Гравитацийн улаан шилжилт

Том одноос эсвэл бөөгнөрсөн олон одноос гарсан гэрлийг тэдгээрээс хол газар зэлүүд сансарт бүртгэж авахад давтамж нь багассан байх үзэгдлийг гравитацийн улаан шилжилт гэдэг. Сансарт үүссэн гэрлийг том гаригийн гадаргуугийн ойролцоо бүртгэж авбал дээрхийн эсрэгээр, «хөх шилжилт» ажиглагдана. Ийм үзэгдэл байх ёстой гэдгийг Эйнштейн 1911 онд урьдчилан хэлсэн ба түүний аргумент маш энгийн.

Нэг гаригийн эсвэл одны гадаргын ойролцоо m масстай бөөм тайван байж байгаад доошоо h өндөрт унасан гэвэл нийт энерги нь

E = m + mgh = m(1 + gh)

болно (c=1). Хэрэв энэ бөөм ямар нэг процессын улмаас фотон болж хувираад, тэр фотон дээшээ h өндөрт буцаж гарсан гэвэл уг фотоны энерги 1+gh дахин багасах ёстой. Хэрэв гравитац фотонд нөлөө үзүүлдэггүй байсан бол уг фотоныг бөөм болгоод доош нь унагах гэх мэтчилэн давтаж мөнхийн хөдөлгүүр хийж болох байсан. Тэгэхээр энэ энергийн зөрүү давтамжийн зөрүүд харгалзах ёстой:

Бүртгэгдэх давтамж = (үүсэх үеийн давтамж) / (1+gh) ,

өөрөөр хэлбэл

долгионы уртын харьцангуй өөрчлөлт = гравитацийн потенциалийн зөрүү.

Энэ томъёог шалгах гэж 1925 оноос хойш олон туршилт хийгдсэн боловч үр дүн нь маргаантай байсан бөгөөд 1960-аад онд хийгдсэн Паунд, Ребка, Снайдер нарын туршилтыг анхны найдвартай туршилт гэж үздэг. Уг туршилтыг яаж хийснийг тайлбарлах гэж оролдъё. Тэд төмрийн өдөөгдсөн изотоп-57 цөмүүдийг төрүүлдэг цацраг идэвхт бодисоор чанга яригчийн гадаргууг будаад газраас 22.5 метр өндөрт байшингийн дээвэр дээр байрлуулж, чанх доор нь уг байшингийн подвал дотор төмрийн изотоп-57 цөмүүдтэй сав, түүний доор фотоны тоолуур тавьж. Дээд талын өдөөгдсөн цөмүүдээс тодорхой давтамжтай гамма цацраг гарах ба энэ цацрагийн давтамж өөрчлөгдөлгүй доод талын саванд ирвэл тэнд байгаа цөмүүдэд шингээгдэнэ. Уг цацрагийн давтамж өчүүхэн төдий л өөрчлөгдсөн бол саванд шингээгдэлгүй нэвт гараад доор нь байгаа тоолуур дээр ирж бүртгэгдэнэ. Тэгэхээр дэлхийн гравитацийн орноос болоод уг цацрагийн давтамж өөрчлөгдөж байгаа бол доошоо ирсэн бүх фотон савыг нэвт гарна гэсэн үг.

Одоо туршилтаа илүү сайжруулахын тулд дээд талд байгаа чанга яригчийг тодорхой давтамжтай хэлбэлзүүлнэ. Энэ үед гамма цацрагийн үүсгүүр дээшээ доошоо янз бүрийн хурдтай үелсэн хөдөлгөөн хийх учир Доплер эффектийн улмаас доор ирж байгаа гамма цацрагийн давтамж бас үелэх маягаар өөрчлөгдөнө. Доплер эффект нь гравитацийн хөх шилжилтийг яг арилгахаар эсрэг үйлчлэлтэй таарах үед доор байгаа саванд их фотон шингээгдэнэ гэсэн үг. Тэгэхээр тоолуур дээр бүртгэгдэж байгаа фотоны тоо багасна. Энэ бүх хэмжилтүүдээс тоон үр дүн гаргаж болох бөгөөд эцсийн дүндээ тэдний туршилт гравитацийн шилжилтийн томъёог 1% нарийвчлалтай баталсан байна.

Роберт Паунд дээд давхраас холбогдож буй нь

Гленн Ребка байшингийн подвалд туршилтийн аппаратыг тохируулж буй нь

Дашрамд дурдахад цөмөөс гамма цацраг гарахдаа уг цөмийг арагш нь тийрснээс болж давтамж нь бас өөрчлөгдөнө. Энэ өөрчлөлт хэт их бол Доплер эффектээр арилгахад хэцүү. Паунд, Ребка нарын туршилтаас жил хүрэхтэй үгүйтэйн өмнө зарим үед гамма цацрагийн тийрэлтийг зөвхөн нэг цөм биш, кристалл дотор байгаа бүх цөм «бөөндөө» хүлээж авдгийг Рудольф Мёссбауэр нээсэн байсан бөгөөд үүнийг нь тэд туршилтандаа ашигласан юм байна. Кристалл дотор байгаа бүх цөмийн нийт масс асар их учир ганц фотоны тийрэлт «юу ч биш». Тэгэхээр гарч байгаа гамма фотоны давтамж бараг өөрчлөгдөхгүй гэсэн үг.

Сүүлд 1976 онд хийгдсэн Gravity Probe A сансрын туршилтаар дээрх нарийвчлалийг 0.01% хүртэл сайжруулсан нь одоогоор бидэнд байгаа хамгийн нарийн үр дүн юм. Ойрын ирээдүйд Олон Улсын Сансрын Станц дээр энэ нарийвчлалыг 50 дахин сайжруулах туршилт төлөвлөгдөөд байна.

 

Сурталчилгаа
This entry was posted in Таталцал, Физик, Харьцангуйн онол, Элдэв зүйлс and tagged , . Bookmark the permalink.

Хариу Үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Та WordPress.com гэсэн бүртгэлээрээ сэтгэгдэл бичиж байна. Гарах /  Өөрчлөх )

Google+ photo

Та Google+ гэсэн бүртгэлээрээ сэтгэгдэл бичиж байна. Гарах /  Өөрчлөх )

Twitter picture

Та Twitter гэсэн бүртгэлээрээ сэтгэгдэл бичиж байна. Гарах /  Өөрчлөх )

Facebook photo

Та Facebook гэсэн бүртгэлээрээ сэтгэгдэл бичиж байна. Гарах /  Өөрчлөх )

Connecting to %s