Гравитация и относительность - Цзю Х.
Скачать (прямая ссылка):
4 Зэк. 1749
50
Глава I
Возможности наблюдения орбитального движения планет
Всякая серьезная теория тяготения в предельном случае достаточно слабых полей или достаточно малых скоростей движения тел, связанных гравитационным взаимодействием, должна переходить в ньютоновскую теорию гравитации. Данные наблюдений за движением планет весьма надежны, и ньютоновская теория вполне удовлетворительна, по крайней мере в известных пределах. Вопрос в том, каковы эти пределы.
Первое, на что мы обращаем внимание, это то, что периоды обращения планет известны с большой степенью точности. Планеты, по крайней мере самые близкие к Солнцу, за то время, в течение которого за ними велось наблюдение, успели совершить огромное количество оборотов, и это дает возможность очень точно определить их периоды обращения. Естественно возникает вопрос о том, какого рода часами измерены эти периоды.
Если измерять периоды, сравнивая их с периодом обращения Земли, то такие «часы» не очень хороши — на них влияют приливные взаимодействия и они подвержены случайным флуктуациям. Самое большее, что можно сказать относительно периодов обращения планет, это то, что с большой точностью известны отношения этих периодов. Точность в данном случае имеет порядок величины IO"8. Она, по-видимому, могла бы быть еще больше, если бы удалось воспользоваться данными наблюдений в предшествующие эпохи, но это затруднительно из-за необходимости расшифровывать древние записи. Точность же, с которой известны отношения радиусов планетных орбит, значительно ниже. Измерения относительных растояний в астрономии основаны на измерении углов, а максимальная точность таких измерений порядка IO"6. Это означает, что, используя данные наблюдений орбитальных движений планет, третий закон Кеплера можно проверить только с точностью порядка IO"6.
Новые методы исследования космического пространства позволяют надеяться, что в скором времени будут получены более точные данные. Так, радиолокация JIy-
Об экспериментальном базисе общей теории относительности 51
ны и Венеры позволила более точно измерить расстояние до этих планет. Кроме того, в принципе представляется возможным измерять расстояние с точностью IO-9, посылая световой импульс от оптического квантового генератора и регистрируя луч, отраженный от уголкового рефлектора, помещенного на Луне. Такие точные радиолокационные методы определения траектории (с помощью приемо-ответчика, дающего сигналы эхо), как те, которые применяются при запуске космических аппаратов серии «Маринер», позволят со временем измерять расстояния даже с еще большей точностью.
Релятивистские эффекты появляются обычно в членах порядка (v/c)2. Для Земли эта величина составляет приблизительно IO-8. Таким образом, если бы радиусы планетных орбит были измерены с точностью до IO"8, то третий закон Кеплера можно было бы проверить в тех пределах, где уже существенны релятивистские эффекты. В этом отношении многого можно ожидать от намеченных работ по исследованию космического пространства. На основе точных радиолокационных данных о траектории космических аппаратов, запускаемых в направлении различных планет, можно было бы определять орбитальное движение этих планет со значительно большей точностью, чем в настоящее время. Ведь пока что мы измеряем не абсолютные расстояния, а отношения радиусов планетных орбит.
Для повышения точности измерения расстояний в космос можно было бы запустить, например, искусственную планету, окруженную газовым щитом, который позволил бы исключить эффекты, мешающие движению по гравитационной орбите, а именно трение о газ и свето^ вое давление. Расстояние до такого объекта можно было бы определить с высокой степенью точности методами радиолокационной техники. Это дало бы нам точные данные об орбитах Земли и нашего планетоида. Идея газового щита предлагалась независимо рядом ученых, но впервые, вероятно, Шварцшильдом. Он предложил окружить миниатюрную искусственную планету полой сферической оболочкой, снабженной небольшими газовыми соплами, как показано на фиг. 1.1. Когда искусственная планета приближается к оболочке, газовые
4*
52
Глава I
сопла автоматически включаются, чтобы скомпенсировать торможение и предотвратить соприкосновение внутренней сферы с оболочкой. В результате искусствен* ная планета будет двигаться по правильной орбите, не испытывая влияния светового давления и трения о газ.
Такой чувствительный прибор дал бы нам весьма интересные сведения о теории тяготения, так как с его помощью можно было бы проверить формулу для гравитационной силы с точностью, при которой должны выявиться релятивистские эффекты.
Проще было бы, правда, запустить на одну и ту же начальную орбиту два или три спутника, внешне одинаковых, но с разной плотностью. Исследуя различия в движении этих спутников, можно выяснить влияние на их орбиты трения о газ и светового давления. В таком эксперименте лучше всего было бы использовать материалы с большой плотностью и в качестве наиболее плотного материала можно было бы взять уран.
