Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Naukowcy z NIST potwierdzili podstawowe założenie Einsteina
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Chociaż ogólna teoria względności Einsteina liczy już ponad 100 lat, nadal zawiera wiele dotychczas nieopisanych zjawisk. Naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki UPWr wraz z przedstawicielami Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) opublikowali artykuł, który opisuje w sposób kompleksowy, co dzieje się ze sztucznymi satelitami krążącymi wokół Ziemi i jak ogólna teoria względności wpływa na orbity i ruch satelitów. Podczas opisu ruchu udało się odkryć kilka dość nieoczekiwanych efektów i przewidywań, które nigdy wcześniej nie zostały opisane w literaturze.
Wyniki prac, prof. Krzysztof Sośnica przedstawił w październiku 2020 r. oraz w marcu 2021 r. na spotkaniu Naukowego Komitetu Doradczego Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA GNSS Science Advisory Committee, GSAC) w ramach specjalnych referatów zaproszonych, które wywołały burzliwą dyskusję, a teraz zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym.
Ogólna teoria względności
Z ogólnej teorii względności wynika szereg efektów, które nie mogły być opisane z wykorzystaniem zasad mechaniki klasycznej. Efekty dotyczą m.in. pojęcia czasu, krzywizny drogi, po jakiej porusza się światło oraz ruchu ciał niebieskich. Naukowcy z IGIG UPWr oraz ESA wzięli pod lupę efekty dotyczące ruchu sztucznych satelitów Ziemi.
Pierwszy efekt dotyczący zmiany pozycji perygeum Merkurego względem Słońca, wyprowadził już Albert Einstein. Był to jeden z dowodów, który pozwolił na powszechną akceptację ogólnej teorii względności w środowisku naukowym. Wcześniej niektórzy podejrzewali, że dziwny ruch Merkurego wynika z obecności dodatkowej planety pomiędzy Merkurym a Słońcem, której nadano nazwę Wulkan. Ta hipotetyczna planeta wyjaśniała zmianę pozycji perygeum Merkurego, ale nigdy nie została odkryta. Dopiero Einstein zdołał wyjaśnić zaburzenia w ruchu planet za pośrednictwem nowej teorii opisującej relacje pomiędzy czasem, przestrzenią, grawitacją i materią w sposób kompleksowy.
Natomiast wiele innych efektów, działających na pozostałe parametry orbit dotychczas nie zostało opisanych w literaturze. Publikacja naukowców z UPWr i ESA wypełnia tę lukę i przedstawia opis perturbacji parametrów orbit oraz zmianę okresu obiegu satelitów krążących wokół Ziemi. Naukowcy wyprowadzili efekty w sposób analityczny oraz przeprowadzili symulacje potwierdzające prawidłowość swoich przewidywań.
Ruch sztucznych satelitów w teorii względności
Teoria względności pozwala wydzielić trzy główne efekty działające na ruch satelitów:
1. Efekt Schwarzschilda będący konsekwencją ugięcia czasoprzestrzeni przez masę Ziemi (traktowaną jako regularną kulę),
2. Efekt Lensa-Thirringa będący konsekwencją obrotu Ziemi wokół własnej osi, co generuje powstawanie tzw. wirów czasoprzestrzennych, które pociągają za sobą satelity,
3. Efekt de Sittera zwany również precesją geodezyjną będący konsekwencją zakrzywienia czasoprzestrzeni przez Słońce oraz poruszania się satelitów Ziemi poruszającej się wokół Słońca – jest zatem konsekwencją złożenia dwóch ruchów.
W artykule opisano jak wszystkie trzy efekty wpływają na rozmiar i kształt orbit oraz na orientację płaszczyzny orbity względem przestrzeni zewnętrznej.
Jakie efekty relatywistyczne udało się opisać po raz pierwszy?
Pierwszym efektem, który dotychczas nie był opisany w literaturze, jest zmiana wielkości orbit sztucznych satelitów Ziemi za sprawą zakrzywienia czasoprzestrzeni przez Ziemię.
Odkryto, że dłuższa półoś orbity wszystkich ziemskich satelitów zmniejsza się o 17,7 mm. Naukowców zaskoczyło to, że wartość ta jest stała niezależnie od tego, na jakiej wysokości orbituje satelita. Czy to satelita niski orbitujący na wysokości 300 km, czy satelita geostacjonarny znajdujący się na wysokości 36 000 km zmiana wynosi tyle samo. Dodatkowym zaskoczeniem była sama wartość zmiany dłuższej półosi orbity, gdyż jest ona dokładnie dwukrotnością promienia Schwarzschilda, czyli promienia czarnej dziury o masie Ziemi.
Gdyby udało się ścisnąć całą masę Ziemi do kuli o promieniu 8,9 mm, wówczas Ziemia stałaby się czarną dziurą. Nic, nawet światło nie mogłoby się z niej wydostać. Promień czarnej dziury nazywa się promieniem Schwarzschilda lub horyzontem zdarzeń, zza którego żadna informacja nie może się wydostać.
Naukowcy odkryli, że zmiana dużej półosi wszystkich satelitów Ziemi wynosi dokładnie dwa razy więcej niż promień Schwarzschilda. Nawet, gdyby Ziemia zapadła się i stałaby się czarną dziurą, to efekt działający na wszystkie satelity Ziemi wynosiłbym -17,7 mm; nieważne, czy satelity krążyłyby wysoko czy nisko nad czarną dziurą. Autorzy artykułu wyprowadzili wzór na zmianę orbity, która jest opisywana prostym, uniwersalnym dla wszystkich ciał niebieskich, równaniem: -4GM/c^2, gdzie G jest stałą grawitacji, M - masą ciała niebieskiego (np. Ziemi), a c - prędkością światła w próżni.
Drugim efektem opisanym po raz pierwszy w pracy naukowców jest efekt zmiany kształtu orbit sztucznych satelitów. Naukowcy dowiedli, że ogólna teoria względności zmienia kształt orbit w ten sam sposób w przypadku orbit eliptycznych i kołowych. Wszystkie orbity ulegają spłaszczeniu, można powiedzieć "eliptyzacji", w podobny sposób. Jest to dość zaskakujące, gdyż logika wskazywałaby na to, że efekt zmiany kształtu powinien być większy dla orbit eliptycznych, natomiast dla orbit kołowych powinien być zaniedbywalny.
Trzecim niespodziewanym efektem było to, że wartość tzn. precesji geodezyjnej silnie zależy od kąta nachylenia Słońca względem płaszczyzny orbity satelity. Naukowcy wykazali, że efekt precesji geodezyjnej jest największy dla satelitów geostacjonarnych krążących nad równikiem. Wcześniej nikt nie zwrócił na to uwagi, gdyż brano pod uwagę jedynie efekt średni, a nie rzeczywisty wynikający z geometrii satelita-Ziemia-Słońce. Naukowcy NASA zaprojektowali misję Gravity Probe B, której celem było potwierdzenie efektu precesji geodezyjnej. Misja posiadała kąt nachylenia względem płaszczyzny równika 90 stopni. Gravity Probe B kosztowała w sumie 750 milionów USD.
Tymczasem naukowcy z IGIG i ESA dowiedli, że znacznie lepszym rozwiązaniem byłoby wykorzystanie satelitów krążących nisko nad równikiem oraz orbit nad którymi Słońce nachylone jest pod maksymalnym możliwym kątem, odpowiadającym nachyleniu płaszczyzny ekliptyki względem równika. Wówczas, misja przyniosłaby o wiele lepsze rezultaty w zakresie dokładności wyznaczonego efektu precesji geodezyjnej.
Ostatecznie, naukowcy wykazali, że ogólna teoria względności w słabych polach grawitacyjnych (zaniedbując utratę energii związaną z falami grawitacyjnymi), w długich interwałach zachowuje moment pędu satelitów i energię satelitów krążących wokół Ziemi. Jednakże w krótkich interwałach, zasady zachowania energii i pędu, a także prawa Keplera są złamane, co jest w szczególności widoczne w przypadku orbit eliptycznych.
Ze szczegółami pracy zespołu profesora Sośnicy można zapoznać się w artykule General relativistic effects acting on the orbits of Galileo satellites.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) udało się dokonać pierwszych pomiarów długości wiązania atomowego einsteinu. To jedna z podstawowych cech interakcji pierwiastka z innymi atomami i molekułami. Mimo, że einstein został odkryty przed 70 laty, to wciąż niewiele o nim wiadomo. Pierwiastek jest bowiem bardzo trudny do uzyskania i wysoce radioaktywny.
Einstein został odkryty w 1952 roku przez Alberta Ghiorso w pozostałościach po wybuchu bomby termojądrowej. W czasie eksplozji jądro 238U wychwytuje 15 neutronów i powstaje 253U, który po emisji 7 elektronów zmienia się w 253Es.
Zespół naukowy pracujący pod kierunkiem profesor Rebeki Abergel z LBNL i Stosha Kozimora z Los Alamos National Laboratory, miał do dyspozycji mniej niż 250 nanogramów pierwiastka. Niezbyt wiele wiadomo o einsteinie. To spore osiągnięcie, że udąło się nam przeprowadzić badania z zakresu chemii nieorganicznej. To ważne, gdyż teraz lepiej rozumiemy zachowanie tego pierwiastka, co pozwoli nam wykorzystać tę wiedzę do opracowania nowych materiałów i nowych technologii. Niekoniecznie zresztą z udziałem einsteinu, ale również z użyciem innych aktynowców. Lepiej poznamy też tablicę okresową pierwiastków, mówi Abergel.
Badania prowadzono w nowoczesnych jednostkach naukowych: Molecular Foundry w Berkeley Lab i Stanford Synchrotron Radiation Lightsource w SLAC National Accelerator Laboratory. Wykorzystano przy tym spektroskopię luminescencyjną i absorpcję rentgenowską.
Jednak zanim przeprowadzono badania trzeba było pozyskać sam einstein. To nie było łatwe. Pierwiastek został wytworzony w High Flux Isotope Reactor w Oak Ridge National Laboratory. To jedno z niewielu miejsc na świecie, gdzie można produkować einstein. Wytwarza się go bombardując kiur neutronami. Wywołuje to cały łańcuch reakcji chemicznych. I tutaj pojawił się pierwszy problem. Próbka była mocno zanieczyszona kalifornium. Uzyskanie odpowiedniej ilości czystego einsteinu jest bowiem niezwykle trudne.
Zespół naukowy musiał więc zrezygnować z pierwotnego planu wykorzystania krystalografii rentgenowskiej, czyli techniki uznawanej za złoty standard przy badaniu struktury wysoce radioaktywnych próbek. Technika to wymaga bowiem otrzymania czystej metalicznej próbki. Konieczne stało się więc opracowanie nowej techniki badawczej, pozwalającej na określenie struktury einsteinu w zanieczyszczonej próbce. Z pomocą przyszli naukowcy z Los Alamos, który opracowali odpowiedni instrument utrzymujący próbkę.
Później trzeba było poradzić sobie z rozpadem einsteinu. Uczeni wykorzystywali 254, jeden z bardziej stabilnych izotopów, o czasie półrozpadu wynoszącym 276 dni. Zdążyli wykonać tylko część zaplanowanych eksperymentów, gdy doszło do wybuchu pandemii i laboratorium zostało zamknięte. Gdy naukowcy mogli do niego wrócić, większość pierwiastka zdążyła już ulec rozpadowi.
