О.Е. Акимов

Мир быстро меняется, очень быстро (КП 49)

1. Реклама дронов и квадрокоптеров

Дроны зарекомендовали себя как перспективное направление в оборонной промышленности и отличные помощники при съемках панорамных картинок с высоты. Однако область их применения постоянно расширяется. Более того, нынешнее общество переживает настоящий бум на дроны. Под ними понимают обычно небольшие беспилотные летательные аппараты, которыми можно управлять дистанционно, посредством специального пульта или с помощью обычного мобильного телефона. Резко возросшая популярность дронов и мультикоптеров (или квадрокоптеров, если имеется четыре винтовых двигателя) объясняется многими факторами. Прежде всего, ростом их функциональных возможностей, как в профессиональной деятельности, так и в любительской, часто, в развлекательных целях.

Например, дрон-спасатель может доставить в указанное место какие-либо предметы: спасательный надувной круг или аптечку с медикаментами. Дроны прекрасно зарекомендовали себя в сельском хозяйстве. Дрон-охранник, в котором имеется не только встроенная видеокамера, но и электрошоковый пистолет. Пистолет способен произвести выстрел, мощность которого эквивалентна электрическому разряду в 80 тысяч вольт. Дроны-доставщики снабжены грузовыми контейнерами, например, для книг, почтовых бандеролей и прочих вещей. Дрон-риэлтор способен сделать экскурсию внутри и снаружи дома, выставленного на продажу.

Дрон-официант оперативно доставляет блюда прямо из ресторана на автостоянку или на пляж. Дрон-журналист позволяет оперативно получить кадры из труднодоступных или опасных регионов. Дрон-наблюдатель за поведением животных. Дрон-археолог способен отыскивать под толщей грунта древние постройки, захоронения и артефакты. Дроны для раздачи каналов связи, включая интернет, телевизионные и телефонные линии. В самое ближайшее время ожидается взрыв в области расширения сферы использования дронов, в том числе, совместно с другими экологически чистыми беспилотными аппаратами на солнечных батареях.

А это предшественник современных мультикоптеров

Сейчас вы подумали, и чего это вдруг я заговорил о дронах? А это сегодняшний день, самая современная техника. Это — увлекает, увлекает молодежь, а не какие-то там разговоры о теории относительности, как там и кто разбирается в эффекте Доплера или как там правильно интерпретировать эксперимент Майкельсона – Морли, прав ли я или Грязнов в отношении интерпретации этого эксперимента, можно ли измерить эфирный ветер или нельзя. Кому это сегодня интересно? Кажется, никому, кроме, разве что сумасшедших пенсионеров, молодежь этими вопросами не интересуется.

Но я хочу сказать: вот эти самые дроны, сейчас очень нам пригодятся как раз в отношении теории относительности. Смотрим еще один фильм, чтобы понять, куда идет техника, куда идет мир, как быстро он меняется.

2 Как работают гироскопы

В связи с аварийным падением дрона Андрей Чумаченко предполагает, что, скорее всего, вышел из строя гироскоп. Вероятно, он попал под воздействие сильного магнитного поля и перестал ориентироваться в пространстве. Без этой небольшой детали сложно представить сегодня существование автомобилей, авиации, судоходства и даже детских игрушек, фотоаппарат делает четкие снимки, даже тогда, когда находится в дрожащих руках. И за всем этим стоит простейшее, но очень важное изобретение — гироскоп.

Раньше, чтобы сделать прицельный выстрел, танк должен был обязательно остановиться. Сегодня же он способен вести огонь не только на ходу, но и в прыжке. Его орудие умеет удерживать цель на мушке даже в самых сложных условиях. И всё это благодаря гироскопам — устройствам знакомым нам с детства.

Гироскоп — это волчок, т.е. быстро вращающееся тело. Секрет — прост: если придать волчку достаточное вращение, он будет удерживать вертикальное положение. Физическое явление было обнаружено давно, а его теория создавалась в течение19-го века. Когда самолет, на котором установлен гироскоп, наклонится в ту или иную сторону, ось гироскопа займет в абсолютном пространстве прежнее положение. Специальное электронное устройство сформирует соответствующий величине угла отклонения оси гироскопа электрический сигнал, который передается летчику на панель приборов. Таким образом, он будет видеть изменившееся положение самолета относительно оси гироскопа.

В физике вращение гироскопа принято описывать моментом импульса. Если импульс (синяя стрелка) направлен в плоскости вращения волчка, то момент (красная стрелка) направлен вдоль оси вращения, как это показано на рисунке. Здесь действует правило буравчика, о котором мы говорили в связи с вопросом вихревого движения газа, жидкости и электромагнитных потоков, описываемых уравнениями Максвелла. Самым удивительным процессом в этом ряду стоит космическое явление, происходящее на южном эллиптическом и северном гексагональном полюсе Сатурна, связанных потоком частиц, проходящих через спутник планеты-гиганта, Энцелад.

Мы подчеркивали: правило буравчика — фундаментально. Ни при каком условии оно не может быть нарушено — ни когда явление происходит в газе или жидкости, ни когда имеем дело с твердым телом, как при вращении гироскопа. Почему? Да потому, что вращающийся гироскоп, как и вращающийся вихрь газа или жидкости касается вращения вещества в неподвижной эфирной среде. В этом смысле нет большой разницы между газом, жидкостью или твердым телом.

Не замечали: колебания уходящего в канализационное отверстие потока жидкости отчасти напоминает колебания оси гироскопа при снижении оборотов вращения ротора. Этот неустойчивый переходный (от динамики к статике) процесс называется прецессией. Когда релятивисты, рассматривая внутреннее строение черных дыр, вместо одного джета рисуют два, по одному с каждой стороны ротора (аккреционного диска), они, тем самым, допускают грубейшую ошибку. Однако забудем на время о релятивистах и их ошибках, скажем несколько слов о принципе работы гироскопа.

Выше рассматривались механические гироскопы в виде простого волчка, который вращался под действием инерции. Но по причине потери импульса на трение оси гироскопа о внешние неподвижные детали (втулки, подшипники и пр.), из-за соприкосновения вращающегося диска с неподвижной средой, например, с воздухом, момент импульса тоже постепенно падает. Ось волчка начинает испытывать вращательно-колебательные движения — сначала небольшие, потом всё большие и большие отклонения.

Чтобы исключить прецессию, нужно стараться поддерживать величину импульса неизменной. Так появился электромеханический гироскоп, который представляет собой не что иное, как асинхронный электродвигатель. В нем, как известно, ротор вращается за счет вращения магнитного поля статора. Стабильность электромеханических гироскопов вполне хватало для навигации самолетов, кораблей и подводных лодок 20-го столетия. Но сегодня, в 21-м веке, получили распространение лазерные гироскопы, работающие на ином фундаментальном принципе.

3 Лазерные гироскопы — особые устройства

Корпус лазерного гироскопа изготовляют из прозрачного поликристаллического материала, получившего название сетал. Его достоинством является то, что он почти не деформируется при изменении температуры в широких пределах (от –60 до +80 градусов). Далее в корпус запускают гелий-неоновую смесь, в которой пребывает когерентное излучение лазера. Собранный блок навигации состоит из трех гироскопах — на каждую ось трехмерных координат по гироскопу. Выражаясь языком авиаторов, этими осями являются курс, крен и тангаж. Воздушное судно с таким бортовым навигатором уже не нуждается в громоздкой и дорогостоящей системе наземной или спутниковой навигации.

