эксперимент с двойной звездой де Ситтера

Эффект де Ситтера был описан Виллемом де Ситтером в 1913 году [1] [2] [3] [4] (а также Дэниелом Фростом Комстоком в 1910 году [5] ) и использовался для поддержки специальной теории относительности против конкурирующей эмиссионной теории 1908 года Вальтера Ритца , которая постулировала переменную скорость света в зависимости от скорости излучающего объекта. Де Ситтер показал, что теория Ритца предсказала бы, что орбиты двойных звезд будут казаться более эксцентричными, чем это согласуется с экспериментом и законами механики . Однако результаты астрономических наблюдений не подтвердили это. Это было подтверждено Кеннетом Брехером в 1977 году путем наблюдения за спектром рентгеновских лучей . [6] О других экспериментах, связанных со специальной теорией относительности, см. Тесты специальной теории относительности .

Эффект

Аргумент Виллема де Ситтера против теории излучения. Согласно простой теории излучения, свет движется со скоростью c относительно излучающего объекта. 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, обгонял бы «медленный» свет, излучаемый во время удаляющейся части орбиты звезды. Таким образом, законы движения Кеплера , по-видимому, нарушались бы для удаленного наблюдателя. Было бы видно много странных эффектов, включая (a) как показано, необычную форму кривых блеска переменных звезд, которые никогда не наблюдались, (b) экстремальные доплеровские красные и синие смещения в фазе с кривыми блеска, подразумевающие сильно некеплеровские орбиты, (c) расщепление спектральных линий (обратите внимание на одновременное прибытие смещенного в синюю и красную сторону света к цели), и (d) если двойная звездная система разрешима в телескоп, периодическое разбиение звездных изображений на несколько изображений. [7]

Согласно простой теории излучения , свет , испускаемый объектом, должен двигаться со скоростью относительно испускающего объекта. Если бы не было усложняющих эффектов увлечения , то можно было бы ожидать, что свет будет двигаться с той же скоростью, пока в конечном итоге не достигнет наблюдателя. Для объекта, движущегося прямо к наблюдателю (или от него) в момент, когда он достиг бы нас , этот свет, как ожидается, все еще будет двигаться в (или ). с {\displaystyle с} в {\displaystyle v} ( с + в ) {\displaystyle (c+v)} ( с − в ) {\displaystyle (cv)}

В 1913 году Виллем де Ситтер утверждал, что если это правда, то звезда, вращающаяся в системе двойной звезды, обычно, по отношению к нам, попеременно движется к нам и от нас. Свет, испускаемый из разных частей орбитального пути, будет двигаться к нам с разной скоростью. Для близлежащей звезды с небольшой орбитальной скоростью (или плоскость орбиты которой почти перпендикулярна нашему лучу зрения) это может просто заставить орбиту звезды казаться неустойчивой, но при достаточном сочетании орбитальной скорости и расстояния (и наклона) «быстрый» свет, испускаемый во время сближения, сможет догнать и даже обогнать «медленный» свет, испускаемый ранее во время удаляющейся части орбиты звезды, и звезда будет представлять изображение, которое будет перемешано и не будет соответствовать последовательности. То есть законы движения Кеплера , по-видимому, будут нарушены для удаленного наблюдателя.

Де Ситтер провел исследование двойных звезд и не нашел случаев, когда вычисленные орбиты звезд выглядели бы некеплеровскими. Поскольку общая разница во времени полета между «быстрыми» и «медленными» световыми сигналами, как можно было бы ожидать, линейно масштабируется 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 был бы наблюдаться, если бы модель была правильной, а его отсутствие означало, что теория излучения почти наверняка была неверной.

Примечания

  • Современные эксперименты типа де Ситтера опровергают идею о том, что свет может распространяться со скоростью, которая частично зависит от скорости излучателя ( c'=c + kv ), где скорость излучателя v может быть положительной или отрицательной, а k — это коэффициент между 0 и 1, обозначающий степень зависимости скорости света от скорости источника. Де Ситтер установил верхний предел k < 0,002, но эффекты затухания делают этот результат сомнительным. [4]
  • Эксперимент де Ситтера подвергся критике из-за эффектов затухания со стороны Дж. Г. Фокса . То есть, во время полета к Земле световые лучи поглощались и переизлучались межзвездной материей, находящейся почти в состоянии покоя относительно Земли, так что скорость света должна была стать постоянной относительно Земли, независимо от движения исходного источника(ов). [8]
  • В 1977 году Кеннет Бречер опубликовал результаты похожего двойного обзора и пришел к похожему выводу: любые видимые нерегулярности в орбитах двойных звезд слишком малы, чтобы подтвердить теорию излучения. Вопреки данным, приведенным де Ситтером, Бречер наблюдал рентгеновский спектр, тем самым исключив возможное влияние эффекта поглощения. Он установил верхний предел . [6] к < 2 × 10 − 9 {\displaystyle k<2\times 10^{-9}}
  • Существуют также наземные эксперименты, которые говорят против таких теорий, см. эксперименты по проверке теорий эмиссии .

Ссылки

  1. ^ В. де Ситтер, Ein астроном Beweis für die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Архивировано 30 ноября 2016 г. в Wayback Machine Physik. Цайтшр , 14, 429 (1913).
  2. ^ В. де Ситтер, Über die Genauigkeit, Internalhalb welcher die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Bewegung der Quelle behauptet werden kann. Архивировано 3 марта 2016 г. в Wayback Machine Physik. Цейчр , 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. ^ ab de Sitter, Willem (1913), «О постоянстве скорости света»  , Труды Королевской Нидерландской академии искусств и наук , 16 ( 1): 395–396
  5. ^ Комсток, Дэниел Фрост (1910), «Забытый тип теории относительности»  , Physical Review , 30 (2): 267, Bibcode : 1910PhRvI..30..262., doi : 10.1103/PhysRevSeriesI.30.262
  6. ^ ab Brecher, K. (1977). «Независима ли скорость света от скорости источника». Physical Review Letters . 39 (17): 1051– 1054. Bibcode : 1977PhRvL..39.1051B. doi : 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 могли бы наблюдать один и тот же компонент двойной звездной системы одновременно в разных местах, и эти «звезды-призраки» исчезали бы и появлялись снова в ходе своих периодических движений.
  8. ^ Фокс, Дж. Г. (1965), «Доказательства против теорий эмиссии», Американский журнал физики , 33 (1): 1– 17, Bibcode : 1965AmJPh..33....1F, doi : 10.1119/1.1971219.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=De_Sitter_double_star_experiment&oldid=1228899858"