Mimo to udało się zmierzyć długość wiązań atomowych oraz określić pewne właściwości einsteinu, które okazały się odmienne od reszty aktynowców. Określenie długości wiązań może nie brzmi zbyt interesująco, ale to pierwsza rzecz, którą chcą wiedzieć naukowcy, badający jak metale łączą się z innymi molekułami. Jaki rodzaj interakcji chemicznych się pojawia, gdy badany atom wiąże się z innymi, mówi Abergel.
Gdy już wiemy, jak będą układały się atomy w molekule zawierającej einstein, możemy poszukiwać interesujących nas właściwości chemicznych takich molekuł. Pozwala to też określać trendy w tablicy okresowej pierwiastków. Mając do dyspozycji takie dane lepiej rozumiemy jak zachowują się wszystkie aktynowce. A mamy wśród nich pierwiastki i ich izotopy, które są przydatne w medycynie jądrowej czy w produkcji energii, wyjaśnia profesor Abergel.
Odkrycie pozwoli też zrozumieć to, co znajduje się poza obecną tablicą okresową i może ułatwić odkrycie nowych pierwiastków. Teraz naprawdę lepiej zaczynamy rozumieć, co dzieje się w miarę zbliżania się do końca tablicy okresowej. Możemy też zaplanować eksperymenty z użyciem einsteinu, które pozwolą nam na odkrycie kolejnych pierwiastków. Na przykład pierwiastki, które poznaliśmy w ciągu ostatnich 10 lat, jak np. tenes, były odkrywane dzięki użyciu berkelu. Jeśli będziemy w stanie uzyskać wystarczająco dużo czystego einsteinu, możemy wykorzystać ten pierwiastek jako cel w eksperymentach, w czasie których wytwarza się nowe pierwiastki. W ten sposób zbliżmy się do – teoretycznie wyliczonej – wyspy stabilności.
Ta poszukiwana wyspa stabilności to teoretycznie wyliczony obszar tablicy okresowej, gdzie superciężkie pierwiastki mogą istnieć przez minuty, a może nawet dni, w przeciwieństwie do obecnie znanych superciężkich pierwiastków istniejących, których czas półrozpadu liczony jest w mikrosekundach.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Pulsary to szybko obracające się obiekty, które mieszczą nawet ponad 140% masy Słońca w kuli o średnicy zaledwie 20 kilometrów. Mają one niezwykle silne pole magnetyczne i emitują fale radiowe na każdym z biegunów magnetycznych. Jako, że ich rotacja jest niezwykle stabilna, impulsy z wirujących pulsarów docierają do Ziemi z regularnością zegara atomowego. Olbrzymia masa, niewielkie rozmiary i precyzja zegara atomowego to cechy, dzięki którym naukowcy mogą wykorzystać pulsary do testowania ogólnej teorii względności Einsteina.
Teoria ta przewiduje, że czasoprzestrzeń jest zaginana w pobliżu masywnych obiektów. Jednym z teoretycznie przewidywanych skutków takiego zagięcia czasoprzestrzeni jest jej wpływ na precesję pulsarów w układzie podwójnym. Wpływ ten bierze się z przesunięcia wektorów wirujących pulsarów w stosunku do całkowitego wektora momentu obrotowego układu podwójnego. Prawdopodobnie przyczyna tkwi w asymetrycznej eksplozji supernowych. Powstają w ten sposób zaburzenia precesji, które możemy obserwować, testować i sprawdzać, czy zgadzają się one ze zjawiskami opisanymi przez teorię Einseina.
Naukowcy z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka poinformowali właśnie o wieloletnich wynikach obserwacji pulsaru PSR J1906+0746. Gdy obiekt ten został odkryty w 2004 roku wyglądał jak każdy inny pulsar. Można było obserwować dwa spolaryzowane impulsy wysyłane z obu biegunów przy każdym obrocie. Gdy jednak naukowcy kilka miesięcy po odkryciu przyjrzeli się mu po raz drugi okazało się, że do Ziemi dociera tylko jeden impuls. Rozpoczęto więc badania, które trwały od roku 2004 do 2018, a które prowadził zespół Gregory'ego Desvignesa.
