Новости науки 11.04.01. Новый тест для общей теории относительности

Общая теория относительности предсказывает ряд явлений, отсутствующих в классической механике. Их наблюдение и количественное согласие с теоретическими предсказаниями является самым главным критерием, определяющим правильность теоретической конструкции. По этой причине каждая новая независимая проверка теории относительности только приветствуется. В свежем выпуске Physical Review Letters появилась статья именно с таким предложением.

Все экспериментальные проверки предсказаний общей теории относительности (ОТО) разделяются обычно на два класса. Первый класс -- это эксперименты в лаборатории, в которых ничтожные эффекты ОТО детектируются благодаря сверхвысокой точности экспериментальной методики. К таким тестам относится, например, измерение гравитационного красного смещения фотона. Проверки второго типа -- это наблюдение за поведением астрономических объектов: измерение прецессии перигелия Меркурия, наблюдение уменьшение периода обращения тесных звездных систем за счет излучения гравитационных волн и т.п. Хотя в таких "экспериментах" эффект ОТО проявляется сильнее (из-за астрономических размеров и масс), в большинстве случаев сама система не поддается экспериментальному контролю и изменению.

В работе [J.M.Longuski et al., Phys.Rev.Lett. 86, 2942 (2001)] предлагается тест ОТО, который, с одной стороны, выполняется с участием астрономического объекта (Солнца), а с другой стороны, его детали могут контролироваться человеком. Речь идет о том, чтобы измерить воздействие гравитационного поля Солнца на космический аппарат Interstellar Probe, который пройдет вблизи Солнца на расстоянии около 4 солнечных радиусов. При этом, как вычислили авторы, угол доворота траектории за счет эффектов ОТО составляет 0.963 угловых секунды, и должен быть наблюден на фоне общего поворота траектории на 152╟.

Безусловно, обнаружение такого эффекта предъявляет серьезные требования как к методам измерения траектории аппарата, так и к возможности оценки всех прочих факторов, способных дополнительно исказить траекторию.

Основные параметры траектории -- это расстояние до центра Солнца в перигелии и асимптотическое направление движения аппарата после прохождения вблизи Солнца. Современные методы навигации позволяют отслеживать положение аппарата в пространстве с точностью до 1 километра. Погрешность в величине угла доворота, вызываемая этой неопределенностью, всего лишь в несколько раз меньше самого эффекта ОТО. Однако предполагается, что ко времени запуска аппарата точность пространственной локализации возрастет на один-два порядка, что позволит изучать эффекты ОТО с процентной точностью. Ошибка же в определении конечного направления движения аппарата может считаться пренебрежимо малой: техника, основанная на интерферометрии с очень длинной базой (Very Long Baseline Interferometry), обладает очень высокой точностью.

Авторы бегло оговаривают и возможные силы негравитационого происхождения, которые могут исказить орбиту. Это, к примеру, давление света, солнечный ветер, сила трения, вызываемая межпланетной пылью и солнечной атмосферой, взаимодействие с магнитными полями, неоднородность теплового излучения самого аппарата. Не вдаваясь в детали, авторы утверждают, что все подобные эффекты можно нивелировать в помощью специально контролируемых маневров аппарата.

перейти к началу страницы