Экспериментальная проверка общей теории относительности реферат

Обновлено: 05.07.2024

Вряд ли какое-нибудь научное открытие вызывало столько споров, как теория относительности созданная Альбертом Эйнштейном. Даже основанная Максом Планком квантовая физика не вызвала столько дебатов, поскольку описываемые ей объекты были частью микромира. Эйнштейн же замахнулся на макромир, правда в необыкновенных условиях.

До появления научной работы германского физика мир представлялся вполне понятным и прекрасно описывался теорией, созданной сэром Исааком Ньютоном. Идеи Эйнштейна перевернули человеческие знания с ног на голову - понять, что время может замедляться было практически невозможно. Странным кажется и изменение геометрических размеров тел, при приближении их скорости движения к световой. Понять, почему скорость света является предельной для движения материальных тел тоже сложно, а искривление пространства под действием огромных тяготеющих масс и вовсе кажется нонсенсом.

Понять научные выкладки Альберта Эйнштейна сложно даже маститым ученым. Неудивительно, что сразу на его теорию относительности обрушился громадный массив критики. Любая теория требует экспериментального подтверждения. И попытки это сделать предпринимались неоднократно. Правда все они не дали абсолютного доказательства правоты Эйнштейна, но разобраться в экспериментах стоит.

Изменение перигелия Меркурия

В 1859 году была зафиксирована дополнительная скорость движения перигелия Меркурия, который смещался примерно на 43 угловые секунды в течение века. Объяснить это с точки классической физики не удавалось. Предполагали, что внутри орбиты Меркурия движется еще одна планета Вулкан, обнаружить которую в телескоп не удается из-за ее близости к Солнцу. Только после появления теории относительности Эйнштейна удалось объяснить прецессию орбитального движения Меркурия искривлением пространства, вызванным гравитацией нашего светила.

Отклонение лучей света гравитационным полем

Из курса школьной физики известно, что в вакууме лучи света двигаются по прямой. На самом деле, свет избирает не кратчайший, а практически всегда с ним совпадающий экстремальный путь. Вблизи звезд, согласно Эйнштейну, меняется сама геометрия пространства, следовательно, траектория луча, проходящего возле Солнца, должна искривляться. В обычной ситуации подобное искривление обнаружить невозможно, но при солнечном затмении отклонение луча от прямолинейности можно зафиксировать.

В 1919 году происходило полное затмение, причем Солнце должно было проходить поблизости крупных звезд. Под руководством А. Эддингтона было отправлено 2 британские экспедиции - в Собрал (Бразилия) и остров Принсипи (возле побережья Африки). Отчет, обобщающий результаты экспедиций утверждал, что полученные результаты полностью согласуются с теорией Эйнштейна.

Измерения 1922 года также совпадали с результатами предсказанными в рамках общей теории относительности.

В 1979 году Денис Уолш из университета Манчестера открыл 2 квазара, отстоящие между собой на 6 угловых секунд. Однако, после анализа и совместной работы еще с 2 учеными, было решено, что квазар только один, а изображение раздвоилось после прохождения его лучей возле гравитационной линзы, созданной полем тяготения галактики, встретившейся на пути лучей. Эта галактика появилась на снимках, после отделения красных и голубых лучей. Это подтверждает работу немецкого физика.

Красное смещение спектра небесных тел

В 1923-26 годах проводился ряд опытов по исследованию спектра Солнца. Другим подобным объектом исследований стал самый крупный в Солнечной системе спутник, входящий в систему Сатурна, Титан. Исследования спектра этих небесных тел ясно показали наличие красного смещения, что подтверждало выкладки Альберта Эйнштейна.

Отражение радиосигнала от Венеры

В 1964 году физик Массачусетского технологического института Ирвин Шапиро предложил оригинальный способ подтверждения теории Эйнштейна. Его идея заключалась в посылке радиосигналов к Меркурию или Венере в момент верхнего соединения этих планет с Землей. В то время техника не позволяла провести подобный эксперимент, но ученый с коллегами нашел выход. Специалисты проанализировали большой массив радиолокаций поверхности Венеры, при этом были учтены всевозможные отклонения связанные с воздействием планет, а также с альбедо и особенностями поверхности Утренней звезды. Результаты полностью совпали с вычислениями, основанными на общей теории относительности.

