Гравітаційна затримка сигналу

Гравітаційна затримка сигналу або ефект Шапіро — ефект загальної теорії відносності, внаслідок якого в полі тяжіння електромагнітні сигнали йдуть довше, ніж за відсутності цього поля. Це явище споріднене з гравітаційним сповільненням часу^[джерело?].

Історія відкриття

Вперше ефект був передбачений 1964 року американським астрофізиком Ірвіном Шапіро. Шапіро запропонував експеримент, під час якого радіохвилі відбивалися від поверхні Венери і Меркурія та поверталися на Землю. Обчислення Шапіро передбачали, що при деякому розташуванні Землі, Сонця і Венери очікуваний час затримки сигналу в результаті дії гравітаційного поля Сонця буде близько 200 мікросекунд[1].

Перші експериментальні дані, отримані в 1966-1967 роках в обсерваторії MIT, збіглися з прогнозами Шапіро[2]. Відтоді поправки були підтверджені точнішими експериментами як в Сонячній системі, так і в компактних системах подвійних зір.

Обчислення затримки

Обчислення затримки часу для світла в полі точкової маси

Для сигналу, який подорожує навколо точкової маси, затримка може бути обчислена за формулою:

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

Тут ${\displaystyle \mathbf {R} }$ — одиничний вектор, спрямований від спостерігача до джерела, а ${\displaystyle \mathbf {x} }$ — одиничний вектор, спрямований від спостерігача до тіла з масою M, яке створює гравітаційне поле.

Формула може бути переписана в іншому вигляді:

${\displaystyle \Delta x=-R_{s}\log(1-\mathbf {R} \cdot \mathbf {x} ),}$,

де x — ефективне збільшення шляху світла, а ${\displaystyle R_{s}={\frac {2GM}{c^{2}}}}$ — радіус Шварцшильда.

Примітки

1. Irwin I. Shapiro (1964). Fourth Test of General Relativity. Physical Review Letters. 13: 789—791. doi:10.1103/PhysRevLett.13.789.
2. Irwin I. Shapiro, Gordon H. Pettengill, Michael E. Ash, Melvin L. Stone, William B. Smith, Richard P. Ingalls, and Richard A. Brockelman (1968). Fourth Test of General Relativity: Preliminary Results. Physical Review Letters. 20: 1265—1269. doi:10.1103/PhysRevLett.20.1265.

Посилання

• Виявлена нейтронна зірка дуже великої маси(ілюстрація ефекту Шапіро)