Теория относительности. Учебное пособие. Розман Г.А. - 111 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

218
219
äâóõ ïîëîæåíèé èñêóññòâåííîãî ñïóòíèêà, íà íåêîòîðîé âûñîòå
Í è íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè (R - ðàäèóñ Çåìëè):
()
+
+=
=
+
HRñ
GM
ñ
HR
2
0
2
01
11
ω
ϕ
ωω
(9.19)
è
+=
=
Rc
GM
c
R
2
0
2
02
11
ω
ϕ
ωω
.
Ñîcòàâëÿÿ ðàçíîñòü ïîñëåäíèõ âûðàæåíèé , ïîëó÷àåì:
.1
22
012
ωωω=ω
R
H
Rc
GMH
À òàê êàê
g
R
GM
=
2
- óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ íà Çåìëå, òî
.1
2
R
H
c
gH
ω
ω
(9.20)
Òàê, äëÿ âûñîòû H=1500 êì
10
10
=
ω
ω
, òî ñ ïîìîùüþ òàê
íàçûâàåìûõ ìîëåêóëÿðíûõ ãåíåðàòîðîâ èëè àòîìíûõ ÷àñîâ,
èìåþùèõ ïðåäåë ñòàáèëüíîñòè ÷àñòîòû ïîðÿäêà 10
-10
, óäàåòñÿ
îáíàðóæèòü èçìåíåíèå ÷àñòîòû ðàäèîâîëí, èñïóùåííûõ ñ
èñêóññòâåííûõ ñïóòíèêîâ è ïðèíÿòûõ íà Çåìëå. Çàäà÷à
óñëîæíÿåòñÿ èç-çà íàëîæåíèÿ ýôôåêòà Äîïëåðà, óïîìÿíóòîãî
âûøå. Ïîýòîìó íàáëþäàþò èçëó÷åíèå ïåðåäàò÷èêîâ ñïóòíèêà
òîãäà, êîãäà îí äâèãàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ìåäëåííî, ò.å. íàõîäèòñÿ
âáëèçè ñâîåãî ïåðèãåëèÿ.
 60-õ ãîäàõ íà âîîðóæåíèå èññëåäîâàòåëåé ïîñòóïèë
òîëüêî ÷òî îáíàðóæåííûé ýôôåêò ̸ññáàóýðà, ñóòü êîòîðîãî
ñîñòîèò â òîì, ÷òî èñïóñêàíèå èëè ïîãëîùåíèå ãàììà -êâàíòîâ
àòîìíûìè ÿäðàìè ñèëüíî âçàèìîäåéñòâóþùèõ ÷àñòèö
êðèñòàëëè÷åñêîãî òâåðäîãî òåëà ïðàêòè÷åñêè íå ñîïðîâîæäàåòñÿ
ïîòåðåé ýíåðãèè è êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ íà îòäà÷ó, â ðåçóëüòàòå
÷åãî ñïåêòðàëüíûå ëèíèè èìåþò ÷ðåçâû÷àéíî ìàëóþ
åñòåñòâåííóþ øèðèíó. Ïîýòîìó ÿäðà êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè
ìîãóò ïîãëîòèòü ëèøü ýëåêòðîìàãíèòíûå êîëåáàíèÿ (ãàììà -
êâàíòû) îïðåäåëåííîé ÷àñòîòû - ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû. Íà ýòîì
ñâîéñòâå ýôôåêòà ̸ññáàóýðà îñíîâàí ìåòîä ïðîâåðêè
ðàññìàòðèâàåìîãî ïðåäñêàçàíèÿ ÎÒÎ. Äâà àìåðèêàíñêèõ ôèçèêà
Ïàóíä è Ðåáåêêà ïîñòàâèëè ñëåäóþùèé îïûò. Íà âûñîòå îêîëî
20 ì ïîìåùàëñÿ èñòî÷íèê êâàíòîâ - âîçáóæäåííûå ÿäðà àòîìîâ
æåëåçà, ðàñïîëîæåííûõ â óçëàõ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè.
Êâàíòû ðåãèñòðèðîâàëèñü íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè ïîãëîùåíèåì
îáû÷íûìè àòîìàìè æåëåçà. Íî ÎÒÎ ïðåäñêàçûâàëà, ÷òî
ïàäàþùèå íà Çåìëþ ãàììà -êâàíòû äîëæíû èçìåíÿòü ñâîþ
÷àñòîòó (â äàííîì îïûòå ÷àñòîòà äîëæíà óâåëè÷èâàòüñÿ) è îíè
íå äîëæíû âîñïðèíèìàòüñÿ íîðìàëüíûìè àòîìàìè. Íåñìîòðÿ íà
íè÷òîæíî ìàëóþ âåëè÷èíó îòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû
(âñåãî íà 2,5.10
-15
),îïûò ïîäòâåðäèë ïðåäñêàçàíèå ÎÒÎ, ÿäðà
äåòåêòîðà íà Çåìëå íå âîñïðèíèìàëè ãàììà -êâàíòû.
