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NASA la sonda Gravity Probe B confirma dos teorías de Einstein del espacio-tiempo 2
En el marco de la analogía gravito-electromagnética, el efecto geodésico surge en parte como una interacción spin-órbita entre el giro del cuerpo de prueba (el giroscopio en el caso de la GP-B) y la "masa actual" del cuerpo central (la tierra). Este es el análogo exacto de la precesión de Thomas en el electromagnetismo, donde el electrón experimenta un campo magnético inducido (en su marco en reposo), debido al movimiento aparente del núcleo. En el caso gravitomagnético, que orbita el giroscopio se siente la tierra masiva zumbando a su alrededor (en su marco en reposo) y experimenta un par inducido gravitomagnético, causando su vector de selección para movimiento de precesión. Esto explica la interacción spin-órbita de un tercio de la precesión geodésica total, los otros dos tercios se presentan debido a la curvatura del espacio solo y no puede interpretarse gravito-electromagnéticamente. Pueden, sin embargo, ser entendido geométricamente. Modelo plano del espacio como una hoja de 2 dimensiones, como se muestra en el siguiente diagrama (izquierda).
Precesión geodésica y la "pulgadas perdidas "
Un giroscopio de rotación del vector (flecha) puntos en ángulo recto con el plano de la propuesta, y su dirección se mantiene constante a medida que el giroscopio completa una órbita circular. Si, sin embargo, doblar el espacio en un cono para simular el efecto de la presencia de la tierra masiva (a la derecha), entonces hay que extirpar parte del área del círculo (la sombra) y el vector del giroscopio giro sin líneas ya con la propia después de hacer un circuito completo (flechas verdes y rojas). La diferencia entre estas dos direcciones (por órbita) hace que los otros dos tercios del efecto geodésico. En el caso de la Sonda Gravity Probe B, esto es a veces referido como la "falta pulgadas" argumento porque la curvatura del espacio se acorta la circunferencia de la trayectoria orbital de la nave alrededor de la tierra en un 1,1 pulgadas. En órbita polar a una altitud de 642 km, el efecto total geodésica (que comprende tanto el spin-órbita y los efectos de la curvatura) provoca una precesión en la dirección norte-sur de 6606 milliarcsec / año - un ángulo tan pequeño que es comparable a la del tamaño promedio angular del planeta Mercurio visto desde la Tierra.
Detección experimental (o de no ser detectados) del efecto geodésico pondrá límites nuevos e independientes de las teorías alternativas de la gravedad se conoce como "teorías de métrica" (en términos generales, las teorías de que el respeto del principio de equivalencia de Einstein). Estas teorías se caracterizan por la Eddington o Parametrizados post-newtoniano (PPN) los parámetros β y γ, que son iguales a uno en la relatividad general. El efecto geodésico es proporcional a (1 +2 γ) / 3, por lo que una confirmación de la predicción de Einstein en el nivel de 0,01% se traduciría en la restricción comparables sobre γ - más estrictas que aún en las más reciente prueba de Shapiro de retraso de tiempo sobre la base de los datos de la Cassini. La sonda Gravity Probe B de la precesión observaciones geodésicas también podría imponer nuevas restricciones a las otras "generalizaciones de la relatividad general", como el escalar-tensor de teorías Salvados por primera vez por Carl y Robert Dicke en 1961 (véase Kamal Nandi et al, 2001). Otra clase de tales teorías incorpora torsión en la teoría de Einstein; ejemplos han sido propuestas por Kenji Hayashi y Takeshi Shirafuji (1979), Leopoldo Halpern (1984) y Yi Mao et al. (2006). Otra se basa en la ampliación de la teoría a las dimensiones superiores, las limitaciones de esas teorías derivadas del efecto geodésico han sido discutidos por Dimitri Kalligás et al. (1995) y Liu Hongya Overduin y James (2000). El tipo más reciente de generalización implica violaciónes de la invariancia de Lorentz, las bases conceptuales de la relatividad especial, las implicaciones de esas teorías de la Sonda Gravity Probe B ha sido elaborado por Quentin Bailey y Alan Kostelecky (2006).
