На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









9. Первый свидетель в пользу общей теории относительности

В основных чертах общая теория относительности сложилась уже к 1916 г. Это было основанное главным образом на логических рассуждениях математически строгое и гармоничное учение, которое не имело ни одного опытного или наблюдательного подтверждения. Последние, однако, не заставили себя долго ждать.
 
Уже в частной теории относительности выяснилось, что энергии всегда соответствует инертная масса. Из принципа эквивалентности следует, что с энергией связана и тяжелая масса — ведь инертная и тяжелая масса всегда равны. Например, свет несет определенную энергию, а значит, ему присуща и тяжелая масса. Гравитационная сила должна оказывать воздействие на распространение света. По этой причине можно ожидать, что движущийся в мировом пространстве луч света будет отклоняться в сторону больших масс. Вычисления, которые Эйнштейн проделал в 1911 г., показали, что отклонение луча света под воздействием небесных тел в общем должно быть чрезвычайно малым; заметным оно может быть только тогда, когда луч света пройдет очень близко от звезды с большой массой. Рассмотрим, например, Солнце. Диаметр Солнца равен 1,4 млн. км. Это значит, что, проходя мимо Солнца, луч света будет находиться около 5 сек в непосредственной близости к нему, где притяжение особенно велико. Вычисления Эйнштейна показали, что отклонение луча света, прошедшего» мимо Солнца, должно быть немногим меньше одной угловой секунды.
 
Дальнейшие исследования дополнили первоначальную картину. В 1915 г. Эйнштейн показал, что благодаря искривленности пространства вблизи Солнца отклонение луча света, проходящего мимо Солнца, должно быть больше найденного вначале, а именно: 1,75 r0/r секунды дуги, где r0 — радиус Солнца и r — расстояние проходящего луча света от центра Солнца. Отклонение света, проходящего точно по краю солнечного диска, должно, следовательно, равняться 1,75 секунды дуги. Для других тел нашей Солнечной системы этот угол значительно меньше. Вычисления показывают, что Луна может изогнуть проходящий возле нее луч света не более чем на 0,00003 секунды дуги, а наибольшая планета — Юпитер — на 0,016 секунды дуги. Это очень маленькие величины, поэтому предсказанное Эйнштейном искривление луча света практически можно обнаружить только вблизи Солнца.

Маленькое изображениеРис. 53. Искривление светового луча при прохождении мимо Солнца. Угол искривления а на рисунке значительно увеличен, на самом деле он должен быть меньше 1,75 секунды дуги

В принципе этот опыт не очень сложный: нужно наблюдать лучи света от неподвижных звезд, которые проходят очень близко к Солнцу. Искривление луча света в сторону Солнца будет наблюдаться как видимое удаление звезды от Солнца. Это нетрудно понять из рис. 53. Мы видим звезду в том направлении`, откуда приходит луч света, попавший в глаз. Значит, наблюдатель увидит звезду не там, где она действительно находится (пусть это положение T), а в другом положении T’.
 
В обычных условиях мы не можем наблюдать звезды, находящиеся вблизи солнечного диска, так как они в ослепительном сиянии Солнца не видны. Иное положение во время полного солнечного затмения, когда Луна закрывает солнечный диск и па темном небосводе появляются звезды. Полное затмение длится недолго (всего несколько минут). За это время, однако, можно успеть сфотографировать звездное небо вокруг Солнца. Через несколько месяцев, когда Солнце переместится на небосводе в другие созвездия и интересующие нас звезды можно наблюдать уже ночью, их можно сфотографировать. Сравнив эти фотографии, можно установить, действительно ли отклонялись лучи света, проходившее мимо Солнца. Если на обеих фотографиях звезды будут расположены в одних и тех же местах, это будет означать, что Солнце не оказало никакого влияния на лучи света. Если же на фотографии, полученной во время солнечного затмения, звезды будут находиться в смещенном от солнечного диска положении, то это будет служить подтверждением предсказанного Эйнштейном эффекта. В этом случае по величине смещения звезд на фотографии можно будет вычислить угол а, на который луч света, проходя мимо Солнца, отклонился в сторону.
 