Отклонение гироскопов

В 2008 году завершилась миссия американского орбитального аппарата Gravity Probe B, вращавшегося на орбите на высоте 600 километров над поверхностью Земли. Целью 16 месяцев работы этого аппарата была экспериментальная проверка теории относительности. НАСА ради опыта пошло на крупные траты - вся миссия обошлась в 700 000 000 долларов.

Идея эксперимента была на редкость красивая - ось, свободно вращающегося гироскопа (если на него не действуют никакие внешние силы), будет сохранять свое направление вечно. 4 идеально отполированных шарика из кварца поместили в звуконепроницаемый термостат, имевший внутри практически полный вакуум, да еще охлажденный практически до абсолютного нуля. Отклонение во вращении могло наблюдаться только из-за гравитационных вихрей, порожденных нашей планетой.

Ученым удалось зафиксировать отдельные проявления искривления пространства и замедления времени. Беда была в том, что эти эффекты никогда не проявлялись одновременно. Специалисты полагают, что сказывались относительно небольшие земные расстояния.

ОТО стала фундаментом для выявления новых общих свойств и закономерностей Вселенной. Первым ее успехом было объяснение открытой еще в 1859 г. (и непонятной с точки зрения классической теории) дополнительной скорости движения перигелия Меркурия (около 4 3 " в столетие) под влиянием гравитационного поля Солнца. В соответствии с ОТО, результатом действия поля тяготения является то, что движение материальной точки, так же как и распространение светового луча, уже не является равномерным и прямолинейным. Распространение выводов ОТО на оптические явления приводит к ряду необычных следствий: явлению красного смещения спектров звезд и отклонению светового луча под действием этого поля.

Таким образом, в ОТО был получен новый фундаментальный результат: скорость света уже не является постоянной величиной, она изменяется, когда свет проходит поле тяготения, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от взаимного направления распространения света и направления сил тяготения. Отсюда, в частности, следует, что луч света, проходя мимо тела, обладающего сильным полем тяготения, должен искривляться, если его направление не совпадает с направлением силы тяготения. Этот эффект может быть обнаружен. При наблюдении солнечного затмения можно сравнить положение группы звезд, находящихся на небесной сфере вблизи Солнца во время его затмения (когда их можно наблюдать), с положением этой же группы звезд ночью. В первом случае световые лучи от этих звезд, проходя около поверхности Солнца, должны искривляться в его гравитационном поле, следовательно, наблюдаться смещенными относительно их обычного положения на небесной сфере.

Опыты по измерению отклонения лучей света, проходящих около Солнца, имели большое значение для широкого признания общей, а вместе с ней и специальной теории относительности. В 1919 г. одна английская экспедиция направилась в Бразилию, а другая - на один из островов, расположенных возле африканского материка, для проверки этого эффекта. Наблюдения обеих экспедиций подтвердили существование эффекта Эйнштейна. Предполагаемое смещение группы звезд, видимых около Солнца во время затмения, действительно имело место, хотя точность измерений была невелика. Проведенные в 1922 г. новые измерения также подтвердили существование эффекта, предсказанного теорией Эйнштейна.

Другой результат, полученный в теории Эйнштейна, - наличие красного смещения в спектрах небесных тел - был подтвержден Сент-Джоном в 1923 - 1926 гг. при наблюдении спектра Солнца. В 1925 г. Адамс подтвердил выводы теории, наблюдая спектр спутника Сириуса, обладающего чрезвычайно большим полем тяготения.

Таким образом, экспериментальных подтверждений общей теории относительности чрезвычайно мало: изменения орбиты Меркурия, красное смещение для света, искривление лучей света вблизи Солнца, обусловленное кривизной пространства. Согласие теории с опытом достаточно хорошее, но чистота экспериментов нарушается различными сложными побочными влияниями.

2 3. Современное состояние теории гравитации и ее роль в физике ХХ века

Общая теория относительности сыграла в физике ХХ века особую и своеобразную роль.

