Эффект «закручивания» пространства-времени изучили с рекордной точностью

Более ста лет назад Альберт Эйнштейн показал, что гравитация — это не сила в привычном понимании, а искривление пространства-времени массивными объектами. Из этой теории следует и менее очевидный эффект, известный как эффект увлечения инерциальных систем отсчета, или эффект Лензе — Тирринга. Согласно нему, вращающееся тело не только искривляет пространство-время, но и слегка «закручивает» его вокруг себя. Для Земли этот эффект чрезвычайно мал, поэтому его экспериментальная проверка требует исключительно точных измерений орбит спутников.

Именно эту задачу решила международная исследовательская группа под руководством Игнацио Чуфолини (Ignazio Ciufolini) из Университета Цинхуа (Китай). Основой эксперимента стал спутник LARES-2, запущенный Итальянским космическим агентством в 2022 году. Наземные станции посылают к спутнику лазерные импульсы и измеряют время их возвращения с миллиметровой точностью. Это позволяет чрезвычайно точно отслеживать положение аппарата на орбите.

Правда, одной только высокой точности измерений недостаточно. На движение спутника влияет множество факторов: неоднородности гравитационного поля Земли, давление солнечного излучения, а также приливные деформации, вызванные Луной и Солнцем. Чтобы выделить релятивистский сигнал, ученые объединили данные LARES-2 с наблюдениями более старого спутника LAGEOS и спутников миссии GRACE, которые помогают картировать гравитационное поле нашей планеты. Причем орбита LARES-2 была подобрана так, чтобы максимально компенсировать влияние основных источников погрешностей при совместном анализе с LAGEOS.

Физики объяснили возникновение Вселенной без сингулярности Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и … naked-science.ru

После обработки трех лет наблюдений исследователи измерили эффект увлечения инерциальных систем отсчета с относительной неопределенностью около одной тысячной. Это примерно в десять раз точнее предыдущих измерений эффекта в Солнечной системе. Полученное значение согласуется с предсказанием ОТО в пределах экспериментальной погрешности. Таким образом, альтернативные теории гравитации должны описывать данный эффект практически так же, как теория Эйнштейна.

Результаты научной работы, опубликованные в журнале Nature, имеют значение не только для фундаментальной физики. Анализ орбит спутников позволил также уточнить параметры лунно-солнечных приливов и характеристики гравитационного поля Земли. Такие данные обычно используют в геодезии, спутниковой навигации и исследованиях динамики нашей планеты. 

Примечательно, что LARES-2 создали прежде всего как инструмент для максимально точной проверки эффекта Лензе — Тирринга, одного из ключевых предсказаний ОТО. Спустя более чем 100 лет теория Эйнштейна продолжает успешно проходить самые строгие экспериментальные испытания. При этом пределы, в которых могут существовать новые модели гравитации, становятся все уже.