Einstein ist recht über allgemeine Relativitätstheorie – wieder


Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie nachgewiesen wurde richtig wieder – und diesmal Physiker haben festgenagelt wie präzise ist: Abweichungen von seiner Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie sind so klein, dass sie Berechnungen durch nur ein Teil in 10.000: 1 Teil in 100.000 ändern würde.

Immer wieder haben Experimente bewiesen, dass Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Art und Weise, die Schwerkraft verhält sich vor allem im Umgang mit hohen Geschwindigkeiten und großen Massen. In der neuen Studie sah Physiker Gobs von Daten auf Planetenbahnen zu suchen kleine Anomalien, die durch entweder Isaac Newtons Theorie der Gravitation erklärt werden konnte nicht — in die Schwerkraft ist eine Kraft zwischen Objekten, die von ihren Massen abhängt — oder Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die Schwerkraft ist eine Krümmung der Raumzeit selbst sagt.

Und Einsteins Theorie hält, wieder einmal. [8 Möglichkeiten, die Sie Einsteins Relativitätstheorie im realen Leben sehen]

Schwerkraft nach oben geht?

In den neuen Test sah ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Aurelien Hees, ein Mathematiker an der Rhodes University in Südafrika, für Verstöße gegen die so genannte Lorentz Symmetrie oder Lorentz-Invarianz, ein wesentlicher Bestandteil der speziellen und allgemeinen Theorien der Relativität. Dieses Prinzip sagt, dass die physikalischen Gesetze unabhängig von Geschwindigkeit und Orientierung gleich aussehen. Beispielsweise würde ein Wissenschaftler in einer Rakete bewegt sich in einer geraden Linie mit einer konstanten Geschwindigkeit ihre Experimente, die die gleichen Ergebnisse zu geben, wie sie würden wenn sie in einem Raum auf der Erde sehen – ohne außerhalb suchen, gäbe es keine Möglichkeit zu sagen, dass sie durch die Atmosphäre in einer Rakete zippen war. (Kann man dies in einem Flugzeug erleben: abwesende Turbulenzen oder Vibration von den Motoren, Sie können nicht sagen, ob das Flugzeug – oder Sie – sind bewegliche oder nicht ohne Fenster).

Eine Folge von Lorentz Symmetrie ist Schwerkraft keine Vorzugsrichtung haben. Die Schwerkraft der Erde zieht an Sie in gleicher Weise, ob Sie einen aus Russland oder den USA, am Nordpol oder Südpol Raketenstart. Dies bezieht sich nicht auf die Unterschiede wegen der Form der Erde, nur die Art und Weise Schwerkraft verhält sich — immer zieht es in Richtung der Mitte der Masse. [6 weird Facts über die Schwerkraft]

Planetenbahnen können verwendet werden, um Verstöße gegen diese Symmetrie zu testen. Gerade jetzt, Bahnen werden anhand des Newtons Gesetze mit einer Korrektur für die allgemeine Relativitätstheorie. Lorentz Symmetrie wird verletzt, wenn die Bahnen werden anders sein – ihre Wege werden durch eine messbare Menge.

Die gleichen Bahnen wurden verwendet, um zu zeigen, dass die allgemeine Relativitätstheorie korrekt ist. Zurück im Jahr 1859 Astronomen bemerkt die Umlaufbahn des Merkur war seine Ausrichtung im Laufe der Zeit ändern – einen Prozess namens Präzession. Alle Planeten um die Sonne in Ellipsen anstatt perfekte Kreise gehen, und der Längsachse der Ellipse langsam dreht, wie die Planeten auf einander zerren. Aber Merkurs Umlaufbahn bewegte sich schneller als Newtons Gleichungen vorhergesagt, sogar wenn man die leichten Zug aller anderen Planeten entfielen. Der Unterschied war klein – nur ein Hundertstel von einem Grad pro Jahrhundert — aber es war da.

Zu der Zeit vorausgesagt einige Wissenschaftler, dass einem anderen Planeten (synchronisiert Vulcan) innerhalb Merkurs Umlaufbahn befinden muss. Niemand fand Vulcan, aber, so war es klar, dass etwas falsch war. Im Jahre 1915 Einstein, dass Problem gelöst, ohne die Notwendigkeit für den hypothetischen Planeten. Allgemeinen Relativitätstheorie konnte dieser kleine Unterschied von Newtons Gesetze zu berücksichtigen.