Во-первых, она представляет собой теорию тяготения, хотя, возможно, и не вполне законченную, не лишенную некоторых недостатков. Это проявляется в том, что математический аппарат теории настолько сложен, что почти все задачи, кроме самых простейших, оказываются неразрешимыми. Трудность отчасти состоит в том, что гравитация - это вид энергии и поэтому она сама является собственным источником энергии; гравитация как физическое поле сама обладает (как, например, и электромагнетизм) энергией и импульсом, а значит, и массой. Ввиду таких трудностей (возможно, они скорее технического характера, но может быть и принципиального) ученые до сих пор - спустя 80 лет после того, как была сформулирована общая теория относительности,- все еще пытаются разобраться в ее смысле.

Поэтому вполне закономерно и то, что в ХХ веке физики продолжали попытки создания альтернативных теорий тяготения. Их создано уже свыше 20. Некоторые из них, как и теория Эйнштейна, т. е. исходят из геометрического толкования гравитации, а другие исходят из понятия поля, заданного в плоском пространстве-времени. Почти все эти альтернативные теории не предсказывают новых экспериментов и потому их эвристическое значение практически равно нулю. Среди физиков давно уже признано, что общая теория относительности дает наилучшее известное описание пространства-времени и гравитации. Такое признание в значительной степени обусловлено поистине удивительными красотой и идейно-теоретическим изяществом этой теории.

Во-вторых, на основе ОТО были развиты два фундаментальных направления современной физики:

· · геометризированные единые теории поля;

Успешная геометризация гравитации заставила многих физиков задуматься над вопросом о сущности физики в ее отношении с геометрией. В этом вопросе сложились две противоположные точки зрения:

1. Поля и частицы непосредственно не определяют характер пространственно-временного континуума. Он сам служит лишь ареной их проявления. Поля и частицы чужды геометрии мира. Поля и частицы надо добавить к геометрии, чтобы вообще можно было говорить о какой-либо физике.

2. В мире нет ничего, кроме пустого искривленного пространства. Материя, заряд, электромагнетизм и другие поля являются лишь проявлением искривленного пространства. Физика есть геометрия.

ОТО оказалась переходной теорией между первым и вторым подходами. В ОТО представлен смешанный тип описания реальности: гравитация в ней геометризирована, а частицы и поля, отличные от гравитации, добавляются к геометрии.

Успех в геометризации гравитации побудил многих ученых (в том числе и самого Эйнштейна) к попыткам объединения электромагнитного и гравитационного полей в рамках достаточно общего геометрического формализма на базе ОТО. С дальнейшим открытием разнообразных элементарных частиц и соответствующих им полей естественно встала проблема включения и их в рамки подобной единой теории. Так было положено начало длительному процессу поисков геометризированной единой теории поля, который по замыслу должен реализовать второй подход - сведение физики к геометрии, создание т.н. геометродинамики.

Раздел: Наука и техника
Количество знаков с пробелами: 54862
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 0

Опытная проверка выводов общей теории относительности

Экспериментальная проверка вывода общей теории относительности. До В 2 параграфах мы узнали основы общего и некоторые выводы Относительность. Однако этот вопрос не предназначен. Все выводы, и новое мировоззрение на их основе、 Чистая фантазия?

Он достаточно силен и не вызывает подозрений На каком фундаменте Эйнштейн построил новое научное здание? Делать нас Только аргументы, которые могут логически распознать новый облик мира Например, основанная на компании, она построена на фундаменте, который не может быть поставлен под сомнение Установлены результаты экспериментальных исследований.

Из них есть предвзятая мысль, которая не является результатом чего-либо Предварительно установив Людмила Фирмаль

Вместо Йо , мы предполагаем степень его приемлемости Это может показаться очень разным людям. Но если оригинал Пятьсот восемьдесят девять Идея ошибочна, если наш мир не так устроен, как утверждает предположение, то все Вывод, который из этого вытекает, — фантазия, гордая наука Смело возведенное здание на неустойчивой почве должно рухнуть.

