Co to jest opóźnienie Shapiro?
Opóźnienie Shapiro (Shapiro delay, fourth test of general relativity) to efekt polegający na tym, że sygnał elektromagnetyczny (radiowy lub świetlny) poruszający sie w pobliżu masywnego ciała (Słońca, planety, gwiazdy neutronowej) potrzebuje nieco więcej czasu na przebycie danej odległości niż wynikałoby z geometrii płaskiej przestrzeni. Wynika to z zakrzywienia przestrzeni-czasu przez masę – sygnał wędruje przez zakrzywioną przestrzeń, co wydłuża jego drogę. Efekt przewidział Irwin Shapiro w 1964 roku i potwierdził go eksperymentalnie w 1966-1968 roku, odbijając sygnały radarowe od Merkurego i Wenus podczas koniunkcji (gdy sygnał przechodził blisko Słońca).
Opóźnienie Shapiro dla sygnału przechodzącego obok Słońca wynosi ok. 240 mikrosekund – pozornie mało, ale mierzalne z dużą dokładnością przez radioastronomię. Eksperymenty Shapiro z Marinerem 6 i 7 (1970) potwierdziły efekt z dokładnością 3%. Cassini (2003) zmierzył opóźnienie z dokładnością 20 ppm, potwierdzając OTW z niespotykaną precyzją. Pulsary – niezwykle regularne zegary kosmiczne – pozwalają mierzyć opóźnienie Shapiro w układach podwójnych: gdy sygnał pulsara przechodzi za towarzyszącą gwiazdą neutronową lub białym karłem, dodatkowe opóźnienie pozwala wyznaczyć masy obu obiektów z dokładnością niedostępną innymi metodami. Pulsar podwójny PSR B1913+16 (Taylor i Hulse, Nagroda Nobla 1993) – pomiar strat energii przez emisję fal grawitacyjnych – korzystał z precyzyjnych pomiarów opóźnienia Shapiro.
Opóźnienie Shapiro jest jednym z czterech klasycznych testów ogólnej teorii względności w Układzie Słonecznym, obok ugięcia swiatła przez Słońce, precesji peryhelium Merkurego i grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni. Efekt ma praktyczne znaczenie dla nawigacji kosmicznej (obliczanie orbit sond kosmicznych musi uwzględniać opóźnienie Shapiro), astrometrii pulsarów (PTA – Pulsar Timing Arrays) i precyzyjnego określania pozycji GPS (orbita GPS satellity wykazuje opóźnienie Shapiro mierzalne przez precyzyjne zegary atomowe).