Form der Planetenbahnen

Um eine Verletzung der Lorentz Symmetrie suchen, Hees' team durchgelesen Daten und Analysen von jahrelangen Beobachtungen der Entfernungen zwischen den Planeten und des Mondes gemessen an Raumsonden, bodengebundenen Observatorien und Laser-ranging Experimente, letztere aus der Intégrateur Numérique Planétaire de Observatoire de Paris (INPOP). Von besonderem Interesse war wie elliptische Umlaufbahn des Planeten im Laufe der Zeit verschiebt.

Bahnen um die Sonne (oder dem Mond Wanderung rund um die Erde) sind alle ein bisschen relativ zur Erdbahn gekippt. Der Punkt, wo die Planeten Erdbahn von Süden nach Norden kreuzt, nennt man den aufsteigenden Knoten. Hees und sein Team schauten den Winkel zwischen dem Punkt, wo der Planet seine größte Annäherung an die Sonne macht, und dem aufsteigenden Knoten. Diesen Winkel ändert sich durch geringe Mengen jeder Planet durch die Schwerkraft der Planeten gezerrt wird.

Dies ist die gleiche Art von Beobachtung, die die Diskrepanz in der Umlaufbahn des Merkurs im 19. Jahrhundert offenbart, und viele Gruppen von Wissenschaftlern haben sich bemüht, die auch kleinere Effekte der allgemeinen Relativitätstheorie auf anderen Planeten, wie Venus, Mars, Jupiter, Saturn und sogar Erde erkennen. Wissenschaftler können jetzt entfallen auf allgemeine Relativitätstheorie und Newtons Bewegungsgesetze der leichten Korrekturen hinzufügen. [10 merkwürdige Fakten über Quecksilber]

Hees' Team verwendet alles, was Daten herauszufinden, wie präzise Einsteins Theorie ist, und zu bestimmen, wo Sie für Verstöße zu suchen. Gäbe es Verletzung der Lorentz Symmetrie, sollten die Formen der Ellipsen, die beschreiben, die Planeten Bahnen, genannt Exzentrizitäten, ändern. Darüber hinaus die orbitalen Neigungen – die "Neigung" bezogen auf die Umlaufbahn der Erde — auf Arten, die durch Newtons Theorie mit Korrekturen für allgemeine Relativitätstheorie berücksichtigt sind nicht ändern sollte.

Um die Differenz zwischen dem aktuellen Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie und der tatsächlichen Beobachtungen zu quantifizieren, verwenden Physiker Zahlen genannt Standard Modellerweiterung Koeffizienten oder KMU, die sollte Null sein, wenn die Relativitätstheorie und die Newtonschen Gesetze aller Bewegungen des Planeten ausmachen.

KMU waren nicht unbedingt Null, aber sie wirklich klein, mit einer Reichweite von 10 waren ^-9 (eins in 1 Milliarde) bis 10 ^-12 (eins in 1 Billion), was bedeutet, sie stimmen mit Einsteins Gesetze zu mindestens ein Teil in 10.000: 1 Teil in 100.000. Das wichtigste, Hees erwähnt, ist, dass das Angebot Ihnen sagt, wo die Grenzen sind auf jede neue physikalische Theorie.

"Wir wissen nicht wirklich, wo einige Abweichungen auftreten können," Hees Live Wissenschaft erzählte. "Es muss aber kleiner als die derzeitigen Grenzen sein."

Neue Physik

Dies mag wie eine Menge Arbeit, eine Theorie zu testen, die immer und immer wieder richtig erwiesen hat. Solche Tests sind jedoch wichtig auf der Suche nach neuen Theorien über allgemeine Relativitätstheorie, dass Wissenschaftler sind ziemlich sicher vorhanden.

"sie haben Jahrzehnte der Daten der Planetenbewegungen zu Abweichungen von der Lorentz-Invarianz, ein Eckpfeiler der beiden suchen zusammengestellt [spezielle und allgemeine Relativitätstheorie] und das Standardmodell der Teilchenphysik," sagte Paul M. Sutter, Astrophysiker an der Ohio State University, die nicht in der neuen Studie beteiligt war. "Wenn jemand Beweise für diese [Verletzung] findet, ist es sofort Nobel."

Die Forschung erschien in der Sept. 29 Ausgabe der Zeitschrift Physical Review D.

Folgen Sie Live Science @livescience, Facebook & Google +. Ursprünglich veröffentlicht am Leben Wissenschaft.

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