Это сделало его великой славой Эйнштейна Его название хорошо известно далеко за пределами круга профессиональных ученых, и это Это и есть источник славы. Картина надвигающегося мира В учении Эйнштейна есть истина. Тогда у вас есть право ожидать, что Эйнштейн будет с ней Та реальность, которая не была известна до сих пор Это может быть проверено экспериментом или observation.

Примеры решения, формулы и задачи

It также возможно в следующих случаях: Есть явления, которые хорошо изучены, поэтому на практике их нет Могут быть сомнения, но это явление не может быть объяснено. Это была загадка, но новая теория дает полное объяснение, а также качественное. И количественно. Так и случилось: учение Эйнштейна、 Построил на своих общих принципах теорию относительности и объяснил 1 вещь 2 давно известные, загадочные явления и предсказанные Совершенно новый.

Точка, ближайшая к Солнцу.4.、 Орбитальный перигелий; прямой АВ-большой Ось эллиптической орбиты. Ab известен в течение длительного времени Орбита Меркурия не замедляется、 Конечно, чтобы остановить прохождение солнца. Вы можете сделать это с помощью Он говорит, что весь эллипс вращается вокруг Солнца S.

Это направление вращения совпадает с направлением вращения. Рисунок 214.Планеты вокруг Солнца. Если какая-то из революций. Перигелий Меркурия находился в точке А и находился в точке Перигелий слегка сдвинется в сторону, и то же самое произойдет снова Каждый поворот.

Такое вращение полудлинной оси орбиты планеты Он представляет собой явление, которое давно известно астрономам и объясняется влиянием других людей На планетах, тех, что считаются. Астрономы могут вычислить, как далеко вращается ось Например, под влиянием других планет, уже более 100 лет、 Наблюдения полностью подтвердили правильность расчетов.

Значение Получается, что наблюдаемое вращение равно расчетному значению. Исключение Оказывается, это так Mercury. By замечание, вращение своей главной оси В случае такого вращения траектория оказывается быстрее исходной скорости Это вызвано только влиянием других планет. Великий астроном Франции.

Предложенный Различные гипотезы объясняют это, так сказать, постепенным вращением. Например, между Меркурием и Солнцем есть еще один Неизвестная планета и ей даже дали название «Вулкан«.Но эта планета была найдена. Это было не так, но это можно было легко увидеть в очень частых проходах Через диск Солнца.

Некоторые астрономы считают, что толстые кольца космоса Пыль окружает солнце почти в плоскости вокруг него Орбиты планет (зодиака), и именно это кольцо вызывает его световые полосы В тропических странах наблюдается на западном горизонте после захода солнца Известен как солнце и зодиакальный свет. Влияние этого кольца Ртути, пытался объяснить таинственную наблюдается вращение Орбита этой планеты.

Однако даже это объяснение было недостаточно удовлетворительным Результат, не говоря уже о самом существовании пыльного кольца、 Окружающее солнце похоже на гипотезу. Эйнштейн исследовал проблему, основываясь на самой общей формуле своей теории 1. о движении одной независимой планеты вокруг Солнца.

Влияние других планет Это исчезнет. Закон тяготения Ньютона приводит к последствиям Планеты должны двигаться по эллиптической орбите, и далее, по своим законам、 До того, как Ньютон был основан Kepler.

It есть Движение планет в евклидовом пространстве. Но планета Реальность движется в неевклидовом пространстве Она отличается от евклидовой геометрии, но лишь незначительно. Расчеты Эйнштейна И другие ученые показали, что формула Общей Теории Относительности приводит К следующему результату. Закон тяготения Ньютона несколько Изменения, в результате которых движение планеты происходит в открытом состоянии Орбита.

Это означает, что планеты, вращающиеся вокруг Солнца, не вернутся Пока это не случилось однажды. Движение Как будто вся орбита медленно вращается. Со сдвигом перигелия 1 после того, как планета достигла его снова. Полный оборот вокруг Солнца. Угол поворота орбиты зависит от расстояния до планеты Эксцентриситет эллипса с sun.

