LINUX.ORG.RU
ФорумTalks

[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

Ответ на: комментарий от geek

«способ моделирования» позволил предсказать ряд структур в галактиках, кои потом были экспериментально обнаружены. теория, которая объясняет движение среды в опыте, называется гидродинамикой.

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

>Продолжайте свою мысль, мсье.

ньютон фэйлится на шаровых скоплениях, галактиках и т.д. впрочем, первый фэйл ньютона приходится на открытие нептуна. эйнштейн фэйлится там же, но уже и со светом.

а скрытую массу - это не ко мне, я в ваших летающих макаронных монстров и прочую воображаемую религиозную мишуру не верю

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

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

а они и должны делать практически идентичные предсказания, поскольку в слабом гравитационном поле их области применимости совпадают. В чём проблема-то? Про принцип соответствия в школе не рассказывали?

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

>«способ моделирования» позволил предсказать ряд структур в галактиках, кои потом были экспериментально обнаружены. теория, которая объясняет движение среды в опыте, называется гидродинамикой.

И что? Это говорит лишь о том, что ты можешь предсказать путь развития огромных масс во вселенной. Конкретно возражения к ТО в студию. Потому что до этого момента лишь блеяние непонятное.

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

>ньютон фэйлится на шаровых скоплениях, галактиках и т.д. впрочем, первый фэйл ньютона приходится на открытие нептуна. эйнштейн фэйлится там же, но уже и со светом.

Больше конкретики. Где конкретно фейлися, и где конкретно ваши более хорошие предложения?

Для затравки: почему частицы, рожденные на поверхности солнца успешно долетают до Земли, хотя время их полураспада значительно меньше времени, которое свету надо лететь до Земли от Солнца.

А Ньютон фейлится даже в в обычной жизни (рассчет позиции спутника GPS и т.д.)

а скрытую массу - это не ко мне, я в ваших летающих макаронных монстров и прочую воображаемую религиозную мишуру не верю

Так давай свою теорию, а то звиздеть - не мешки ворочать.

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

>>первый фэйл ньютона приходится на открытие нептуна

Т.е. открытие планеты на кончике пера - это фейл теории?

mclaudt
()
Ответ на: комментарий от ckotinko

>«способ моделирования» позволил предсказать ряд структур в галактиках, кои потом были экспериментально обнаружены. теория, которая объясняет движение среды в опыте, называется гидродинамикой.

и что? Причем тут ОТО, и тёмная материя?

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

Why do we Still Believe in Newton's Law ? Facts, Myths and Methods in Gravitational Physics
An overview of the experimental and observational status in gravitational physics is given, both for the known tests of general relativity and Newtonian gravity, but also for the increasing number of results where these theories run into problems, such as for dark matter, dark energy, and the Pioneer and flyby anomalies.

Для затравки: почему частицы, рожденные на поверхности солнца успешно долетают до Земли


для того, чтоб использовать это в качестве доказательства ТО, вам надо еще доказать как минимум 3 тезиса: 1)альтернативные теории не могут объяснить данный факт 2)распад частиц происходит случайно и на зависит от внешних факторов 3)эти частицы действительно «рождены» на поверхности солнца

Так давай свою теорию


галилеева относительность + нелинейная электродинамика решают. последнюю правда квантовики не любят, т.к. с нелинейной электродинамкой КМ становится не нужна.

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

>>Так давай свою теорию

галилеева относительность + нелинейная электродинамика решают. последнюю правда квантовики не любят, т.к. с нелинейной электродинамкой КМ становится не нужна.

Больше конкретики. А-то пугать страшными китайскими словами все могут.

Для затравки: почему частицы, рожденные на поверхности солнца успешно долетают до Земли

для того, чтоб использовать это в качестве доказательства ТО, вам надо еще доказать как минимум 3 тезиса:

1)альтернативные теории не могут объяснить данный факт

Это доказывать не надо.

2)распад частиц происходит случайно и на зависит от внешних факторов

Это наблюдаемый эффект. Частицы распадаются в зависимости от течения времени.

3)эти частицы действительно «рождены» на поверхности солнца

Нет, мля, сидят ученые и меряют излучение с Луны, да?

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

да, ибо был «ньюанс». леверье промазал с массой. а адамс промазал еще сильнее(в 2 раза) и получил еще лучший результат. мелочь, но когда открывали плутон, ньютон снова дал ответ близкий к правильному. но по массе промах был уже в 25 тысяч раз.

планеты как будто бы тянут к себе сильнее на большем удалении, чем по ньютону. и то же самое демонстрируют галактики, скопления галактик и т.д. Вот такое вот «открытие на кончике пера».

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

Это доказывать не надо.

а что, на веру надо принять? что-то не получается, после hafele&keatingа.

Это наблюдаемый эффект.

вопрос был - с чего вы взяли, что скорость распада постоянна, и что она вообще имеет место быть? распады могут быть следствием взаимодействия с чем нибудь еще.

Нет, мля, сидят ученые и меряют излучение с Луны

они даже на луне не сидят, откуда у них данные о том, где частица возникла? они только момент прилета меряют.

