ИСТОРИЯ О ДВУХ «с»

Поставлен очередной эксперимент, подтвердивший общую теорию относительности Эйнштейна.

Юпитер отклоняет лучи далекого квазара подобно линзе. Желтой линией показан луч, не отклоненный Юпитером и достигающий Земли по прямой. Штриховыми линиями показаны кажущиеся пути луча. Движение Юпитера заставляет изображение квазара описывать окружность. Релятивистские эффекты «перекашивают» эту окружность.

ЭЙНШТЕЙН ПРОТИВ НЬЮТОНА В теории тяготения Ньютона скорость распространения изменений поля тяготения cg бесконечна. Согласно этой теории, если Солнце взорвется, орбита Земли изменится мгновенно. Однако частная теория относительности Эйнштейна представляет дело иначе. Чтобы различать причину и следствие, скорость света c должна быть пределом для скоростей всех материальных объектов и сигналов. Согласно теории, cg не может быть меньше c, так как в противном случае тяготение вело бы себя по разному для разных наблюдателей. К сожалению, в теории Ньютона при конечном значении c орбиты оказываются неустойчивыми. Противоречие между классической физикой и частной теорией относительности побудило Эйнштейна создать совершенно новую теорию тяготения – общую теорию относительности.

Трудно доказать то, что уже известно. Как проверить, действительно ли вы доказали тот или иной факт или просто еще раз сформулировали общепринятое утверждение? Недавно был проведен эксперимент по проверке общей теории относительности Эйнштейна путем измерения скорости распространения изменений поля тяготения. Если бы Солнце вдруг рассыпалось на куски, эта величина определяла бы, сколько минут земляне будут оставаться в блаженном неведении, прежде чем Земля слетит с орбиты. В теории Эйнштейна скорость гравитации c_g точно равна скорости света в вакууме c.

На съезде Американского астрономического общества астрофизики Сергей Копейкин (Sergey Kopeikin) из Миссурийского университета и Эдвард Фомалон (Edward Fomalont) из Национальной радиоастрономической обсерватории США заявили, что Эйнштейн снова оказался прав. Однако большинство специалистов по теории относительности восприняли это утверждение скептически. «Безусловно, изящный эксперимент еще раз подтвердил общую теорию относительности. Но удалось ли измерить скорость гравитации, остается неясным», – считает Стивен Карлип (Steven Carlip) из Калифорнийского университета.

Никто не ставит под сомнение основы эксперимента, проведенного Копейкиным и Фомалоном. Они решили пронаблюдать влияние сравнительно близкого небесного тела на ход световых лучей от более далекого источника. Тело должно отклонять световые лучи, смещая изображение удаленного объекта. В известном опыте 1919 г. английский астроном Артур Эддингтон (Arthur Eddington) обнаружил, что Солнце отклоняет свет звезд (хотя полученные им данные небесспорны). Чуть больше 10 лет назад радиоастрономические наблюдения, проведенные при помощи радиоинтерферометра с очень большой базой, позволили измерить малые отклонения лучей, вызванные Юпитером. С тех пор точность радиоастрономических измерений повысилась в десять раз, что позволило Копейкину и Фомалону сделать следующий шаг – попытаться обнаружить не только отклонение лучей неподвижным телом, но и релятивистские эффекты, вызванные движением этого тела. Величина этих эффектов зависит от соотношения скорости движения тела и скорости света c. Для Юпитера, летящего по орбите со скоростью 13 км/с, это отношение составляет около 1:20 000, что представляется обескураживающе малым. Однако расчеты исследователей показали, чтo геометрические факторы усилят искомые эффекты до величин, поддающихся обнаружению.

Kогда Юпитер проходил вблизи визирного луча одного из квазаров, ученые осуществили свой план. Они обнаружили смещение изображения квазара на 1 300 миллионных долей угловой секунды с перекосом в 50 миллионных долей, что в точности соответствует ожидаемым релятивистским эффектам.

До сих пор никаких противоречий нет. Но какой же именно релятивистский эффект здесь проявляется? Вариантов много, а известные своей тонкостью уравнения Эйнштейна не позволяют определить, какому физическому эффекту соответствует каждый математический член. Копейкин и Фомалон утверждают, что преобладающим эффектом является распространение изменений поля тяготения. При движении Юпитера сила тяготения, действующая на луч, изменяется во времени, причем эти изменения достигают траектории луча с некоторым опозданием. Чтобы выделить этот эффект, ученые построили другую модель относительности, в которой c_g может отличаться от c. Это позволило им оценить c_g по полученным данным, не задаваясь наперед значением этой величины. Полученная оценка совпала со значением c с точностью до 20%.

Однако другие ученые, в частности Клиффорд Вилл (Clifford M. Will) из Вашингтонского университета, подошли к обобщению теории относительности иначе и приписали наблюдавшийся «перекос» хорошо известным эффектам замедления времени и сокращения расстояний. Для земного наблюдателя движущееся поле тяготения Юпитера представляется несколько сплющенным, что изменяет величину наблюдаемого отклонения луча. Это сплющивание зависит от c, но не зависит от c_g. Распространение изменений поля тяготения Юпитера действительно играет роль, но Вилл говорит, что оно соответствует гораздо меньшему члену уравнений. Если это так, то Копейкин и Фомалон не могли оценить значения c_g.

Большинство исследователей склоняется к мнению Вилла, которое согласуется с результатами других экспериментов. Некоторые считают, что это обсуждение бессмысленно, поскольку есть проверки, обеспечивающие более высокую точность. Однако другие полагают, что Копейкин и Фомалон, возможно, обнаружили что-то совершенно новое. Чтобы во всем разобраться, потребуются как дальнейшие теоретические разработки, так и прямые измерения гравитационного излучения. Ни один из серьезных физиков не сомневается, что c_g равно c. Но в науке недостаточно быть просто правым, нужно быть правым на основании правильных соображений.

Оригинал - www.sciam.ru