At тот же эксцентриситет, угол наклона Вращение орбиты обратно пропорционально расстоянию планеты от солнца. Эйнштейн. Приведите формулу угла поворота перигелия планеты, вызванного уклонением Закон тяготения из закона Ньютона и возмущающий эффект других Исключенные планеты. Сила 2 масс м и т выше / взаимная гравитация

Для ртути, e относительно очень Большое значение, а именно е = 0.2056, Д） Между тем, например, орбита Венеры e = 0.0068. Т-Время Планеты вокруг Солнца представлены в соответствии с третьим законом формулы Кеплера 312-тг-(с） Если вы получаете км отсюда и присвоить это значение B), вы получаете: Ф） если вы назначаете a на C)、。 24А. * Пятьсот девяносто один Помнить это.

Дай При внесении необходимых исправлений, цифр и вариаций Между 2″, 0 и 2 ″ 2.Поэтому все наблюдения дают отклонения Световые лучи немного больше, чем предсказывала теория Эйнштейна. Но разница очень мала, она составляет около 0″, 27.Где же причина? Трудно сказать, что это несогласие. Заслуги Эйнштейна остаются неизменными.

Поэтому эти бурные движения, которые присутствуют на поверхности Солнце должно вызвать изменение длины волны наблюдения, то есть сдвиг Линии спектра. Во-вторых, Хамфрис и Мойер в 1896 г. Давление, в котором находится газ или пар, влияет на частоту В месте расположения соответствующих, приводящих к вибрации излучаемых ими лучей Спектральный lines.

As давление увеличивается, линия сдвигается、 Несколько, направление уменьшения длины волны. Общая теория относительности дает следующие результаты: Спектральные линии газа и пара, которые находятся на солнце, в некоторой степени Переместился на красный конец спектра.

Первое соображение. § 3 (подраздел V), общая теория Теория относительности приводит к тому, что время течет по поверхности Солнца Медленнее, чем поверхность Земли. Отсюда его продолжительность составляет Все явления на солнце длиннее, чем продолжительность одного и того же явления Земля, а также внешние и внутренние условия、 Это явление совершенно одинаково как для солнца, так и для Земли. Earth.

So … Феноменом может быть возникновение каждого индивида из ряда последовательных Легкая вибрация. Если определенный газ или пар светит на солнце、 Если наблюдать с Земли, то длительность каждого колебания、 Она должна быть больше, чем длительность колебаний лучей.

Он выделяется теми же газами или парами, что и на Земле. Легкая вибрация Число колебаний 1 здесь, которое происходит на солнце и достигает Земли 2-й (во времени на Земле) или частота этих колебаний будет меньше Частота колебаний излучаемых на Землю лучей.

Следовательно, спектральная линия Источник Солнца должен быть смещен относительно красного конца спектра В спектральной линии такого же вида источник света на Земле. 2-е соображение. Давайте вернемся к принципам Эквивалентность (§ 2).Предположим, что существует система в виде очень длинной и широкой трубы Или башни. Для удобства представьте, что ось трубы расположена Что уж говорить о вертикальном направлении, а также о нижнем и верхнем краях системы.

Но ко всем этим словам 38 *. Пятьсот девяносто пять Прикрепите полностью условное значение, так как система не включена Вы можете свободно перемещаться как по поверхности Земли, так и по вселенной. Нижняя система Откройте на сайте any1.Нет. Гравитационное поле в системе не является м.

Момент времени-это источник света, расположенный в указанном выше месте Система, то есть, начала испускать луч вверх, как это было внизу、 Кроме того, лучи однородны и обеспечивают определенную спектральную линию. Кроме того, мы предполагаем, что вся система начала двигаться по прямой линии Аналогично будет ускоряться вверх и размещаться на платформе и она Источник света остается на месте.

Они не участвуют в движении системы. Где-то в верхней части системы находится спектрометр-наблюдатель. Лучи, идущие снизу, проникают внутрь. Если система не начала двигаться, т. е. Оставшись на платформе, наблюдатель появится на своем устройстве Спектральная линия его расположения определяется частотой луча、 Он освобождается от источника.

Но когда система одинаково ускоряется、 Когда луч достигает его, наблюдатель уже имеет определенную скорость. Чем выше наблюдатель, тем луч достигает его и становится больше Скорость движения, когда вся система движется rapidly. At эта скорость Потому что наблюдатель отдаляется от источника светового луча、

Из вышеизложенного следует, что лучи, возникающие вблизи большой массы, являются、 Дайте спектральную линию, сдвинутую к красному концу спектра Кроме этих масс, чтобы исследовать. Это также должно быть применено к излучаемым лучам Газ и пар на солнце. Общая теория относительности дает следующую формулу для величин: Красное смещение под солнцем： А-Ло + Я ^

Где-длина волны спектральной линии Солнца, а ® — ее длина волны Гравитационное поле-это та же линия от источника, что и на Земле Недостаточно игнорировать соответствующее красное смещение. ФК- Гравитационная постоянная[опорное уравнение а)]; M-масса, g-радиус Солнца, s — Скорость света. Для смещения ЛГ = х-Яо А6）

У нас есть ** 1 Это выражение дает видимой части спектра красный * Смещение оси A0 = 3800A 4250A 4725 A 5675A 6600 A | / С = 0.008 0.009 0.010 0.012 0.014 А А А А А J Эти цифры указывают на то, что красное смещение очень мало. Сумма, которая была очень высока до недавнего времени Трудный.

Но теперь, потому что метод измерения очень продвинут、 Пятьсот девяносто шесть Хорошо известна погрешность определения длины волны центральной спектральной линии Солнечный диск±0.0008 а; для групп в составе строки, питаемая ошибка ±0.0003 a.

In кроме того, было доказано, что нет никакой роли в давлении на солнце Не сыграть. Тем не менее, остается рассмотреть эффект Доплера. Это очень сложно. Эйнштейн уже в 1907 году, то есть в самом начале своей работы над общим Теория относительности указывает на красное смещение как одно из следующих Из ее результатов. С тех пор было проведено очень много исследований.

Чтобы доказать или опровергнуть существование красного смещения. Для В последнее время все эти работы не приносят четких и убедительных результатов、 И не считайте их таковыми. Проблема была наконец решена, спасибо В 1925 и 1928 годах появилось 2 произведения. Давайте начнем со 2-го. Американский астроном С. Э. Сент-Джон особенно заинтересовался этим вопросом. Насчет Красного Смещения.

Его первая работа (A917) Неблагоприятные последствия. Но далее А923-1926) изучение 330 камбал— Стропильная линия уже заставила его передумать и узнать красный цвет Смещение солнца, конечно, присутствует, но в количественном выражении Относительно правильности формулы А7), нельзя было думать окончательно Доказанный.

Это хорошая вещь. Э. Сент-Джон, а в 1928 году В нем он приводит результаты 1537 спектральных линий и 133 исследований из центра Линия от края солнечного диска. Он мог бы расследовать еще одну ложь. На разных глубинах формируется слой солнечной атмосферы (инверсионный слой).

Работа Святого Иоанна, а окончательно утвердить Проблема наличия положительных ощущений Гравитационное смещение спектральных линий. Остается сказать то, что мы скажем о 1925 году 1 piece. In 1861 год Он открыт для Сириуса, чтобы иметь спутник. Его масса составляет 0,85 массы О солнце.

По астрономическим данным можно было вычислить его радиус. Она оказалась равной 19 600 км, то есть всего 0,0282 солнечного радиуса. Отсюда В результате, спутник Сириуса Огромная плотность, равная 53 000 по сравнению с Вода. Современное учение об атомной структуре (малое количество электронов и атомов Ядерный) указывает на то, что такая плотность вполне возможна.

Гравитационное поле Поверхность спутника Сириуса очень большая large. By Формула А7)、 Красное смещение этой поверхности должно быть в 30 раз больше верхнего Поверхность Солнца. Для желтых лучей, смещение составляет около 0,4 а. Американский астрофизик У. С. Адамс измерил смещение яркого водорода. НД и линии PL, и даже десятки слабых линий (между 4212 и 4548) и Среднее значение красного смещения 0.32 А.

