Предлагаю Вашему вниманию для обсуждения перевод заметки (Science.NASA.gov) 'НАСА накапливает данные для проверки теории Эйнштейна', который сделал для тех, кому трудно читать на английском. Поскольку перевод - это в значительной степени искусство, а я не переводчик, полностью оригинал заметки на английском оставлен вслед за русским текстом.
Абраиян Г.Л. к.ф.-м.н.
'НАСА накапливает данные для проверки теории Эйнштейна'
Земля - в вихре пространства - времени?
Мы скоро будем знать ответ: физический эксперимент NASA/Stanford названный Проба гравитации Gravity Probe B (GP-B) недавно закончил год сбора научных данных на Земной орбите. Результаты, которые будут собраны для анализа в следующем году, должны обнаружить форму пространства-времени вокруг Земли - и, возможно, вихрь.
Время и пространство, согласно теориям относительности Эйнштейна, совместно 'ткут' четырехмерную ткань, называемую 'пространство - время'. Огромная масса Земли прогибает эту ткань, подобно тяжелому человеку, сидящему в середине батута. Гравитация, говорит Эйнштейн, - это просто движение объектов следующих изгибам линий впадины.
Если бы Земля была стационарна, то это был бы конец истории. Но Земля - не стационарна. Наша планета вращается, и вращение должны крутить впадину, слегка, тянуть ее вокруг четырех мерного водоворота. GP-B выведен в космос, чтобы это проверить.
Идея лежащая в основе эксперимента проста:
Поместите вращающийся гироскоп на орбиту вокруг Земли, с осью вращения, направленной к некоторой далекой звезде как фиксированной опорной точке. Свободная от внешних сил, ось гироскопа должна продолжить указывать всегда на звезду. Но если пространство искривлено, то направление оси гироскопа должно дрейфовать в зависимости от времени. Зарегистрировав это изменение в направлении относительно звезды, можно было бы измерить завихрения пространства - времени.
На практике эксперимент чрезвычайно труден.
Четыре гироскопа в GP-B - это наиболее совершенные сферы, когда-либо сделанные людьми. Эти сплавленные из кремния и кварца шары с шарик от пинг-понга с размером в полтора дюйма, которые с точностью до 40 атомных слоев никогда не отличаются от формы совершенной сферы. Если бы гироскопы не были настолько сферичны, то их оси вращения могли бы колебаться даже без эффектов относительности.
Согласно расчетам, искривленное пространство-время вокруг Земли должен вызвать дрейф осей гироскопов едва ли более 0.041 дуговых секунд в год; одна секунда дуги это 1/3600 градуса. Для того, чтобы хорошо измерить этот угол, GP-B требовалась фантастическая точность в 0.0005 дуговых секунд. Это похоже на измерение толщины края листа бумаги с расстояния в 100 миль.
Исследователи GP-B изобрели целые новые технологии, чтобы сделать это возможным. Они создали спутник "drag free" , который мог бы очищаться от внешних слоев атмосферы не вызывая возмущения гироскопов. Они нашли способ сдерживания проникновения магнитного поля Земли из вне в космический корабль. И они придумали прибор для измерения вращения гироскопа без касания гироскопа.
Добиться проведения эксперимента - это был исключительный вызов. Много время и денег было на грани, но ученые GP-B кажется добьются своего.
"Не было никаких сюрпризов" при выполнении эксперимента, говорит профессор Francis Everitt, Руководитель проекта GP-B в Стэндфордском университете. Теперь, когда получение данных организовано, он говорит, что настроение среди ученых GP-B ' полно энтузиазма и также, осознания того, что перед нам предстоит много тяжелой работы по осмыслению':
Предстоит осторожный тщательный анализ данных. Ученые выполнят его в три приема, объясняет Everitt. Во первых, они рассмотрят данные за каждый день продолжающегося год эксперимента, контролируя нерегулярности. Затем, они разобьют данные грубо на куски месячной продолжительности, и наконец они будут рассматривать данные за целый год. Выполняя работу таким образом, ученые будут в состоянии обнаружить любые проблемы, которые при более простом анализе могли бы быть упущены.
Со временем ученые во всем мире будут тщательно исследовать данные. Говорит Everitt, ' мы хотим самой строгой критики нас'
Ставки высоки. Если они обнаружат вихри, точно как ожидали, то это просто означает, что Эйнштейн был снова прав. Но что, если нет? Может быть существует ошибка в теории Einstein, небольшое несоответствие, которое возвещает революцию в физике. Хотя, сначала, имеется много данных для анализа. 'Оставайся на волне.'
NASA Collects Gravity Data to Test Einstein's Theory
By Patrick L. Barry and Tony Phillips
Science.NASA.gov
posted: 17 November, 2005
12:15 pm ET
Is Earth in a vortex of space-time?
We'll soon know the answer: A NASA/Stanford physics experiment called Gravity Probe B (GP-B) recently finished a year of gathering science data in Earth orbit. The results, which will take another year to analyze, should reveal the shape of space-time around Earth--and, possibly, the vortex.
