Otevřít hlavní menu

Strhávání časoprostoru

jev časoprostoru

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 způsobující toto pole mohou být nestatické, například rotující. Obecněji řečeno, předmět účinků způsobených hmotově-energetickými proudy je znám jako gravitomagnetismus, analogicky s klasickým elektromagnetismem.

Obecná teorie relativity

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

První jev strhávání časoprostoru byl odvozen v 1918, v rámci obecné teorie relativity, rakouskými fyziky Josefem Lensem a Hansem Thirringem, a je také známý jako Lensův-Thirringův jev.[3][4][5] Předpověděli, 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, ne 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]

Obsah

Experimentální ověřeníEditovat

V roce 1976 Van Patten a anglický fyzik Francis Everitt[7][8] navrhli realizovat jednoúčelovou 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 ekvivalentní, ale levnější verzi takového nápadu přišel v roce 1986 italský fyzik Ignazio Ciufolini,[9] který navrhl vypustit pasivní, geodetický satelit na oběžné dráze totožné s tím satelitem LAGEOS, vypuštěný v roce 1976, na rozdíl od orbitálních letadel, 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 strategie[13] zahrnující 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. Bohužel takové přesnosti 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]

OdkazyEditovat

ReferenceEditovat

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. (anglicky) 
  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. (anglicky)  [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. (anglicky)  [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. (anglicky) 
  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. (anglicky) 
  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. (anglicky) 
  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. (anglicky) 
  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. (anglicky) 
  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. (anglicky) 
  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. (anglicky) 
  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. (anglicky) 
  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. Dostupné online. 
  30. Dostupné online. 
  31. prl.aps.org. Dostupné online. 
  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. (anglicky) 
  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. (anglicky) 

Související článkyEditovat

Externí odkazyEditovat