Yerçekimi Probu A - Gravity Probe A

"GP-A" buraya yönlendirir. Diğer kullanımlar için bkz. GPA (belirsizliği giderme).
Yerçekimi Probu A
Benjamin Crowell, Genel Görelilik (2009) p17 GPA.gif
Şeması Yerçekimi Probu A Deney[1]:17
Görev türüAstrofizik
ŞebekeNASA
COSPAR KimliğiGRAVR-A
Görev süresi1 sa 51 m
Apogee10,224 km (6,353 mi)
Uzay aracı özellikleri
Uzay aracıGP-A
Kitle başlatın60 kg (130 lb)
Güç22 W
Görev başlangıcı
Lansman tarihi18 Haziran 1976 (1976-06-18)
Roketİzci[2]
Siteyi başlatWallops Uçuş Tesisi[3]
Görev sonu
BertarafHizmetten çıkarıldı
Devre dışı bırakıldı17 Haziran 1976 (1976-06-17)
 

Yerçekimi Probu A (GP-A) uzay temelli bir deneydi. denklik ilkesi, Einstein'ın görelilik teorisinin bir özelliği. Tarafından ortaklaşa yapıldı Smithsonian Astrophysical Gözlemevi ve Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi. Deney bir hidrojen maseri —Son derece doğru frekans standardı - yüksek hassasiyetle ölçmek için uzaya, daha zayıf bir zamanda geçen hızın yerçekimi alanı. Kitleler bozulmalara neden olur boş zaman hangi etkilere yol açar uzunluk kısalması ve zaman uzaması her ikisi de Albert Einstein'ın teorisinin tahmin edilen sonuçları Genel görelilik. Uzay zamanının bükülmesinden dolayı, Dünya'daki bir gözlemci (daha düşük bir yerçekimi potansiyelinde), yükseklikte (daha yüksek yerçekimi potansiyelinde) olan bir gözlemciye göre zamanın daha yavaş bir hızda geçtiğini ölçmelidir. Bu etki olarak bilinir yerçekimsel zaman genişlemesi.

Deney, Einstein'ın genel göreliliğinin, eşdeğerlik ilkesinin önemli bir sonucunun testiydi. Eşdeğerlik ilkesi, tekdüze bir yerçekimi alanındaki bir referans çerçevesinin, tek tip ivme altındaki bir referans çerçevesinden ayırt edilemez olduğunu belirtir. Ayrıca, eşdeğerlik ilkesi, tekdüze hızlanan bir referans çerçevesinde mevcut olan farklı zaman akış oranlarına sahip olgunun, aynı zamanda düzgün bir yerçekimi alanında bulunan sabit bir referans çerçevesinde de mevcut olacağını öngörür.

Sonda, Virginia'daki Wallops Adası'ndaki NASA-Wallops Uçuş Merkezi'nden 18 Haziran 1976'da fırlatıldı. Sonda, bir İzci roketi ve amaçlandığı gibi 1 saat 55 dakika uzayda kalarak 10.000 km (6.200 mil) yüksekliğe ulaştı. Atlantik Okyanusu'na sıçrayarak Dünya'ya döndü.[4]

Arka fon

Yerçekimi Sondası A deneyinin amacı, eşdeğerlik ilkesinin geçerliliğini test etmekti. Eşdeğerlik ilkesi, Albert Einstein'ın teorisinin temel bir bileşenidir. Genel görelilik ve fizik yasalarının, hızlanan bir referans çerçevesinde, bir üniforma tarafından uygulanan bir referans çerçevesinde olduğu gibi aynı olduğunu belirtir. yerçekimi alanı.

Eşdeğerlik ilkesi

Ana makale: Eşdeğerlik ilkesi

Eşdeğerlik ilkesi, bir roket gemisinin iki senaryoda karşılaştırılmasıyla anlaşılabilir. İlk olarak, Dünya yüzeyinde duran bir roket gemisi hayal edin; roket gemisine düşen nesneler, bir ivme ile yere doğru düşecektir. 9,8 m / saniye2. Şimdi, Dünya'nın yerçekimi alanından kaçan ve sabit bir hızda hızlanan uzak bir roket hayal edin. 9,8 m / saniye2 roketlerinden gelen itme nedeniyle; roket gemisindeki sınırlandırılmamış nesneler zemine doğru 9,8 m / saniye2. Bu örnek, düzgün hızlanan bir referans çerçevesinin yerçekimi referans çerçevesinden ayırt edilemeyeceği bir yolu göstermektedir.

