Гравитационное замедление времени

Специалисты NASA завершили подготовку к запуску спутника Gravity Probe-B, предназначенного для проверки теории Эйнштейна о пространстве и времени. Внутри аппарата находятся четыре кварцевых шара. Как сообщает пресс-служба NASA, это самые идеальные сферы из всех, когда-либо сделанных. Их температура поддерживается близкой к абсолютному нулю. Эти шары изолированы от внешних вмешательств и помещены в самую "спокойную" среду из существующих. В космосе их положение должно измениться.


При попадании на орбиту шарам зададут вращательный импульс. И если Эйнштейн был прав, то вращающиеся шары будут немного отброшены в сторону в результате присутствия рядом планеты Земля.

В таком случае это станет доказательством того, что Земля при вращении действительно тянет за собой время и пространство - этот феномен никогда не был изучен прежде, сообщает ВВС.


Эйнштейн предложил эту теорию в 1916 году. Согласно ей, вращение такого громадного объекта, как Земля, вызывает изменения в структуре пространства и времени. Если теория справедлива, то масса и вращение Земли в 640 километрах от четырех кварцевых шаров должна сместить их на незначительное, но тем не менее измеряемое расстояние.

> При попадании на орбиту шарам зададут вращательный импульс. И если Эйнштейн был прав, то вращающиеся шары будут немного отброшены в сторону в результате присутствия рядом планеты Земля.

Хм, либо описание эксперимента не столь подробно, либо это "отбрасывание шаров" можно объяснить силами гравитации.

А может это 1-во апрельская шутка?

Когда я там учился [в Станфорде], они этот проект серьёзно разрабатывали.
В физику я серьёзно не вникал, но там что-то связано с гравитационными волнами. Задержка с полётом (а заняло это кучу времени) состояла из двух частей: разработка технологий для выполнения етих самых "спхер", и контролируемый групповой полёт. Для последнего даже запускали воздушные шарики :) в ангаре в Moffett Field , которые отрабатывали точную формацию, и системы местоположения в строю. Так вот експеримент заключается именно в разнице работы "сфер" при заданной ориентации спутников. Какая-то часть обьясняется обычной гравитацией, но ожидается что будет измеримый компонент именно волновой теории гравитации.

Ссылка на первоисточник

The GP-B satellite has only a one-second launch window. If all launch conditions are not "Go" at the scheduled launch time on Saturday, April 17th at 10:09 AM Pacific Daylight Time, the launch countdown will be stopped, and another attempt will be made approximately four minutes earlier (10:05 AM) on Sunday, April 18. If conditions are not "Go" on Sunday, it will be necessary to stand down on Monday, while the Dewar's guard tank is refilled, and then another launch attempt will occur on Tuesday, April 20 at approximately 9:57AM. And, if conditions are not "Go" on Tuesday, another attempt will occur on Wednesday, April 21 at 9:53 AM.

 

Спутник GP-B имеет односекундное окно запуска и если все условия запуска не будут удовлетворены в субботу 17 апреля в 10:09 AM Pacific Daylight Time, запуск будет отложен на сутки до воскресенья 10:05 AM. В случае неудачи следующий перенос будет произведен на вторник, поскольку в понедельник потребуется перезаправка криогенной системы охлаждения.

Что бы измерить эффекты Общей теории относительности ОТО требуется намного больше, чем просто разместить гироскопы на спутнике. Шесть жестких требований должны быть соблюдены.
1) Стабильность гироскопов должна составлять (в свободном от гравитационных возмущений пространстве) -11 град/час
2) Необходимо уметь измерять изменение отклонения оси вращения гироскопа в 0,0001 угловую секунду не воздействуя на гироскоп.
3) Иметь измерительные инструменты способные определять угол между осью вращения гироскопа и направлением на опорную звезду с соотв. точностью.
4) Выбрать опорную звезду, чьи положение и движение относительно ИСО извесны с достаточной точностью.
5) an orbit and a data processing method that together allow the frame-dragging and geodetic effects to be separated

Вообщем чем отличаются frame-dragging и geodetic effects понятно из рисунка (орбита у спутника - полярная и eе плоскость проходит через опорную звезду).

6) Разработать способ тестирования и определения погрешности измерений системы во время полета.

Концепция эсперимента проста. Вращающиеся сферы-гироскопы связаны с телескопом нацеленным на опорную звезду, движение которой определяется относительно удаленных квазаров. Таким образом можно определить смещение оси гироскопа относительно Инерциальной системы координат отождествляемой с наиболее удаленными от нас объектами - квазарами.

The launch of Gravity Probe B has been re-scheduled for tomorrow (Tuesday), April 20, 2004 at 9:57 AM Pacific Daylight Time, from Vandenberg Air Force Base in South-central California.

Запуск перенесен на вторник 20 апреля в 9:57 AM Pacific Daylight Time.
Сколько это будет по Москве, не знаю.