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

>>Это доказывать не надо.

а что, на веру надо принять? что-то не получается, после hafele&keatingа.

Что на веру принять? То что другие теории объяснить не могут? Так это пофигу. Просто теории будут эквивалентны в этом плане. А если ты другую придемаешь, которая и это объяснит и еще другое что-то, что первая не объясняла, то это будет уточнением. Как СТО уточнение к классической механике.

Это наблюдаемый эффект.

вопрос был - с чего вы взяли, что скорость распада постоянна, и что она вообще имеет место быть? распады могут быть следствием взаимодействия с чем нибудь еще.

Могут быть. Но это что-то еще воздействует по наблюдениям в рамках равновероятного распределения. А больше и знать не надо.

А то, что скорость распада имеет место быть наблюдается по обратно экспоненциальному закону уменьшения количества радиоактивного вещества (да и всего остального в куче).

Да и после этого коммента появляются подозрения в ГСМ. Оперируешь понятиями направо и налево наобум.

Нет, мля, сидят ученые и меряют излучение с Луны

они даже на луне не сидят, откуда у них данные о том, где частица возникла? они только момент прилета меряют.

А ей негде больше возникнуть, если она со стороны солнца летит. Да и не важно это, ведь данный эксперимент отлично повторяется на ускорителях заряженных частиц.

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

cкорость распада имеет место быть наблюдается

уточню: то, что процесс распада тех же атомов наблюдается, не означает, что он самопроизвольный. утверждения «атом Х имеет период полураспада X», «среднее время жизни(mean life на английском) атома равно Y» и «вероятность распада атома за одну секунду равна Z» к друг другу сводимы и даже можно пересчитать X Y Z друг в друга. но последнее утверждение имеет несколько иной физический смысл:

«среднее время жизни танка в бою Х минут» не совсем то же самое, что «вероятность поражения танка за 1 сек противником, ведущим огонь наобум, равна Y».

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

>>но когда открывали плутон, ньютон снова дал ответ близкий к правильному. но по массе промах был уже в 25 тысяч раз.

Ты о результатах измерений конца 19 века? Что-то ссылки не нашел. Даже если одна из экстраполяций дала промах, ну и ладно, сейчас-то перемерили более точными инструментами и все сходится по Ньютону. Или, по-твоему, до сих пор расхождение в 25 000 раз?

mclaudt
()
Ответ на: комментарий от ckotinko

и нужна скрытая масса только затем, что релятивизм лажает везде - и по искривлению лучей света возле галактик, и по скоростям движения звезд в галактике.

полученные таким образом величины скрытой массы удивительно совпадают

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

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

Для света в вакууме они совпадают

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

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

И что? Это говорит лишь о том, что теория Ньютона это предельный случай ОТО

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

> а скрытую массу - это не ко мне, я в ваших летающих макаронных монстров и прочую воображаемую религиозную мишуру не верю

А чем она воображаема? она проявляет себя, мы ее измеряем. Просто пока не знаем ее природы

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

> галилеева относительность + нелинейная электродинамика решают

Опыт Майкельсона, релятявистский эффект Допплера, гравитационное красное смещение в поле Земли, сдвиг перигелия Меркурия, отклонение луча света вблизи Солнца, релятявистское замедлениевремени на спутниках - все это уже померяно и соответствует ТО

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

>>полученные таким образом величины скрытой массы удивительно совпадают

Кстати, всегда интересовал вопрос: а что с локализацией этих скрытых масс? Ведь наверняка можно подобрать бесконечное множество разных распределений скрытых масс в пространстве, и каждое из них будет удовлетворять конкретному эксперименту.

mclaudt
()
Ответ на: комментарий от ckotinko

>уточню: то, что процесс распада тех же атомов наблюдается, не означает, что он самопроизвольный. утверждения «атом Х имеет период полураспада X», «среднее время жизни(mean life на английском) атома равно Y» и «вероятность распада атома за одну секунду равна Z» к друг другу сводимы и даже можно пересчитать X Y Z друг в друга. но последнее утверждение имеет несколько иной физический смысл:

С солнечным ветром прилетает достаточно частиц, чтобы делать утверждения.

Как и в ускорителе.

Так что возражение ни о чем.

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

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

А что по-твоему выступает в роли оптической длины пути? Путь, который проходит свет? Если да, то да.

>Под кратчайшим я естественно имел в виду кратчайший оптически.

Так вот, если я правильно помню школьный курс, кратчайший путь не обязательно совпадает с путем, проходимым с наименьшим действием.

Это как пускать шарик по наклонной поверхности. Если поверхность гладкая, то они равны, а если «холмистая», то шарик постарается протиснуться между ними в соответствии с принципом наименьшего действия (грубо говоря, с наименьшими затратами энергии), и этот путь, как ты понимаешь, будет больше кратчайшего.

о -> - - - - - - - - - -> о

                 / - \
о -> -   .   - -   .   -> о
       \ _ /

Однако, чем больше энергия шарика, тем больше ее можно потратить на «спрямление» пути: некоторые препятствия можно преодолевать, или вообще сдвигать с дороги.