Dahası, eşdeğerlik ilkesi, eylemsizlik etkilerinin neden olduğu olayların da yerçekimi etkilerinden dolayı mevcut olacağını varsayar. Hızlanan bir roket gemisinde yatay olarak parlayan bir ışık demeti düşünün. Roket gemisinin dışında hızlanmayan bir gözlemciye göre, roket gemisinin zemini ışık demetine doğru hızlanıyor. Bu nedenle, içerideki gözlemciye göre ışık huzmesi yatay bir yolda ilerlemiyormuş gibi görünmüyor, aksine ışık huzmesi yere doğru bükülmüş gibi görünüyor. Bu, ışığın bükülmesine neden olan eylemsizlik etkisine bir örnektir. Eşdeğerlik ilkesi, bu eylemsizlik olayının çekimsel bir referans çerçevesinde de meydana geleceğini belirtir. Aslında, fenomeni yerçekimsel mercekleme maddenin ışığı bükebileceğini belirtir ve bu fenomen, Hubble Teleskopu ve diğer deneyler.

Zaman uzaması

Ana makale: Zaman uzaması

Zaman genişlemesi, zamanın geçtiği hızdaki genişleme veya daralmayı ifade eder ve Yerçekimi Sondası A deneyinin konusuydu. Einstein'ın genel görelilik teorisine göre, madde etrafını sarar. boş zaman. Bu bozulma, uzaktaki bir gözlemcinin deneyimlediği hıza kıyasla, büyük bir nesnenin çevresinde zamanın daha yavaş geçmesine neden olur. Schwarzschild metriği küresel simetrik yerçekimi yapan bir cismi çevreleyen, daha küçük bir katsayıya sahiptir. vücuda daha yakın, bu da orada daha yavaş zaman akışı anlamına geliyor.

Einstein'ın kuramında da benzer bir zaman uzaması oluşumu fikri vardır. Özel görelilik (ne yerçekimini ne de eğri uzay-zaman fikrini içerir). Böyle bir zaman genişlemesi, Rindler koordinatları, düz bir uzay zamanında muntazam hızlanan bir parçacığa bağlanır. Böyle bir parçacık, zamanın karşı tarafa doğru ve daha yavaş hızlandığı tarafta daha hızlı geçtiğini gözlemleyecektir. Einstein, zamandaki bu görünür varyanstan, hızdaki değişimin, eşzamanlılığın göreliliği parçacık için. Einstein'ın eşdeğerlik ilkesi, hızlanan bir referans çerçevesinin, üzerine etki eden bir yerçekimi kuvveti ile yerel olarak atalet referans çerçevesinden ayırt edilemez olduğunu belirterek bu benzetmeyi genelleştirir. Bu şekilde, Yerçekimi Sondası A, yerçekiminden etkilenen Dünya yüzeyinin eylemsiz referans çerçevesindeki (özel görelilik) gözlemleri, aynı çerçeve için özel görelilik tahminleriyle eşleştiren eşdeğerlik ilkesinin bir testiydi. atalet ve yerçekimsiz olduğu düşünülebilen serbest düşüş referansına göre yukarı doğru ivmelenme.