§10. Ïàðàäîêñû ÎÒÎ
Êàê è â ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, â OTÎ
ïàðàäîêñû ïîçâîëÿþò íå òîëüêî îïðîâåðãíóòü ðàññóæäåíèÿ,
îñíîâàííûå íà òàê íàçûâàåìîì çäðàâîì ñìûñëå(îáûäåííîì,
æèòåéñêîì îïûòå), íî è äàòü ïðàâèëüíîå, íàó÷íîå îáúÿñíåíèå
ïàðàäîêñó, êîòîðûé, êàê ïðàâèëî, ÿâëÿåòñÿ ïðîÿâëåíèåì áîëåå
ãëóáîêîãî ïîíèìàíèÿ ïðèðîäû. È ýòî íîâîå ïîíèìàíèå äàåòñÿ
íîâîé òåîðèåé - ÎÒÎ.
Ïàðàäîêñ áëèçíåöîâ
Ïðè èçó÷åíèè ÑÒÎ óêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïàðàäîêñ áëèçíåöîâ
íå ìîæåò áûòü îáúÿñíåí â ðàìêàõ ýòîé òåîðèè. Íàïîìíèì ñóòü
ýòîãî ïàðàäîêñà. Îäèí èç áðàòüåâ - áëèçíåöîâ óëåòàåò íà
êîñìè÷åñêîì êîðàáëå è, ñîâåðøèâ ïóòåøåñòâèå, âîçâðàùàåòñÿ
íà Çåìëþ.  çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èí óñêîðåíèé, êîòîðûå
êîñìîíàâò áóäåò èñïûòûâàòü ïðè ñòàðòå, ðàçâîðîòå è ïîñàäêå,
åãî ÷àñû ìîãóò ñóùåñòâåííî îòñòàòü îò çåìíûõ ÷àñîâ. Âîçìîæåí
è òàêîé âàðèàíò, ÷òî îí íå íàéäåò íà Çåìëå íè ñâîåãî áðàòà, íè
äâóõ ïîëîæåíèé èñêóññòâåííîãî ñïóòíèêà, íà íåêîòîðîé âûñîòå                 åñòåñòâåííóþ øèðèíó. Ïîýòîìó ÿäðà êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè
Í è íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè (R - ðàäèóñ Çåìëè):                                ìîãóò ïîãëîòèòü ëèøü ýëåêòðîìàãíèòíûå êîëåáàíèÿ (ãàììà -
                                                                            êâàíòû) îïðåäåëåííîé ÷àñòîòû - ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû. Íà ýòîì
                           ϕ                       GM       
                 ω1 = ω 0 1 − R +2 H  = ω 0 1 + 2             (9.19)   ñâîéñòâå ýôôåêòà ̸ññáàóýðà îñíîâàí ìåòîä ïðîâåðêè
                              ñ                 ñ (R + H )             ðàññìàòðèâàåìîãî ïðåäñêàçàíèÿ ÎÒÎ. Äâà àìåðèêàíñêèõ ôèçèêà
è                                                                           Ïàóíä è Ðåáåêêà ïîñòàâèëè ñëåäóþùèé îïûò. Íà âûñîòå îêîëî
                                                                            20 ì ïîìåùàëñÿ èñòî÷íèê êâàíòîâ - âîçáóæäåííûå ÿäðà àòîìîâ
                             ϕ            GM 
                   ω 2 = ω0 1 − 2R  = ω0 1 + 2  .                       æåëåçà, ðàñïîëîæåííûõ â óçëàõ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè.
                               c            c R
                                                                            Êâàíòû ðåãèñòðèðîâàëèñü íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè ïîãëîùåíèåì
      Ñîcòàâëÿÿ ðàçíîñòü ïîñëåäíèõ âûðàæåíèé , ïîëó÷àåì:                    îáû÷íûìè àòîìàìè æåëåçà. Íî ÎÒÎ ïðåäñêàçûâàëà, ÷òî
                                        GMH  H                            “ïàäàþùèå” íà Çåìëþ ãàììà -êâàíòû äîëæíû èçìåíÿòü ñâîþ
                 ∆ω = ω2 − ω1 ≈ ω0            1 − .                       ÷àñòîòó (â äàííîì îïûòå ÷àñòîòà äîëæíà óâåëè÷èâàòüñÿ) è îíè
                                        c2R 2    R
                                                                            íå äîëæíû âîñïðèíèìàòüñÿ íîðìàëüíûìè àòîìàìè. Íåñìîòðÿ íà
            GM                                                              íè÷òîæíî ìàëóþ âåëè÷èíó îòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû
À òàê êàê      = g - óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ íà Çåìëå, òî
            R2                                                              (âñåãî íà 2,5.10-15),îïûò ïîäòâåðäèë ïðåäñêàçàíèå ÎÒÎ, ÿäðà
                                                                            äåòåêòîðà íà Çåìëå íå âîñïðèíèìàëè ãàììà -êâàíòû.
