Гравитация Том 1 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Вое тела падают о одним и тем же ускорением
Нить из плавленого кварца» покрытая^ тонкой алюминиевой пленкой для предохранения от электростатических полей
/ / ! \ \
Луч отраженного света, экранированный проволочкой; проволочка совершает Фотоумножитель Чбыстрые колебания
f поперек изображения щели
«V
s's' /Ss
'''''C' /V
Объектив телескопа
Луч света выходит из неподвижной щелк
Солнце в 6 ч. вечера'
Al
eAi - ^Земли"
/ - |/
Au
А
/ Кварцевый треугольник крутильных J весов ; боковая грань отполирована, /чтобы отражать свет——¦ —¦—
^Au ^Земли
^Al *Земли
Солнце в 6 ч. утра
Электроды
ФИГ. 1.6.
Принципиальная схема эксперимента Ролла — Кроткова — Дикке, который показал, что гравитационные ускорения золота и алюминия совпадают с точностью, превышающей IO-11 (Принстон, 1964). В левом верхнем углу показаны две равные массы золота и алюминия, прикрепленные к двум концам стержня. Стержень закреплен посередине. Если оба тела падают к Солнцу с одним и тем же ускорением g = 0,59 см/с2, то стержень неподвижен. Если ускорение массы золота несколько больше, то в системе отсчета, связанной с Землей, конец стержня, к которому прикреплено золото, отклонится в сторону Солнца. Через двенадцать часов Солнце будет с другой стороны, и направление притяжения изменится. Переменный крутящий момент легко отделить от шума, так как его период равен точно 24 ч. К сожалению, любая сколько-нибудь значительная масса поблизости, как, например, экспе-
§ 1.3. Невесомость 45
рнментатор, находящийся в M, создает такой момент, на фоне которого искомый эффект полностью пропадает. Поэтому реально эксперимент выглядел так, как изображено на основной части рисунка. Два груза из алюминия и один из золота подвешены в вершинах горизонтально расположенного равностороннего треугольника со стороной 6 см (благодаря трехосевой симметрии система не реагирует на простейшие неоднородности гравитационного поля). Экспериментаторы во время измерений находились на удалении, чтобы исключить гравитационные эффекты, связанные с их присутствием1). Чтобы измерять малые углы поворота крутильных весов ~10-9 рад, не внося при этом сильных возмущений, Ролл, Кротков и Дикке использовали слабый луч света, отражаемый гладкой боковой гранью кварцевого треугольника. Изображение источника, имеющего вид щели, фокусировалось на проволочку приблизительно Toii же толщины, что и размер самого изображения. Миновав проволочку, свет попадал на фотоумножитель. С помощью отдельной цепи переменного тока проволочка приводилась в колебательное движение поперек светового луча с частотой 3000 гц. Когда изображение находилось точно в центре, разложение интенсивности светового луча содержало лишь четные гармоники частоты колебаний. Однако, как только изображение смещалось немного в сторону, в разложении интенсивности но гармоникам появлялась основная частота. В выходном электрическом сигнале фотоумножителя при этом присутствовала компонента с частотой 3000 Гц. Знак и величина этой компоненты определялись автоматически. На электроды, показанные на рисунке, также автоматически подавалось постоянное напряжение, величина которого была пропорциональна этой компоненте. Постоянное электрическое поле возвращало крутильные весы в нулевое положение. Величина напряжения, которое надо было приложить для возвращения весов в нулевое положение, непрерывно регистрировалась и служила мерой крутящего момента, действующего на маятник. Затем зависимость крутящего момента от времени на протяжении многих суток подвергалась фурье-анализу. Величина фурье-компоненты с периодом 24 ч позволила определить отношение Sgig — (0,96 ± 1,04)-10-11. Таким образом, алюминий и золото падают
с одним п тем же ускорением, несмотря на существенные этими элементами, указанные ниже. различия между
Отношение Al Au
Число нейтронов Число протонов Масса, соответствующая кинетической анергии К-электрона 1,08 1.5 0,16 0,004
Масса покоя электрона Электростатическая энергия-масса ядра 0,001
Масса атома
Теоретические следствия этого эксперимента обсуждаются более подробно в гл. 16 и 38. Брагинский и Панов [46] выполнили в принципе тождественный эксперимент, но в усовершенствованном варианте. Сравнивая ускорения для платины и алюминия, они получили 6g/g^l-l0-^.
*) Необходимо было принять меры (и они были прнняты), чтобы изба-
виться от других возмущений. 1. Кусочек железа размером IO-3 см, помещенный на крутильные весы, в магнитном поле Земли дал бы вклад в крутящий момент, в сотни раз превышающий измеренное зпачение. 2. Различие в давлении света на разные стороны груза привело бы к недопустимо большим возмущениям, если бы разность температур этих сторон превысила IO-4 К.
3. Выделение газа с одной стороны груза закрутило бы его, как ракета. Если бы газ выделялся со скоростью IO"8 г/сутки, то сила составляла бы — 10-7 г-см/с2 — значение, достаточное, чтобы повлиять на измерения.
4. Вращение измерялось по отношению к балке, на которой было закреплено
оборудование. Чтобы быть уверенным, что эта балка сама не вращается,