Новейшие проблемы гравитации - Иваненко Д.
Скачать (прямая ссылка):
31
наблюдатель, обладающий 4-скоростью ^0, будет в своей системе отсчета воспринимать частоту v0:
где pv — изотропный вектор, переносимый параллельно вдоль луча [132]. Здесь не вводится различия между допплер-эффектом и гравитационным сдвигом частот. Гравитационное красное смещение было предсказано Эйнштейном в 1911 г. на базе принципа эквивалентности.
В слабом поле с потенциалом ф для покоящихся источника и наблюдателя получаем известную формулу
Удобно ввести эквивалентную скорость
Для Солнца Ve составляет 0,636 км/сек.
Хотя наблюдения показали наличие красного смещения, до сих пор еще не может быть речи о количественном согласии ввиду ряда усложняющих обстоятельств, из которых главным является «дисковый» эффект, представляющий зависимость красного смещения от положения по отношению к диску Солнца. Вблизи края диска наблюдение дает релятивистское или превышающее его значение, тогда как в центре смещение гораздо меньше. Убедительной теории дискового эффекта нет; возможно, последний обязан радиальным потокам в солнечной атмосфере [133—136].
Благодаря малым радиусам (0,1—0,01 радиуса Солнца) и массам, сравнимым с массой Солнца, белые карлики обладают значительным гравитационным потенциалом на поверхности. Однако только для небольшого числа из примерно 400 известных подобных звезд определены массы и радиусы, причем их спектральные линии вообще очень размыты. Измерения на спутнике Сириуса дали ае=9—31 км/сек (ожидалось 60 км/сек [137, 138]). К сожалению, это качественное согласие неубедительно ввиду неточности в определении радиуса и в учете света, рассеянного от главной
(g|Av°oPv)o (g?v<fyV)s
тИФз-Фо)- 32
Вступительная статья
звезды. Хотя в случае белого карлика в созвездии Эридана (40 Eri В) компоненты достаточно удалены друг от друга, но параметры снова недостаточно точно известны. Величина красного смещения 21 ±3 км!сек неплохо согласуется с теоретическим значением 17±3 км/сек [139].
Возможно, что эксперименты с атомными часами, помещенными на спутниках, дадут точное квазиастрономическое значение эффекта.
Паунд и Ребка в Гарварде (статья 18 настоящего сборника), а также с меньшей точностью Крэншоу [140] с сотрудниками в Харуэлле, впервые измерили гравитационное красное смещение в земных условиях, используя улучи Fe57, обладающие незначительной относительной шириной линии — порядка IO"12. Разность высот в опытах Паунда достигала 22,5 м и уменьшалась у Крэншоу до 3 м, причем ожидаемый сдвиг, обязанный различию в потенциалах земного поля тяготения на разных высотах, составил
Идея эксперимента заключалась в использовании безот-дачных улучей, испускаемых и поглощаемых ядрами, находящимися внутри кристаллической решетки. Поскольку отдача принимается всем кристаллом, допплеровское уши-рение, как было открыто Мёссбауэром в 1958 г. [141], оказывается ничтожным и мы имеем дело практически с естественной шириной линии. Особое внимание обращалось на сдвиги, связанные с тепловыми эффектами и индивидуальными особенностями данного кристалла. Эти прекрасные эксперименты дали вполне удовлетворительное подтверждение теории Эйнштейна в земных условиях.
2. Отклонение света в поле тяготения. Этот эффект, как было указано Зольднером еще установления до общей теории относительности, должен иметь место при учете ньютоновского притяжения электромагнитного поля, иначе говоря фотона, к Солнцу. Для луча света от звезды, проходящего вблизи края Солнца, получается угловое отклонение бф=0",85. Эйнштейн предсказал в 1911 г. на основании принципа эквивалентности искривление лучей света в гравитационном поле, приводящее к угловому смещению бф=0",83. Наконец, общая теория относительности приводит к вдвое большему смещению бф= Г',75. Вступительная, статья
33
Наглядно говоря, искривление луча обязано переменной рефракции, причем показатель преломления определяется гравитационным потенциалом:
где ф=к MZRc2; для слабого поля R является обычным расстоянием, откуда отклонение
Астрономические наблюдения во время затмений, начиная с эддингтоновской экспедиции 1919 г., в основном подтверждали эйнштейновский эффект; однако было желательным уточнение как самих наблюдений, так и методов пересчета на фотографиях звездного неба, полученных в отсутствие Солнца. Осложняющими обстоятельствами являются: преломление в земной атмосфере, обязанное понижению температуры в области лунной тени; преломление в солнечной короне; искривления в эмульсии фотопластинки; искажения в оптической системе, обязанные вариациям температуры во время затмения и др.
Приведем несколько значений наблюдавшихся отклонений во время ряда затмений:
1919 г.: Г,98±0",12 (2,0),
1947 г.: 2",01 ±0",27 (2,01; 2,20),
1952 г.: 1",70±0",10 (1,43) (данные А. А. Михайлова [142],
пришедшего окончательно к среднему значению 2",0). (В скобках поставлены значения, полученные при дополнительном анализе.)
Возможно, использование фотоэлектрических методов для наблюдений, не зависящих от затмений, позволит получить более точные результаты.