                  ∆ω gH    H
                    ≈ 2 1 − .                                    (9.20)
                  ω   c    R                                                                 §10. “Ïàðàäîêñû” ÎÒÎ
                                         ∆ω
      Òàê, äëÿ âûñîòû H=1500 êì             = 10−10 , òî ñ ïîìîùüþ òàê          Êàê è â ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, â OTÎ
                                         ω
                                                                            “ïàðàäîêñû” ïîçâîëÿþò íå òîëüêî îïðîâåðãíóòü ðàññóæäåíèÿ,
íàçûâàåìûõ ìîëåêóëÿðíûõ ãåíåðàòîðîâ èëè àòîìíûõ ÷àñîâ,
                                                                            îñíîâàííûå íà òàê íàçûâàåìîì “çäðàâîì ñìûñëå”(îáûäåííîì,
èìåþùèõ ïðåäåë ñòàáèëüíîñòè ÷àñòîòû ïîðÿäêà 10-10, óäàåòñÿ
                                                                            æèòåéñêîì îïûòå), íî è äàòü ïðàâèëüíîå, íàó÷íîå îáúÿñíåíèå
îáíàðóæèòü èçìåíåíèå ÷àñòîòû ðàäèîâîëí, èñïóùåííûõ ñ
                                                                            “ïàðàäîêñó”, êîòîðûé, êàê ïðàâèëî, ÿâëÿåòñÿ ïðîÿâëåíèåì áîëåå
èñêóññòâåííûõ ñïóòíèêîâ è ïðèíÿòûõ íà Çåìëå. Çàäà÷à
                                                                            ãëóáîêîãî ïîíèìàíèÿ ïðèðîäû. È ýòî íîâîå ïîíèìàíèå äàåòñÿ
óñëîæíÿåòñÿ èç-çà íàëîæåíèÿ ýôôåêòà Äîïëåðà, óïîìÿíóòîãî
                                                                            íîâîé òåîðèåé - ÎÒÎ.
âûøå. Ïîýòîìó íàáëþäàþò èçëó÷åíèå ïåðåäàò÷èêîâ ñïóòíèêà
òîãäà, êîãäà îí äâèãàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ìåäëåííî, ò.å. íàõîäèòñÿ
                                                                                                  “Ïàðàäîêñ áëèçíåöîâ”
âáëèçè ñâîåãî ïåðèãåëèÿ.
                                                                                 Ïðè èçó÷åíèè ÑÒÎ óêàçûâàåòñÿ, ÷òî “ïàðàäîêñ áëèçíåöîâ”
     60-õ ãîäàõ íà “âîîðóæåíèå” èññëåäîâàòåëåé ïîñòóïèë
                                                                            íå ìîæåò áûòü îáúÿñíåí â ðàìêàõ ýòîé òåîðèè. Íàïîìíèì ñóòü
òîëüêî ÷òî îáíàðóæåííûé ýôôåêò ̸ññáàóýðà, ñóòü êîòîðîãî
                                                                            ýòîãî “ïàðàäîêñà”. Îäèí èç áðàòüåâ - áëèçíåöîâ óëåòàåò íà
ñîñòîèò â òîì, ÷òî èñïóñêàíèå èëè ïîãëîùåíèå ãàììà -êâàíòîâ
                                                                            êîñìè÷åñêîì êîðàáëå è, ñîâåðøèâ ïóòåøåñòâèå, âîçâðàùàåòñÿ
àòîìíûìè ÿäðàìè ñèëüíî âçàèìîäåéñòâóþùèõ ÷àñòèö
                                                                            íà Çåìëþ.  çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èí óñêîðåíèé, êîòîðûå
êðèñòàëëè÷åñêîãî òâåðäîãî òåëà ïðàêòè÷åñêè íå ñîïðîâîæäàåòñÿ
                                                                            êîñìîíàâò áóäåò èñïûòûâàòü ïðè ñòàðòå, ðàçâîðîòå è ïîñàäêå,
ïîòåðåé ýíåðãèè è êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ íà îòäà÷ó, â ðåçóëüòàòå
                                                                            åãî ÷àñû ìîãóò ñóùåñòâåííî îòñòàòü îò çåìíûõ ÷àñîâ. Âîçìîæåí
÷åãî ñïåêòðàëüíûå ëèíèè èìåþò ÷ðåçâû÷àéíî ìàëóþ
                                                                            è òàêîé âàðèàíò, ÷òî îí íå íàéäåò íà Çåìëå íè ñâîåãî áðàòà, íè

218                                                                                                                                    219