Принцип работы лазерного гироскопа сильно отличается от механического или электромеханического. Световой луч внутри такого гироскопа расщепляется на два: первый движется по часовой стрелке, второй в обратную сторону. Если подложка неподвижна, то лучи идут с одинаковой скоростью, и встречаются в правом нижнем углу в одно и то же время. Если же подложка поворачивается в ту или иную сторону, скорости лучей уже различные и время прихода их в правый нижний угол тоже окажутся разным. Этот оптический эффект с точки зрения математики подробно рассмотрим ниже.

Любой современный вертолет, конечно, снабжен навигационным гироскопом, причем необязательно лазерного принципа действия. Но для киносъемки камерой, установленной на вертолете, необходимый уровень стабилизации недостаточен. Камера будет дрожать, испытывать вибрацию вертолетных двигателей, что скажется на качестве отснятого киноматериала. Поэтому крепежные механизмы, соединяющие камеру с корпусом вертолета, необходимо снабдить особым высокоточным лазерным гироскопом, который погасит любые, даже самые быстрые механические вибрации и шумы вертолетного двигателя.

Совсем недавно гироскутеры воспринимались как фантастика. У них может быть два или даже одно колесо. Эти машины отлично держат равновесие, по крайней мере, в одной плоскости. В выключенном состоянии моноколесо заваливается на бок. Когда электрический скутер включают (есть ведь и бензиновые скутеры), то завалить его на бок уже невозможно. За этой чудо-техникой стоят всё те же лазерные гироскопы. Датчики равновесия контролируют малейшее отклонение пилота (райтера) от вертикали. Во-первых, они не дают ему упасть: любое колебание гасится двигателем, получающим сигналы от системы управления. Во-вторых, наклоны корпуса пилота воспринимаются скутером как команды — ехать вперед или назад.

Гироскутеры прекрасно держат равновесие райдера и надежны в эксплуатации:

Гироскутеры бывают для детей и взрослых. Детские весят обычно не более – 5 кг, развивают скорость до 8 км/ч, при этом вес маленького райдера должен быть не более 60 кг. Такие скутеры обладают высокой устойчивостью, но, к сожалению, имеют низкую проходимость. Вес гироскутеров для взрослых обычно более 10 кг, они развивают скорость до 20 км/ч, а вес взрослого райдера может быть до 120 кг. Проходимость и устойчивость скутеров считается стандартной, т.е. такие, которыми обладает большинство скутеров. Диаметр колеса машины определяет ее проходимость; диаметр колеблется от 4 до 10 дюймов. Большие диаметры колеса позволяют кататься райдерам по траве, гравию и прочим неровностям. Сегодня на российском рынке предлагаются, например, следующие модели:

Кажется, понятно, о чём я рассказывал до сих пор. Это, в основном, реклама, которая быстро меняется. Через год появятся другие дроны и квадрокоптеры — за ними не угонишься. Но я и не собираюсь это делать. Мне хотелось лишь обратить внимание на то, где можно что-то найти на заявленную тему.

4. Путаные объяснения

Теперь я немного смещаю акцент, чтобы сделать пояснения открывающейся темы более подробными. С этой целью найду такое видео, в котором рассказывалось бы принцип работы дрона. Фильм "Лазерный гироскоп" (www.chipdip.ru), как будто бы, нам подходит. Он начинается с того, что симпатичная девушка объясняет:

"Как известно, основой механического гироскопа является ротор, обладающий свойствами сохранять свое положение в пространстве. Чем быстрее вращается ротор, тем упорнее и с большей силой он сопротивляется всякой попытке изменить направление оси его вращения. Но такие гироскопы (механические) имеют ряд недостатков. Во-первых, требуются уникальные подшипники; во-вторых, необходима предельная балансировка; в-третьих, из-за влияния трения в осях происходит уход гироскопа, который необходимо компенсировать, чтобы получить правильные показания. Для того, чтобы избавиться он подобных недостатков, нужен лазерный гироскоп".

В этом месте произошел какой-то странный сбой: вместо лазерного гироскопа нам продемонстрировали, так называемый, невозможный двигатель EmDrive с аномальной тягой, которую нельзя объяснить с точки зрения известных физических законов. О его существовании я ничего раньше не слышал, поэтому в видео КП 49 о нём ничего не сказал.

Но мой фильм посмотрел Алексей Сугоняев и сообщил о вкравшейся ошибке. Я указал источник этой ошибки, а Сугоняев, в свою очередь, спросил: "Скажите, а после того как я Вам показал, что" это за устройство, "не стоит ли дать примечание?" "Примечание непременно сделаю, — пообещал я ему. — Ошибка, действительно, грубая и какая-то странная. Как в фильм о лазерных гироскопах попала эта фотография — не понимаю".

Итак, Алексей, принимай самые искрение слова благодарности. Указанная ошибка заставила меня ознакомиться с двигателем EmDrive, что было очень полезным и своевременным для меня. Почему? — Отвечу в другой раз, а пока продолжим тему "Как работают гироскопы".

После перечисления недостатков механического гироскопа и демонстрации фотографии электромагнитного двигателя EmDrive, который я принял за лазерный гироскоп, возможно, подумалось мне тогда, какой-то одной из первых разработок, девушка показала схему лазерного гироскопа в виде равностороннего треугольника.

"Такой гироскоп, — продолжала она, имея в виду лазерный гироскоп, — представлял собой устройство, основанное на ином принципе определения угловой скорости тела с помощью измерения разности оптических путей для лучей правого и левого вращения.

Самый первый гироскоп, — говорила она, показывая следующую за схематичным рисунком треугольного гироскопу, еще одну фотографию какого-то устройства, которое, я теперь думаю, тоже не является лазерным гироскопом, — использующий такой принцип — гироскоп на кольцевом лазере. Он был изготовлен на монолитном основании. Имел вид равностороннего треугольника. Зеркал в резонаторе было три, и располагались они по вершинам.

Через одно из зеркал сигнал подавался на фотоприемник. На полупрозрачном зеркале свет распределялся на два луча, которые движутся навстречу друг другу, проходя пути равные оптической длине. Если система находится в состоянии покоя, то оба луча возвращаются на полупрозрачное зеркало через одинаковые промежутки времени. Если система вращается, например, вправо, то луч правого вращения идет дольше, проходя путь чуть длиннее, чем в состоянии покоя, а луч левого вращения пробегает путь настолько же короче, но в противоположном направлении. Если оба луча, пришедшие от одного и того же полупрозрачного зеркала наложить друг на друга, то по разности оптических путей можно определить угловую скорость.

Этот гироскоп обладает таким достоинством, как низкая инертность. Лазерные гироскопы находят широкое применение не только в самолетах и судах, но и в автомобилях, а так же в робототехнике".

Эта милая девушка не сказала, пожалуй, самых главных слов, а именно, на каком физическом принципе работает это устройство, т.е. кольцевой лазерный гироскоп. В кольцевом лазерном гироскопе (КЛГ) используется эффект Саньяка.

Что это за "лазерная среда". Термин некорректный. Лучше уж сказать просто "лазер". Лазер излучает в каком-то одном направлении. Пусть исходный луч лазера идет вверх. Тогда его можно назвать "лучом правого вращения". Но слева на рисунке у нас стоит "зеркало" и "полупрозрачное зеркало". Так появляется "Луч левого вращения". Что делать с лазером? Это первый вопрос. Далее, мы обращаем внимание на то, что основание всей этой конструкции вращается с угловой частотой ω по часовой стрелке. Второй вопрос: что понимать под фотоприемником? Очевидно, в этом месте наблюдается интерференция. Здесь складываются два луча, различной частоты f1 и f2, так что между ними образуется некая разность, которая здесь обозначена как Δf. В общем, перед нами интерферометр, который называется интерферометром Саньяка. Таким образом, данным термином можно назвать кольцевой лазерный гироскоп.