Efecto de arrastre de marcos
Un giroscopio de rotación del vector (flecha) puntos en ángulo recto con el plano de la propuesta, y su dirección se mantiene constante a medida que el giroscopio completa una órbita circular. Si, sin embargo, doblar el espacio en un cono para simular el efecto de la presencia de la tierra masiva (a la derecha), entonces hay que extirpar parte del área del círculo (la sombra) y el vector del giroscopio giro sin líneas ya con la propia después de hacer un circuito completo (flechas verdes y rojas). La diferencia entre estas dos direcciones (por órbita) hace que los otros dos tercios del efecto geodésico. En el caso de la Sonda Gravity Probe B, esto es a veces referido como la "falta pulgadas" argumento porque la curvatura del espacio se acorta la circunferencia de la trayectoria orbital de la nave alrededor de la tierra en un 1,1 pulgadas. En órbita polar a una altitud de 642 km, el efecto total geodésica (que comprende tanto el spin-órbita y los efectos de la curvatura) provoca una precesión en la dirección norte-sur de 6606 milliarcsec / año - un ángulo tan pequeño que es comparable a la del tamaño promedio angular del planeta Mercurio visto desde la Tierra.
Detección experimental (o de no ser detectados) del efecto geodésico pondrá límites nuevos e independientes de las teorías alternativas de la gravedad se conoce como "teorías de métrica" (en términos generales, las teorías de que el respeto del principio de equivalencia de Einstein). Estas teorías se caracterizan por la Eddington o Parametrizados post-newtoniano (PPN) los parámetros β y γ, que son iguales a uno en la relatividad general. El efecto geodésico es proporcional a (1 +2 γ) / 3, por lo que una confirmación de la predicción de Einstein en el nivel de 0,01% se traduciría en la restricción comparables sobre γ - más estrictas que aún en las más reciente prueba de Shapiro de retraso de tiempo sobre la base de los datos de la Cassini. La sonda Gravity Probe B de la precesión observaciones geodésicas también podría imponer nuevas restricciones a las otras "generalizaciones de la relatividad general", como el escalar-tensor de teorías Salvados por primera vez por Carl y Robert Dicke en 1961 (véase Kamal Nandi et al, 2001). Otra clase de tales teorías incorpora torsión en la teoría de Einstein; ejemplos han sido propuestas por Kenji Hayashi y Takeshi Shirafuji (1979), Leopoldo Halpern (1984) y Yi Mao et al. (2006). Otra se basa en la ampliación de la teoría a las dimensiones superiores, las limitaciones de esas teorías derivadas del efecto geodésico han sido discutidos por Dimitri Kalligás et al. (1995) y Liu Hongya Overduin y James (2000). El tipo más reciente de generalización implica violaciónes de la invariancia de Lorentz, las bases conceptuales de la relatividad especial, las implicaciones de esas teorías de la Sonda Gravity Probe B ha sido elaborado por Quentin Bailey y Alan Kostelecky (2006).
Efecto de arrastre de marcos
El efecto de arrastre de marcos, la séptima prueba de la relatividad general y la segunda para involucrar a la vuelta del cuerpo de prueba, revela más claramente el aspecto machista de la teoría de Einstein. De hecho, es curioso que Einstein no funcionó este efecto el mismo, habida cuenta de que había obtenido explícita torsión por arrastre efectos en todos sus intentos anteriores de las teorías de campos gravitacionales, y que él todavía considera el principio de Mach como el pilar filosófico de la relatividad general en el año 1918. Cualquiera sea la razón, no fue hasta ese año que la fórmula de arrastre de marcos generales relativista se derivó de Hans Thirring (1888-1976) y Josef Lense (1890-1985), de quien es ahora el efecto general nombrado. En un giro irónico, Thirring no tenía intención de hacer cálculos en absoluto, que había querido construir un experimento de torsión por arrastre (una versión cilíndrica del experimento volante Föppl) y sólo se conformó con el trabajo teórico después de que él no pudo obtener la financiación precisa (ver la contribución de Herbert Pfister al Principio de Mach: Del Cubo de Newton a la gravedad cuántica, 1995).
