Maryland-Experiment
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Das Maryland-Experiment war ein Versuch, der die allgemeine Relativitätstheorie überprüfte. Atomuhren, die längere Zeit in einem Flugzeug über der Chesapeake Bay (Maryland) kreisten, verglich man mit Uhren am Boden. Das Experiment bestätigte sowohl den relativistischen Effekt der Gravitation als auch den der Geschwindigkeit.
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[Bearbeiten] Durchführung
Zwischen September 1975 und Januar 1976 führte eine Forschergruppe der University of Maryland, USA, ein Experiment durch, bei dem drei Atomuhren mit Flugzeugen auf etwa 10.000 m Höhe gebracht wurde. Zunächst absolvierte man mehrere Testflüge und schließlich fünf Hauptflüge von je 15 Stunden Flugdauer. Es befanden sich ebenfalls drei Atomuhren am Boden. Spezielle Behälter schützten diese vor äußeren Einwirkungen wie Erschütterungen, Magnetfeldern, Temperatur- und Luftdruckschwankungen. Man verwendete eine Turboprop-Maschine, die nur knapp 500 km/h erreichte, um den Geschwindigkeitseffekt klein zu halten. Das Flugzeug befand sich auf fest vorgegebenen Kurs und wurde ständig per Radar überwacht. Je Sekunde ermittelte man Position und Geschwindigkeit.
[Bearbeiten] Zeitmessung
Zum einen maß man den Zeitunterschied durch direkten Uhrenvergleich am Boden vor und nach dem Flug über etwa 20 Stunden. Zum anderen wurde während des Fluges durch Laser-Lichtpulse von 0,1 ns Dauer der Zeitunterschied abgelesen, indem man ein Signal zum Flugzeug schickte, das von diesem reflektiert und auf der Bodenstation wieder aufgefangen wurde.
[Bearbeiten] Ergebnisse
Die Differenz nahm schon während des Fluges laufend zu. Aufgrund des Gravitationseffektes gehen die Flugzeuguhren während des Fluges laufend schneller. Nach 15 Stunden Flug ermittelte man eine Abweichung von 47,1 ns. -5,7 ns Verlangsamung verursachte der relativistische Geschwindigkeitseffekt. Somit ergab sich eine Abweichung von 52,8 ns. Die Fehlererrechnung ergab eine Genauigkeit von 1,6 %.
[Bearbeiten] Rechnung
Das Flugzeug befand sich für t = 15 h, in einer Flughöhe von durchschnittlich H = 30.000 Fuß. Eine Überschlagsrechnung nach der Formel dt’ = gHt/c² mit c = Lichtgeschwindigkeit und g = 9,81 m/s² Gewichtskraft ergibt eine erwartete Zeitdifferenz von dt’ = 53,90 ns in Übereinstimmung mit dem gemessenen Wert von 52,8 ns.
In der Orignalveröffentlichung wurde die erwartete Zeitdifferenz anhand der tatsächlich geflogenen Bahn ausgerechnet. Dabei wurde ein Gesamteffekt (inklusive relativistischer Geschwindigkeit) von 47,1 ± 0,25ns ermittelt. Dieser Schätzwert stimmte nahezu exakt mit dem gemessenen Wert überein.
[Bearbeiten] Anwendung
Der Gravitationseffekt wird heute vor allem bei der Positionsbestimmung von Flugzeugen verwendet, indem man den Faktor für jede Höhe berücksichtigt.
[Bearbeiten] Literatur
- C. O. Alley, IEEE, 33rd Annual Symposium on Frequency Control, 1979
[Bearbeiten] Hafele-Keating-Experiment
- J.C. Hafele & R. Keating: Around the world atomic clocks : predicted relativistic time gains. Science 177 (4044): 166-168.
- J.C. Hafele & R. Keating: Around the world atomic clocks : observed relativistic time gains. Science 14 July 1972 177: 168-170
