Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
повышать чувствительность аппаратуры или чтобы повторять эксперимент.
Несмотря на этот недостаток экспериментов с объектами в масштабах
Солнечной системы, малость постньютоновских поправок препятствует
разумным лабораторным экспериментам, но есть одно исключение.
Этим исключением является эксперимент Кройцера [169], в котором
проводится сравнение активной и пассивной гравитационных масс фтора и
брома. В эксперименте Кройцера использовались весы Кавендиша для
сравнения ньютоновской гравитационной силы, создаваемой цилиндром из
тефлона (76 вес. % фтора), и силы, создаваемой таким количеством жидкой
смеси трихлорэтилена и дибромметана (74 вес. % брома), которое обладает
такой же пассивной гравитационной массой, что и указанный цилиндр (а
именно массой жидкости, вытесненной цилиндром, который в ней не тонет и
не всплывает). Главный вывод Кройцера состоял в том, что эти силы
оказались одинаковыми и, следовательно, отношения активной массы (тА) к
пассивной массе (тР) для фтора и брома одинаковы с точностью 5*10~5
[1691, т. е.
(Более подробно об эксперименте Кройцера см. в работах [170, 171].)
Уилл [91] проанализировал этот эксперимент, воспользовавшись тем
вариантом ППН-формализма, в котором рассматриваются заряженные точечные
массы, и показал, что электростатическая энергия связи тела Ее дает вклад
в тА/тР, который имеет вид
(Мд/тр) фтор (,тА/тр) бром
< 5-10-».
(13)
(тА/тр)б ром
mAlmP = 1 + у (EjmP).
(14)
Поскольку ядра фтора и брома содержат различные относительные количества
электростатической энергии связи, соотношения (13)
I. Теория гравитации и эксперимент
49
и (14) дают следующее ограничение на параметр
1Сз|<6-Ю-а.
Это является обобщением и уточнением результата, полученного ранее Торном
и др. [13].
Недавно Брагинский и др. [172] высказали предположение, что технический
прогресс, возможно, позволит в ближайшем десятилетии провести ряд
лабораторных постньютоновских экспериментов. Этот прогресс, благодаря
которому такие эксперименты станут осуществимы, связан с разработкой
чувствительных систем с очень низким уровнем диссипации (таких, как
системы крутильных маятников с нитями из плавленого кварца или сапфира,
охлажденных до температур <-0,1 К), с созданием массивных диэлектрических
кристаллов, охлажденных до миллиградусов Кельвина, и микроволновых
резонаторов со сверхпроводящими стенками. К экспериментальным
возможностям, перечисленным в работе [172], относятся измерение спин-
спинового взаимодействия двух вращающихся тел, поиск временных вариаций
гравитационной постоянной (разд. 6), поиск эффектов, связанных с
существованием выделенной системы отсчета и выделенного положения в
пространстве, и измерение увлечения инерциальных систем отсчета
вращающимся телом.
3.9. выводы
Общая теория относительности победоносно прошла через все проверки
постньютоновских гравитационных эффектов в Солнечной системе. Но то же
самое можно сказать о еще нескольких альтернативных теориях, поэтому
ясно, что Солнечная система не может быть единственной ареной
сопоставления гравитационной теории и эксперимента. Поэтому, чтобы
усилить это сопоставление, необходимо обратиться к предсказаниям теории,
выходящим за рамки постньютоновского круга явлений. Именно к этому новому
кругу явлений — к гравитационному излучению, к проверкам в звездных
системах и к космологическим тестам — мы сейчас и переходим.
4. ГРАВИТАЦИОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ГРАВИТАЦИОННОЙ
ТЕОРИИ
Проверки постньютоновских гравитационных эффектов в Солнечной системе
сыграли важную роль при выявлении тех метрических теорий гравитации,
которые оказались нежизнеспособными, и тех теорий, которые могут быть
жизнеспособными. Однако такие эксперименты не дают полной картины,
поскольку в них исследуется лишь малая часть, постньютоновский предел,
всей совокупности предсказаний гравитационных теорий. Это усугубляется
тем обстоятельством, что имеется несколько метрических теорий гравитации,
60
К. М. Уилл
которые формулируются совершенно по-разному и все же могут полностью
совпадать с общей теорией относительности в постнью-тоновском пределе и
тем самым находиться в согласии с современными проверками в Солнечной
системе (см. табл. 7). Таким образом, центр тяжести проблемы проверки
этих теорий переносится с пост-ньютоновского приближения на новые области
«пространства предсказаний», в основу проверки кладутся новые возможные
явления.
Новую почву для проверок дает гравитационное излучение 1). Недавние
исследования показали, что метрические теории гравитации могут отличаться
друг от друга и от общей теории относительности в своих предсказаниях
свойств гравитационных волн по трем главным вопросам: 1) они могут
предсказывать различные состояния поляризации для типичных гравитационных
волн (п. 4.1);
2) они могут предсказывать отличие скорости слабых гравитационных волн
от скорости света (п. 4.2); 3) они могут предсказывать различные