Resultado inicial Thirring describió el campo gravitatorio dentro de un cilindro giratorio, su segundo cálculo (con Lente) que participan el campo fuera de una esfera que gira lentamente sólida y constituye la base para las pruebas experimentales, como la Sonda Gravity Probe B. Ambos resultados son "machista"en el sentido que el sistema de referencia inercial de una partícula de prueba está fuertemente influenciada por las propiedades de la masa más grande (el cilindro o esfera). Esto es completamente diferente a la dinámica de Newton, que la inercia de una partícula de prueba se define sólo por su movimiento con respecto al "espacio absoluto" y no se ve afectado por la distribución de la materia. De hecho, con los parámetros adecuados, es posible que una gran masa en la relatividad general por completo "pantalla" la geometría de fondo, de modo que una partícula de prueba se siente sólo el marco de referencia definido por esa masa. Este fenómeno se conoce como "total " o "arrastrando perfecta" de los sistemas inerciales (más sobre esto más adelante).
Por torsión de arrastre en Situaciones Realistas experimental no es tan Casi Fuerte y El Máximo ingenio TIENE Que los servicios ejercido para el párrafo detectarlo en Absoluto. Analizado en Términos de la Analogía gravito-Electromagnética, El Efecto sí Agregar una nueva Notificación al estilo de Interacción spin-spin Entre El giroscopio y la Rotación de la masa central, y es perfectamente analoga al estilo de Interacción dipolo Magnético de las Naciones Unidas μ Con Un Campo Magnético B (la la base de la Energía nuclear Imágenes Por Resonancia Magnética o IRM). Asi Como un par de Actos μ × B En El Caso Magnético, Por Lo Que giran sin Con giroscopio s experimentación sin par proporcional como × H En El Caso gravitacional. Para la Sonda Gravity Probe B, en Órbita polar de 642 kilometros Por Encima de la tierra, Este par hace Que El Eje de giro del giroscopio de precesión en la Dirección Este-Oeste, Una mera Por 39 milliarcsec / año - Ángulo de las Naciones Unidas tan Pequeño Que es Equivalente al estilo de anchura angular de Promedio del Planeta enano Plutón COMO SE VE DESDE la tierra.
Génesis de la GP-B
Como los cálculos de de Sitter, Schouten y Fokker se hicieron más conocidos, especialmente a través de los libros de texto del influyente Arthur Eddington La Teoría Matemática de la Relatividad (1923), los experimentadores comenzaron a interesarse. P.M.S. Blackett (1897-1974) considerando y buscando el efecto de Sitter con un giroscopio de laboratorio en la década de 1930, pero llegó a la conclusión (con razón) que la tarea era inútil con la tecnología existente. Para ver lo que hace que el problema se tan difícil, tenga en cuenta el giroscopio del rotor que se muestra a continuación. El efecto de Sitter y torsión por arrastre alrededor de la Tierra son de orden ~ 10 milliarcsec / año, por lo que para medir cualquiera de ellos con 1% de precisión, requiere que todas las procesiones no modeladas en este rotor (conocido técnicamente como el "índice de deriva")deba añadir hasta menos de 0,1 milliarcsec / año, o 10 a 18 rad / s.
