تأخیر شاپیرو

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

تأخیر شاپیرو یا تأخیر زمانی گرانشی که پس از اروین شاپیرو نام‌گذاری شده‌است ، 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 تأخیر 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 به‌طور مؤثر 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.

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

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

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

که در آن بردار یکه از محل ناظر به محل چشمه میدان است.

برای مطالعهٔ 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]