تاخیر شاپیرو

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
نمایشی از اثر خورشید بر سیگنال‌های فرستاده شده از کاوشگر کاسینی-هویگنس

تاخیر شاپیرو یا تاخیر زمانی گرانشی که پس از اروین شاپیرو نام‌گذاری شده است ٬ پدیده‌ای است که موجب می‌شود سرعت نور هنگام عبور از کنار یک جرم بزرگ ٬ برای ناظر دوردست کمتر به نظر برسد. این پدیده با نسبیت عام سازگار است و یکی از چهار آزمون کلاسیک این نظریه در منظومه خورشیدی می‌باشد. این اثر برخلاف برخی اثرات دیگر مانند انتقال به سرخ گرانشی و خم‌شدن نور در نزدیکی میدان‌های گرانشی ٬ در زمان ارائه نسبیت عام در ۱۹۱۶ پیش‌بینی نشد و حدود ۵۰ سال بعد در ۱۹۶۴ توسط اروین شاپیرو مطرح گردید.[۱].

این تاخیر بارها در منظومه شمسی ٬ برای مثال با استفاده از سیگنال‌های راداری به سمت سیاره زهره در هنگام حضور و عدم حضور یک جرم بزرگ در کنار مسیر سیگنال اندازی‌گیری شده‌است.[۲]

توضیح و محاسبه[ویرایش]

در یک میدان گرانشی نزدیک به ایستا با شدت متوسط (مانند آنچه در نزدیکی سیاره‌ها و ستاره‌ها وجود دارد٬ و نه در نزدیکی سیاه‌چاله‌ها) این پدیده را می‌توان حالت خاصی از اتساع زمان گرانشی دانست. طبق نسبیت خاص سرعت نور در مسیرهای به اندازه کافی کوچک که فضازمان به طور موثر تخت است ٬ ثابت است. این مطلب در مورد مسیرهای بزرگ‌تر و در حضور میدان گرانشی درست نیست.بنابراین می‌توان گفت دلایل این پدیده چنین هستند:[۳]

  • در نزدیکی جرم‌های عظیم زمان برای مکان نور از دید ناظر دوردست کندتر می‌گذرد و بنابراین از دید این ناظر سرعت نور کمتر می‌شود.
  • خمیدگی فضا موجب می‌شود که نور مسیر طولانی‌تری را از حالتی که جرم مورد نظر وجود نداشت طی کند.

تاخیر زمانی مربوط به نور گذرنده از کنار یک جرم[ویرایش]

در شرایط میدان گرانشی ضعیف و مستقل از زمان تانسور متریک را می‌شود چنین تقریب زد:

g = \begin{pmatrix} 1+2\phi(r) & 0 & 0 & 0 \\ 0 & -1+2\phi(r) & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -r^2 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & -r^2 \sin^2{\theta} \end{pmatrix}

برای سیگنالی که از اطراف یک جرم عظیم می‌گذرد تاخیر زمانی چنین به دست می‌آید:

\Delta t=-\frac{2GM}{c^3}\log(1-\mathbf{R}\cdot\mathbf{x})

که در آن \mathbf{R} بردار یکه از محل ناظر به محل چشمه میدان است.

مطالعه بیشتر[ویرایش]

  • C. M. Will: Theory and experiment in gravitational physics. Cambridge University Press, Cambridge (1993). Standardwerk zur experimentellen Überprüfung der ART
  • C. M. Will: Was Einstein Right?: Putting General Relativity to the Test. Basic Books (1993). Eine populärwissenschaftliche Zusammenfassung desselben
  • C. M. Will: The Confrontation between General Relativity and Experiment, Living Reviews in Relativity. (2006). Kürzere, aber aktuellere Fassung von Theory and experiment in gravitational physics

منابع[ویرایش]