Přeskočit na obsah

Strhávání časoprostoru

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Obecná teorie relativity

'"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"'
  • Základní pojmy
  • Jevy
  • Rovnice, formalismus
  • Řešení
  • Vědci

Strhávání časoprostoru nebo také Lensův-Thirringův jev[1][2] je jev časoprostoru, předpovídaný Einsteinovou obecnou teorií relativity, který je způsoben nestatickými stacionárními rozděleními hmoty-energie. Stacionární pole je takové, které je v ustáleném stavu, ale hmoty vyvolávající toto pole mohou být nestatické, například rotující. Obecněji řečeno předmět účinků způsobených hmotově-energetickými proudy je znám jako gravitomagnetismus, analogicky s klasickým elektromagnetismem.

První jev strhávání časoprostoru byl odvozen v 1918 v rámci obecné teorie relativity rakouskými fyziky Josefem Lensem a Hansem Thirringem, a je také znám jako Lensův-Thirringův jev.[3][4][5] Dvojice předpověděla, že rotace masivního objektu by narušila metrický tenzor prostoročasu, což vytvoří precesi oběžné dráhy blízké testovací částice. Toto se nestává v klasické mechanice, kde gravitační pole tělesa závisí jen na jeho hmotnosti, nikoliv na jeho rotaci. Lensův-Thirringův jev je velmi malý - asi jedna část v několika bilionech. K jeho odhalení je třeba zkoumat velmi hmotný objekt nebo vytvořit zařízení, který je velmi citlivé.

V roce 2015 byla formulována nová obecná relativistická rozšíření Newtonových rotačních zákonů s cílem popsat geometrii strhávání časoprostoru, které zahrnuje nově objevený antistrhávací efekt.[6]

Experimentální ověření

[editovat | editovat zdroj]

V roce 1976 Van Patten a anglický fyzik Francis Everitt[7][8] navrhli realizovat specializovanou misi zaměřenou na měření precese Lensova-Thirringova jevu dvojicí protisměrných kosmických lodi, které měly být umístěny do pozemních polárních drah se zařízením bez strhávání. S obdobnou, ale levnější verzi takového nápadu přišel v roce 1986 italský fyzik Ignazio Ciufolini,[9] který navrhl vypustit pasivní, geodetický satelit na oběžné dráze totožné identické se satelitem LAGEOS, vypuštěným v roce 1976, na rozdíl od orbitálních rovin, které měla být přemístěna o 180 stupňů: tzv. motýlková konfigurace. Měřitelné množství bylo v tomto případě součtem uzlů LAGEOS a nové kosmické lodi, později pojmenované LAGEOS III, LARES, WEBER-SAT.

Omezit rozsah na scénáře zahrnující existující orbitální orgány, první návrh na použití satelitu LAGEOS a techniky satelitního laserového měření ( SLR ) pro měření účinku Lensova-Thirringova jevu, se datuje do let 1977–1978.[10][11] Testy se začaly účinně provádět pomocí satelitů LAGEOS a LAGEOS II v roce 1996[12] podle plánu[13] zahrnujícího použití vhodné kombinace uzlů obou satelitů a perigea družice LAGEOS II. Poslední testy se satelity LAGEOS byly provedeny v letech 2004–2006[14][15] vyřazením perigea LAGEOS II a použitím lineární kombinace.[16] Nedávno byl v literatuře publikován komplexní přehled pokusů o měření Lensova-Thirringova jevu u umělých satelitů.[17] Celková přesnost dosažená v testech se satelity LAGEOS je předmětem kontroverzí.[18][19][20]

Experiment Gravity Probe B[21][22] byl družicová mise Stanfordské skupiny a NASA, která byla použita pro experimentální měření dalšího gravitomagnetického efektu, Schiffovy precese gyroskopu,[23][24] na očekávanou 1% přesnost nebo lepší. Takové přesnosti však nebylo dosaženo. První předběžné výsledky zveřejněné v dubnu 2007 poukázaly na přesnost[25] 256–128%, s nadějí, že v prosinci 2007 dosáhnou přibližně 13 %[26] V roce 2008 Senior Review Report NASA Astrofyzics Operating Operations Mission uvedl, že je nepravděpodobné, že by tým Gravity Probe B byl schopen redukovat chyby na úroveň nezbytnou k vytvoření přesvědčivého testu v současnosti netestovaných aspektů obecné teorie relativity (včetně strhávání časoprostoru).[27] [28] Dne 4. května 2011 analytická skupina založená ze Stanfordu a z NASA zveřejnily závěrečnou zprávu [29] a v ní data ukázala strhávání časoprostoru s chybou kolem 19% a Einsteinova předpovídaná hodnota byla ve středu intervalu spolehlivosti. [30] [31]

V případě hvězd obíhajících v blízkosti rotující, superhmotné černé díry by jev strhávání časoprostoru měl způsobit precesi orbitální roviny hvězdy, kolem rotační osy černé díry. Tento efekt by měl být detekovatelný v příštích několika letech pomocí astrometrického sledování hvězd ve středu Mléčné dráhy. [32] Porovnáním rychlosti orbitální precese dvou hvězd na různých oběžných drahách je možné v zásadě testovat teorémy "černé díry bez vlasů" v obecné teorii relativity, kromě měření rotace černé díry. [33]

Odkazy

[editovat | editovat zdroj]

Reference

[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Frame-dragging na anglické Wikipedii.

  1. ↑ Obecná relativita. www.aldebaran.cz [online]. [cit. 2019-04-25]. Dostupné online. 
  2. ↑ MARTINEK, František. LARES - ověření teorie relativity. ČAS [online]. Česká astronomická společnost, 2011-12-15 [cit. 2019-04-25]. Dostupné online. 
  3. ↑ THIRRING, H. Über die Wirkung rotierender ferner Massen in der Einsteinschen Gravitationstheorie. Physikalische Zeitschrift. 1918, s. 33. Bibcode 1918PhyZ...19...33T. 
  4. ↑ THIRRING, H. Berichtigung zu meiner Arbeit: 'Über die Wirkung rotierender Massen in der Einsteinschen Gravitationstheorie'. Physikalische Zeitschrift. 1921, s. 29. Bibcode 1921PhyZ...22...29T.  [Correction to my paper "On the Effect of Rotating Distant Masses in Einstein's Theory of Gravitation"]
  5. ↑ LENSE, J.; THIRRING, H. Über den Einfluss der Eigenrotation der Zentralkörper auf die Bewegung der Planeten und Monde nach der Einsteinschen Gravitationstheorie. Physikalische Zeitschrift. 1918, s. 156–163. Bibcode 1918PhyZ...19..156L.  [On the Influence of the Proper Rotation of Central Bodies on the Motions of Planets and Moons According to Einstein's Theory of Gravitation]
  6. ↑ Patryk Mach and Edward Malec, General-relativistic rotation laws in rotating fluid bodies, Phys. Rev. D 91
  7. ↑ VAN PATTEN, R. A.; EVERITT, C. W. F. Possible Experiment with Two Counter-Orbiting Drag-Free Satellites to Obtain a New Test of Einsteins's General Theory of Relativity and Improved Measurements in Geodesy. Phys. Rev. Lett.. 1976, s. 629–632. DOI 10.1103/PhysRevLett.36.629. Bibcode 1976PhRvL..36..629V. 
  8. ↑ VAN PATTEN, R. A.; EVERITT, C. W. F. A possible experiment with two counter-rotating drag-free satellites to obtain a new test of Einstein's general theory of relativity and improved measurements in geodesy. Celest. Mech. Dyn. Astron.. 1976, s. 429–447. DOI 10.1007/BF01229096. Bibcode 1976CeMec..13..429V. 
  9. ↑ CIUFOLINI, I. Measurement of Lense–Thirring Drag on High-Altitude Laser-Ranged Artificial Satellites. Phys. Rev. Lett.. 1986, s. 278–281. DOI 10.1103/PhysRevLett.56.278. PMID 10033146. Bibcode 1986PhRvL..56..278C. 
  10. ↑ Cugusi, L., Proverbio E. Relativistické účinky na pohyb Země. Satelity, referát prezentovaný na Mezinárodním sympoziu o satelitní geodézii v Budapešti od 28. června do 1. července 1977, J. of Geodesy, 51, 249–252, 1977.
  11. ↑ Cugusi, L., Proverbio, E., Relativistické účinky na pohyb umělých družic Země, Astron. Astrophys, 69, 321–325, 1978.
  12. ↑ Ciufolini, I., Lucchesi, DM, Vespe, F., Mandiello, A., Měření přetahování inerciálních rámců a gravitomagnetické pole s použitím laserově řízených družic, Il Nuovo Cimento A, 109, 575–590, 1996.
  13. ↑ Ciufolini, I., Na nové metodě měření gravitomagnetického pole pomocí dvou družic obíhajících kolem, Il Nuovo Cimento A, 109, 1709–1720, 1996.
  14. ↑ Ciufolini, I. a Pavlis, EC, Potvrzení obecné relativistické predikce efektu Lense – Thirring, Nature, 431, 958–960, 2004
  15. ↑ Ciufolini, I., Pavlis, EC, a Peron, R., Stanovení tažení rámů pomocí gravitačních modelů Země z CHAMP a GRACE, New Astron., 11, 527–550, 2006.
  16. ↑ IORIO, L.; MOREA, A. The Impact of the New Earth Gravity Models on the Measurement of the Lense-Thirring Effect. General Relativity and Gravitation. 2004, s. 1321–1333. DOI 10.1023/B:GERG.0000022390.05674.99. Bibcode 2004GReGr..36.1321I. arXiv gr-qc/0304011. 
  17. ↑ RENZETTI, G. History of the attempts to measure orbital frame-dragging with artificial satellites. Central European Journal of Physics. 2013, s. 531–544. Dostupné online. DOI 10.2478/s11534-013-0189-1. Bibcode 2013CEJPh..11..531R. 
  18. ↑ RENZETTI, G. Some reflections on the Lageos frame-dragging experiment in view of recent data analyses. New Astronomy. 2014, s. 25–27. Dostupné online. DOI 10.1016/j.newast.2013.10.008. Bibcode 2014NewA...29...25R. 
  19. ↑ IORIO, L.; LICHTENEGGER, H. I. M.; RUGGIERO, M. L.; CORDA, C. Phenomenology of the Lense-Thirring effect in the solar system. Astrophysics and Space Science. 2011, s. 351–395. DOI 10.1007/s10509-010-0489-5. Bibcode 2011Ap&SS.331..351I. arXiv 1009.3225. 
  20. ↑ CIUFOLINI, I.; PAOLOZZI, A.; PAVLIS, E. C.; RIES, J.; KOENIG, R.; MATZNER, R.; SINDONI, G. Testing gravitational physics with satellite laser ranging. The European Physical Journal Plus. 2011, s. 72. DOI 10.1140/epjp/i2011-11072-2. Bibcode 2011EPJP..126...72C. 
  21. ↑ Everitt, CW F, Gyroskopický experiment I. Obecný popis a analýza výkonu gyroskopu. V: Bertotti, B. (Ed.), Proc. Int. Školní fyz. Kurz "Enrico Fermi" LVI. New Academic Press, New York, str. 331–360, 1974. Reprinting: Ruffini, RJ, Sigismondi, C. (Eds.), Nelineární gravitodynamika. Lense – Thirring Effect. World Scientific, Singapur, str. 439–468, 2003.
  22. ↑ Everitt, CWF, et al., Gravity Probe B: Odpočítávání do spuštění. V: Laemmerzahl, C., Everitt, CWF, Hehl, FW (Ed.), Gyros, Hodiny, Interferometry...: Testování relativistické gravitace ve vesmíru. Springer, Berlin, str. 52–82, 2001.
  23. ↑ Pugh, GE, Návrh satelitního testu Coriolisovy predikce obecné relativity, WSEG, Research Memorandum č. 11, 1959. Reprinted v: Ruffini, RJ, Sigismondi, C. (Eds.), Nelineární gravitodynamika. Lense – Thirring Effect. World Scientific, Singapur, str. 414–426, 2003.
  24. ↑ Schiff, L., O experimentálních testech obecné teorie relativity, Am. J. Phys. 28, 340 až 343, 1960.
  25. ↑ Muhlfelder, B., Mac Keiser, G. a Turneaure, J., Gravitační sonda B Experimentová chyba, plakát L1.00027 prezentovaný na zasedání Americké fyzikální společnosti (APS) v Jacksonville na Floridě ve dnech 14. - 17. dubna 2007, 2007.
  26. ↑ StanfordNews 4/14/07, ke stažení na adrese http://einstein.stanford.edu/
  27. ↑ Archivovaná kopie [online]. [cit. 2019-04-26]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2008-09-21.  Report of the 2008 Senior Review of the Astrophysics Division Operating Missions, NASA
  28. ↑ Gravitační sonda B v přehledu NASA „F“ [1], Jeff Hecht, nový vědec - prostor, 20. května 2008
  29. ↑ Archivovaná kopie [online]. [cit. 2019-04-26]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2008-06-12. 
  30. ↑ Archivovaná kopie [online]. [cit. 2019-04-26]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2012-09-30. 
  31. ↑ Archivovaná kopie. prl.aps.org. Dostupné v archivu pořízeném dne 2012-05-20.  Archivováno 20. 5. 2012 na Wayback Machine.
  32. ↑ MERRITT, D.; ALEXANDER, T.; MIKKOLA, S.; WILL, C. Testing Properties of the Galactic Center Black Hole Using Stellar Orbits. Physical Review D. 2010, s. 062002. DOI 10.1103/PhysRevD.81.062002. Bibcode 2010PhRvD..81f2002M. arXiv 0911.4718. 
  33. ↑ WILL, C. Testing the General Relativistic "No-Hair" Theorems Using the Galactic Center Black Hole Sagittarius A*. Astrophysical Journal Letters. 2008, s. L25–L28. DOI 10.1086/528847. Bibcode 2008ApJ...674L..25W. arXiv 0711.1677. 

Související články

[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy

[editovat | editovat zdroj]
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Strhávání_časoprostoru&oldid=22813573“