Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
02. Красное смещение в теории Эйнштейна
За последние 50 лет точность измерения времени возросла примерно в миллион раз. Этот прогресс связан с атомными часами. Точность и стабильность цезиевых атомных часов порядка . Иногда требуется даже большая точность. Тогда используется водородный мазер со стабильностью на интервале нескольких часов. В наши дни время и частота измеряются настолько точно, что целесообразно любые другие фундаментальные измерения, там, где это возможно, сводить к измерениям времени и частоты. Именно поэтому введено новое определение метра. Атомные часы позволяют убедиться в том, что время течет по разному на поверхности Земли и на высоте 10 км и выше. Разница в ходе часов на разной высоте над поверхностью Земли приобрела сейчас огромное практическое значение в связи с появлением очень точных навигационных систем (GPS), работающих на использовании радио-сигналов со спутников. Если не принимать во внимание предсказаний общей теории относительности, то координаты объектов на поверхности Земли рассчитывались бы с ошибкой в несколько километров!
В 1960 году удалось измерить, насколько быстрее течет время, по сравнению с течением времени на поверхности Земли, на высоте H=20 м. Этот эффект определяется простой формулой (g – ускорение свободного падения)
(1)
где и – частота фотона, испускаемого каким-либо ядром или атомом, и смещение этой частоты. Для того, чтобы проверить формулу (1), Р. Паунд и Г. Ребка измерили влияние гравитационного поля на частоту перехода в атомном ядре, описываемое формулой
(2)
Ядро, находившееся на поверхности Земли испускало фотон, ядро же, находившееся на высоте 20 м не могло поглотить этот фотон, поскольку частота перехода смещалась на величину , а ядро может поглотить только такой фотон, какой оно излучает, а смещение нарушало это условие резонанса (здесь речь идет о так называемом мессбауэровском ядре, которое «вмораживается» в кристалл и поглощает и испускает фотоны, не испытывая отдачи). Для того, чтобы восстановить резонанс (за счет эффекта Допплера), верхнее ядро двигали вниз с некоторой скоростью V, такой, что . Измеряя V, находили . Нужно отметить, что в литературе данный эксперимент часто трактуется неправильно. В серьезных книгах и статьях очень серьезные авторы пишут, что фотон, поднимаясь вверх, «краснеет», так как уменьшается его энергия, а, следовательно, и частота. Но это не так, фотон не «краснеет», а более «красным» испускается. Подробное разъяснение этого вопроса можно найти в сравнительно недавней статье (Л.Б.Окунь и др., «Успехи физических наук», 1999), в конце которой ее авторы справедливо пишут: «Поскольку гравитационный красный сдвиг является одним из краеугольных камней общей теории относительности как с теоретической, так и с экспериментальной точки зрения, очень важно, чтобы его объясняли максимально просто, но при этом правильно.»