თუ ორ სრულყოფილად იდენტურ ატომურ საათს მოათავსებთ — ერთს დედამიწის ზედაპირზე და მეორეს მთვარეზე — და ზუსტად ერთი დედამიწის დღის შემდეგ შეამოწმებთ, მთვარის საათი დაახლოებით 56.02 მიკროწამით წინ იქნება. ეს საათების ხარვეზი არ არის. ეს სამყაროს ფუნდამენტური თვისებაა, რომელიც ალბერტ აინშტაინის ზოგადმა ფარდობითობის თეორიამ ერთ საუკუნეზე მეტი ხნის წინ იწინასწარმეტყველა.
გრავიტაციული დროის დილატაციის ახსნა
აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობა, გამოქვეყნებული 1915 წელს, გრავიტაციას აღწერს არა როგორც ძალას, არამედ როგორც სივრცე-დროის გამრუდებას. მასიური ობიექტები, როგორიცაა დედამიწა და მთვარე, ამრუდებენ სივრცე-დროის ქსოვილს თავიანთ გარშემო, და ეს გამრუდება გავლენას ახდენს დროის დინებაზე.
ძირითადი პრინციპი მარტივია: რაც უფრო ძლიერია გრავიტაციული ველი, მით უფრო ნელა მიდის დრო. ამ ეფექტს გრავიტაციული დროის დილატაცია ეწოდება. დედამიწის ზედაპირის გრავიტაცია დაახლოებით 9.8 მ/წმ² შეადგენს, ხოლო მთვარისა — მხოლოდ დაახლოებით 1.62 მ/წმ² — დაახლოებით ექვსჯერ ნაკლები. რადგან მთვარის გრავიტაციული მოზიდვა უფრო სუსტია, სივრცე-დრო იქ ნაკლებად გამრუდებულია და საათები უფრო სწრაფად მიდის.
56 მიკროწამის რიცხვი
ზუსტი სიჩქარე, რომლითაც მთვარის საათები უფრო სწრაფად მიდის, დამოკიდებულია გრავიტაციული პოტენციალის სხვაობაზე დედამიწისა და მთვარის ზედაპირებს შორის, პლუს მცირე კორექტირებები ორბიტალური სიჩქარისა და დედამიწის ბრუნვისთვის.
გრავიტაციული ლურჯი ცვლა — საათების უფრო სწრაფად სვლა სუსტ გრავიტაციაში — შეაქვს დაახლოებით +58.7 მიკროწამს დღეში. თუმცა, მთვარის ორბიტალური სიჩქარე (დაახლოებით 1.022 კმ/წმ) იწვევს მცირე დროის დილატაციას საპირისპირო მიმართულებით (სიჩქარეზე დამოკიდებული ეფექტი სპეციალური ფარდობითობიდან), რაც ამცირებს წმინდა მოგებას დაახლოებით 2.7 მიკროწამით დღეში. ჯამური შედეგი არის დაახლოებით +56.02 მიკროწამი დღეში.
ეს რიცხვი დადასტურებულია მრავალი დამოუკიდებელი ანალიზით, მათ შორის NASA-ს რეაქტიული მოძრაობის ლაბორატორიისა (JPL) და სტანდარტებისა და ტექნოლოგიის ეროვნული ინსტიტუტის (NIST) მიერ.
ეს თეორიული არ არის — ეს გაზომილია
გრავიტაციული დროის დილატაცია ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე ზუსტად შემოწმებული პროგნოზია. GPS თანამგზავრები, რომლებიც დაახლოებით 20 200 კმ სიმაღლეზე მოძრაობენ, სადაც გრავიტაცია უფრო სუსტია, დედამიწის ზედაპირთან შედარებით დღეში დაახლოებით 45 მიკროწამს იძენენ. ამ კორექტირების გარეშე GPS-ის პოზიციები დღეში დაახლოებით 10 კმ-ით გადაიხრებოდა.
იგივე ფიზიკა ვრცელდება მთვარეზე. მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ არ გვაქვს ატომური საათები განთავსებული მთვარის ზედაპირზე, ეფექტი გამოითვლება იმავე კარგად შემოწმებული განტოლებებიდან. გრავიტაციული დროის დილატაციის ფორმულა იძლევა პროგნოზებს, რომლებიც დადასტურებულია ტრილიონის ერთ ნაწილზე უკეთეს სიზუსტით.
რატომ აქვს 56 მიკროწამს მნიშვნელობა
ყოველდღიური ადამიანური საქმიანობისთვის 56 მიკროწამი შეუმჩნეველია. მაგრამ ზუსტი სისტემებისთვის ის სწრაფად გროვდება:
ერთი თვის შემდეგ მთვარის საათი დაახლოებით 1.7 მილიწამით არის წინ. ერთი წლის შემდეგ გადახრა იზრდება დაახლოებით 20 მილიწამამდე. J2000.0 ეპოქიდან (2000 წლის 1 იანვარი) დაგროვილმა გადახრამ 0.5 წამს გადააჭარბა.
ნავიგაციისთვის სინათლე მიკროწამში დაახლოებით 300 მეტრს გადის. 56-მიკროწამიანი დროის შეცდომა დღეში დაახლოებით 16 მეტრის პოზიციის გაურკვევლობას შეესაბამება. Artemis მისიების მიერ მოთხოვნილი ზუსტი დაშვებისთვის — მთვარის სამხრეთ პოლუსთან კონკრეტული ადგილების სამიზნეზე — ეს დრიფტის დონე მიუღებელია კორექტირების გარეშე.
სწორედ ამიტომ იქმნება კოორდინირებული მთვარის დრო (LTC): დროის სტანდარტის უზრუნველსაყოფად, რომელიც ითვალისწინებს რელატივისტურ განსხვავებას და ყველა მთვარის სისტემას სინქრონიზებულად ინარჩუნებს.