Relativitatea generalaConfirmarea deplasării gravitaţionale spre roşu a fost primul experiment de verificare a gravitaţiei pe care l-a propus Einstein. Adesea se face referire la acesta ca fiind unul dintre cele „trei teste clasice” ale relativităţii generale. Detalii, în cele ce urmează.

 

 

 

Relativitatea. Principiul echivalenţei (4)

Oricum, existenţa efectului gravitaţional de deplasare spre roşu rezultă din principiul echivalenţei în sine, aşa încât nu este o verificare propriu-zisă a relativităţii generale şi mai corect este catalogat la verificările fundamentale (unii au numit-o „jumătate de test” din cele „două şi jumătate teste clasice” ale lui Einstein pentru relativitatea generală). Un ceas în câmp gravitaţional, conform principiului echivalenţei, este imposibil de distins de unul identic, aflat într-un sistem de referinţă accelerat. Deplasarea spre roşu gravitaţională este astfel echivalentă cu o deplasare Doppler între două sisteme accelerate. Prima măsurătoare exactă a acestui efect a fost făcută de R.V. Pound, G.A. Rebka şi J.L. Snider în anii 1960, folosind schimbarea de frecvenţă dintre două ceasuri atomice care se mişcă în sus şi jos în turnul Jefferson al Universităţii Harvard. Ei au apelat la un fenomen sensibil, numit efectul Mössbauer, pentru a măsura această deplasare cu o precizie de aproximativ 1%.

Minutul 3:44: Fizicianul Kip Thorne descrie experimentul Gravity Probe A


O precizie similară a fost atinsă de experimentele care compară ceasurile de pe Pământ cu cele spaţiale, cum ar fi Voyager (în câmpul gravitaţional al planetei Saturn) sau Galileo (în câmpul Soarelui). Alte experimente s-au referit la deplasarea liniilor spectrale în câmpul gravitaţional al Soarelui, o încercare care a fost confundată mulţi ani cu efectele de diminuare a intensităţii luminoase în imaginea Soarelui de la centru spre periferia astrului (eng. limb effect). Liniile triplet ale oxigenului a permis în cele din urmă o detectare de 2% de către James LoPresto şi alţii în 1991. Un alt test compară ceasurile terestre cu extrem de stabilele "ceasuri" astronomice, cunoscute ca pulsari; aceştia ating o precizie în jur de 10%. Cel mai precis test gravitaţional al deplasării spre roşu a fost realizat de Robert Vessot şi Levine Martin în 1976 şi este cunoscut sub numele de Sonda Gravitaţională A (Gravity Probe A). În acest experiment s-a comparat un ceas cu maser pe bază de hidrogen de pe Pământ cu unul identic ridicat pe orbită la aproximativ 10.000 km şi au fost confirmate aşteptările teoretice cu o precizie de 0,02%.

Este interesant de notat că Sistemul Global de Poziţionare (GPS), cu toate că nu a fost destinat şi nici nu este utilizat pentru verificarea relativităţii generale, poate fi folosit în mod eficient pentru confirmarea efectului gravitaţional de deplasare spre roşu. Pentru a atinge precizia specifică navigaţiei civile, de aproximativ 15 m, sateliţii GPS trebuie să-şi coordoneze semnalele lor de timp cu o precizie de aproximativ 50 de nanosecunde, o precizie de aproape 1.000 de ori mai mică decât dimensiunea efectului deplasării spre roşu (aproape 40 microsecunde la altitudinea de operare de 20.000 km). Dacă nu s-ar lua în considerare teoria lui Einstein, aparatele de navigare GPS din carlinga avioanelor ar putea greşi cu kilometri, într-o singură zi!

 

Vessot si Levine
Robert Vessot şi Martin Levine alături de Gravity Probe A.


Deplasarea periheliului planetei Mercur (6)

Traducere după Testing Einstein's, cu acordul autorului.
Traducerea: Mircea Ştefan Moldovan