Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
Отклонения видимых положений неподвижных звезд, расположенных поблизости от Солнца, можно наблюдать только во время полных солнечных затмений, поскольку все остальное время ярко светящееся Солнце не позволяет видеть звезды вблизи его диска.
Первая проверка эйнштейновских предсказаний была осуществлена главным образом благодаря инициативе английского астронома Эддингтона 29 мая 1919 г. Две английские экспедиции были направлены для наблюдения полного солнечного затмения — одна на западное побережье Африки, другая — в северную часть Бразилии. Обе вернулись с рядом фотографий звезд, окружающих Солнце. Результаты изучения полученных фотографий были объявлены 6 ноября 1919 г.; они провозгласили триумф теории Эйнштейна. Предсказанное Эйнштейном смещение, которое должно было составлять величину 1,75 дуговых секунд, было полностью подтверждено.
С тех пор измерения отклонений лучей света Солнцем были повторены при целом ряде солнечных затмений. Хотя такие измерения весьма трудны, не существует никаких сомнений относительно того, что эффект, очень близкий по величине к предсказываемым значениям, действительно существует; во всяком случае, величины, даваемые ньютоновской механикой (впервые
Фиг. 143. Искривление траектории светового луча от звезды в поле Солнца. 350
Г л. VII. Общая теория относительности Эйнштейна
полученные Зольднером, а затем Эйнштейном в предварительной публикации его теории) и составляющие лишь половину релятивистского значения, вне всякого сомнения, не верны. Однако точное согласие между теорией и результатами измерений еще не достигнуто. Некоторые новейшие наблюдения дали отклонения, на 10% превышающие теоретически предсказанную величину. Обусловлено ли это отклонение ошибками измерения или оно свидетельствует о внутренней неполноте теории Эйнштейна — этот вопрос остается до будущих исследований. Одно несомненно: теория Эйнштейна гораздо ближе к истине, чем классическая или любая другая из до сих пор предложенных.
Теперь возникает вопрос, не позволит ли усовершенствование современных методов измерений наблюдать оптические релятивистские эффекты в гравитационном поле Земли. Этого недавно удалось добиться в случае смещения частоты спектральных линий благодаря поразительному открытию немецкого физика Мёссбауэра. Предел точности наблюдения положения спектральных линий, очевидно, определяется тем, что линии имеют определенную ширину, обусловленную эффектом Доплера, возникающим вследствие движения излучающих атомов. Но у-лучи, испускаемые радиоактивными атомами, представляют собой электромагнитные или световые волны с короткими длинами волн; они излучаются из центров атомных ядер. В твердых телах атомы скреплены в кристаллическую решетку и их ядра сильно связаны с соседними ядрами. Благодаря этому отдача при испускании у-кванта действует в основном на кристалл как целое, а не на отдельное ядро, вызывая, таким образом, пренебрежимо малую скорость и, следовательно, очень слабый доплер-эффект. Поэтому можно ожидать, что спектральные линии у-лучей окажутся очень резкими. Это действительно было обнаружено в эксперименте.
Атом, испустивший у-квант, может поглотить другой уквант, если последний имеет точно ту же частоту. Таким образом, если радиоактивные атомы использовать в качестве источника у-лучей заданной частоты и направить эти лучи на атомы точно того же вида, уже испустившие перед этим аналогичные кванты и благодаря этому способные действовать как приемник квантов именно такой и никакой более частоты, то мы можем воспользоваться этим процессом для попытки обнаружить малые изменения частоты: ведь если частота изменилась, то кванты будут поглощаться меньше или совсем не будут поглощаться. Точность этого метода поразительно велика. Он позволяет наблюдать изменение частот, обусловленное доплер-эф-фектом, при чрезвычайно малых относительных скоростях источника и приемника. Даже для относительной скорости і/1000 ммісек эффект можно заметить. § 1'2. Космология
351
Таким способом было измерено смещение спектральных линий, обусловленное гравитационным полем Земли (Паунд и Ребка в Гарварде, 1960 г.; Крэншоу, Шиффер и Уайтхед в Харуэлле, 1960 г.). Отношение силы тяжести на Земле к соответствующей величине, создаваемой Солнцем, составляет 1 :3000. Излучатель помещался на верхней площадке башни высотой, в 22 м, а приемник — у ее основания. При этом используется лишь малая часть, составляющая 1 :3-105. Измерения проводились с у-линией железа (Fe57), относительная ширина которой равна 5-Ю-13. Необходимо было измерить долю, составляющую примерно 1/100 этой величины. Результат измерения дал
^ = 5,1-10-15
V
с точностью около 10%, что находится в хорошем согласии с теоретическим значением, составляющим 4,9-10-15.
До того как были осуществлены эти опыты, много дискутировались другие методы; предлагалось использовать не видимый свет и не ультракороткие у-лучи, а, наоборот, гораздо более длинные волны, именно электромагнитные волны в области 1 см (радиолокационный диапазон). Техника здесь за последние годы сделала огромный прогресс; в настоящее время возможно поддерживать частоту передатчика - радиолокатора в высокой степени постоянной и измерять ее или ее отклонения с самой большой точностью. Один из таких методов сводился бы к установке излучателя и приемника у подножия и на вершине высокой горы, но это потребовало бы точности измерений, до сих пор еще не достигавшейся. Другой метод состоял бы в том, что излучатель нужно было бы поместить на искусственном спутнике Земли, а приемник — на ее поверхности. Благодаря большой разности высот необходимая точность в этом случае оказывается гораздо меньше и лежит уже не так далеко от достижимых в настоящее время точностей.
