Новости науки 11.04.01. Новый тест для общей теории относительности
Общая теория относительности предсказывает ряд явлений, отсутствующих
в классической механике. Их наблюдение и количественное согласие
с теоретическими предсказаниями является самым главным критерием,
определяющим правильность теоретической конструкции. По этой причине
каждая новая независимая проверка теории относительности только
приветствуется. В свежем выпуске Physical Review Letters появилась
статья именно с таким предложением.
Все экспериментальные проверки предсказаний общей теории относительности
(ОТО) разделяются обычно на два класса. Первый класс -- это эксперименты
в лаборатории, в которых ничтожные эффекты ОТО детектируются благодаря
сверхвысокой точности экспериментальной методики. К таким тестам
относится, например, измерение гравитационного красного смещения
фотона. Проверки второго типа -- это наблюдение за поведением астрономических
объектов: измерение прецессии перигелия Меркурия, наблюдение уменьшение
периода обращения тесных звездных систем за счет излучения гравитационных
волн и т.п. Хотя в таких "экспериментах" эффект ОТО проявляется
сильнее (из-за астрономических размеров и масс), в большинстве случаев
сама система не поддается экспериментальному контролю и изменению.
В работе [J.M.Longuski et al., Phys.Rev.Lett. 86, 2942 (2001)]
предлагается тест ОТО, который, с одной стороны, выполняется с участием
астрономического объекта (Солнца), а с другой стороны, его детали
могут контролироваться человеком. Речь идет о том, чтобы измерить
воздействие гравитационного поля Солнца на космический аппарат Interstellar
Probe, который пройдет вблизи Солнца на расстоянии около 4 солнечных
радиусов. При этом, как вычислили авторы, угол доворота траектории
за счет эффектов ОТО составляет 0.963 угловых секунды, и должен
быть наблюден на фоне общего поворота траектории на 152╟.
Безусловно, обнаружение такого эффекта предъявляет серьезные требования
как к методам измерения траектории аппарата, так и к возможности
оценки всех прочих факторов, способных дополнительно исказить траекторию.
Основные параметры траектории -- это расстояние до центра Солнца
в перигелии и асимптотическое направление движения аппарата после
прохождения вблизи Солнца. Современные методы навигации позволяют
отслеживать положение аппарата в пространстве с точностью до 1 километра.
Погрешность в величине угла доворота, вызываемая этой неопределенностью,
всего лишь в несколько раз меньше самого эффекта ОТО. Однако предполагается,
что ко времени запуска аппарата точность пространственной локализации
возрастет на один-два порядка, что позволит изучать эффекты ОТО
с процентной точностью. Ошибка же в определении конечного направления
движения аппарата может считаться пренебрежимо малой: техника, основанная
на интерферометрии с очень длинной базой (Very Long Baseline Interferometry),
обладает очень высокой точностью.
Авторы бегло оговаривают и возможные силы негравитационого происхождения,
которые могут исказить орбиту. Это, к примеру, давление света, солнечный
ветер, сила трения, вызываемая межпланетной пылью и солнечной атмосферой,
взаимодействие с магнитными полями, неоднородность теплового излучения
самого аппарата. Не вдаваясь в детали, авторы утверждают, что все
подобные эффекты можно нивелировать в помощью специально контролируемых
маневров аппарата.
|