Testy doświadczalne ogólnej teorii względności: Różnice pomiędzy wersjami
| [wersja przejrzana] | [wersja przejrzana] |
Usunięta treść Dodana treść
przekład artykułu angielskiego (początek) |
Precesja peryhelium orbity Merkurego |
||
Linia 6:
W lutym 2016 grupa badaczy z detektora [[LIGO]] doniosła o [[astronomia fal grawitacyjnych|bezpośrednim wykryciu fal grawitacyjnych]] pochodzących ze zderzenia czarnych dziur. To odkrycie w połączeniu z dodatkowymi wynikami opublikowanymi w czerwcu 2016 i czerwcu 2017 weryfikuje przewidywania ogólnej teorie względności w granicy bardzo silnego pola, nie znajdując jak do tej pory żadnych odchyleń od przewidywań teorii.
==Klasyczne testy==
W 1916 Albert Einstein zaproponował trzy testy ogólnej teorii względności, w następnych latach nazywane '''klasycznymi testami ogólnej teorii względności''':
# precesje peryhelium orbity Merkurego
# ugięcie światła w polu grawitacyjnym Słońca
# grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni
W lisice do [[London Times]] z dnia 28 listopada 1919 roku Einstein opisał teorie względności i podziękował brytyjskim naukowcom za zrozumienie i przetestowanie jego pracy. Wspomniał również o powyższych trzech klasycznych testach, dodając:
:"Główna atrakcyjność tej teorii polega na logicznej zupełności. Jeżeli jeden z wyciągniętych z niej wniosków okazałby się błędny, musiałaby zostać porzucona, zmodyfikowanie jej bez zniszczenia całej struktury wydaje się niemożliwe. "
===Precesja peryhelium Merkurego===
{{Główny artykuł|Problem dwóch ciał w ogólnej teorii względności}}
Według fizyki newtonowskiej układ dwóch ciał składający się z obiektu okrążającego sferycznie symetryczną masę zachowuje się w taki sposób, że ruch ciała próbnego wyznacza [[Elipsa|elipsę]] ze środkiem masy znajdującym się w jednym z jej [[ognisko elipsy|ognisk]]. Punkt na orbicie w którym poruszające się ciało znajduje się najbliżej źródła pola (nazywany [[Apsyda (astronomia)|apsydą]] lub w astronomii [[peryhelium]] ze względu na fakt, że Słońce jest głównym źródłem pola grawitacyjnego w Układzie Słonecznym) pozostaje nieruchomy. Jednak w Układzie Słonecznym istnieje wiele innych czynników powodujących ruch peryheliów planet. Głównym czynnikiem jest obecność innych planet, których oddziaływanie wywołuje [[perturbacja|perturbacje]]. Innym, choć dużo słabszym czynnikiem jest [[Elipsoida obrotowa|spłaszczenie]] Słońca.
Ruch Merkurego nie jest zgodny z przewidywaniami, które można wyprowadzić z grawitacji newtonowskiej. Anomalia prędkości precesji
peryhelium została po raz pierwszy zaobserwowana w 1859 przez [[Urbain Le Verrier|Le Verriera]]. Na podstawie obserwacji ruchu [[Merkury|Merkurego]] prowadzonych od 1697 do 1848 Le Verrier ustalił, że rzeczywiste tempo precesji odbiega od przewidywań teorii Newtona o 38″ ([[sekundy i minuty łukowe|sekundy lukowe]]) na [[wiek zwrotnikowy]] (w 1882 dokładniejsze oszacowanie 43″ zostało podane przez Simona Newcomba). Zaproponowano szereg doraźnych wyjaśnień tych efektów, jednak powodowały one kolejne większe problemy.
Brakująca wartość w prędkości [[precesja|precesji]] została ostatecznie wyjaśniona na bazie ogólnej teorii względności. Einstein pokazał, ze ogólna teoria względności daje przewidywania dokładnie zgodne z obserwowaną wartością przesunięcia peryhelium. Wyjaśnienie prędkości precesji Merkurego odegrało bardzo ważną role w procesie akceptacji ogólnej teorii względności. W ostatnich latach Friedman i Steiner wyjaśnili obserwowaną wielkość przesunięcia peryhelium bez pełnej ogólnej teorii względności, jedynie w ramach modelu [[relatywistyczna dynamika newtonowska|relatywistycznej dynamiki newtonowskiej]] (RND).
Pomimo ze wcześniejsze pomiary ruchu planet były wykonywane przy pomocy tradycyjnych teleskopów, współcześnie przeprowadzono bardziej dokładne pomiary wykorzystując metody radarowe. Całkowita zmierzona precesja wynosi 574.10″±0.65 na wiek względem [[ICRF|Międzynarodowego Niebieskiego Układu Odniesienia]] (ICRF). Taka wartość precesji jest uważana za wypadkowy efekt następujących przyczyn:
{| class="wikitable" style="margin-left:auto; margin-right:auto;"
|+'''Czynniki powodujące precesje Merkurego'''
|-
! Wielkość !! Przyczyna
|-
| 532.3035 || Oddziaływanie grawitacyjne innych ciał niebieskich
|-
| 0.0286 || Spłaszczenie Słońca
|-
| 42.9799 || Efekty grawitacyjne (czasoprzestrzeń Schwarzwalda)
|-
| −0.0020 || [[Efekt Lense-Thirringa]]
|-
| 575.31 || Całkowita oczekiwana precesja
|-
| 574.10±0.65 || Obserwowana precesja
|}
[[Kategoria:Ogólna teoria względności]]
Zatem efekt może być całkowicie wyjaśniony na gruncie ogólnej teorii względności. Najnowsze obliczenia bazujące na bardziej dokładnych pomiarach nie zmieniły zasadniczo sytuacji.
W ogólnej teorii względności przesuniecie peryhelium wyrażone w radianach na obrót jest w przybliżeniu dane wzorem:
:<math>\sigma=\frac {24\pi^3L^2} {T^2c^2(1-e^2)} \ ,</math>
gdzie ''L'' jest [[półoś wielka|półosią wielką]], ''T'' jest [[okres orbitalny|okresem orbitalnym]], ''c'' jest [[prędkość światła|prędkością światła]] i ''e'' jest [[mimośród orbity|mimośrodem orbity]] (zobacz: [[problem dwóch ciał w ogólnej teorii względności]]). Co więcej powyższy wzór jest dokładnym wyrażeniem na prędkość precesji peryhelium w ramach [[relatywistyczna dynamika newtonowska|relatywistycznej dynamiki newtonowskiej]].
Ruch innych planet również wykazuje precesje perihelium orbity, jednak z uwagi na odległość od Słońca w jakiej się znajdują jak również ich okresy orbitalne, precesja jest mniejsza i została zaobserwowana na długo po odkryciu precesji peryhelium Merkurego. Na przykład precesja peryhelium Wenus i Ziemi zgodnie z ogólną teorią względności wynosi odpowiednio 8.62″ i 3.84″ (sekund lukowych) na wiek. Obie wartości zostały zmierzone z wynikiem zgodnym z teorią. Wykonano również pomiary ruchu [[Apsyda (astronomia)|perycentrum]] w układzie pulsarów podwójnych [[PSR B1913+16|PSR 1913+16]] z wartością 4.2º na rok. Jest to wynik spójny z przewidywaniami ogólnej teorii względności. Istnieje także możliwość wykonania pomiarów dla układów gwiazd podwójnych, które nie zawierają ultra gęstych gwiazd (takich jak pulsary), jednakże w przypadku takich obserwacji pozostaje problem dokładnego modelowania klasycznych zjawisk - na przykład prawidłowa interpretacja pomiaru wymaga dokładnej znajomości momentów pędu gwiazd względem ich płaszczymy orbitalnej. Dla kilku układów gwiazd np. [[DI Herculis]] takie pomiary zostały wykonane w ramach testów ogólnej teorii względności.
| |||