Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
дер, 1965 [43] ровскими излучателями
Браулта Браулт, 1962 [44] Солнечные спектраль- 5-10-*
ные линии
Дженкинса Дженкинс, 1969 Кварцевые часы на 9-10-*
[45] борту спутника
ГЕОС-1
Снайдера Снайдер, 1972 [46] Солнечные спектраль- 6-10-*
ные лннин
По запаздыванию ча- Хафеле, Китинг, Часы на цезиевых пуч- 10-1 сов на
реактивном са- 1972 [47, 48] ках на борту реактив-
молете А ного самолета
По запаздыванию ча- Эли и др., 1977 [49] Рубидиевые часы на 2-10-* сов на
реактивном са- борту реактивного самолете Б молета
НАСА—САО ракет- Вессот, Левин, 1976 Водородный мазер иа 2-10-4 ный
эксперимент по [50] ракете
красному смещению
Нулевой эксперимент Турнюр, Уилл, 1975 Сравнение водородно- 10~* по
красному смещению [51] го мазера с АССР
Уилл, 1977 [52]
Зонд, проходящий Нордтведт, 1977 Водородный мазер или 10~* вблизи Солнца
* [53] АССР на спутнике
3 Эксперименты, которые только предстоит провести.
20
К• М. Уилл
нию, проведенных с 1960 г. (обзор экспериментов до 1960 г. см. в работе
(101), и упомянуто несколько экспериментов, которые, возможно, будут
проведены в ближайшие годы. Первой и наиболее известной очень точной
проверкой явился эксперимент Паунда — Ребки — Снайдера, в котором
измерялось смещение частоты гамма-фотонов, испущенных S7Fe, при их
движении от основания к вершине гарвардской башни и наоборот. Высокая
точность достигалась благодаря использованию эффекта Мессбауэра для
получения узкой резонансной линии. В других экспериментах измерялось
смещение спектральных линий от Солнца в гравитационном поле Солнца.
Некоторые проверки включали атомные часы, поднимаемые на высоту
самолетами, ракетами и спутниками.
Однако в последнее время наступила новая эра для экспериментов по
красному смещению; это связано с развитием стандартов частоты
сверхвысокой стабильности: порядка 10-15—10-16 при временах усреднения от
10 до 100 с и более. В качестве примера можно привести водородные
лазерные часы [541, часы, представляющие собой автогенератор,
стабилизированный сверхпроводящим резонатором (АССР) [55, 561, и
охлажденные криогенными методами монокристаллы из диэлектриков, таких,
как кремний и сапфир [571. Впервые такой эксперимент был проведен
Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического
пространства совместно со Смитсонианской астрофизической обсерваторией
(НАСА — САО) в июне 1976 г., это был ракетный эксперимент по изучению
красного смещения. Водородные мазерные часы были запущены на ракете на
высоту около 10 000 км и их частота сравнивалась с частотой таких же
часов на Земле. В этом же эксперименте использовалась высокая
стабильность частоты водородных мазерных часов (порядка 10-15 при
временах усреднения в пределах 100 с) и проводилось слежение за смещением
частоты в зависимости от высоты. Специальная схема обработки данных [541
позволяет полностью исключить все эффекты, связанные с линейным доплеров-
ским смещением вследствие движения ракеты; одновременно получаемые данные
использовались для определения положения и скорости последней ступени
ракеты (с тем чтобы рассчитать разность потенциалов ДU и квадратичное
доплеровское смещение). Грубый предварительный анализ данных позволил
получить а в пределах 2-10-4 [50]. (По странному совпадению ракета,
которой воспользовались для подъема мазера, на стартовой площадке имела
высоту 22,6 м, т. е. почти точно высоту гарвардской башни.) В
межпланетном варианте подобного эксперимента предполагается выведение
стабильных часов (Я-мазер или АССР) на орбиту вокруг Солнца с очень
большим эксцентриситетом (с минимальным расстоянием до Солнца порядка
четырех солнечных радиусов); в таком эксперименте величину а можно
проверить с точностью 10“° [531, что позволило бы искать эффекты красного
смещения «второго порядка» [581.
Успехи в создании стабильных часов сделали возможным про-
I. Теория гравитации и эксперимент
21
ведение нового типа эксперимента по измерению красного смещения, который
мог бы служить непосредственной проверкой принципа УГКС: это «нулевой»
эксперимент по красному смещению, в котором сравниваются часы двух
различных типов, помещенные рядом в одной и той же лаборатории. В одном
из таких экспериментов [51, 521 предполагается сравнивать водородные
мазерные часы с АССР и следить за дневными вариациями в их относительных
частотах по мере того, как за счет вращения Земли лаборатория попадает в
области то более высокого, то более низкого гравитационного потенциала
Солнца. Такие вариации имеют следующий вид:
?vw/vACCp = Л[1 — 3- 10~13(ая — аАСср) cos(2n//l солнечный день)],
где А — постоянное среднее отношение между частотами двух часов [52].
Зависящий от химического состава коэффициент ан—аАСср может быть
ограничен величиной порядка 10“?.
2.4. ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ И ПРЕДПОЛОЖЕНИЕ ШИФФА
В п. 2.2 мы описали два принципа эквивалентности, СПЭ и УГК, которые
должны входить в любую потенциально жизнеспособную теорию гравитации.
