Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Дикке Р. -> "Гравитация и вселенная" -> 9

Гравитация и вселенная - Дикке Р.

Дикке Р. Гравитация и вселенная — М.: Мир, 1972. — 102 c.
Скачать (прямая ссылка): gravitaciyaivselennaya1972.djvu
Предыдущая << 1 .. 3 4 5 6 7 8 < 9 > 10 11 12 13 14 15 .. 31 >> Следующая


Скалярно-тензорная теория тяготения отличается от общей теории относительности добавлением к полю метрического тензора еще скалярного поля. Это последнее оказывает локальное влияние на силу гравитационного взаимо- зо І. Опыт Этвеша и гравитация

действия, так что «сильный» принцип эквивалентности уже не выполняется, ибо в этой теории гравитационная «постоянная» це постоянна и вместе с тем эта величина, приведенная к безразмерному виду, входит в численные выражения физических законов.

В этой теории скалярное поле принципиально позволяет описывать релятивистские изменения и других «констант», кроме гравитационной. Так, например, отношения масс протона и нейтрона или заряд электрона могут быть функциями этого скаляра.

Интересно, что опыт Этвеша, касающийся непосредственно лишь «слабого» принципа эквивалентности, тем не менее снабжает нас ценной информацией и о «сильном» принципе. Это видно из следующего примера. Допустим, что масса нейтрона растет при подъеме на некоторую высоту (относительно масс протона и электрона), так что внутренняя энергия содержащего нейтроны атома растет с высотой по сравнению с энергией атома, не содержащего нейтронов (атом водорода). Тогда для того, чтобы поднять вверх наше обогащенное нейтронами вещество, на единицу инертной массы потребуется совершить больше работы, чем для поднятия водорода. Обогащенное нейтронами вещество будет иметь аномально большой вес для своей массы, т. е. станет падать с аномально большим гравитацион-j ным ускорением. Наблюдение Этвешем того факта, что легкие и тяжелые атомы падают с чрезвычайно близкими гравитационными ускорениями, накладывает весьма жесткие ограничения на возможную переменность с высотой (или с изменением скалярного поля) отношения масс нейтрона и протона [13, 14]. Если такая переменность и существует в природе, она должна быть ничтожно слабой.

Рассуждения такого рода можно продолжить, и на основании нашего принстонского опыта, проведенного с высокой степенью точности, я заключаю, что только гравитационная «постоянная» и «константа» слабого взаимодействия могли бы существенно зависеть от скалярного поля. В число эффектов, которые уже могут быть исключены, входят переменность заряда электрона и константы сильного взаимодействия.

Эти рассуждения и соответствующие выводы настолько важны, что я уделю им немного больше внимания. Здесь 34

I. Опыт Этвеша и гравитация

полезно рассмотреть «мысленный эксперимент», базирующийся на трех ключевых предположениях:

1) Инертная масса тела пропорциональна полному содержанию в нем энергии (знаменитое соотношение E=Mc2). Это самая суть частной теории относительности Эйнштейна, всесторонне подтверждаемой множеством ла-

Дтом





. Зернам

Фотон

Рис. 11. «Мысленный» эксперимент, объясняющий причины гравитационного красного смещения. «Мысленная» установка этого же типа использована для анализа связи между опытом Этвеша и «сильным» принципом эквивалентности.

бораторных опытов, особенно с использованием элементарных частиц высоких энергий.

2) Тяжелые и легкие атомы падают с одинаковым гравитационным ускорением (опыт Этвеша).

3) В статическом гравитационном поле энергия замкнутых систем сохраняется.

Для этого «мысленного» эксперимента понадобится «мысленный» прибор, изображенный на рис. 11.

Представим себе такую последовательность событий: а) фотон, испущенный из резервуара энергии, переводит атом из основного в возбужденное состояние; б) черпая 35 I. Опыт Этвеша и гравитация



энергию из того же резервуара, мы поднимаем вверх возбужденный атом; в) возбужденный атом излучает фотон, который поглощается резервуаром энергии, и атом возвращается в свое основное состояние; г) наконец, атом опускают вниз в исходное положение.

Итак, атом вновь находится в своем основном энергетическом состоянии, а вся энергия на каждом этапе заимствовалась из резервуара энергии и возвращалась в него. Если потребовать сохранения энергии, то полное изменение энергии резервуара должно быть равно нулю. Однако возбуждение атома повысило его энергию, а значит, его массу и вес. Поэтому для того, чтобы поднять возбужденный атом, потребуется больше энергии, чем ее вернется в резервуар, когда мы опустим атом, вернувшийся в основное состояние. Чтобы энергия сохранялась, необходимо, чтобы возвращающийся в резервуар фотон был более голубым (нёс больше энергии), чем фотон, взятый из резервуара. Это превышение энергии для возвращающегося фотона должно быть равно энергии, потребовавшейся для поднятия массы, соответствующей энергии первого фотона.

Такое голубое смещение (или красное смещение для фотона, испущенного внизу, по сравнению с фотоном, испущенным вверху) было предсказано Эйнштейном с самого начала. Наблюдение его в спектральных линиях солнечного излучения имеет уже длинную и запутанную историю. Технические трудности были преодолены лишь в последние годы, и с точностью 5% было обнаружено ожидаемое красное смещение [15]. Красное смещение было обнаружено также (и с еще большей точностью) в лабораторных условиях при использовании эффекта Мессбауэра для гамма-лучей [16].
Предыдущая << 1 .. 3 4 5 6 7 8 < 9 > 10 11 12 13 14 15 .. 31 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed