Эксперимент с двойной звездой де Ситтера - De Sitter double star experiment

Эта статья о наблюдении двойных звезд. О прецессии орбитальных тел см. прецессия де Ситтера.

В эффект де Ситтера был описан Виллем де Ситтер в 1913 г.[1][2][3][4] (а также Дэниел Фрост Комсток в 1910 г.[5]) и используется для поддержки специальная теория относительности против конкурирующего 1908 года теория эмиссии к Вальтер Ритц это постулировало переменная скорость света. Де Ситтер показал, что теория Ритца предсказывала, что орбиты двойных звезд будут казаться более эксцентричными, чем это соответствует эксперименту и законам механика Однако экспериментальный результат был отрицательным. Это было подтверждено Брехером в 1977 г., наблюдая рентгеновские лучи спектр.[6] По поводу других экспериментов, связанных со специальной теорией относительности, см. тесты специальной теории относительности.

Эффект

Аргумент де Ситтера против теории излучения.
Анимация аргумента де Ситтера.
Аргумент Виллема де Ситтера против теории излучения. Согласно простой теории излучения, свет движется со скоростью c по отношению к излучающему объекту. Если бы это было правдой, свет, излучаемый звездой в двойной звездной системе с разных частей орбитального пути, двигался бы к нам с разной скоростью. Для определенных комбинаций орбитальной скорости, расстояния и наклона «быстрый» свет, излучаемый во время сближения, будет обгонять «медленный» свет, излучаемый во время отступающей части орбиты звезды. Таким образом Законы движения Кеплера было бы очевидно нарушено для удаленного наблюдателя. Можно было бы увидеть много странных эффектов, в том числе (а) как проиллюстрировано, необычные формы переменных кривых блеска звезд, которые никогда не наблюдались, (б) экстремальные доплеровские красные и синие сдвиги в фазе с кривыми блеска, что подразумевает сильно не кеплеровский орбиты; (c) расщепление спектральных линий (обратите внимание на одновременное поступление к цели света с синим и красным смещением); и (d), если двойная звездная система разрешима в телескоп, периодическое разделение звездных изображений на несколько изображений.[7]

По простым теория эмиссии, свет отброшенный предметом должен двигаться скорость относительно излучающего объекта. Если нет осложнений эффекты перетаскивания тогда ожидается, что свет будет двигаться с той же скоростью, пока не достигнет наблюдателя. Для объекта, движущегося прямо к наблюдателю (или от него) на метров в секунду, то ожидается, что этот свет будет продолжать двигаться со скоростью ( или же ) метров в секунду в то время, когда он дошел до нас.

В 1913 г. Виллем де Ситтер утверждал, что, если бы это было правдой, звезда, вращающаяся по орбите в двойной звездной системе, обычно по отношению к нам чередовала бы движение к нам и от нас. Свет, излучаемый из разных частей орбитального пути, будет двигаться к нам с разной скоростью. Для ближайшей звезды с небольшой орбитальной скоростью (или чья орбитальная плоскость была почти перпендикулярна нашей линии обзора) это могло просто сделать орбиту звезды беспорядочной, но для достаточного сочетания орбитальной скорости и расстояния (и наклона) " быстрый «свет, излучаемый во время сближения, сможет догнать и даже обогнать« медленный »свет, излучаемый ранее во время отступающей части орбиты звезды, и звезда представит изображение, которое было зашифровано и не в порядке. То есть, Законы движения Кеплера было бы очевидно нарушено для удаленного наблюдателя.

Де Ситтер провел исследование двойных звезд и не обнаружил случаев, когда вычисленные орбиты звезд оказывались не кеплеровскими. Поскольку общая разница во времени полета между «быстрыми» и «медленными» световыми сигналами должна была бы линейно масштабироваться с расстоянием в простой теории излучения, и исследование (статистически) включало бы звезды с разумным разбросом расстояний, орбитальных скоростей и ориентаций. , де Ситтер пришел к выводу, что эффект должен были замечены, если модель верна, а ее отсутствие означало, что теория излучения почти наверняка неверна.

Примечания

  • Современные эксперименты типа де Ситтера опровергают идею о том, что свет может двигаться со скоростью, которая частично зависела от скорости излучателя (c '= c + kv), где скорость эмиттера v может быть положительным или отрицательным, и k - множитель от 0 до 1, обозначающий степень, в которой скорость света зависит от скорости источника. Де Ситтер установил верхний предел k <0,002, но эффекты вымирания делают этот результат подозрительным.[4]
  • Эксперимент Де Ситтера подвергся критике из-за эффекты вымирания к Дж. Г. Фокс. То есть во время полета к Земле световые лучи были бы поглощены и повторно испущены межзвездным веществом, почти неподвижным относительно Земли, так что скорость света должна стать постоянной по отношению к Земле, независимо от движения первоисточник (и).[8]
  • В 1977 году Кеннет Бречер опубликовал результаты подобного двойного обзора и пришел к аналогичному выводу - что любые видимые нарушения орбиты двойных звезд слишком малы, чтобы поддерживать теорию излучения. В отличие от де Ситтера, он наблюдал рентгеновский спектр, тем самым исключив возможное влияние эффекта экстинкции. Он установил верхний предел .[6]
  • Существуют также земные эксперименты, которые говорят против таких теорий, см. эксперименты по проверке теории выбросов.

Рекомендации

  1. ^ В. де Ситтер, Ein astronomischer Beweis für die Konstanz der Lichgeshwindigkeit Physik. Zeitschr, 14, 429 (1913).
  2. ^ В. де Ситтер, Über die Genauigkeit, innerhalb welcher die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Bewegung der Quelle Behauptet werden kann Physik. Zeitschr, 14, 1267 (1913).
  3. ^ де Ситтер, Виллем (1913), «Доказательство постоянства скорости света», Труды Королевской Нидерландской академии искусств и наук, 15 (2): 1297–1298, Bibcode:1913KNAB ... 15.1297D
  4. ^ а б де Ситтер, Виллем (1913), «О постоянстве скорости света», Труды Королевской Нидерландской академии искусств и наук, 16 (1): 395–396
  5. ^ Комсток, Дэниел Фрост (1910), «Забытый тип относительности», Физический обзор, 30 (2): 267, Bibcode:1910ПхРви..30..262., Дои:10.1103 / PhysRevSeriesI.30.262
  6. ^ а б Брехер, К. (1977). «Скорость света не зависит от скорости источника». Письма с физическими проверками. 39 (17): 1051–1054. Bibcode:1977ПхРвЛ..39.1051Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.39.1051.
  7. ^ Бергманн, Питер (1976). Введение в теорию относительности. Dover Publications, Inc., стр.19–20. ISBN  0-486-63282-2. В некоторых случаях мы должны наблюдать один и тот же компонент двойной звездной системы одновременно в разных местах, и эти «звезды-призраки» исчезнут и снова появятся в ходе своего периодического движения.
  8. ^ Фокс, Дж. Г. (1965), "Свидетельства против теорий выбросов", Американский журнал физики, 33 (1): 1–17, Bibcode:1965AmJPh..33 .... 1F, Дои:10.1119/1.1971219.