Мы должна признать, что показанная в фильме схема этого КЛГ (т.е. кольцевого лазерного гироскопа), иначе сказать, интерферометра Саньяка, не слишком-то удачная. Кольцо можно получить не только на треугольнике, но и на квадрате или прямоугольнике. Эта схема демонстрирует нам, что кольцо можно получить на любом многоугольнике, например, в этом интерферометре использован восьмиугольник.

На схеме (рис. 1) мы видим "источник излучения" — позиция 1. В качестве излучения всегда используется лазер. Позиция 2 — светоделительная пластинка (полупрозрачное зеркало). Позиция 3 — зеркала; в данной схеме их 7. Позиция 4 — фотоприемник. В качестве фотоприемник, мы знаем, используется телескоп, как в эксперименте Майкельсона - Морли.

На светоделительной пластинке, т.е. на полупрозрачном зеркале (позиция 2), возникает интерференционная картинка. Здесь образуется клин, на котором возникают интерференционные полосы. Их можно видеть в оптический прибор, который Майкельсон называл "телескопом". Стрелка в центре кольцевого интерферометра указывает направление вращения прибора.

В связи с критикой позиции Грязного, которая прозвучала в предыдущей 48-й части "Конструктивного познания", сейчас мы должны с определенностью заявить: Формула Хикса, которая гласит, будто угол падения не равен углу отражения при движущихся зеркалах, ошибочна. Все рассуждения Грязного о каком-то смещении интерференционных полос в периферийной области, наблюдаемой в телескоп, являются ложными. Ничего подобного нет — кольцевой интерферометр Саньяка, который широко используется в современных технических устройствах (в танках, самолетах, на кораблях, подводных лодках и, конечно же, в популярных сегодня дронах, продемонстрированные в начале нашего фильма), однозначно говорит нам Хикс, а вместе с ним Грязнов сильно заблуждались. В какую бы сторону зеркала не поворачивались — по часовой стрелке, против часовой, поступательно и любым другим более сложным образом — угол падения светового луча на зеркало будет равен углу отражения от него.

"Там нет центра и периферии, там везде одинаковые полосы — вот это надо отчетливо понимать. Ведь очень хорошо известен этот эффект: расстояние между полосами везде одинаковое — никто и никогда в этом не сомневался" (цитата из КП 48).

Рис. 1 кольцевого интерферометра, работающего на принципе (эффекте) Саньяка, который мы рассматривали только что, взят из статьи Малыкина Г.Б., "Эффект Саньяка. Корректные и некорректные объяснения", опубликованной в журнале "Успехи физических наук", том 170, № 12 за декабрь 2000 года. В Преамбуле, в аннотации к статье дается: "Рассмотрены различные объяснения причин возникновения эффекта Саньяка. Показано, что эффект Саньяка является следствием релятивистского закона сложения скоростей".

Здесь сразу делается ошибка. Мы видели схему измерения скорости света на примере движения спутника Ио вокруг Юпитера. Там меняется период T1 < T сред. < T2 (период измеряется со стороны земного наблюдателя). Земля движется со скоростью v = 30 км/с вокруг Солнца. Когда Земля приближается к Юпитеру, имеем c + v, когда Земля удаляется от него, имеем c – v. Справедлива следующая пропорция (она обведена красным овалом).

Никакой релятивистской формулы сложения скоростей Рёмер, конечно, не использовал, а здесь она вдруг всплыла.

Откуда она взялась? Говорят, формула "релятивистская". Никакая она не релятивистская! Она идет из теории Френеля. Если считать для эфира, коэффициент Френеля равен единице; для избыточной плотности (например, для воды) этот коэффициент уже не равен единице.

Дальше в аннотации к статье Г.Б. Малыкина говорится: "Данный эффект также находит адекватное объяснение в рамках общей теории относительности. При выполнении некоторых ограничений на скорость вращения эффект Саньяка может рассматриваться как следствие различия замедления времени либо различия изменения фаз волновых функций материальных частиц в скалярном или соответственно векторном гравитационном потенциале сил инерции во вращающейся системе отсчета для встречных волн. Показано также, что все не релятивистские объяснения эффекта Саньяка, которые, к сожалению, встречаются в ряде научных статей, монографий и учебных курсов, являются принципиально неверными, хотя в ряде частных случаев и приводят к правильному с точностью до релятивистских поправок результату".

Здесь автор напустил тумана. Эффект Саньяка — это прямой эффект, который наблюдается при любых скоростях — релятивистских (т.е. около световых), нерелятивистских. (Приведенные ниже кадры, демонстрируют опыт Физо и отношение его к теории Френеля, о чём кратко рассказывалось в подразделе "10. Эксперимент Майкельсона – Морли" раздела "Критика теории относительности").

5. Разоблачение Эйнштейна 1920 года

Сейчас уместно вспомнить о разоблачении Эйнштейна в августе-сентябре 1920 года в Берлине. Филипп Ленард написал статью "О принципе относительности, эфире и тяготении (Критика теории относительности)". Она размещена на сайте Sceptic-Ratio. Зачитаем "Общую часть", раздел "Эфир", которая начинается с абзаца:

"В последнее время со стороны провозвестников принципа относительности были сделаны попытки упразднить заполняющую пространство среду — эфир, как ненужный и обременительный придаток. Попытки совершенно ничем не оправданные. Эфир не только был и продолжает быть вместе с материей главной составной частью в картине мира, созданной выдающимися естествоиспытателями. Он, кроме того, доказал свою ценность в качестве важного вспомогательного орудия исследования, о чем убедительно свидетельствует история естествознания, особенно в тех случаях, когда она может проследить первоначальное зарождение новых открытий".

Первоначальное! На первоначала релятивистской физики никто не обращает внимание. Все занимаются космологией, перешагивая через неправильные объяснения.

"Вспомним основание и разработку современной оптики в ее главных частях Гюйгенсом и Френелем, или историю возникновения основных уравнений электродинамики у Максвелла, или же открытие электрических волн Герцем".

Филипп Ленард как раз критиковал Эйнштейна в сентябре 20-го года за самые элементарные вещи. Он говорил об несправедливости общей теории относительности.

"Еще Исаак Ньютон задался вопросом, какие силы искривляют поверхность воды во время вращения ведра Ньютона. На рис. 1 представлены два ведра с водой. Одно ведро с постоянным поступательным ускорением W вдоль оси x (рис. 1 a), а другое вращается с постоянной угловой скоростью ω вокруг оси z (рис. 1 b). И в том, и в другом случае геометрия поверхности воды отлична от горизонтальной плоскости, которую образует вода в покоящемся ведре или ведре, которое движется прямолинейно и равномерно".

Филипп Ленард обращает внимание, что никакого принципа относительности — это словосочетание "относительное движение" — нельзя использовать. Вот как думал Ньютон, что ускорение и вращение, которое заставляет воду подниматься по параболе вверх по боковым стенкам ведра, вот тут и проявляется абсолютное пространство эфира. Никакого относительного движения нет.

Сюда добавились возражения насчет плагиата Эйнштейна относительно формулы отклонения луча света вблизи большой массы, например, Солнца, и формулы Гербера, описывающей движение перигелия Меркурия вокруг Солнца со скоростью 43 угловых секунды за столетие.

Чем хорош эффект Саньяка? В нём исключено действие компенсации, когда движение источника компенсируется движением приемника (зеркал), так что эффект Доплера и эффект аберрации здесь не компенсируются, о чём подробно рассказывалось в самой первой части серии "Эфир" (Эфирный ветер нельзя обнаружить).

О принципе компенсации, при котором числитель и знаменатель формулы Доплера взаимно сокращаются, рассказывалось также в части КП 29. Анализ эксперимента Майкельсона – Морли, КП 31. Анализ 2 эксперимента Майкельсона – Морли и КП 48. Критика позиции А.Ю. Грязнова по обнаружению эфирного ветра.

И как раз когда стали использовать классический эффект Саньяка, сразу появилось огромное число электронных устройств, о которых рассказывалось в начале этого файла. Почему? — Потому что новые устройства работали без инерции, никаких движущихся частей в них нет. Механический же гироскоп, как известно, имеет ряд недостатков, о чём говорила девушка, которую мы частично критиковали. Напомним, она говорила:

"Во-первых, требуются уникальные подшипники; во-вторых, необходима предельная балансировка; в-третьих, из-за влияния трения в осях происходит уход гироскопа, который необходимо компенсировать, чтобы получить правильные показания. Для того, чтобы избавиться он подобных недостатков, нужен лазерный гироскоп".

А здесь свет, нет никакого торможения, всё происходит мгновенно. Причем не только на инерционных системах, но и на неинерционных, т.е. вы можете туда-сюда вращать платформу, где закреплены зеркала, телескоп, источник света (лазер) — всё равно получите разность фаз. Математика здесь простая, формулы элементарные.

Итак, если два световых сигнала стартуют в противоположных направлениях вокруг неподвижного контура радиуса R (ω = 0), то они придут в конечный пункт ( точка end ) одновременно и дадут нулевой результат. Это — левый рисунок. Правый рисунок показывает, что произойдет при вращении кольцевого интерферометра, когда платформа, на которой всё крепится, повернется, скажем, по часовой стрелке. Тогда импульс, идущий в том же направлении, что и вращается контур пройдет большее расстояние, чем импульс, движущийся в противоположном направлении.

Таким образом, имеем тангенциальную скорость v = ωR. Скорость луча света, идущего в том же направлении, что и вращается платформа, равна c – v и c + v будет тогда, когда платформа вращается в противоположном направлении. Величина A = πR² — площадь, ограниченная кольцевым контуром. Разность фаз от двух пучков света равна Δφ = νΔt. Частота излучения света равна ν = 2πс/λ. В результате этих нехитрых рассуждений получаем, что разность фаз может быть представлена формулой (8πAcω/λ)/(c² – v²)

Вот, собственно, та математика, которая сегодня должна вытеснить ошибочную математику, представленную, в своё время, Майкельсоном и одобренную Лоренцем. Уже, наверное, хватит говорить об эксперименте Майкельсона – Мирли 1881 и 1887 гг., беспомощно цепляться за результаты Миллера 1925 и 1933 гг. Всё это давным-давно принадлежит истории физики, быть может, самым печальным ее страницам. Современная молодежь, которая пользуется дронами и катается на гироскутерах, должна твердо усвоить факт существования неподвижного эфира, забыть про релятивистскую теорию — и частную. и общую — и крепко помнить об эффекте Саньяка.

К сказанному добавим, что первый лазерный гироскоп был введен в строй двумя американцами Мацеком и Дэвисом в 1963 году, доказавшим высокую точность прибора (погрешностью менее 0,01°) и превосходную надежностью (с наработкой на отказ свыше 60 000 часов непрерывной работы). Последняя характеристика стала возможна из-за отсутствия подвижных механических частей. В отличие от механических гироскопов, лазерные не чувствительны к ускорению, имеют лучшую стабильность масштабного коэффициента. Причем, как это видно из последней формулы для разности фаз, кольцевой интерферометр работает тем точнее, чем больше площадь А.

Вообще, существует два типа оптических гироскопа: рассмотренный нами кольцевой лазерный гироскоп и оптико-волоконный, в котором нет зеркал; луч распространяется по виткам стекловолокна: чем больше витков, тем больше разность хода лучей. Есть также трехосные гироскопы в форме тетраэдра для ориентации в пространстве.

Поскольку для ориентации в трехмерном пространстве требуется три гироскопа, как это показано на примере ориентации самолета, то их можно располагать на четырех гранях тетраэдра. Четвертый гироскоп нужен для осуществления лучшего контроля. Во время управления электронная система производит непрерывную коммутацию четырех гироскопов в различные соединения по трем гироскопам. В результате усреднения таких комбинаций повышается точность определения управляющего сигнала.

6. Геодезическая обсерватория Веттцелль

Ниже приводятся фрагменты статьи "Успешно апробирован самый стабильный в мире и самый чувствительный лазерный гироскоп", опубликованной 26 декабря 2011 года на сайте "Геологический клуб".

Специалисты из геодезической обсерватории Веттцелль (Geodätisches Observatorium Wettzell) технического университета Мюнхена, а также ряда других германских научных учреждений построили и успешно апробировали самый стабильный в мире и самый чувствительный лазерный гироскоп.

Он смог уловить тончайшие (в доли угловой секунды) отклонения в оси вращения нашей планеты, циклически происходящие с периодом в год и больше. При этом данные оказались хорошо согласованы с параметрами, измеренными Международной службой вращения Земли (IERS) при помощи иных методов.

"Колебания волчка" вызваны тем, что Земля – не идеально круглый объект. При этом на ней ещё происходят постоянные перемещения масс (океанские течения, изменение атмосферного давления над разными регионами и так далее).

Вкупе с гравитационным влиянием Солнца и Луны это генерирует смещение оси с амплитудой примерно в 12 метров (по шесть в каждую сторону относительно среднего положения), считая по поверхности Земли у полюса — так называемые колебания Чендлера (Chandler wobble ).

Они происходят с периодом около 435 дней. Но на них накладываются ещё годовые колебания оси вращения, связанные с эллиптичностью земной орбиты. Вместе эти два процесса создают сложное движение полюса (polar motion) (не путать с дрейфом магнитных полюсов).

Чувствительность кольцевых лазерных гироскопов зависит от площади, ограниченной лучами (чем больше, тем лучше) Это — тот самый параметр А. В немецком монстре это квадрат 4 х 4 метра. На рисунке показана упрощённая схема рекордного прибора с основными узлами (иллюстрация Geodätisches Observatorium Wettzell).

Учёт таких сдвигов важен для геодезии, наблюдения за космическими телами, спутниковой навигации. Но до сих пор тут учёным приходилось полагаться на космос. В наше время 30 радиотелескопов по всему миру регулярно отслеживают направление на определённые квазары. Эти ядра галактик столь далеки, что для нас могут считаться неподвижными точками.

Необычная система смонтирована в подземной лаборатории. На снимках – этапы строительства (фотографии Geodätisches Observatorium Wettzell). И всё-таки всегда оставалась вероятность, что опорные «маяки» на деле не вполне стационарны. Потому немецкие учёные решили разработать технологию, устраняющую любые систематические ошибки и вообще необходимость смотреть на небо.

В середине 1990-х годов они начали проектирование и постройку уникального лазерного гироскопа. По словам лидера проекта Карла Ульриха Шрайбера (Karl Ulrich Schreiber, на фото под заголовком), в то время над идеей посмеивались, так как сложно было представить прибор требуемой точности.

Напомним, в таких устройствах два лазерных луча бегают навстречу друг другу по закольцованной при помощи зеркал трассе. Через полупрозрачное зеркало датчики постоянно следят за картиной интерференции этих лучей, а она меняется, лишь стоит плоскости гироскопа повернуться вокруг перпендикулярной оси.

Принцип работы кольцевого лазерного гироскопа (красным показан лазер, серым – зеркала, прямые стрелки – бег лучей, отмечен также поворот установки вместе с Землёй). Нужно отметить, что если бы прибор стоял на полюсе (а лазерные лучи бегали в горизонтальной плоскости), датчики показывали бы один оборот в сутки. На экваторе при том же расположении установки по горизонтали она не чувствовала бы вращение планеты совсем.

Размещение аппарата в лесу Веттцелль, на 49-й широте, представляет собой хороший промежуточный случай. Любое отклонение в пространстве оси вращения планеты вызывает тут изменение в измеряемой скорости вращения установки (иллюстрация Geodätisches Observatorium Wettzell).

Чтобы такой аппарат не просто измерил вращение Земли, а уловил сдвиг в пространственном положении её оси, идущий месяцы, авторам проекта пришлось изрядно попотеть. Они должны были убедиться, что на прибор не влияют никакие посторонние факторы.

Установку смонтировали в пяти метрах под уровнем земли, изолировав камеру сверху многометровыми слоями глины и других материалов.

В комнату с прибором ведёт 20-метровый тоннель с пятью герметичными дверями. Внутри сохраняются более-менее стабильные температура и давление.

Вдобавок приборы постоянно измеряют эти параметры, и малейшие отклонения учитываются далее при расчётах.

Сам гироскоп смонтирован на девятитонной плите из керамики Zerodur, обладающей очень малым коэффициентом теплового расширения. Она дополнена четырьмя тяжёлыми балками из того же материала – они держат зеркала.

В довершение вся эта массивная сборка покоится на широком монолитном бетонном столбе (он хорошо виден на кадрах со стройки), уходящем в скальную породу на шесть метров вглубь, повествует PhysOrg.com.

Схема «бункера» с лазерным гироскопом (сам он показан чёрным). Внизу видно массивное основание, сверху – защитные короба и слои, изолирующие прибор и весь бункер от внешних воздействий. Слева виден туннель для доступа к установке, под ним – дренажный канал (иллюстрация Geodätisches Observatorium Wettzell).

Все эти ухищрения ныне увенчались полным успехом. Теперь команда из университета Мюнхена намерена улучшить установку, чтобы можно было получать данные об отклонении земной оси, произошедшем не за полгода-год, а всего за день.

Дальше учёные попробуют настроить прибор так, чтобы он мог работать годами без ошибок. Тогда можно было бы в любой момент посмотреть на показания сенсоров и узнать, как сейчас вращается наша планета.

(Детали нынешнего достижения раскрывает статья Physical Review Letters.)

7. Забытые исторические факты

Мы говорили о лазерных кольцевых гироскопах. Они разрабатывались на базе Стэнфордского университета и в лабораториях НАСА. В это время начинает развиваться система GPS, в которой сначала использовались относительные системы координат. Затем, произошел переход на абсолютную систему координат, сориентированную на далекие звездные маяки — квазары. Наконец, выяснилось, что эфир тоже дает абсолютную систему координат.

Эта трансформация происходила медленно и болезненно. Эффект Саньяка, который лежит в основе сегодняшней технической революции, был открыт в пору, когда теория относительности еще не встала на ноги, в 1913 году. Релятивисты, отвоевывая себе жизненное пространство, намеренно старались не замечать очевидное явление, которое однозначно свидетельствовало о существовании эфира.

В это время была в силе еще баллистическая теория Ритца, которая продержалась хотя и недолго, но первоначально заявила о себе довольно громко. По Ритцу, скорость световой частицы складывалась со скоростью ее источника подобно тому, как складывается скорость снаряда, выпущенного из пушки, со скоростью плывущего фрегата, на палубе которого установлена эта пушка. Саньяк противопоставил открытый им эффект в пику именно теории Ритца и, таким образом, оказался как будто бы на стороне релятивистов.

Кроме того, согласно скоростной характеристике эффект Саньяка относится к явлениям первого порядка, в то время как эксперимент Майкельсона – Морли, касался явления второго порядка. Майкельсон и прочие физики того времени держали в голове известное сомнение Максвелла о невозможности обнаружения эфирного ветра по причине малости величины ~ β². Релятивисты хотели преодолеть скептическое мнение авторитетного ученого. Но перед сторонниками Эйнштейна замаячили смертельно опасные результаты эксперимента Миллера.

В общем, вывод Саньяка выпадал из общей логики борьбы релятивистов и традиционалистов. Физики новой волны, в частности, Макс Лауэ, утверждали, будто эффект Саньяка не мешает релятивистской доктрине, но не создали на его основе ни одного прибора. Как только на его основе был сконструирован лазерный интерферометр, тут же грянула новая техническая революция в виде системы GPS.

Одновременно в 60-х годах прошлого столетия в рамках системы НАСА был начат проект, который в последствие получил название GP-B. С самого начала он ориентировался на гироскопы не лазерного типа, а механического. В самом деле, было бы странно доказывать справедливость теории относительности с помощью прибора, работающего вопреки релятивистской догме.

Таким образом, возникла естественная конкуренция. Много лет существовали механические гироскопы: их изготовление и проектирование постепенно, от года в год совершенствовались. В рамках проекта GP-B был сконструирован супергироскоп. По точности он превзошел своих сородичей намного порядков.

Но вот появились лазерные гироскопы, обладающие совершенно уникальными характеристиками, которые по точности, надежности и долговечности намного опередили механические супергироскопы, созданные инженерами GP-B проекта.

Эксперимент GP-B осуществлялся в течение года. Уже в конце 2005 года скептикам стало понятно, что никакой гравитационной линзы вокруг земного шара не существует и существовать не может. Но проектировщики GP-B никак не хотели поверить в это. Они неприлично долго искали и даже как будто бы находили причины неудачной работы своей, в общем-то, простейшей системы, состоящей из четырех механических гироскопов, сориентированных с помощью телескопа, на далекую звезду. Но никто из них открыто не сказал: "Эйнштейн ошибся, никакой кривизны пространства не существует".

У нас есть готовый фильм, рассказывающий о том, что навигационная система GPS не связана с теорией относительностью (КП 34. КП 34 ГЛОНАСС и GPS опровергают СТО и ОТО). Ее формулы, казалось бы, дающие максимальную точность измерения координат пространства и времени на самом деле не работают. Причем это относится не только к большим скоростям и каким-то особым случаям, связанных с ОТО. Оказалось, что все релятивистские "уточнения" оказались бесполезными при любой навигации кораблей, самолетов и танков. (В этой части, КП 49, приводятся фрагменты части КП 34, которые мы, однако, воспроизводить не станем, поскольку имеется ссылка, если кто-то захочет, он посмотрит фильм самостоятельно).

Сегодня все навигационные устройства размещают на самих объектах, которые подлежат управлению с помощью системы GPS. Если с помощью интерферометра Саньяка можно управлять дроном и квадрокоптером, почему бы этим прибором не воспользоваться для управления военным объектом, танком или самолетом. Очевидно, военные инженеры в меньшей степени ориентировались на релятивистские табу.

Понятно, что теоретики проверяющие справедливость релятивисткой догмы, в которой нет места эфиру, не могли воспользоваться лазерными гироскопами, где как раз всё вертится вокруг неподвижного эфира. И хотя эффект Саньяка известен давно, устройства, использующие на практике этот эффект, появились сравнительно недавно — это цена, которую заплатило человечество за релятивистские предрассудки.

8. Грандиозная миссия GP-B

Как было сказано, в 60-х годах прошлого века стала разрабатываться система GP-B, которая предназначалась для проверки общей теории относительности. С ее помощью релятивисты хотели зафиксировать кривизну пространства-времени, причем не вблизи Солнца, а около Земли. Таким образом, они рассчитывали обнаружить гравитационную линзу вблизи космического тела сравнительно небольшой массы. При этом релятивисты воспользовались очень чувствительными гироскопами, но, увы, всё еще механического принципа действия.

По Ньютону, пространство абсолютное и "плоское" (т.е. евклидово). Сила гравитационного взаимодействия между двумя телами действует мгновенно и без участия какой-либо эфирной среды.

По Эйнштейну, пространство-время — относительно и тесно связано с гравитацией: пространство-время говорит материи, как двигаться, а материя говорит пространству-времени, как ему искривляться (space-time tells matter how to move, and matter tells space-time how to curve).

Первый вопрос: какова цель миссии Gravity Probe B (GP-B)?

Ответ: экспериментально подтвердить теорию гравитации Эйнштейна.

Эта задача была второй экспериментальной проверкой общей теории относительности. Первая проверка Gravity Probe A (GP-A) производилась в 1976 году под руководством доктора Роберта Вессота (Vessot) из Смитсоновской астрофизической обсерватории. Во время проведения GP-A сравнивался ход трех идентичных часов, сконструированных на основе водородных мазеров. Двое часов оставались на Земле, третьи летали на ракете в течение двух часов вокруг Земли. Считается также, что первая миссия GP-A подтвердила предсказанное Эйнштейном красное смещение.

Наряду с разговорами о замедлении времени и красном смещении почти сразу же начали размышлять о гравитационном излучении.

Второй вопрос: какие технические средства использовались для выполнения поставленной задачи?

20 апреля 2004 года космический аппарат (КА) GP-B вместе со всем оборудованием с помощью ракеты (Boeing Delta II) был успешно запущен с авиабазы Ванденберг (Vandenberg Air Force Base) на расчетную круговую орбиту, проходившую над южным и северным полюсами Земли на высоте 400 миль (642 км). Телеметрические данные, полученные со спутника, передавались в Центр управления (MOC — Mission Operations Center) при Стэнфордском университете через сеть спутников телеметрии NASA, которая называется TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System — Отслеживание и спутниковая система ретрансляции данных), а также с помощью четырех наземных станций НАСА. Далее, телеметрические данныесравнивались с данными, вычисленными по гравитационной теории Эйнштейна.

Строго научная фаза эксперимента для провекрки теории длилась, собственно, год (точнее, 353 дня). Ей предшествовал подготовительный период, так называемая фаза IOC (Initialization and Orbit Checkout), длившаяся четыре месяца (точнее, 128 дней) для раскрутки гироскопов, калибровки и настройки измерительной аппаратуры. Завершилась GP-B миссия так называемым пост-экспериментальным периодом, продолжавшимся 46 дней. По окончании миссии в 2005 году многочисленный коллектив, получил почетную награду NASA за успешный 45-летний напряженный труд инженеров и ученых, объединенных одной-единственной цели — экспериментальной проверке ОТО (Testing Einstein’s Universe).

Третий вопрос: для чего всё это нужно? Иначе сказать, каким образом проверялась ОТО?

Конкретная задача GP-B миссии — произвести измерение двух релятивистских эффектов, о которых раньше, в период тестирования гравитационной линзы Солнца в 1919 и 1922 гг., речи не было. В частности, были подтверждены с "беспрецедентной" точностью, как говорилось в отчетах:

1. Суммарная геодезическая прецессия (Geodetic Effect), на которую Земля искривляет вокруг себя пространство-время.
2. Фрейм-эффект (Frame-dragging Effect) — эффект, связанный закручиваниеv локальной пространственно-временной системы координат.

Оба указанных выше релятивистских эффекта проверялись путем измерения угла смещения оси гироскопа, имеющего строго шарообразную форму. Геодезический эффект в течение года должен был вызвать смещение оси гироскопа на 6606 угловых секунды за год (0,0018 milliarcseconds/year); фрейм-эффект — 39 угловых секунды за год (0.000011 degrees/year) (см. ниже левый рисунок).

Создатели системы GP-B в своих презентациях хвастались, что их гороскоп в 10 миллионов раз точнее, чем лучший навигационный гироскоп, созданный до них. Ротор гироскопа внесен в базу данных рекордов Гиннеса как наиболее сферический объект, созданный искусственным путем.

Конструктивно GP-B система выглядит следующим образом.

Продольные размеры КА — 2,7 метра (9,0 футов). Основной объем КА занимает дьюар — сосуд емкостью 2441 литров (645 галлонов), внутри которого в течение 17,3 месяца поддерживалась криогенная температура в пределах от 1,8 до 2.3 Kельвина. Четыре гироскопа жестко крепились по центру КА вокруг оси телескопа с раструбом для обзора диаметром 5,5 дюйма (14 см), нацеленного на далекую звезду-гида (Guide Star) — IM Pegasi (HR 8703) (см. выше правый рисунок, где показана карта звездного неба). Ось телескопа вместе с гироскопами образовали и ось симметрии КА. Оптическая система телескопа имеет зеркальный делитель, который разлагает луч света, идущего от звезды-гида, на два компонента вдоль координатных осей x и y.

Четвертый вопрос: зачем придумывать какие-то сложные схемы проверки эйнштейновской теории тяготения, в которой, кажется, уже никто из релятивистов не сомневается? Зачем бросать сотни миллионов долларов на то, что давно принято всем "прогрессивным человечеством", что является краеугольным камнем современной физики?

Никто из релятивистов не чувствует себя уверенным. Они только и занимаются тем, что испытывают свою спекулятивную догму на прочность. Никакой практической ценности она не имеет, однако многие физические явления современные схоласты заносят на свой счет, громко заявляя, будто эйнштейновское учение живет и побеждает.

Хорошо известный нам физик Кип Торн отвечает на этот четвертый так: "В области черных дыр и вселенной, язык общей теории относительности говорит громко. Но в нашей крошечной Солнечной системе, эффекты ОТО говорят шёпотом". Торн буквально на пальцах постарался показать широкой публике, как искривляется пространство вокруг массивного тела.

Графически геодезический эффект показать легко,

но формула, описывающая его, сложна:

Пятый вопрос: как получилось, что команда GP-B миссии оказалась сориентированной на сложную систему из механических гироскопов, в то время как там же, в Америке, при активном участии специалистов НАСА, возникла и успешно развилась простая и эффективная GPS система, базирующаяся на кольцевых лазерных гироскопах? На приведенных картинках и схемах видно, что четыре быстро вращающихся механических гироскопа, задействованные в GP-B проекте, зачем-то помещались в сосуд Дьюара, который удерживал их нормальную работу при температуре жидкого гелия.

Все эти ухищрения нужны были для высокоточной и стабильной работы механических гироскопов, ротор которых шаровидной формы покрыт слоем ниобия (Niobium), который при низких температурах превращается в сверхпроводник. О свойствах сверхпроводимости написано во многих местах. Воспользуемся учебником Ч. Киттеля "Введение в физику твердого тела".

В 12-й главе, посвященной нашему вопросу, читаем: "Электрическое сопротивление в сверхпроводящем состоянии точно равно нулю... Магнитные свойства сверхпроводников столь же нетривиальны, как и электрические свойства. ... Экспериментально обнаружено, что сверхпроводник будет вести себя как идеальный диамагнетик, в объеме которого магнитная индукция равна нулю. Если поместить образец в магнитное поле и охладить его ниже температуры перехода в сверхпроводящее состояние, то магнитный поток, первоначально пронизывающий образец, окажется вытолкнутым из него. Этот эффект называется эффектом Мейснера. Схематично это показано на рис. 12.2" (с. 419 – 420).

На первый взгляд, отмечает автор, "магнитный поток в металле не может измениться, когда металл переходит в сверхпроводящее состояние. Эффект Мейснера противоречит этому результату и дает основания считать, что идеальный диамагнетизм и отсутствие сопротивления являются двумя существенно независимыми свойствами сверхпроводящего состояния" (с. 426). Далее на с. 440 читаем:

Уравнение (12.13) называется уравнением Лондонов или уравнением Лондона, поскольку из двух братьев Лондонов именно Фриц внес максимальный вклад в развитие квантовой теории сверхпроводимости.

На с. 443 Киттель пишет: "Лондоновская глубина проникновения λ_L является фундаментальным параметром, характерезующим сверхпроводник". А в пятом пункте "Резюме" к главе 12 он заключает (с. 462):

Нет смысла нам сейчас углубляться в детали теории сверхпроводимости. Достаточно знать главный вывод из нее, на котором, собственно, держится причина использования эффекта Мейснера, количественно описываемого уравнением Ф. Лондона, а именно: "Вращающийся сверхпроводник дает магнитный момент, в точности совпадающий с осью его вращения". Точность этого совпадения — потрясающая и зависит лишь от формы сверхпроводящей пленки, которая определяется лондоновской глубиной проникновения λ_L .

Мы уже знаем, что роторы гироскопов системы GP-B выполнены в виде шаров, на которые наносилась сверхпроводящая пленка из ниобия, занесены в реестр рекордов Гиннесса (Guinness World Records). Для характеристики их почти идеальной сферичности производилось следующее сравнение. Если бы шаровые роторы увеличить до размеров земного шара, то глубина неровностей на его поверхности не превышала бы значения ±2,4 м (±8,0 футов). Эти гироскопы являются достаточными для достижения точности 0,5 milliarcsecond (1,4 · 10^-7 градусов) за год.

Для демонстрации малости величины двух наиважнейших углов смещения осей, режиссеры научно-популярных фильмов не единожды использовали следующее сравнение. "Посмотрите на угол в 1 градус", — говорили они, — "а как будет выглядеть угол размером 0,0001 угловой секунды?" Его нельзя вычертить на листке бумаги и даже в пределах футбольного поля. Чтобы представить его величину, нужно из Парижа посмотреть в сторону Нью-Йорка. где стоит Статуя Свободы. Так вот, угловое смещение геодезического эффекта и фрейм-эффекта, произошедшее в течение года, отвечают элементам, показанным на голове этой известной статуи.

Это, поражающее воображение сравнение, или предыдущее, иллюстрирующее точность обработки шарового ротора гироскопа — типичные для релятивистов приемы подачи материала. Они часто прибегают к эмоциональному воздействию на психику человека. Большинство американцев, посещающих публичные лекции того же Кипа Торна — мы их показывали и вообще — толпы обыкновенных обывателей, лишенных всякого критического мышления, свято верящих в официоз, усваивают достижения "передовой науки" на фоне сильного удивления.

Этот позитивный стресс действует как наркотик. Удивление вызывает восторг и влечение к получению следующей дозы положительной информации какого-то необычного характера. Человек перестает воспринимать "скучные знания", он затыкает уши, когда слышит рациональные объяснения того или иного феномена. Ему подавай что-то, что поразило бы его воспаленное воображение. Как любой наркоман, он постоянно находится в состоянии поиска иррационального и трансцендентного, чего нет в окружающем его мире.

Большой взрыв, черные дыры, кротовые норы, темная материя и энергия — это те стимулы, которые возбуждают воображение релятивистов. Они раздражаются в ответ на малейшую критику в их адрес. Любой квалифицированный математик и физик найдет в теории относительности множество несуразностей и противоречий. Но релятивисты не станут выслушивать их аргументы. Напротив, они знают о "парадоксах" своего учения и даже испытывают некоторую гордость за противоречия, которых полным-полно в их фантасмагорических концепциях.

Их божеством является Эйнштейн. За него они перегрызут горло любому, кто назовет его невеждой и мошенником. Если вы в присутствии релятивиста выскажетесь неуважительно в адрес отца-основателя Новой Схоластики, или даже как-то иронично, вы тут же превратитесь в его злейшего врага. Наряду с верховным божеством сейчас появилось множество культовых фигур с непререкаемым авторитетом. Их тоже запрещено критиковать. Впрочем, об этом уже не раз говорилось, поэтому прекращаем распространяться на эту тему.

Ответ на пятый вопрос, завершим демонстрацией нескольких схематических рисунков. Не станем останавливаться на их разъяснениях — это займет слишком много места — кому нужно, пусть ищет соответствующий материал в интернете.

9. Начало и конец GP-B

Обложка отчета марта 2007 года, история GP-B и заставки к первым шести главам

В отчетах GP-B миссии (их было несколько — в 2005, 2007, 2008, 2011 гг.) отмечалось: "общая теория относительности известна как одна из самых блестящих творений человеческого ума. Эйнштейн навсегда изменил наш взгляд на гравитацию". Тем не менее, несмотря на то, что ОТО стала одним из краеугольных камней современной физики, она всё еще остается, наименее проверенной теорией, о чём громко заявил самый авторитетный ученый Соединенных Штатов, Кип Торн.

Считается, что ОТО прошла четыре испытания с момента своего создания в 1916 году. Это:

a. измерение перигелия смещения орбиты Меркурия,
b. измерение гравитационного отклонения света вблизи массивного тела (Солнца),
c. измерение эффекта Шапиро, т.е. задержки времени радиолокационного сигнала (РЛС),
d. изменение орбитальной частоты двойного пульсара на основе излучения гравитационного излучения.

Существует мнение, что нынешние теории гравитации в конечном итоге должны рассматриваться как предельные случаи единой теории поля, в которой все четыре фундаментальных взаимодействия (сильное, слабое, электромагнитное и гравитации) при очень высоких энергиях становятся сравнимыми по своей мощи. К сожалению, у физиков нет единого мнения относительно того, как релятивистская теория и теория элементарных частиц можно объединить в одну связанную концепцию.

В этой связи, измерение спина, т.е. геодезической прецессии, на которую Земля локально искривляет вокруг себя пространство-время, приоткрывает фундаментальную тайну космологии и астрофизики, так как пространственно-временной спин является гравитационным аналогом магнетизма. Он, таким образом, наряду с массой и зарядом, выступает третьей характеристикой физического мира.

Кип Торн утверждает, что гравитационный спин может послужить вероятным двигателем для огромных струй газа и магнитного поля, выбрасываемых из районов вокруг сверхмассивных черных дыр. Сосредоточив свое внимание на спине, GP-B миссия отличается от всех вышеперечисленных проверок теории относительности, поскольку работает на далекую перспективу.

Ранние теоретические дискуссии о проверке общей теории относительности с помощью гироскопа были предприняты еще в 1920-ых годах Эддингтоном и Схоутеном. В 1930-х годах, Блэкетт исследовал возможность наземного эксперимента, но, увы, вынужден был признать, что при тогдашнем уровне техники подобный эксперимент осуществить нельзя.

Позже идею проверки общей теории относительности при помощи гироскопов, высказали независимо друг от друга сразу два физика Джордж Pugh (12 ноября, 1959) и Леонард Шифф (1 марта 1960 года). 15 июня 1960 года Шифф опубликовал более расширенную статью, озаглавленную "Движение гироскопа согласно теории гравитации Эйнштейна". Был еще и третий автор, Пью, работа которого, однако, оставалась незамеченной вплоть до 2003 года.

Шифф, работал в Стэнфорде, где имелись технологические возможности для создания совершенных гироскопов. Там он сошелся с Уильямом Фэрбанком и Робертом Кэнноном, который, как Фэрбанк только что прибыл в Стэнфорд.

Кэннон имел значительный опыт работы с государством в области проектирования и создания современных гироскопов. Он пришел в Стэнфорд, чтобы в Департаменте по аэронавтике и космонавтике создать специальную лабораторию управления и контроля. В этой лаборатории произошла первая короткая (получасовая), но очень важная, можно сказать, историческая встреча между Фэрбенком, Кэнноном и Шиффом. Она заложила основу успешного проекта, который впоследствии был назван миссией GP-B.

20-21 июля 1961 года, в Стэнфорде, по инициативе Нэнси Роман и под председательством уважаемого Робертсона из Калифорнийского технологического института, с участием большого числа физиков и рядовых инженеров аэрокосмической отрасли, в том числе, Шиффа и Кэннона, конечно, прошла спонсируемая НАСА конференция по экспериментальной проверке ОТО. На ней была разработана, как сейчас сказали бы, дорожная карта миссии GP-B, которая тогда еще так не называлась (употреблялся термин "Орбитальная астрономическая обсерватория" НАСА — ОАО).

В том же, 1961 году, на заседании Международного союза теоретической и прикладной механики, Кэннон представил первый инженерный проект, описывающий планируемый орбитальный эксперимент, который назывался "Требование и создание специального гироскопа на астрономическом спутнике для измерения релятивистского эффекта в рамках общей теории относительности".

В 1962 году Фэрбенк встретил Эверитта (Everitt), сотрудника Университета Пенсильвании, и предложил ему приехать в Стэнфорд в качестве первого штатного члена академического персонала по эксперименту с гироскопом. В качестве аспиранта он начал кое-какие исследования в этом направлении, а Фэрбанк, Кэннон и Шифф выступали в качестве консультантов. Все вместе они сформулировали задачу, разработали конкретный проект, который предназначался для руководителей НАСА. В ноябре 1962 года их предложение было принято. Группа получила соответствующее финансирование для разработки гироскопа, установленного на спутнике, в качестве теста по проверке общей теории относительности.

За Фрэнсисом Эвериттом докторскую диссертацию по данной тематике в сентябре 1964 году защитил Бенджамин Ланге. К этой группе присоединился также Даниэль Дебра. После защиты докторской диссертации Ланге поступил на факультет Аэро-Astro отдела Стэнфордского ун-та. В 1966 году Cannon покинул Стэнфорд , чтобы служить в качестве главного ученого для ВВС США (должность он занимал до 1968 г).

Вскоре после этого , Кэннон на некоторое время вернулся в Стэнфорд в 1968 году; затем служил с 1969 по 1971 год в качестве помощника американского министра транспорта. Ланге покинул Стэнфорд в 1969 г. Шифф продолжил свою роль в качестве советника программы вплоть до своей кончины в 1971 году. В течение этого времени Стэнфорд в сотрудничестве с корпорацией MSFC начал разработку нескольких промышленных технологий. Такова краткая начальная история миссии GP-B.

Gravity Probe B является программой Стэнфордского университета физики и экспериментальной техники, охватывающей период времени с 1963 по 2008 год. Эта программа финансировалась в течение 45 лет и является самым продолжительным непрерывным экспериментом как Стэнфордского университета, так и НАСА. Космическое агентство сделало Стэнфордский университет своим генподрядчиком по этой миссии. Стэнфорд, в свою очередь, стал субподрядчиком развития зонда и космических летательных аппаратов Lockheed Martin Missiles and Space Company. GP-B была первой миссией, в которой агентство НАСА сделало университет своим главным подрядчиком (обычно NASA дает это право аэро-компаниям).

Программа GP-B официально завершилась пресс-конференцией и публичным оглашением окончательных результатов в штаб-квартире НАСА (Вашингтон, округ Колумбия) 4 мая 2011 года. Окончательные результаты были опубликованы 31 мая 2011. Но главный исследователь GP-B проекта, Фрэнсис Эверетт, и другие члены команды разработчиков всё еще находятся в процессе составления набора реферируемых документов, охватывающих различные аспекты науки и технологии. Эти документы объединят в специальный сборник, который будет опубликован летом 2015 года.

Финансирование НАСА и спонсорство GP-B миссии закончилось 30 сентября 2008 года. Заключительный этап программы завершился анализом данных и публикацией окончательных результатов эксперимента. В настоящее время он поддерживается не NASA, а только спонсорами. Общий объем финансирования в течение 44-х лет, т.е. с 1963 по 2007 составил около $ 750 млн. С января по сентябрь 2008 года проект GP-B финансировался частными донорами, в равных долях для Стэнфордского университета и НАСА (всего $ 1,5 milliion). С октября 2008 года к финансированию проекта GP-B приступило специальное агентство, которое предоставило $ 2,7 млн. для поддержки завершения анализа данных и завершения программы в целом. Окончание программы GP-B первоначально планировалось на конец 2009 год. Но, как было сказано, фактическое окончание произошло позже, в мае 2011 года. Более того, в течение 2015 года всё еще продолжалось оформление и публикация данных эксперимента.

Что думают о неудачах эксперимента GP-B Эверетт и его команда? В ответ на этот вопрос, они приводят массу аргументов и графиков наподобие тех, что показаны ниже.

Чтобы разобраться в них, нужно, по крайней мере, внимательно изучить имеющийся в нашем распоряжении материал — отчеты, презентации, плакаты и сопутствующую информацию:

https://einstein.stanford.edu/content/fact_sheet/GP-B_nutshell.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/fact_sheet/GP-B_Nutshell-0307-hires.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/exec_summary/GP-B_ExecSum-scrn.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/exec_summary/GP-B_ExecSum-prnt.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/final_report/GPB_FinalPFAR-091907-scrn.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/final_report/GPB_FinalPFAR-091907-prnt.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/final_report/GPB_Final_NASA_Report-020509-web.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/final_report/GPB_Final_NASA_Report-020509.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/fact_sheet/GPB_FactSheet-0405.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/poster/GP-B%20Poster-60x40-lores.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/poster/GP-B%20Poster-60x40in-hires.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/poster/GP-B%20Poster-17x11-tabloid.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/poster/GP-B%20Poster-8.5x11-letter.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/poster/GP-B_Collage_Poster-32x48in.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/poster/GP-B_Collage_Poster-tabloid.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/poster/GP-B_Collage_Poster-letter.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/slide_show/GP-B%20in%20a%20Nutshell.ppt
https://einstein.stanford.edu/content/slide_show/GP-B_nutshell_slideshow.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/slide_show/F.Everitt-KACST_Prs-102508.ppt
https://einstein.stanford.edu/content/slide_show/F.Everitt-KACST_Prs-102508.pdf
https://einstein.stanford.edu/content/faqs/faqs.html
https://einstein.stanford.edu/content/timeline/timeline.html
https://einstein.stanford.edu/content/paper_model/index.html
https://einstein.stanford.edu/content/glossary/glossary.html
https://einstein.stanford.edu/content/links/links.html

Смотрите фильм:

https://youtu.be/rG4x4OsXJQI