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



-









13. Искусственные спутники Земли и общая теория относительности

Три описанных выше эффекта — искривление светового луча вблизи Солнца, движение перигелия планет и гравитационное смещение спектральных линий звезд — были до последних лет единственными наблюдательными подтверждениями общей теории относительности. Все другие предсказания этой теории говорят о таких мало заметных явлениях, которые не могут быть обнаружены из-за недостаточной чувствительности современных способов измерений. Это, конечно, не означает, что роль общей теории относительности в современной науке мала. Мало имеется теорий, которые дали бы столь же много для понимания природы, как общая теория относительности. Однако в общей теории относительности еще много вопросов, над разрешением которых работают ученые многих стран, в том числе и физики нашей страны.
 
Интересные и очень перспективные идеи для дальнейшей опытной проверки общей теории относительности выдвинул советский физик, академик В. Л. Гинзбург, который посоветовал использовать для этого искусственные спутники Земли.
 
Спутник движется вокруг Земли так же, как и планеты вокруг Солнца по эллиптической орбите. Различные возмущения вызывают движения перигея орбиты спутника в пространстве. Так, например, под влиянием Солнца перигей искусственного спутника Земли должен смещаться на 7,6 секунды дуги за столетие. Смещение перигея, которое предсказывает общая теория относительности, много больше. Оно достигает около 1500 секунд дуги за столетие. Вычисления показывают, что наблюдение за искусственным спутником Земли в течение одного года даст возможность точнее проверить общую теорию относительности, чем измерения смещения перигелия Меркурия на протяжении нескольких сотен лет.
 
На практике эта проверка до сих пор еще не удалась, так как еще недостаточно изучены другие причины, которые также вызывают смещение перигея искусственного спутника.   Из   них   наиболее   существенными   являются влияние движения Луны, отличие фигуры Земли от шара и трение, которое возникает при движении искусственного спутника в разреженной атмосфере.
 
Выше мы уже отмечали, что гравитационное поле в теории относительности отличается от гравитационного поля в теории Ньютона приблизительно так же, как электромагнитное поле отличается от электрического. Рассмотрим, например, заряженный шар. Электростатическое поле вокруг шара не зависит от того, вращается шар или нет, электромагнитное же поле зависит от этого вращения. Если шар не вращается и не совершает поступательного движения, то его окружает только электростатическое поле, тогда как вращение приводит к возникновению и магнитного поля. Точно такую же картину дает сравнение гравитационного поля в теории Ньютона с полем в общей теории относительности. В теории Ньютона безразлично, вращается или нет шарообразное тело, порождающее гравитационное поле, — поле от этого не меняется. Согласно же общей теории относительности, гравитационное поле вращающегося шара отличается от гравитационного поля невращающегося шара.
 
Вращение Солнца вокруг своей оси, по теории относительности, порождает дополнительное гравитационное поле, которое, в свою очередь, должно вызывать дополнительное движение перигелия Меркурия. Это смещение, однако, настолько мало (0,01 секунды дуги за столетие), что нет никакой надежды измерить его в ближайшее время. И здесь спутник может оказать большие услуги. Смещение перигея искусственного спутника Земли, движущегося на высоте 400 км, вызванное вращением Земли вокруг своей оси, должно составлять примерно 43 секунды дуги за столетие. С помощью  современной  аппаратуры  такие смещения в принципе могут быть измерены за время существования спутника (скажем примерно, нескольких лет). Смещение перигея спутника, обусловленное вращением Земли,— эффект, который предсказывает теория относительности и который надеются обнаружить, наблюдая за движением спутников. Это было бы еще одним опытным подтверждением общей теории относительности.
 
Так как гравитационное поле Земли на орбите спутника слабее, чем на поверхности Земли, то время на орбите спутника должно протекать быстрее, чем на Земле. Этот эффект может быть измерен следующим образом.
 
Перед запуском спутника на нем устанавливают радиопередатчик, который посылает волны с определенной частотой. Посылаемая передатчиком с орбиты спутника радиоволна совершает v колебаний в секунду (по времени спутника). На Земле время течет медленнее, чем на спутнике, поэтому промежуток времени, в течение которого достигшая Земли радиоволна совершит v колебаний, будет меньше секунды (по земному времени) и, следовательно, частота колебаний приемника, установленного на спутнике, при его фиксировании на Земле будет больше. Сравнивая частоту принятой на Земле волны с частотой v, можно судить, насколько быстрее течет время на спутнике, чем на Земле. Это позволит проверить, правильно ли теория относительности учитывает влияние силы гравитационного поля на течение времени. Сравнение скоростей течения времени по гравитационному смещению линий в спектрах звезд в настоящее время можно осуществить, к сожалению, лишь с очень большими погрешностями. Есть надежда, однако, что со временем в этих опытах удастся достичь удовлетворительной точности. Пока же еще не удалось осуществить таких измерений, так как они требуют исключительной стабильности используемой радиоаппаратуры. Вычисления показывают, например, что для искусственного спутника Земли, движущегося на высоте 800 км, изменение частоты волны, посылаемой радиопередатчиком со спутника, на Земле должно составить лишь 7,6 • 10-11 первоначальной частоты. Это очень маленькое изменение, которое трудно зафиксировать, так как даже поперечный эффект Допплера (см. § 11 главы III), обусловленный движением спутника, изменяет частоту в 10 раз сильнее. Подобные измерения легче осуществить при помощи спутников, летящих на больших высотах. Так, например, если искусственный спутник будет находиться на расстоянии 40000 км от Земли, то гравитационное изменение частоты будет достигать 6 • 10-10 частоты передатчика. Это изменение будет уже в 10 раз превышать изменение частоты за счет поперечного эффекта Допплера.



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


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