Таким образом, луч света должен был стать пробным камнем общей теории относительности. Если, например, при измерении выяснилось бы, что в действительности луч света, проходя вблизи Солнца, не искривляется, то сразу же была бы опровергнута вся общая теория относительности.
 
Такие опыты собирались провести уже во время полного солнечного затмения 21 августа 1914 г., когда тень от Луны должна была пройти по Скандинавии и России до Крымского полуострова. К сожалению, 1 августа 1914 г. началась первая мировая война, положившая конец всяким научным экспедициям. Наблюдение не удалось провести и в конце войны (во время затмения 8 июня 1918 г.). Война все отодвигала проверку общей теории относительности. Между тем уже выяснилось, что движение планеты Меркурий подтверждает теорию Эйнштейна, но это открытие убедило немногих. Основные надежды по-прежнему возлагали на опыт по отклонению луча света, проходящего вблизи Солнца.
 
Спустя полгода после окончания войны, 29 мая 1919 г., ожидалось полное солнечное затмение, на этот раз особенно   благоприятное,   так  как Солнце находилось во времязатмения в области неба, очень богатой звездами. Для наблюдений этого затмения англичане послали две экспедиции: одну в Бразилию, другую — на остров Принсип у побережья Западной Африки. Обеим группам посчастливилось во время затмения сделать хорошие снимки. Последовало тщательное изучение фотопластинок. Один миллиметр смещения изображения звезды на пластинке соответствовал искривлению луча света на 60 секунд дуги. Отсюда видно, какие тонкие измерения пришлось провести, чтобы обнаружить более чем в тридцать раз меньшее отклонение. По снимку, сделанному на острове Принсип, получалось, что искривление луча света, прошедшего мимо края солнечного диска, находится в пределах от 1,31 до 1,91 секунды дуги. По снимкам, сделанным в Бразилии, оказалось, что искривление луча света находится в пределах от 1,86 до 2,10 секунды дуги. Хотя эти результаты полностью не совпадали, однако они были довольно близки к предсказанным теоретическим значениям — 1,75 секунды дуги. Таким образом, общая теория относительности получила опытное подтверждение.
 
Техника эксперимента совершенствовалась. 21 сентября 1922 г. в Австралии солнечное затмение наблюдала американская экспедиция, которая установила, что величина отклонения луча света лежит в пределах от 1,66 до 1,84 секунды дуги (предсказанное Эйнштейном значение лежит как раз посередине между этими двумя значениями). Следует отметить, что участникам экспедиции удалось измерить также искривление таких световых лучей, которые проходили несколько дальше от солнечного диска. Отклонение этих лучей было меньше именно настолько, насколько предсказывала теория относительности. Это было блестящим подтверждением теории. Более поздние измерения также не обнаружили здесь противоречия. По снимкам, сделанным 25 февраля 1952 г., угол отклонения луча света оказался равным 1,70 секунды дуги. Это несколько меньше значения, предсказанного Эйнштейном, но нужно иметь в виду, что ошибка этих измерений могла доходить до 0,10 секунды дуги. Таким образом, согласно современным данным, в пределах ошибок измерения найденное отклонение света совпадает с предсказанием теории.
 
Интересно отметить, что измерение   отклонения   света является  непосредственным  подтверждением  искривленности пространства вблизи Солнца, так мак из теории следует, что для плоского пространства угол отклонения света должен быть меньше одной секунды дуги.
 
Когда в свое время по вычислениям Леверье открыли новую планету Нептун, это явилось триумфом теории тяготения Ньютона. Прекрасное согласие реального отклонения света с предсказанным общей теорией относительности представляется еще более поразительным. Леверье опирался в своих расчетах на открытый за полтораста лет до него закон тяготения, который к тому времени нашел уже неоднократное подтверждение в движении планет. Эйнштейн же создал совершенно новую теорию, которая не могла поначалу опереться ни на один непосредственный опыт или наблюдение. И первое же из предсказаний теории подтвердилось с удивительной точностью. Может ли быть лучший пример того, каким могучим средством в познании истины природы является человеческое мышление!



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.