Okazało się, że zniknięcie jednego z sygnałów było związane z precesją pulsaru. PSR J1906+0746 wykonuje pełen obrót co 144 milisekundy, a co 4 godziny obiega towarzyszący mu pulsar. Niemieccy badacze zauważyli, że początkowo przy każdym obrocie do Ziemi docierały dwa impulsy „północny” i „południowy”. Z czasem impuls „północny” zanikł. Szczegółowe badania polaryzacji impulsów pozwoliły naukowcom na stworzenie modelu, który prognozuje właściwości docierających do Ziemi impulsów na przestrzeni najbliższych 50 lat. Gdy model, oparty na ogólnej teorii względności Einsteina, porównano z danymi obserwacyjnymi, okazało się, że wszystko idealnie do siebie pasuje, a oparte na nim przewidywania są obarczone mniejszym błędem niż te opierające się na obecnym modelu referencyjnym. Wszystko zaś zgadza się z przewidywaniami Einsteina.
Pulsary pozwalają nam badać grawitację w unikatowy sposób. To piękny przykład takich badań, mówi Ingrid Stairs z University of British Columbia.
Opracowany model pozwala też przewidzieć pojawiania się i zanikanie „północnego” i „południowego” impulsu z PSR J1906+0746. Impuls „południowy” zniknie nam z pola widzenia około roku 2028 i będzie widoczny ponownie w latach 2070–2090. Z kolei impuls „północny” będzie można obserwować w latach 2085–2105.
PSR J1906+0746 znajduje się w odległości 25 000 lat świetlnych od Ziemi, w Gwiazdozbiorze Orła.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Kazachscy urzędnicy ze zdumieniem odkryli, że w ich kraju mieszka kobieta, która za dwa dni będzie obchodziła... 130 urodziny. Wszystko wskazuje na to, że pani Sahan Dosowa jest najstarszym żyjącym człowiekiem.
Wiek mieszkanki Karagandy potwierdzają trzy dokumenty. Najważniejszy z nich, to spis powszechny z roku 1926, w którym znajdziemy informację, że Dosowa ma 47 lat. Kobieta jest również posiadaczką dokumentu tożsamości z czasów ZSRR oraz dowodu osobistego wydanego przez władze Kazachstanu. Możemy się z nich dowiedzieć, że urodziła się 27 maja 1879 roku.
Dotychczas staruszka była znana w swoim mieście, a urzędy trafiły na jej ślad podczas dokonywanego właśnie spisu powszechnego.
Pani Dosowa mówi, że nigdy nie była u lekarza, jest uzależniona od koziego sera, a długie życie zawdzięcza pogodnemu usposobieniu.
Nailia Dosajewa, kierowniczka wydziału społecznego i demograficznego w Karagandzie mówi, że nie ma żadnych wątpliwości co do wieku Dosowej. Posiadane przez nią dokumenty tożsamości nie budzą zastrzeżeń, a jej obecność w spisie z 1926 roku tylko to potwierdza.
Sakhan Dosowa jest więc rówieśnicą żarówki, Trockiego, Stalina i Einsteina, urodziła się w roku, w którym wybuchła wojna pomiędzy Zulusami a Wielką Brytanią, a Arthur Conan Doyle opublikował swoją pierwszą powieść. Jest jedynie o 11 lat młodsza od ostatniego cara Rosji.
Gdy miała 10 lat urodził się Adolf Hitler. W wieku 38 lat doświadczyła komunistycznej rewolucji, a na emeryturę przeszła w roku wybuchu drugiej wojny światowej.
Niektórzy urzędnicy wątpią jednak w wiek Dosowej, zauważając, że kilkoro ze swoich 10 dzieci musiałaby urodzić po ukończeniu 60. roku życia. Mówią też, że XIX-wieczne kazachskie dokumenty są pełne luk.
Oficjalnie najstarszą żyjącą osobą jest Amerykanka Edna Parker, która liczy sobie 114 lat.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.