Maryland-Experiment

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Das Maryland-Experiment ist ein Versuch, der die allgemeine Relativitätstheorie überprüfte. Atomuhren, die längere Zeit in einem Flugzeug um die Erde flogen, verglich man mit Uhren am Boden. Das Experiment bestätigte sowohl den relativistischen Effekt der Gravitation als auch den der Geschwindigkeit.

Inhaltsverzeichnis

1 Durchführung:
2 Zeitmessung:
3 Ergebnisse:
4 Rechnung:
5 Anwendung:
6 Literatur
- 6.1 Hafele-Keating-Experiment
7 Siehe auch

[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, Magnetfelder, Temperaturschwankungen und Luftdruckschwankungen. Man verwendete eine Turboprop-Maschine, die nur knapp 500 km/h erreichte um den Geschwindigkeitseffekt klein halten wollte. 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. Aber es wurde auch während des Fluges durch Laser-Lichtimpulse von 0,1 ns Dauer der Zeitunterschied abgelesene, 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 ergibt sich eine Zeit von 52,8 ns Abweichung. 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 Wert war in Nahezu perfekter Übereinstimmung mit dem gemessenen Wert.

[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