Попытка перевода обзора из http://spaceflightnow.com/delta/d304/status.html

Gravity Probe B: Testing Einstein's Universe

Overview of Gravity Probe B
NASA PRESS KIT
Posted: April 17, 2004

Обзор Gravity Probe
17 Апреля, 2004

В 1916 Альберт Einstein сформулировал общую теорию относительности, которая является одной из основополагающих теорий современной физики.
….теория Einstein объединяет вместе пространство, время, и гравитацию, и предсказывает такие причудливые явления как черные дыры и расширяющаяся Вселенная, - что все еще остается наименее подтвержденными научными теориями. Теперь, через 88 лет, группа из Stanford Университета, NASA, и Lockheed Martin готовятся запустить космический аппарат Gravity Probe B, чтобы измерить два самых странных предсказанных эффектов Einstein.

Первый из этих эффектов, известный как геодезический или эффект искривления пространства-времени, согласно которому любое тело в пространстве искривляет или изгибает свое локальное пространство-время. Гравитация является не притягивающей силой между телами, как утверждал Исаак Ньютон, а скорее результат перемещения тел в искривленном пространстве-времени. …чтобы представить себе этот эффект – можно представить локальное пространство-время как покрывало и Землю - как шар, лежащий в середине. Тяжелый шар искривляет или создает вмятину в покрывале, так, что другое небесное тело, перемещающееся вдоль Земли, стремится вниз по искривлению поверхности к центральному шару. Геодезический эффект, который будет измеряться измеряемый Gravity Probe B это величина угла, который возникает из-за искривления Землей локальное пространство-время..

Другой эффект, известный как "фрейм-перемещение" ("frame-dragging"), постулированный Австрийскими физиками Josef Lense и Hans Turring через два года после того, как Einstein опубликовал общую теорию относительности. Согласно ему, небесное тело, вращаясь вокруг своей оси, увлекает локальное пространство-время вместе с собой, подобно жидкости, увлекаемой во вращательное движение шаром, вращающимся в ее массе. Тут можно провести параллель с вращением электрически заряженного тела, генерирующего магнитное поле. По этой причине этот эффект часто называют "гравимагнитным" и обнаружение его может считаться обнаружением новой силы в природе, гравимагнитной.

Эксперимент на борту Gravity Probe B разрабатывался, чтобы измерить эти эффекты с беспрецедентной точностью. Космический корабль будет состоять из спутника содержащего четыре сверхточных сферических гироскопа находящегося на полярной орбите, и телескопа - подобно авианосцу, с которого взлетает несколько умных истребители. Другими словами, все очень сложно.

Гироскопы должны поддерживаться в нейтральной среде, в которой они будут раскручены в вакууме, исключая воздействие внешних сил, магнитного поля Земли, или помехами от самого аппарата. В начале эксперимента, телескоп (и спутник) выравниваются, ориентируясь на отдаленную «калибровочную» звезду. Гироскопы выравниваются с телескопом, так, что первоначально их ось вращения также указывают на «калибровочную» звезду. Гироскоп раскручивается, и, в течение года телескоп (и спутник) остаются выровненные с «калибровочной» звездой. Режим вращения гироскопа контролируется, чтобы обнаружить любое отклонение или дрейф из-за геодезического и фрейм-перемещения.

Если прогнозы базировавшиеся на теории Einstein - правильны, то ось вращения гироскопов должна медленно дрейфовать из их начального положения относительно «калибровочной» звезды - в плоскости орбиты спутника, из-за кривизны локального пространства-времени, и перпендикулярно орбите из-за эффекта фрейма-перемещения. Физики считают, что эффекты относительности - особенно эффект фрейма-перемещение - особенно сильны около черных дыр и других огромных галактических тел, вокруг небольшой планеты подобно Земли, эти эффекты едва заметны. Например, предсказанный угол отклонения оси вращения из-за эффекта фрейма-перемещение соответствует ширине человеческого волоса видимого с расстояния 10 миль!

Когда Stanford физик Leonard Schiff (и независимо, George Pugh в Pentagon) сначала предлагающее этот эксперимент в 1960, Америка только что создала NASA, запустила первый спутник, и вступила в космическую гонку. До высадки людей на Луну было все еще 10 лет. В то время, этот эксперимент казался довольно простым, но он потребовал четыре десятилетия научного и технологического продвижения, чтобы создать космическую лабораторию и инструмент измерения достаточно умную и точный достаточно, чтобы измерить эти крохотные релятивистские эффекты.

Измерение геодезического эффекта – бОльшего из них, будет проведено с точностью в 0.01%, что значительно больше, чем любые предшествующие измерения, и обеспечит наиболее точный тест общей относительности. Эффект фрейма-перемещение никогда непосредственно не был измерен, но ожидается, что Gravity Probe B измерит его с точностью в пределах 1%.

