הצגת המקור של הדף "ניסוי הייפלי-קיטינג"

[[קובץ:Hafele–Keating experiment.jpg|ממוזער|הפיזיקאים הייפלי וקיטינג על המטוס המסחרי, ליד [[דייל אוויר|דיילת]] ושניים מה[[שעון אטומי|שעונים האטומיים]] בזמן ביצוע הניסוי]]
'''ניסוי הייפלי-קיטינג''' הוא [[ניסוי]] לאימות [[תורת היחסות]] שנערך ב[[אוקטובר]] [[1971]], בו החוקרים [[ג'וזף הייפלי]] {{אנג|Joseph C. Hafele}} ו[[ריצ'רד קיטינג]] {{אנג|Richard E. Keating}} הטיסו ארבעה [[שעון אטומי|שעונים אטומיים]] פעמיים [[הקפת כדור הארץ|סביב כדור הארץ]] בטיסות מסחריות, ראשית מזרחה ואחר כך מערבה, והשוו את הזמנים שציינו לאלה של שעון שלא הוטס. השעונים שהוטסו סטו מן הזמן שציין השעון שלא הוטס, באופן שתאם את תצפיות [[תורת היחסות]] לגבי [[התארכות זמן]].

==רקע==
על פי [[תורת היחסות הפרטית]], שעון פועם במהירות הנצפית כגבוהה ביותר לצופה אשר נמצא במנוחה ביחס ל[[שעון]]. ב[[מערכת ייחוס]] שבה השעון אינו במנוחה אלא ב[[תנועה (פיזיקה)|תנועה]], השעון פועם לאט יותר, ושיעור ההאטה יחסי לריבוע ה[[מהירות]]. במערכת הייחוס שבסיסה במרכז [[כדור הארץ]], שעון שמקיף את העולם [[מזרח]]ה - כיוון סיבוב כדור הארץ [[ציר סיבוב|סביב צירו]] - פועם מהר יותר משעון הנמצא נייח על הקרקע. שעון שמקיף את העולם [[מערב]]ה - נגד כיוון [[סיבוב כדור הארץ]] - פועם לאט יותר.

גורם נוסף נכנס לתמונה על פי [[תורת היחסות הכללית]]: העלייה המתונה בפוטנציאל ה[[כבידה]] הנובעת מהגובה בו נמצא השעון, [[תאוצה|מאיצה]] אותו. היות ששני המטוסים טסים בגובה זהה בקירוב, אפקט זה משפיע באופן דומה על שני השעונים.

תוצאות הניסוי פורסמו במגזין [[Science]] בשנת [[1972]]:{{הערה|1={{cite journal | last=Hafele | first= J. | author2 = Keating, R. | authorlink = | date= July 14, 1972| title=Around the world atomic clocks:predicted relativistic time gains | journal=Science| volume = 177 | issue = 4044| pages=166–168| url= http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/177/4044/166| doi = 10.1126/science.177.4044.166| accessdate= 2006-09-18| pmid=17779917}}}}{{הערה|1={{cite journal | last=Hafele | first= J. | author2 = Keating, R. | authorlink = | date= July 14, 1972| title=Around the world atomic clocks:observed relativistic time gains | journal=Science| volume = 177 | issue = 4044| pages=168–170| url= http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/177/4044/168 | doi = 10.1126/science.177.4044.168| accessdate=2006-09-18| pmid=17779918}}}}

{| class="wikitable"
|-
!  rowspan=3 | 
!  colspan=4 |הפרשי זמנים ([[התארכות זמן]]) בין השעונים הניידים לשעון הנייח, במיליארדיות שנייה
|-
!  colspan=3 |חזוי 
!  rowspan=2 |נמדד
|-
!כבידתי ([[תורת היחסות הכללית|יחסות כללית]]) 
!קינמטי ([[תורת היחסות הפרטית|יחסות פרטית]]) 
!סה"כ
|-
!מזרחה
|{{SN|144 ± 14|}} 
|{{SN|-184 ± 18|}}
|{{SN|-40 ± 23|}}
||{{SN|-59 ± 10|}}
|-
!מערבה
|{{SN|179 ± 18|}}
|{{SN|96 ± 10|}}
 |{{SN|275 ± 21|}}
 |{{SN|273 ± 7|}}
|}

תוצאות הניסוי כפי שפורסמו התאימו לתחזיות תורת היחסות הפרטית. הפרשי הזמנים הנצפים היו שונים מאפס ברמת ודאות גבוהה, והתאימו לתחזיות ברמת דיוק של כ-10%. בשנת [[1976]] בוצע הניסוי שנית על ידי [[אוניברסיטת מרילנד]], הפעם בתואם  לתחזיות בדיוק של 1%.{{הערה|שם=הערה_א|1=Wolfgang Rindler, Essential Relativity: Special, General, and Cosmological, Springer-Verlag, 1979, p. 45}} הניסוי בוצע מחדש ביובל ה-25 לניסוי המקורי, עם שעונים אטומיים מדויקים יותר, ואימת את התוצאות בדיוק גבוה עוד יותר{{הערה|1=[http://web.archive.org/web/20050411015134/http://www.npl.co.uk/publications/metromnia/issue18/ Metromnia Issue 18 - Spring 2005]{{כותרת קישור נוצרה על ידי בוט}}}} בימינו, תוצאים אלו של תורת היחסות משמשים דרך קבע, למשל ב[[מערכת ניווט לוויינית|מערכות ניווט לוויניות]] ([[GPS]]{{כ}}).{{הערה|1=Deines, "Uncompensated relativity effects for a ground-based GPSA receiver", Position Location and Navigation Symposium, 1992. Record. '500 Years After Columbus - Navigation Challenges of Tomorrow'. IEEE PLANS '92.}}

כיוון שהניסוי שוחזר בהצלחה בשיטות מדויקות יותר ויותר, קיים קונצנזוס בקרב פיזיקאים מאז שנות השבעים, לפיו התחזיות של תורת היחסות לגבי השפעות קינמטיות וכבידתיות על הזמן הוכחו למעשה.
{{הערה|שם=הערה_א}}
יחד עם זאת, תוצאות הניסוי המקורי היו יעד לביקורת. על פי בחינה מחודשת של הניסוי שבוצעה על ידי A. G. Kelly בשנת [[1996]], התוצאות כפי שפורסמו מעידות על [[ממוצע|מיצוע]] מוטה.
{{הערה|1=A. G. Kelly,''Reliability of Relativistic Effect Tests on Airborne Clocks'', Monograph No.3 Feb.1996, The Institution of Engineers of Ireland, {{ISBN|1-898012-22-9}}}}
כמו כן, Louis Essen, אבי השעון האטומי, פרסם מאמר בשנת [[1988]] אודות מה שהוא תפס כדיוק הבלתי-מספק של הניסוי.
{{הערה|1=[[Louis Essen]], Electron. Wireless World 94 (1988) 238.}}
יחד עם זאת, אף אחד מהפרסומים הללו אינו פרסום שעבר [[ביקורת עמיתים]], והם אינם מטילים דופי באימות התוצאות שבוצעו בשיטות מדויקות יותר, מ-1976 ואילך.

== נוסחאות ==
להלן הנוסחאות הקשורות לתוצאים שנמדדו בניסוי:

[[התארכות זמן|התארכות הזמן]] הכוללת:
: <math>\ \tau = \Delta\tau_v + \Delta\tau_g + \Delta\tau_s</math>

[[תורת היחסות הפרטית|השפעת המהירות]] על התארכות הזמן:
: <math>\Delta\tau_v = - \frac{1}{2c^2} v^2 \Delta\tau</math>

[[תורת היחסות הכללית|השפעת הכבידה]] על התארכות הזמן:
: <math>\Delta\tau_g = \frac{g}{c^2} (h- h_0) \Delta\tau</math>

[[אפקט סניאק|אפקט סַנְיַאק]]:
: <math>\Delta\tau_s = - \frac{\omega}{c^2} R^2 \cos^2 \phi\Delta\lambda</math>

כאשר:

<math>\ h</math> - גובה

<math>\ v</math> - מהירות

<math>\ \omega</math> - [[מהירות זוויתית|המהירות הזוויתית]] של סיבוב כדור הארץ

<math>\ \tau</math> - זמן או מרחק טיסה

יש לבצע [[אינטגרל מסוים|אינטגרציה]] של התוצאים במשך הטיסה ובין הטיסות, שכן הפרמטרים משתנים עם הזמן.

==ראו גם==
* [[פרדוקס התאומים]]
* [[מצפה הכוכבים האסטרונומי הלאומי של יפן]]

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* [http://www.youtube.com/watch?v=cmPebZA2ZdI Experiência de Hafele-Keating] סרטון באנגלית המסביר את הניסוי

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}

[[קטגוריה:תורת היחסות הפרטית]]
[[קטגוריה:פיזיקה: ניסויים|הייפלי-קיטינג]]
[[קטגוריה:הקפת כדור הארץ]]