Time and space, according to Einstein's theories of relativity, are woven together, forming a four-dimensional fabric called "space-time." The tremendous mass of Earth dimples this fabric, much like a heavy person sitting in the middle of a trampoline. Gravity, says Einstein, is simply the motion of objects following the curvaceous lines of the dimple.
If Earth were stationary, that would be the end of the story. But Earth is not stationary. Our planet spins, and the spin should twist the dimple, slightly, pulling it around into a 4-dimensional swirl. This is what GP-B went to space to check
The idea behind the experiment is simple:
Put a spinning gyroscope into orbit around the Earth, with the spin axis pointed toward some distant star as a fixed reference point. Free from external forces, the gyroscope's axis should continue pointing at the star--forever. But if space is twisted, the direction of the gyroscope's axis should drift over time. By noting this change in direction relative to the star, the twists of space-time could be measured.
In practice, the experiment is tremendously difficult.
The four gyroscopes in GP-B are the most perfect spheres ever made by humans. These ping pong-sized balls of fused quartz and silicon are 1.5 inches across and never vary from a perfect sphere by more than 40 atomic layers. If the gyroscopes weren't so spherical, their spin axes would wobble even without the effects of relativity.
According to calculations, the twisted space-time around Earth should cause the axes of the gyros to drift merely 0.041 arcseconds over a year. An arcsecond is 1/3600th of a degree. To measure this angle reasonably well, GP-B needed a fantastic precision of 0.0005 arcseconds. It's like measuring the thickness of a sheet of paper held edge-on 100 miles away.
GP-B researchers invented whole new technologies to make this possible. They developed a "drag free" satellite that could brush against the outer layers of Earth's atmosphere without disturbing the gyros. They figured out how to keep Earth's penetrating magnetic field out of the spacecraft. And they concocted a device to measure the spin of a gyro--without touching the gyro.
Pulling off the experiment was an exceptional challenge. A lot of time and money was on the line, but the GP-B scientists appear to have done it.
"There were not any major surprises" in the experiment's performance, says physics professor Francis Everitt, the Principal Investigator for GP-B at Stanford University. Now that data-taking is complete, he says the mood among the GP-B scientists is "a lot of enthusiasm, and a realization also that a lot of grinding hard work is ahead of us."
A careful, thorough analysis of the data is underway. The scientists will do it in three stages, Everitt explains. First, they will look at the data from each day of the year-long experiment, checking for irregularities. Next they'll break the data into roughly month-long chunks, and finally they'll look at the whole year. By doing it this way, the scientists should be able to find any problems that a more simple analysis might miss.
Eventually scientists around the world will scrutinize the data. Says Everitt, "we want our sternest critics to be us."
The stakes are high. If they detect the vortex, precisely as expected, it simply means that Einstein was right, again. But what if they don't? There might be a flaw in Einstein's theory, a tiny discrepancy that heralds a revolution in physics.
First, though, there are a lot of data to analyze. Stay tuned.
__________________________________________________________
: Недавно вот тут была скудная дискуссия, поднятая Пинопой, про принцип Маха:
: «Re: Ошибочность принципа Маха (для Юридоз-а)» (Вячеслав)
:
: Я был тогда неправ, когда, не подумавши, сказал о незначимости в ОТО эффекта увлечения инерциальных систем вращающимися телами на космологических масштабах.
:
: Но, пописАв на бумажке, обнаружилось, что все обстоит совсем по другому и полученный при этом результат немного потряс меня.
:
: Исходная идея состояла в том, чтобы проверить: а не содержится ли принцип Маха (а именно, отсутствие абсолютного вращения) в рамках ОТО?
: Представим Вселенную в виде однородного шара с плотностью вещества ρ и радиусом R = cT (где c и T это не теплоемкость и температура, а скорость света и возраст Вселенной :)). Если этот шар начнет вращаться с угловой скоростью ω, то согласно ОТО в его центре угловая скорость увлечения инерциальных систем будет порядка Ω ~ GIω/c2R3 (коэффициенты порядка 1 опускаются), где G - грав. постоянная, а I ~ ρR5- момент инерции Вселенной. И теперь возьмем да и приравняем угловую скорость увлечения инерциальных систем в центре шара-Вселенной к ее собственной угловой скорости вращения. Этим самым мы удовлетворим принципу Маха:
:
: Ω = GρR2ω/c2 = ω
:
: Отсюда получим условие на плотность вещества Вселенной для того, чтобы автоматически выполнялся принцип Маха:
: ρ = c2/GR2 = 1/GT2, которая с точностью до коэффициента порядка 1 (мы эти коэфиициенты опускали) совпадает с выражением ρc = 1/6пGT2 для критической плотности вещества Вселенной, полученной на основе нестационарной (расширяющейся или сжимающейся) модели Вселенной.
:
: Это самый неожиданный и потрясающий результат (вероятно велосипед или баян).
: Тот факт, что наши гироскопы не дрейфуют по отношению к удаленным галактикам автоматически гарантирует нам, что плотность вещества во Вселенной в точности равна критической. А это означает что Вселенная не имеет крупномасштабной кривизны (т.е. плоская; и это вроде как экспериментально подтвержденный факт). Или другими словами: наблюдаемая изотропия Вселенной автоматически гарантирует плоскую структуру ее пространства-времени.
|
» Альтернативный форум