Held i uheld: Fejlslagne Galileo-satellitter tester Einsteins generelle relativitetsteori
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Held i uheld: Fejlslagne Galileo-satellitter tester Einsteins generelle relativitetsteori

Illustration: ESA

Einsteins generelle relativitetsteori er endnu engang blevet testet. Og – surprise – den holder stadig.

I to artikler i Physical Review Letters (1 og 2) beretter to forskergrupper, der har arbejdet uafhængigt af hinanden, at den generelle relativitetsteoris beskrivelse, at hvordan tiden går i et tyngdefelt – beskrevet ved den såkaldte gravitationelle rødforskydning – holder med endnu større præcision, end det blev eftervist i 1976 med Gravity Probe A.

Hvor Gravity Probe A var en dedikeret satellit til formålet, er den nye måling sket med to satellitter, der egentligt skulle have gjort tjeneste i det europæiske satellitnavigationssystem Galileo.

Her ses de tiltænkte og faktiske kredsløb for Galileo 5 og 6 efter opsendelsen i 2014. Da de i deres laveste punkt, perigee, ikke kunne se hele Jorden, kunne de ikke bruges til navigationssystemet, da det kræver udsyn til hele Jorden for at rette deres signal korrekt ind. Efterfølgende er det lykkedes at gøre banerne mindre elliptiske, så de i dag indgår i Galileo Search and Rescue tjenesten, men ikke i det almindelige navigationssystem. Illustration: ESA

Sendt i en elliptisk bane

De to Galileo-satelliter blev i 2014 opsendt i en helt forkert bane, fordi en kuldebro fik en brændstofslange på en russisk raket til at fryse til is.

Godt nok er det lykkedes senere at rette noget op på de elliptiske baner, men det er stadig sådan, at satellitterne to gange hver dag stiger og falder 8.500 km i Jordens tyngdefelt.

Forskerne blev tidligt klar over, at det var en unik mulighed for at se, hvordan satellitternes meget præcise tidssignal fra en hydrogen maser, som er stabiliseret til en nøjagtighed på et sekund pr. tre millioner år, ændrer sig på disse rutsjeture i tyngdefeltet.

En forskergruppe ledet af Pacôme Delva fra Sorbonne Universités i Paris fremlagde i 2015 et forslag til, hvordan man kunne opnå en præcis måling af den gravitationelle rødforskydning med de to Galileo-satellitter.

Målinger i mere end 1.000 dage

Nu har hans forskergruppe foretaget denne analyse baseret på data fra 1.008 dage. De har bestemt, at den relative afvigelse i den målte rødforskydning i forhold til den teoretisk forudsagte er (0,19 ± 2,48) x 10^-5.

Det er en forbedring på en faktor 5,6 i forhold til de eksperimenter, der blev gennemført for mere end 40 år siden med Gravity Probe A.

En forskergruppe ledet af Sven Herrmann fra Universität Bremen i Tyskland har lavet en uafhængig analyse af signalerne. De rapporterer en forbedring på en faktor 4.

Den største udfordring for forskergrupperne har været at eliminere en række systematiske fejlkilder, som både omfatter påvirkning fra Jordens magnetfelt, temperaturvariationer og en lille effekt, som skyldes Solens strålingstryk.

Det bestyrker tilliden til, at dette er udført korrekt, at to forskergrupper har gennemført hver deres komplicerede analyse.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvis ovennævnte korrektioner påvirker tyndgekrafts-målinger,


Alt påvirker alting. Du kan ikke bare smide et elektronisk måleinstrument op i varierende temperaturer og magnetfelter og forvente nul måleusikkerhed.

Temperaturudsving vil påvike måleinstrumentet, og de mikroskopiske variationer i instrumentet fra termiske ændringer vil påvirke måleusikkerheden.

Ligeledes vil magnetfeltets variation kunne påvirke måleinstrumentet, og solens strålingstryk skubber svagt til satelitterne.

Det er altid et problem at gå ned i måling af meget svage signaler, da selv de mindste variationer i omgivelserne kan give variationer langt større end det du forsøger at måle.

  • 13
  • 0

Snip fra https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitationa...
som der er linket til i artiklen.

Terrestrial tests
The effect is now considered to have been definitively verified by the experiments of Pound, Rebka and Snider between 1959 and 1965. The Pound–Rebka experiment of 1959 measured the gravitational redshift in spectral lines using a terrestrial 57Fe gamma source over a vertical height of 22.5 metres.[3] using measurements of the change in wavelength of gamma-ray photons generated with the Mössbauer effect, which generates radiation with a very narrow line width. The accuracy of the gamma-ray measurements was typically 1%.

An improved experiment was done by Pound and Snider in 1965, with an accuracy better than the 1% level.[4]

A very accurate gravitational redshift experiment was performed in 1976,[5] where a hydrogen maser clock on a rocket was launched to a height of 10,000 km, and its rate compared with an identical clock on the ground. It tested the gravitational redshift to 0.007%.

Later tests can be done with the Global Positioning System (GPS), which must account for the gravitational redshift in its timing system, and physicists have analyzed timing data from the GPS to confirm other tests. When the first satellite was launched, it showed the predicted shift of 38 microseconds per day. This rate of the discrepancy is sufficient to substantially impair the function of GPS within hours if not accounted for. An excellent account of the role played by general relativity in the design of GPS can be found in Ashby 2003[6].