Por torsión de arrastre en Situaciones Realistas experimental no es tan Casi Fuerte y El Máximo ingenio TIENE Que los servicios ejercido para el párrafo detectarlo en Absoluto. Analizado en Términos de la Analogía gravito-Electromagnética, El Efecto sí Agregar una nueva Notificación al estilo de Interacción spin-spin Entre El giroscopio y la Rotación de la masa central, y es perfectamente analoga al estilo de Interacción dipolo Magnético de las Naciones Unidas μ Con Un Campo Magnético B (la la base de la Energía nuclear Imágenes Por Resonancia Magnética o IRM). Asi Como un par de Actos μ × B En El Caso Magnético, Por Lo Que giran sin Con giroscopio s experimentación sin par proporcional como × H En El Caso gravitacional. Para la Sonda Gravity Probe B, en Órbita polar de 642 kilometros Por Encima de la tierra, Este par hace Que El Eje de giro del giroscopio de precesión en la Dirección Este-Oeste, Una mera Por 39 milliarcsec / año - Ángulo de las Naciones Unidas tan Pequeño Que es Equivalente al estilo de anchura angular de Promedio del Planeta enano Plutón COMO SE VE DESDE la tierra.
Génesis de la GP-B
Como los cálculos de de Sitter, Schouten y Fokker se hicieron más conocidos, especialmente a través de los libros de texto del influyente Arthur Eddington La Teoría Matemática de la Relatividad (1923), los experimentadores comenzaron a interesarse. P.M.S. Blackett (1897-1974) considerando y buscando el efecto de Sitter con un giroscopio de laboratorio en la década de 1930, pero llegó a la conclusión (con razón) que la tarea era inútil con la tecnología existente. Para ver lo que hace que el problema se tan difícil, tenga en cuenta el giroscopio del rotor que se muestra a continuación. El efecto de Sitter y torsión por arrastre alrededor de la Tierra son de orden ~ 10 milliarcsec / año, por lo que para medir cualquiera de ellos con 1% de precisión, requiere que todas las procesiones no modeladas en este rotor (conocido técnicamente como el "índice de deriva")deba añadir hasta menos de 0,1 milliarcsec / año, o 10 a 18 rad / s.
¿Qué significa este requisito para nuestro giroscopio? Ω precesión está relacionado con τ par de Ω = τ / (Iω) donde = (2.5) mr2 es el momento de inercia y ω = v / r es la velocidad angular. Inhomogeneidades de tamaño DELTA.R producir pares de τ para maδr = donde a es la aceleración tangencial. La combinación de estas expresiones da una velocidad de deriva de Ω = (2.5) (a / v) (DELTA.R / r). Suponiendo una velocidad de centrifugado de v ~ 1000 cm / s, y aceleraciones comparables a las de la superficie de la tierra (un g ~), el rotor debe ser homogéneo dentro (DELTA.R / r) <10-17 para alcanzar una velocidad de deriva menos de 10.18 rad / s. Homogeneidades Tales son totalmente inalcanzables en la tierra. En el espacio, sin embargo, es posible - sólo es posible, con una gran cantidad de trabajo - para suprimir las aceleraciones no deseadas en un organismo de control hasta en once órdenes de magnitud, a un ~ 10-11g. Si esto se puede hacer, entonces el giro del rotor sólo necesitan ser homogénea a una parte en 106, en lugar de 1017 - un nivel que se puede lograr, con gran esfuerzo, utilizando los mejores materiales en la tierra ..
Consideraciones de este tipo han llevado a dos personas para tener una nueva mirada a las pruebas giroscópicas de la relatividad general poco después del amanecer de la era espacial. George E. Pugh y Leonard I. Schiff (1915-1971) golpeó de forma independiente en las ideas clave en cuestión de meses el uno del otro. Pugh fue estimulada por una conferencia pronunciada por Huseyin Yilmaz donde propone una prueba de satélite para distinguir su teoría alternativa de la gravedad de Einstein, mientras que Schiff fue inspirado probablemente por lo menos en parte por un anuncio de un nuevo giroscopio "criogénicos ... con la posibilidad de que excepcionalmente de bajas tasas de deriva "en la revista Physics Today (véase la contribución de Francis Everitt para próximas a cero: Nuevas Fronteras de la Física, 1988). Papel Pugh, publicado en un memorándum del Pentágono en noviembre de 1959, es ahora reconocido como el nacimiento del concepto de movimiento de arrastrar libre. Este es un elemento crítico de la misión de la sonda Gravity Probe B, por lo que puede ser cualquiera de los giroscopios aislados del resto del experimento y protegido de todas las fuerzas no inerciales, y el resto de la nave espacial se hace entonces a "perseguir" la referencia giro por medio de helio boiloff ventilado a través de un enchufe revolucionaria porosa y propulsores diseñados especialmente. De esta manera no modeladas aceleraciones en todos los giroscopios, tales como las derivadas de los efectos de la presión de la radiación solar y la fricción atmosférica en la nave espacial, se puede reducir de un ~ 10 8g por debajo de 10-11g según sea necesario.