Deneysel kurulum

60 kilo Yerçekimi Sondası Bir uzay aracı bir atomik hidrojen maseri görev boyunca çalışan sistem. Maser, uyarılmış radyasyon emisyonu ile mikrodalga amplifikasyonu için bir kısaltmadır ve tutarlılık ürettiği için bir lazere benzer. elektromanyetik dalgalar elektromanyetik spektrumun mikrodalga bölgesinde. Bir hidrojen ustası, katrilyonda bir parçaya (10) kadar oldukça kararlı olan çok hassas bir sinyal (saniyede 1,42 milyar döngü) üretir.15). Bu, her 100 milyon yılda iki saniyeden daha az kayan bir saate eşdeğerdir.[5]

Sonda, yerçekimi potansiyelinde büyük bir değişikliğe neden olmak için neredeyse dikey olarak yukarı doğru fırlatıldı ve 10.000 km (6.200 mi) yüksekliğe ulaştı. Bu yükseklikte, genel görelilik bir saatin 10 saatte 4,5 parça çalışması gerektiğini öngördü.10 Dünyada birden daha hızlı veya her 73 yılda yaklaşık bir saniye.[6] Maser salınımları bir saatin tik işaretlerini temsil ediyordu ve maserin yüksekliği değiştikçe frekansı ölçülerek yerçekimsel zaman genişlemesinin etkileri tespit edildi.

Doppler kayması

Hidrojen maserinin yanı sıra, proba bir mikrodalga tekrarlayıcı da dahil edildi. Doppler kayması maser sinyalinin. Bir kaynak o kaynağın gözlemcisine göre hareket ettiğinde bir Doppler kayması meydana gelir ve ilgili hareketin yönüne ve büyüklüğüne karşılık gelen frekansta bir kayma ile sonuçlanır. Maserin sinyali, Doppler kaymasıydı çünkü Dünya'daki yer istasyonuna göre yüksek bir hızda dikey olarak fırlatıldı.

Sonuçlar

Deneyin amacı, zamanın daha yüksek bir yerçekimi potansiyelinde geçtiği hızı ölçmekti, bu yüzden bunu test etmek için, sondadaki maser, Dünya'da kalan benzer bir maser ile karşılaştırıldı.[kaynak belirtilmeli ] İki saat hızı karşılaştırılmadan önce, Doppler kayması uzaya gönderilen maser tarafından ölçülen saat hızından, Dünya üzerindeki gözlemciler arasındaki göreceli hareketi ve probun hareketini düzeltmek için çıkarıldı. İki saat hızı daha sonra karşılaştırıldı ve iki saat hızının nasıl farklı olması gerektiğine dair teorik tahminlerle karşılaştırıldı. Maserin kararlılığı, maser oranındaki değişikliklerin 10'da 1 kısmının ölçülmesine izin verdi14 100 saniyelik bir ölçüm için.

Deney böylece test edebildi denklik ilkesi. Yerçekimi Sondası A, yerçekimi kuyusunda zamanın daha yavaş aktığı tahminini doğruladı,[7] ve gözlemlenen etkiler, tahmin edilen etkileri milyonda yaklaşık 70 parça doğrulukla eşleştirdi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Benjamin Crowell (2009). Genel görelilik (PDF). Fullerton / CA.
  2. ^ "NASA - NSSDCA - Uzay Aracı - Telemetri Ayrıntıları". nssdc.gsfc.nasa.gov. Alındı 13 Mayıs 2020.
  3. ^ "NASA - NSSDCA - Uzay Aracı - Ayrıntılar". nssdc.gsfc.nasa.gov. Alındı 13 Mayıs 2020.
  4. ^ "Uzayın Temel Fiziği - Teknik Detaylar - Yerçekimi Sondası A". Nasa JPL. 2 Mayıs 2009. Arşivlenen orijinal 18 Eylül 2011. Alındı 5 Mayıs, 2013.
  5. ^ Milliner, Joyce B. (10 Haziran 1976). "Einstein'ın" Uzay-Zaman Bükülme "Teorisini" Test Etmek İçin Uzay Sondası. Arşivlenen orijinal 15 Mayıs 2013. Alındı 5 Mayıs, 2013.
  6. ^ Gilmore, C.P (Aralık 1979). "63 yıldan sonra, neden hala Einstein'ı test ediyorlar?". Popüler Bilim. Cilt 215. Bonnier Corporation. s. 12. ISSN  0161-7370. Alındı 13 Mayıs 2020.
  7. ^ Than, Ker (5 Mayıs 2011). "NASA Yerçekimi Sondası Tarafından Doğrulanan Einstein Teorileri". National Geographic Topluluğu. Alındı 5 Mayıs, 2013.

daha fazla okuma