Altså, der er "blot" tale om et meget meget nøjagtigt ur ombord på de 2 satelitter.
Et tilsvarende nøjagtigt ur står på jorden.
Man observerer nu hvor hurtigt urene gå i forhold til hinanden, og da satelitternes bane er oval, så kan man observere tids-"hastigheden" ændre sig med højden.
Det er nøjagtigt det samme der sker på de amerikanske GPS satelitter, og som der nødvendigvis må kompeseres for, da ellers vil GPS systemet ganske enkelt ikke virke.
De 2 Gallileo har nyeste teknologi og mest nøjagtige ure, så de har bidraget med hidtid bedste målinger af dette fænomen.

Desværre er de 2 research artikler bag en betalingsmur.

  • 5
  • 0

Det er nøjagtigt det samme der sker på de amerikanske GPS satelitter, og som der nødvendigvis må kompeseres for, da ellers vil GPS systemet ganske enkelt ikke virke.

Man kompenserer en lillebitte smule for dette fænomen på GPS.

Fordi banerne ikke er helt cirkulære, der er en term for det i den "ephemeris+almanac" datapakke signalet indeholder, men det er ikke en teoretisk udregnet værdi, den er målt og analyseret, dag for dag.

Sjovt nok undgik Soviet/Rusland netop dette problem ved at gøre GLONASS banerne mere cirkulære end GPS banerne.

  • 6
  • 1

Terrestrial tests
The effect is now considered to have been definitively verified by the experiments of Pound, Rebka and Snider between 1959 and 1965. The Pound–Rebka experiment of 1959 measured the gravitational redshift in spectral lines using a terrestrial 57Fe gamma source over a vertical height of 22.5 metres.[3] using measurements of the change in wavelength of gamma-ray photons generated with the Mössbauer effect, which generates radiation with a very narrow line width. The accuracy of the gamma-ray measurements was typically 1%.

An improved experiment was done by Pound and Snider in 1965, with an accuracy better than the 1% level.[4]

Problemet er bare, at rødskiftet er en fejlfortolkning af Pound-Rebka eksperimentet, men godt nok én, der ses meget ofte og ialtfald for nogle år siden desværre også blev prædiket på Aarhus Universtitet - se https://arxiv.org/pdf/physics/9907017v2.pdf og https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0010120v2.pdf .

Når først lys eller radiobølger er udsendt, er et dopplerskift det absolut eneste, der kan ændre frekvensen, hvorimod bølgelængden nedsættes i et gravitationsfelt, da lysets hastighed nedsættes. Det, der ændres i Pound-Rebka eksperimentet som følge af tyngdekraften, er derfor ikke frekvensen; men resonansfrekvensen i 57Fe. Da atomure også er baseret på resonans i atomkerner, påvirkes de på samme måde, dvs. at resonansfrekvensen nedsættes i et gravitationsfelt, så et atomur går langsommere. Det, satellitterne beviser, er således ikke et rødskifte og en uændret urhastighed, men en hastighedsændring af uret selv!

At der ikke sker noget rød- eller blåskifte er iøvrigt let at resonere sig frem til ved bare at kikke på en geostationær satellit og antage, at vi definerer ét døgn i satellitten og på jorden vha. en sigtelinje mod solen, så døgnet altid er præcis lige langt hvert sted. Vi lader så satellitten udsende en konstant bærebølge defineret ud fra døgnets længde bortset fra, at én svingning pr. døgn har en anden amplitude. Hvis der nu skete et blåskifte af signalet på vej ned mod jorden, ville vi modtage en højere frekvens på jorden end udsendt af satellitten, og da naturen naturligvis ikke kan ændre i modulationen, ville det betyde, at døgnmarkøren skulle modtages tidligere og tidligere og til sidst, før den er udsendt, hvilket naturligvis ikke er muligt.

  • 1
  • 12

Forkaster dette så ikke hele ideen med at måle kosmiske bevægelser med "redshift metoden"?

Nej, for det rødskifte (Hubble's lov) er forårsaget af et dopplerskift kombineret med et gravitionelt rødskifte dvs. en gravitionel nedsættelse af resonansfrekvenserne i det, der skaber spektrallinjerne i spektret. Begge dele giver anledning til "lovlige" frekvensændringer.

Fejlfortolkningen af rød- og blåskiftet kommer af, at når fotoner (traditionel fysiks måde at forklare lysoverførsel på) bevæger sig mod et gravitationsfelt, hævder nogle, at fotonerne derved vil få forøget deres energi, og da E = hf, og h er konstant (Plancks konstant), må det betyde, at frekvensen øges = blåskifte; men dette er ikke korrekt. Det er også let at se ved at betragte ethvert moduleret signal, for tidsforsinkelsen mellem sender og modtager er konstant, så modulationen kan ikke blive faseforskudt på modtagesiden, og dermed kan bærebølgen heller ikke blive rød- eller blåforskudt undervejs.

  • 1
  • 8

CK og hans nye væbner Ingolfe slår til igen.

Ingolfe har tidligere (2013) ydet væsentlige bidrag til astronomien og kosmologien:
Ingeniørdebat.dk: "Der er tale om et kredsløb i galaksen i et kvadrupolært magnetisk felt der ”opdeler” galaksens horisontale skive i to halvdele og hvor der ikke er et ”sort hul” men en tunnelåbning på hver side af galakseplanet hvor materie bliver ført ind og formateret i galaksens center via stærke elektromagnetiske kræfter der giver det vinkelrette momentum både vertikalt og horisontalt. Ud fra solsystemets banevinkel i forhold til galaksens, kan man udlede at solsystemet er ført ud fra galaksens rotationsplan via galaksens ene bjælke som består af et ”rør” med cirkulært roterende bevægelser, skabt af det vinkelrette momentum i galaksens centrum."

Han blev da høfligt anmodet om at finde et andet debatforum med et andet mere esoterisk spekulativt publikum.

  • 8
  • 4
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten