дало. К примеру точность ГЛОНАСС/GPS невозможно было бы поднять до пары метров, если не учитывать в рассчетах релятивистские эффекты.

dikiy ★★☆☆☆
()
Ответ на: комментарий от geek

>у тебя наверное, есть теория, которая не фейлится, и не требует вводить «скрытую массу» для объяснения наблюдений? Внимательно слушаю

Раньше придумывали богов чтобы объяснить физические явления. Теперь придумывают физичиеские теории. Но суть одна.

elverion
()
Ответ на: комментарий от geek

можно тыцнуть в конкретное место ОТО, где была выполнена эта «подгонка»?

специально для домохозяек: General Relativity and Newton's gravitational theory make essentially identical predictions as long as the strength of the gravitational field is weak, which is our usual experience. However, there are several crucial predictions where the two theories diverge, and thus can be tested with careful experiments.

и нужна скрытая масса только затем, что релятивизм лажает везде - и по искривлению лучей света возле галактик, и по скоростям движения звезд в галактике. а даже возле солнца ТО подтверждается только если не учитывать существование атмосферы солнца, и только если специальным образом усреднять измеренные величины.

у тебя наверное, есть теория

она вам очень не понравится, потому что там галактики при помощи гидродинамики моделировать можно, а потом в телескоп поглядеть и убедиться что всё работает так, как и предсказывает антинаучная теория

ckotinko ☆☆☆
()
Ответ на: комментарий от elverion

>Раньше придумывали богов чтобы объяснить физические явления. Теперь придумывают физичиеские теории. Но суть одна.

где вас таких делают?

geek ★★★
()
Ответ на: комментарий от mclaudt

>свет сам летит по кратчайшему пути

Могу ошибаться, но разве путь [чего-нибудь] определяется кратчайшим расстоянием, а не принципом наименьшего действия?

Annoymouse
()
Ответ на: комментарий от ckotinko

>>она вам очень не понравится, потому что там галактики при помощи гидродинамики моделировать можно, а потом в телескоп поглядеть и убедиться что всё работает так, как и предсказывает антинаучная теория

она вам очень не понравится, потому что там галактики при помощи гидродинамики моделировать можно, а потом в телескоп поглядеть и убедиться что всё работает так, как и предсказывает антинаучная теория

А ты хоть сам эту теорию читал? Или только слово гидродинамика выучить смог?

dikiy ★★☆☆☆
()
Ответ на: комментарий от ckotinko

>специально для домохозяек: General Relativity and Newton's gravitational theory make essentially identical predictions as long as the strength of the gravitational field is weak, which is our usual experience. However, there are several crucial predictions where the two theories diverge, and thus can be tested with careful experiments.

я кажется, простой вопрос задал - в каком месте ОТО «подогнана» ? По ссылке написано, что ОТО правильно предсказывает перигелий Меркурия (а теория Ньютона - нет), правильно предсказывает искривление лучей света в гравитационном поле (а теория Ньютона - опять нет), и т.д.

Спрошу ещё раз - в каком месте ОТО «подогнана» и куда?

она вам очень не понравится, потому что там галактики при помощи гидродинамики моделировать можно


а ты эту публикацию читал? В каком месте этот способ моделирования вообще касается проблемы скрытой массы? Эта работа касается _структуры_ галактики, а не вопросу «как она вообще не разлетается из-за недостатка наблюдаемой массы»

geek ★★★
()
Ответ на: комментарий от Annoymouse

>>определяется кратчайшим расстоянием, а не принципом наименьшего действия?

А что по-твоему выступает в роли действия в случае света, если не оптическая длина пути?

Под кратчайшим я естественно имел в виду кратчайший оптически.

mclaudt ☆
()
Ответ на: комментарий от geek

может вы английский не разумеете? тогда я вам переведу:

«ТО и ньютон делают практически идентичные предсказания, пока напряженность гравитационного поля слаба».

ckotinko ☆☆☆
()
Ответ на: комментарий от ckotinko

>читал, читал, не переживайте. я смотрю вас задело.

А раз читал, то скажи пожалуйста, в каком месте данная методика моделирования противоречит ТО?

dikiy ★★☆☆☆
()
Ответ на: комментарий от ckotinko

>«ТО и ньютон делают практически идентичные предсказания, пока напряженность гравитационного поля слаба».

Продолжайте свою мысль, мсье.

dikiy ★★☆☆☆
()
Вы не можете добавлять комментарии в эту тему. Тема перемещена в архив.
 ← 1 2 3 4 5 →
Talks