По крайней мере, девять новых технологий должны были быть изобретены и усовершенствованы, что бы выполнить эксперимент. Сферический гироскоп имеет устойчивость более чем в миллион раз лучшее, чем наилучший инерционный гироскоп, используемый в навигации, а магнитометры, названные SQUIDs (Super-Conducting Quantum Interference Devices),предназначенные для контроля направления оси вращения гироскопа, могут обнаружить изменение угла оси вращения приблизительно 1/40,000,000 градуса. Эти достижения стали возможны только благодаря уникальной комбинации криогенной, спутниковой технологии и новым технологиям производства и измерений.

Во время своих 40 с лишним лет разработки программа Gravity Probe B ….. новые технологические, коммерческие, социальные достижения….. Технологические достижения включают криогенные технологии, использованные в других миссиях NASA, GPS, оптические технологии, технологии плавки кварца, которые имеют коммерческие приложения, и фото диодные детекторы, которые имеют применения для улучшения цифровых камер.

Менее осязаемый, но возможно наиболее важно, Gravity Probe B имело глубокий эффект в карьерах многочисленных студентов - как закончившие и студенты последнего курса, так и студенты средней школы, в Stanford Университете и других образовательных учреждениях. Почти 100 диссертаций написаны по различным аспектам этой программы, и в GP-B также участвует первая женщина-астронавт, управляющий делами крупной авиакосмической компании, профессор Гарварда, Princeton, Stanford и т.д., а также последний нобелевский лауреат по физике.

Гравитация является наиболее фундаментальным взаимодействием в природе; она действует на все. Но гравитация - все еще загадка – и мы полностью ее не понимаем. Общая теория относительности Einstein 1916 навсегда изменила наши понятия о пространства и времени, он дал нам новый взгляд на гравитацию. Если GP-B подтвердит два прогноза общей относительности, тогда, мы сделали наиболее точное измерение формы локального пространства-времени, и подтвердили математику общей относительности в новом стандарте точности. Если с другой стороны, результаты противоречат с теоретическими прогнозами Einstein, тогда, мы можем столкнуться с требованием создавать целую новую теорию структуры вселенной и движения материи. Независимо от того, какой результат будет получен, GP-B обеспечит нас новым взглядом на структуру нашей вселенной.

Жидкого гелия, который находится в Дьюаре и охлаждает внешнюю свинцовую оболочку до сверхпроводящего состояния должно хватить на 2 года. После чего эксперимент будет прекращен.

ИТАЛЬЯНЦЫ УБЕЖДЕНЫ, ЧТО ПОЛУЧИЛИ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ТЕОРИИ ЭЙНШТЕЙНА


Итальянские ученые подтвердили справедливость общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Об этом сообщает сайт Lenta.ru со ссылкой на коллег из CNN.
Группа исследователей Университета Лецца (Universita di Lecce) под руководством Игнацио Кьюфолини (Ignazio Ciufolini) 11 лет вела наблюдения за движением двух орбитальных спутников LAGEOS and LAGEOS 2, напоминающих мячи для гольфа диаметром чуть больше полуметра.
Если вращение Земли искривляет окружающее ее пространство, полагали ученые, то и траектория движение спутников должна подвергаться воздействию планеты. В результате многолетних наблюдений выяснилось, что спутники действительно отклоняются от заданной орбиты приблизительно на 2 метра в год.
Это эффект, названный австрийскими физиками Джозефом Ленсе (Joseph Lense) и Хансом Тирринг (Hans Thirring) "захватом системы отсчета" (frame dragging), является модификацией более простых аспектов гравитации, изложенных Исааком Ньютоном, который утверждал, что гравитация является нечто большим, нежели притяжение тел друг к другу, а именно результатом перемещения тел в искривленном пространстве-времени. Ленсе и Тирринг сформулировали эффект frame dragging в 1918 году, через два года после открытия Эйнштейном теории относительности.
Он возникает вблизи любого вращающегося массивного тела, который деформирует пространство-время вокруг себя. Если представить локальное пространство-время как покрывало, а Землю - как шар, лежащий в его середине, то любое другое тело, перемещающееся к Земле по покрывалу, будет постепенно соскальзывать по искривленной поверхности.
Проведенный исследователями эксперимент, по словам физика колорадского университета Нэйла Эшби (Neil Ashby), будучи первым достаточно точным подтверждение frame dragging, имеет важнейшее значения для развития науки.
Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности в 1916 году, и сейчас она является одной из основополагающих в современной физике. Если бы результаты проведенного группой Кьюфолини исследования не подтвердили теоретические выкладки Эйнштейна, тогда, возможно, ученым пришлось бы столкнуться с необходимостью создания новой теории структуры вселенной и движения материи.

// Lenta.ru: Наука и техника: Итальянские ученые подтвердили теорию относительности Эйнштейна