Гравитационные измерения

курсовая работа

1.4 Эйнштейн. Общая теория относительности. Гравитационная линза

Общую Теорию Относительности (ОТО) Эйнштейн опубликовал в 1916 году, над которой работал в течение 10 лет. ОТО обобщила СТО на ускоренные, т.е. неинерциальные системы. Основные принципы ОТО сводятся к следующему:

- ограничение применимости принципа постоянства скорости света областями, где гравитационными силами можно пренебречь; (там, где гравитация велика, скорость света замедляется);

- распространение принципа относительности на все движущиеся системы (а не только на инерциальные).

Эйнштейн исследовал другой случай отступления опыта от законов классической механики, а именно, поведение тел в сильных гравитационных полях. Выяснилось, что пространство искривляется, а время замедляется вблизи больших масс. При приближении к массивным телам сила тяжести растет немного быстрее, чем это предсказывается законом Ньютона; в частности, из общей теории относительности следует существование гравитационного радиуса, на котором сила тяжести обращается в бесконечность. Тела, размеры которых меньше их гравитационного радиуса, называются черными дырами. Полагают, что черные дыры являются финалом эволюции массивных объектов.Из ОТО был получен ряд важных выводов:

1. Свойства пространства-времени зависят от движущейся материи.

2. Луч света, обладающий инертной, а, следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения.

Правильность общей теории относительности уже подтверждена наблюдениями за орбитой Меркурия, испытывающей возмущения из-за близости к Солнцу, и обнаружением эффекта гравитационной линзы, т.е. искривления световых лучей вблизи массивных тел.

Рис. 1.4.1

Так как лучи света искривляются в поле Солнца, то, вероятно, массивные объекты можно использовать как линзы. Схема эксперимента приведена на рис. (1.4.1). Наблюдатель находится в точке O, в точке A находится источник света (например, галактика). Если в точке C находится массивный гравитационный объект (туманность, галактика или другое массивное тело), то из-за искривления хода луча, нам будет казаться, что наблюдаемый удаленный объект находится в точке B, то есть мы его как бы увеличиваем. Этот эффект называется гравитационным линзированием. Он наблюдаем только в том случае, если масса гравитационной линзы порядка масс Солнца и больше.

Конечно, гравитационная линза своим поведением сильно отличается от оптической в силу того, что теория гравитации принципиально нелинейна. Если бы удаленный объект находился на линии наблюдатель - линза, то наблюдатель увидел бы кольцо (на рис. (1.4.1) справа выделено пунктиром) - кольцо Эйнштейна. Вероятность подобного совпадения мала (мы не имеем возможностей изменять какую либо из базовых точек), точечный источник будет виден как две дуги (на рис. (1.4.1) справа) внутри и снаружи относительно кольца Эйнштейна. Впервые подобный объект был обнаружен в 1979 году. Он выглядел как две туманности с абсолютно одинаковым спектром излучения. Сейчас ведется поиск подобных объектов. Серьезно изучается вопрос о наблюдении структуры галактик с помощью этого эффекта.

Три вида эффектов от гравитационных линз:

1) если в качестве линзы выступает галактическое скопление, то изображение разбивается на части дугообразной формы. В отличие от привычных линз "фокусное расстояние" гравитационных оказывается очень большим (рис. 1.4.2)

Рис. 1.4.2

2) если линза вытянутая, то изображение получается в виде "креста Эйнштейна". Когда источник, линза и наблюдатель находятся на одном луче зрения, изображения зависят от формы объекта, создающего гравитационную линзу (рис. 1.4.3).

Рис. 1.4.3

3) если линза сферическая, то наблюдаемое изображение имеет вид "кольца Эйнштейна", то есть светящегося кольца. Гравитационное поле, отклоняя лучи света, действует, подобно собирательной линзе (рис.1.4.4).

Рис.1.4.4

Делись добром ;)