Annoymouse
()

сколько читаю ЛОР, столько убеждаюсь, что сюда ходят специалисты по всему на свете, начиная от выпечки пирожков с котятами и заканчивая теорией относительности и темными делами

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

>Для света в вакууме они совпадают

А в гравитационном поле?

Annoymouse
()

Понабижало тут ГСМщиков...

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

Путь наименьшего действия и кратчайший совпадают при нулевом потенциале, в том смысле, что функционалы «длина кривой» и «кинетическая энергия точки фиксированной массы на кривой» достигают минимума одновременно на одних и тех же траекториях — прямых.

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

>>Так вот, если я правильно помню школьный курс, кратчайший путь не обязательно совпадает с путем, проходимым с наименьшим действием.

Ну разумеется, но для света таков расклад что имено длина пути является действием. И если натянуть невесомую нить между звездами, то выглядеть она будет идеально прямой, ибо будет идти ровно по лучу света. А то что на деле она будет искривленной, так это чисто математический трюк, сидящий в метрике пространства. Увидеть кривизну воочию не выйдет.

mclaudt
()
Ответ на: комментарий от mclaudt

Более того, именно такая кривая геометрия нити и будет «кратчайшей», ибо кривая метрика дает отличное от евклидового определение длины кривой.

mclaudt
()
Ответ на: комментарий от mclaudt

>Увидеть кривизну воочию не выйдет.

Ну, мы же не статую с нее лепить собираемся, мы хотим знать, как «срезать» путь «по прямой».

Ладно, я думаю, что тут всё ясно.

Annoymouse
()
Ответ на: комментарий от unanimous

>>Путь наименьшего действия и кратчайший совпадают при нулевом потенциале, в том смысле, что функционалы «длина кривой» и «кинетическая энергия точки фиксированной массы на кривой» достигают минимума одновременно на одних и тех же траекториях — прямых.

Это лишь если речь идет о частицах с массой. Тогда подобное утверждение просто совпадает с принципом инерции, который выводится из изотропности пространства, однородности пространства и времени.

А мы говорим о безмассовом фотоне. В таком случае равенство действия длине пути не обясняется отсутствием гравитационного члена. Он есть, но присутствует в метрике пространства, а не в лагранжиане.

mclaudt
()
Ответ на: комментарий от mclaudt

> А мы говорим о безмассовом фотоне. В таком случае равенство действия длине пути не обясняется отсутствием гравитационного члена. Он есть, но присутствует в метрике пространства, а не в лагранжиане.

Я согласен почти со всем, кроме тезиса о безмассовости фотона, который тут по-моему ни при чем. Ну нет у него массы покоя, но масса hv/c^2 у него имеется

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

>>Я согласен почти со всем, кроме тезиса о безмассовости фотона, который тут по-моему ни при чем. Ну нет у него массы покоя, но масса hv/c^2 у него имеется

Я к тому что у фотона нет той массы, которую можно было бы подставить в вывражение для энергии частицы в гравитационном поле.

mclaudt
()
Ответ на: комментарий от valich

valich> Эйнштейн - два

На момент получения результатов эксперимента Эйнштейн мёртв.

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

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

В самое ближайшее время - уверенность в точности измерений астрономических масштабов.

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

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

В отличие от вымышленных божков теории позволяют прогнозировать явления. Так что молчи в тряпочку, пока я тебя говно жрать не заставил.

Quasar ★★★★★
()

Фатиму не мыло! Скатились от обсуждения интерессной темы в очередной богосрач. :(

beastie ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от ckotinko

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

Ты мудак долбанутый. Это означает, что механика Ньютона является частным случаем ТО. И это правильно, так как если бы ТО противоречила механике Ньютона, тогда бы ТО была просто несостоятельна из-за противоречия эксперименту.

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

ckotinko> вопрос был - с чего вы взяли, что скорость распада постоянна, и что она вообще имеет место быть? распады могут быть следствием взаимодействия с чем нибудь еще.

Если начал говорить о распадах - говори полностью, распад чего.
И откуда у тебя информация, в какой конкретной точке родилась конкретная частица?
Давай, выкладывай.

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

ckotinko> уточню: то, что процесс распада тех же атомов наблюдается, не означает, что он самопроизвольный.

Распад идёт из-за нестабильности ядра, если объяснять на пальцах.
Ты о чём втирать пытаешься вообще?

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

Выполнимость теории не зависит от воли и желания божков — явления становятся предсказуемыми в отличие от.

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

Выполнимость теории не зависит от воли и желания божков — явления становятся предсказуемыми в отличие от.

А кот мертв или жив?

HiddenComplexity
()
Ответ на: комментарий от elverion

Я сам разберусь, что мне делать и куда нажимать, а вот тебе от говна отмыться будет трудновато. Не люблю тех, кто приходит сюда привлекать к себе внимание тупостью/троллизмом.

unanimous ★★★★★
()
Вы не можете добавлять комментарии в эту тему. Тема перемещена в архив.