Consideraciones de este tipo han llevado a dos personas para tener una nueva mirada a las pruebas giroscópicas de la relatividad general poco después del amanecer de la era espacial. George E. Pugh y Leonard I. Schiff (1915-1971) golpeó de forma independiente en las ideas clave en cuestión de meses el uno del otro. Pugh fue estimulada por una conferencia pronunciada por Huseyin Yilmaz donde propone una prueba de satélite para distinguir su teoría alternativa de la gravedad de Einstein, mientras que Schiff fue inspirado probablemente por lo menos en parte por un anuncio de un nuevo giroscopio "criogénicos ... con la posibilidad de que excepcionalmente de bajas tasas de deriva "en la revista Physics Today (véase la contribución de Francis Everitt para próximas a cero: Nuevas Fronteras de la Física, 1988). Papel Pugh, publicado en un memorándum del Pentágono en noviembre de 1959, es ahora reconocido como el nacimiento del concepto de movimiento de arrastrar libre. Este es un elemento crítico de la misión de la sonda Gravity Probe B, por lo que puede ser cualquiera de los giroscopios aislados del resto del experimento y protegido de todas las fuerzas no inerciales, y el resto de la nave espacial se hace entonces a "perseguir" la referencia giro por medio de helio boiloff ventilado a través de un enchufe revolucionaria porosa y propulsores diseñados especialmente. De esta manera no modeladas aceleraciones en todos los giroscopios, tales como las derivadas de los efectos de la presión de la radiación solar y la fricción atmosférica en la nave espacial, se puede reducir de un ~ 10 8g por debajo de 10-11g según sea necesario.
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| Blackett |
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| Pugh in 2007 |
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| Schiff - 1970 |
El sistema de control de arrastrar libre es sólo una de las innovaciones que hizo la sonda Gravity Probe B posible. El experimento depende de la vigilancia de la precesión de los giroscopios casi perfecta en relación con una dirección de referencia fija, tales como la línea de visión a una estrella de guía a distancia. Pero, ¿cómo puede uno encontrar el eje de rotación de una perfectamente esférica, giroscopios perfectamente homogéneos suspendido en el vacío? Este es el "problema de la lectura", otro problema, estrechamente relacionado es la forma de girar como un giroscopio en el primer lugar. Varias posibilidades fueron consideradas en los primeros días, hasta 1962, cuando Francis Everitt y William Fairbank tuvo la idea de explotar lo que hasta entonces había sido una fuente pequeña, pero molesta de torsión no deseada en los giroscopios de levitación magnética. Superconductores de Spinning desarrollan un momento magnético, conocido como el momento en Londres, que es proporcional a la velocidad de centrifugado y siempre alineado con el eje de rotación. Si los rotores de levitación magnética en lugar de electricidad, este efecto pequeño podría ser utilizado para decirle donde está su eje de giro se señaló. (la medición sería, por supuesto, requieren blindaje magnético órdenes de magnitud más allá de lo disponible en 1962, otra historia en sí misma.) Así nació la lectura del momento en Londres, que en su encarnación moderna utiliza SQUID (dispositivos superconductores de interferencia cuántica ) como magnetómetros. Tan sensibles son estos dispositivos que registrar un cambio de giro del eje de dirección de una milliarcsec en cinco horas de tiempo de integración.
Traducción: El Quelonio Volador
http://www.elqueloniovolador.com.ar/search/label/Probe%20B
Traducción: El Quelonio Volador
http://www.elqueloniovolador.com.ar/search/label/Probe%20B
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