Поэтому огромные перемещения на поверхности Спутник Сириуса существует. Размер согласуется С предсказаниями общей теории относительности. В этом разделе мы рассмотрели результаты 3-х пилотных испытаний. Вывод из учения Эйнштейна; во всех 3 случаях вывод был правильным Это было подтверждено блестяще.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Создав общую теорию относительности, Эйнштейн указал на три явления, в которых его теория и теория Ньютона приводили к разным предсказаниям, и которые в случае их подтверждения, могли служить обоснованием его теории.

Это были поворот орбиты Меркурия, отклонение световых лучей, проходящих вблизи Солнца и красное смещение спектральных линий света, излученного с поверхности массивных тел.

Орбита Меркурия представляет собой эллипс, но сам эллипс медленно вращается. Поворот орбиты Меркурия был открыт еще в XIX в. французским астрономом У. Леверье (1811–1877) и долгое время оставался загадочным явлением, необъяснимым в рамках классической механики Ньютона.

Гравитационные уравнения Эйнштейна предсказывают вращение эллиптических орбит планет. Этот эффект, объяснимый в рамках общей теории относительности, был предложен Эйнштейном для подтверждения его теории. Расчеты, проведенные для Меркурия, который, будучи ближайшей к Солнцу планетой, испытывает самое сильное действие гравитации, показали, что большая ось эллиптической орбиты должна поворачиваться вокруг Солнца примерно на один градус в десять тысяч лет. Несмотря на его малость, эффект был измерен, а расчетные результаты дали хорошее совпадение с данными измерений (1916). В наше время радиолокационным методом были измерены еще меньшие, чем у Меркурия, отклонения орбит других планет, и они согласуются с предсказаниями общей теории относительности.

Экспериментальная проверка гравитационных эффектов, указанных Эйнштейном, включает в себя также проверку отклонения световых лучей, проходящих вблизи Солнца.

Согласно общей теории относительности, луч света должен искривляться в гравитационных полях. Для полей тяготения, доступных нашему наблюдению, такое искривление световых лучей слишком мало, чтобы проверить его экспериментально, но если такой луч будет проходить, например, вблизи Солнца, то его можно измерить. Например, луч света от далекой звезды, проходящий рядом с Солнцем, отклоняется на небольшой угол и наблюдатель, находящийся на Земле, видит эту звезду в другой точке. Вследствие обращения Земли, все новые звезды заходят за солнечный диск, и их свет отклоняется. В нормальных условиях этот эффект очень труден для наблюдения, так как яркий солнечный свет не позволяет видеть звезды, находящиеся рядом с Солнцем. Но такая возможность появляется во время солнечных затмений. В 1919 г. английская экспедиция в западной Африке, наблюдавшая солнечное затмение, показала, что свет, действительно, отклоняется Солнцем так, как предсказывает теория. Впоследствии отклонение света Солнцем было точно подтверждено целым рядом наблюдений. Искривление светового луча в поле тяготения свидетельствует, что скорость света в таком поле не может быть постоянной, а изменяется от одного места к другому (рис.3.1).

Рис.3.1. Искривление луча света в гравитационном поле Солнца.

В 1923 г. был подтвержден третий эффект, указанный Эйнштейном, – наличие красного смещения в спектре Солнца. Согласно уравнениям общей теории относительности, сильные поля тяготения оказывают замедляющее действие на время. Это означает, что любой периодический процесс, такой как колебание атома или тиканье часов, на Солнце будет идти с меньшей скоростью, чем на Земле. Это должно привести к сдвигу спектра Солнца в сторону более длинных волн, что даст покраснение спектра. Это явление было впервые подтверждено в работах Сент-Джона в 1923–1926 гг. при наблюдении спектра Солнца. Затем, в 1925 г. этот эффект был подтвержден Адамсом при наблюдении спектра Сириуса, обладающего чрезвычайно большим полем тяготения.

В настоящее время имеются точные измерения величины красного смещения в спектре Солнца (Бламонт, Родье, 1962), настолько близкие к данным, предсказываемым общей теорией относительности, что можно говорить о действительно хорошем подтверждении теории.

Читайте также: