The OPTIS satellite - improved tests of Special and General Relativity

摘要

Die OPTIS Satellitenmission ist eine internationale Zusammenarbeit, die von drei deutschen Universitätsinstituten initiiert wurde. Das Hauptziel des Projektes ist die Durchführung verbesserter Tests der Grundlagen der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie im Weltraum. Die Missionsidee - welche bereits das Stadium der ersten Machbarkeitsstudie passiert hat - ist es, einen Beitrag zum anspruchvollsten Projekt der Physik unseres Jahrhunderts zu leisten - der Suche nach einer Quantengravitationstheorie. Diese Theorie sollte die Un- stimmigkeiten zwischen der Quantentheorie und der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie lösen. Alle Ansätze für solch einen Quantengravitationstheorie sagen kleine Abweichungen von der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie voraus. Wenn solche Abweichungen gefunden werden könnten (z.B. eine Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit, Verletzungen der Universalität der gravitativen Rotverschiebung oder der Universalität des Freien Falls), wäre der Weg für ein neues Verständnis der Raum-Zeit-Struktur unseres Universums geöffnet. Daher ist das Ziel der OPTIS Satellitenmission eine Genauigkeitsverbesserung der Tests zu den Grundlagen der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie um bis zu drei Größenordnungen. Um dieses Ziel zu erreichen werden verschiedene Experimente an Bord des OPTIS Satelliten durchgeführt werden. Dies sind Tests zur (ⅰ) Isotropie der Lichtgeschwindigkeit, (ⅱ) Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit des Laborsystems, (ⅲ) Universalität der gravitativen Rotverschiebung, (ⅳ) absoluten gravitativen Rotverschiebung und (ⅴ) zur speziellen relativistischen Zeitdilatation.%The OPTIS satellite mission is an international collaboration initiated by three German University institutes aiming at improving tests regarding the foundations of Special and General Relativity. The mission idea - which has already passed the state of the initial feasibility study - is to contribute to the most challenging project of physics in this century - the search for a Theory of Quantum Gravity. This theory should resolve the incompatibilities between the quantum theory and Einstein's General Relativity. All approaches for a Quantum Gravity Theory predict small deviations from Special and General Relativity. If such deviations could be found (e.g. an anisotropy of the speed of light, violations of the universality of gravitational red shift or of the universality of free fall) the way to a new understanding of the time and space structure of the universe would be open. Therefore the goal of the OPTIS satellite mission is an accuracy improvement of tests regarding the foundations of Special and General Relativity by up to three orders of magnitude. For that purpose several experiments will be carried out on board the OPTIS satellite testing (ⅰ) the isotropy of the speed of light, (ⅱ) the independence of the speed of light from the velocity of the laboratory system, (ⅲ) the universality of the gravitational redshift, (ⅳ) the absolute gravitational redshift and (ⅴ) the special relativistic time-dilation.