Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
Классический способ наблюдения эффекта отклонения лучей света гравитационным полем требует полного солнечного затмения. В течение нескольких секунд (во время фазы полного затмения) закрытый Луной диск Солнца фотографируется на фоне звездного неба, и положения этих звезд тщательно измеряются на проявленной пластинке. 45 II.- Сплюснутость Солнца и гравитация
Так как полное затмение быстро кончается л повторные наблюдения невозможны, всегда вероятны систематические ошибки в конечных результатах наблюдения. К тому же данные, полученные при последних солнечных затмениях (_рис. 12), имеют значительный разброс. Поэтому точность измерения отклонения лучей света гравитационным полем при полных солнечных затмениях, видимо, не превышает 20%'.
Недавно было предложено несколько новых методов, которые, как можно надеяться, намного улучшат положе-
P и с. 12. Отклонение лучей света гравитационным полем. Эйнштейн предсказывал, что лучи света, проходящие непосредственно у края солнечного диска, должны отклоняться на 1,75". Приведенные здесь данные получены при анализе фотографий полных солнечных затмений.
ние. Первый из них разработан Шапиро [3] и основан на эффекте запаздывания электромагнитной волны из-за ее отклонения, что позволяет косвенно измерять величину последнего. Наблюдения проводятся при этом с помощью радиолокатора, посылающего сигналы к Венере и Меркурию, когда те находятся почти за диском Солнца. Наблюдается задержка сигнала, прошедшего вблизи поверхности Солнца. Мы располагаем пока только предварительными результатами, но и они уже существенно ny4inev чем классические наблюдения.
В другом многообещающем эксперименте используется метод, разработанный Хиллом. В нем с помощью специального инструмента наблюдаются звезды вблизи диска 46
II.- Сплюснутость Солнца и гравитация
Солнца, когда нет никакого затмения. Инструмент еще не вполне готов, но можно надеяться, что он позволит проводить регулярные и непрерывные наблюдения, разобраться в трудностях, связанных с систематическими ошибками, и устранить их.
Возможен еще один подход. Он основан на использовании радиоинтерферометра с большой базой для измерения положения космических источников радиоизлучения, когда Солнце проходит вблизи них [3]. Как это ни удивительно, измерения в диапазоне волн, которые в IO4—IO5 раз длиннее волн оптического излучения, дают большее разрешение и точнее определяют угловые положения объектов, чем измерения в оптическом диапазоне.
Согласно скалярно-тензорной теории тяготения [4], ожидаемая величина отклонения луча составляет (1—s) X X (значение Эйнштейна), где s = l/(2<p+4) представляет собой относительный вклад скалярного взаимодействия в вес тела [5]. Если принять со=5 в соответствии с обсуждаемой ниже наблюдаемой степенью сжатия Солнца, то предсказываемое отклонение составит 93%, эйнштейновского значения.
Отклонение лучей света гравитационным полем — важный гравитационный эффект, позволяющий сделать выбор между обычной общей теорией относительности и скалярно-тензорной теорией тяготения, хотя сейчас проблема такого выбора для нас не главная. Другая — и последняя — «положительная проверка», проводившаяся до настоящего времени, не есть, собственно говоря, предсказание Эйнштейна, хотя он и был первым, кто дал правдоподобное объяснение соответствующему эффекту. Еще с начала XIX в. были известны расхождения между действительным движением планеты Меркурий и теоретически вычисленным согласно ньютоновской теории тяготения. Этот эффект представляет собой дополнительное смещение перигелия орбиты Меркурия на 43" в столетие [6], и его причины усиленно искали в прошлом веке (рис. 13). Со времен Ньютона было известно, что планеты должны двигаться по приблизительно эллиптическим орбитам вокруг Солнца, причем вследствие их гравитационных взаимодействий с другими планетами большая ось эллипса должна медленно поворачиваться в направлении движения планеты. Бли- 47 II.- Сплюснутость Солнца и гравитация
жайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелием, и такой поворот большой оси обычно называют смещением перигелия.
В случае Меркурия эллипс его орбиты поворачивается на 278" в столетие из-за гравитационного притяжения только со стороны Венеры; подобным же образом гравитационное взаимодействие Меркурия с Землей добавляет к смещению перигелия Меркурия еще около 90" в столетие.
T
Общая теория относит. 43,0'' Венера 277,9" І Юпитер /53,6" « Земля 90,0" g Сатурн 7,3" „ /ffapc 2.5" ?
Венера
Движения перигелия: наблюд" теор.
Меркурий Венера Земля
ЙД 1*0,5 8*5 5-І
43,0 8,6 3,8
Рис. 13. Смещение перигелия орбиты Меркурия. Слева даны величины вкладов в этот эффект, имеющих разное происхождение. Полное движение перигелия орбиты Меркурия составляет ~ 5600" за 100 лет; из них ~ 5026" имеют геометрическое происхождение^ а ~ 575" — динамическое.
Полный же эффект смещения перигелия Меркурия из-за гравитационного взаимодействия Меркурия со всеми остальными планетами составляет приблизительно 530" в столетие, т. е. он более чем в 10 раз превышает интересующий нас эффект теории относительности. Этот релятивистский эффект очень мал по сравнению с влиянием планетных возмущений, которые рассчитаны с такой высокой точностью, а сами наблюдения проведены так прецизионно, что избыток в 43" в столетие известен с хорошей точностью, достигающей, вероятно, 1".
