Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
корабля (космический корабль «на якоре»), такие, как «Маринер-9» на
орбите вокруг Марса, орбитальные и спускаемые аппараты «Викинг» и др.
Детальный анализ измеряемых задержек времени возвращения сигналов
позволил получить значения коэффициента (V2)(1+y), приведенные на рис. 2.
В этом случае, как и при измерении отклонения радиоволн, солнечная корона
вносила неопределенности, связанные с замедлением локационных сигналов
при прохождении короны; и снова измерения на двух частотах позволили
уменьшить ошибки. Другими важнейшими источниками систематических ошибок
являются.
1) возмущающие эффекты негравитационных сил, таких, как солнечный
ветер, давление излучения и несбалансированные силы,
1 1 1 Т”Г 1 1 Г 'Г I 1
UlJJ
U^U “ " 1 ?
JJjCLnUJjO I СМ. | /CiL*\ ) ™ [Ш] 1— »??? 1
_ LMJ 1 •
\1Z6\ 1 » [/?7] 1 » Ы [/29] [Ш] 1- 11-11 н —1 \ » 1 1-м ч
40
К? М. Уилл
возникающие в системе контроля за положением космического корабля на
траектории; 2) топография планет, не позволяющая определять с помощью
пассивной радиолокации положение планет с точностью выше 0,5 км.
Использование космических кораблей «на якоре», таких, как орбитальные
корабли «Маринер-9» и «Викинг», и применение спускаемых аппаратов должно
устранить оба источника указанных ошибок. Действительно, предварительная
обработка данных, переданных с «Викинга», дала для величины (1/a)(l+Y)
точность примерно 0,5%, а окончательная точность может достичь 0,1%
[138]. Подробные обзоры экспериментальных проблем и планов на будущее см.
в работах [139] и [140].
Ш1+г)
0.88 0,92 0,96 1,00 1,04 1,08
I
!
1 1 1 1 1 1 1 Пассивная радиолокация Меркурия и Венеры Г тЛ . 1 1 1 1
[да] 1 Активная радиолокация: Космический корабль „на якоре" (лредв.
результаты): Маринер-9" []36, 137] 1— „ Викинt" [Ш] 1- 1 ill —
1 1 —1 н
5 10 2040.оо
Параметр скалярно-тензорной, теории и>
Рис. 2. Результаты экспериментов с 1968 по 1977 г. по задержке времени.
Исходя из этих результатов, мы можем сделать вывод, что коэффициент
(V2)(l+v) отличается от единицы не более чем на 1%. В большинстве теорий,
представленных в табл. 7, можно таким образом подобрать свободные
параметры или граничные космологические условия, что это ограничение
будет удовлетворяться. Чтобы коэффициент (1/2)(1+у) отличался от единицы
не более чем на 1%, в скалярно-тензорных теориях следует принять со>48 и
со>23, если отклонение от единицы не превышает 2%.
3.4. ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ ЛУНЫ; ПРОВЕРКА ПРИНЦИПА ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ДЛЯ
МАССИВНЫХ ТЕЛ
Слабый принцип эквивалентности (СПЭ) — независимость траекторий пробных
тел от их состава — является одним из основных принципов любой
метрической теории гравитации (разд. 2.2). Од-
I. Теория гравитации и эксперимент
41
нако этот принцип применим лишь к тем телам, которые по определению
обладают пренебрежимо малой внутренней гравитационной энергией. Чтобы
описать движение тел, обладающих конечной собственной гравитационной
энергией, необходимо воспользоваться либо конкретной метрической теорией
гравитации, либо ППН-фор-мализмом. В самых первых расчетах,
воспользовавшись своей ранней версией ППН-формализма, Нордтведт [88, 141—
143] показал, что многие метрические теории гравитации предсказывают
нарушение принципа эквивалентности для массивных тел, т. е. утверждают,
что ускорение свободного падения зависит от собственной гравитационной
энергии. В случае сферически-симметричного тела ускорение из состояния
покоя во внешнем гравитационном поле с потенциалом U имеет вид (согласно
той версии ППН-формализма, которая представлена в табл. 5) [ср. с
уравнением (4)]
а = (тР/т) VU, тр/т = 1 —т) (Eg/m), (7)
ла о 10 & ,2 2 у 1 ,
Л — Y 3 3^ ~Ь- з ® з з * 3
где Eg — собственная гравитационная энергия тела. Это нарушение принципа
эквивалентности для массивных тел известно как «эффект Нордтведта»
(возможность такого эффекта впервые отметил Дикки [9], см. также [89,
144]). Этот эффект отсутствует в общей теории относительности Cn=0), но
присутствует в теории Бранса — Дикки (г) = 1/(2+со)). Существование
эффекта Нордтведта не влияет на результаты лабораторных экспериментов
Этвеша, поскольку для объектов лабораторных размеров Eg/m~W~2\ т. е.
эффект выходит далеко за пределы чувствительности современных
экспериментов. Однако для небесных тел отношение Е /т может быть
значительным (10-! для Солнца, 10-“ для Юпитера, 4,6-10 10 для Земли), и
фактически уже проведен такой «эксперимент Этвеша» с использованием
объектов Солнечной системы, который послужил нетривиальной проверкой
эффекта Нордтведта. Если бы эффект Нордтведта имел место (л#0), то Земля
должна была падать к Солнцу с ускорением, которое немного отличается от
соответствующего ускорения Луны (Eg/m~0,2-10“10). Это возмущение лунно-
земной орбиты приводило бы к поляризации орбиты в направлении к Солнцу по
мере того, как Солнце, если смотреть с Земли, движется вокруг системы
Земля — Луна. Эта поляризация описывается следующим возмущением
