Experimento de doble estrella de Sitter - de Sitter double star experiment

El efecto de Sitter fue descrito por Willem de Sitter en 1913 (así como por Daniel Frost Comstock en 1910) y se utilizó para apoyar la teoría de la relatividad especial contra una teoría de emisión de 1908 de Walther Ritz que postulaba una velocidad variable de la luz . De Sitter mostró que la teoría de Ritz predijo que las órbitas de estrellas binarias parecerían más excéntricas que consistentes con el experimento y con las leyes de la mecánica , sin embargo, el resultado experimental fue negativo. Esto fue confirmado por Brecher en 1977 al observar el espectro de rayos X. Para otros experimentos relacionados con la relatividad especial, consulte las pruebas de relatividad especial .

El efecto

El argumento de Willem de Sitter contra la teoría de las emisiones. Según la teoría de la emisión simple, la luz se mueve a una velocidad de c con respecto al objeto emisor. Si esto fuera cierto, la luz emitida por una estrella en un sistema de estrellas dobles desde diferentes partes de la trayectoria orbital viajaría hacia nosotros a diferentes velocidades. Para ciertas combinaciones de velocidad orbital, distancia e inclinación, la luz "rápida" emitida durante la aproximación superaría la luz "lenta" emitida durante una parte recesiva de la órbita de la estrella. Así, las leyes del movimiento de Kepler aparentemente serían violadas por un observador distante. Se verían muchos efectos extraños, incluyendo (a) como se ilustra, curvas de luz de estrellas variables con formas inusuales como nunca se han visto, (b) cambios extremos de Doppler rojo y azul en fase con las curvas de luz, lo que implica una alta no kepleriana órbitas, (c) división de las líneas espectrales (observe la llegada simultánea de luz azul y roja al objetivo), y (d) si el sistema estelar binario se puede resolver en un telescopio, la ruptura periódica de las imágenes estelares en varias imágenes.

De acuerdo con la teoría de emisión simple , la luz emitida por un objeto debe moverse a una velocidad de con respecto al objeto emisor. Si no hay efectos de arrastre complicados , se esperaría que la luz se moviera a esta misma velocidad hasta que finalmente llegara a un observador. Para un objeto que se mueve directamente hacia (o alejándose) del observador a metros por segundo, se esperaría que esta luz todavía viajara a (o ) metros por segundo en el momento en que nos alcanzó. ${\ Displaystyle c}$${\ Displaystyle v}$${\ Displaystyle (c + v)}$${\ Displaystyle (cv)}$

En 1913, Willem de Sitter argumentó que si esto fuera cierto, una estrella que orbita en un sistema de estrellas dobles normalmente, con respecto a nosotros, alternaría entre moverse hacia nosotros y alejarse de nosotros. La luz emitida desde diferentes partes de la trayectoria orbital viajaría hacia nosotros a diferentes velocidades. Para una estrella cercana con una velocidad orbital pequeña (o cuyo plano orbital era casi perpendicular a nuestra línea de visión), esto podría simplemente hacer que la órbita de la estrella parezca errática, pero para una combinación suficiente de velocidad orbital y distancia (e inclinación), el " La luz "rápida" emitida durante la aproximación podría alcanzar e incluso superar la luz "lenta" emitida anteriormente durante una parte recesiva de la órbita de la estrella, y la estrella presentaría una imagen que estaba desordenada y fuera de secuencia. Es decir, las leyes del movimiento de Kepler aparentemente serían violadas por un observador distante.

De Sitter hizo un estudio de estrellas dobles y no encontró casos en los que las órbitas calculadas de las estrellas parecieran no keplerianas. Dado que se esperaría que la diferencia total de tiempo de vuelo entre las señales de luz "rápidas" y "lentas" se escalara linealmente con la distancia en la teoría de emisión simple, y el estudio habría incluido (estadísticamente) estrellas con una distribución razonable de distancias y velocidades y orientaciones orbitales , De Sitter concluyó que el efecto debería haberse visto si el modelo era correcto, y su ausencia significaba que la teoría de la emisión era casi con certeza incorrecta.

Notas

• Los experimentos modernos del tipo de De Sitter refutan la idea de que la luz pueda viajar a una velocidad que depende parcialmente de la velocidad del emisor ( c '= c + kv ), donde la velocidad del emisor v puede ser positiva o negativa, y k es un factor entre 0 y 1, que denota hasta qué punto la velocidad de la luz depende de la velocidad de la fuente. De Sitter estableció un límite superior de k <0,002, pero los efectos de la extinción hacen que ese resultado sea sospechoso.
• El experimento de De Sitter fue criticado por los efectos de extinción de JG Fox . Es decir, durante su vuelo a la Tierra, los rayos de luz habrían sido absorbidos y reemitidos por la materia interestelar casi en reposo en relación con la Tierra, por lo que la velocidad de la luz debería volverse constante con respecto a la Tierra, independientemente del movimiento de la Tierra. fuente (s) original (es).
• En 1977, Kenneth Brecher publicó los resultados de un estudio doble similar y llegó a una conclusión similar: que cualquier irregularidad aparente en las órbitas de las estrellas dobles era demasiado pequeña para apoyar la teoría de la emisión. A diferencia de De Sitter, observó el espectro de rayos X, eliminando así posibles influencias del efecto de extinción. Estableció un límite superior de . ${\ Displaystyle k <2 \ times 10 ^ {- 9}}$
• También hay experimentos terrestres que hablan en contra de tales teorías, ver experimentos que prueban teorías de emisión .

Referencias