Sterrekunde

Eindigheid van die wêreldlyn koördineer

Eindigheid van die wêreldlyn koördineer


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

As u die wêreldlyn van twee deeltjies in die tyd agtertoe volg, volgens die huidige teorie, moet albei voorwerpe by oerknal saamtrek.

Sou albei voorwerpe gelyktydig daar aankom?

Nog 'n manier om die vraag te stel:

Is daar bewyse wat die idee ondersteun dat nuwe materie in die heelal as 'n deurlopende stroom 'ingebring' word, in teenstelling met alles wat uit 'n unieke tyd sowel as in tyd en ruimte kom?

Die analogie sou van die binnekant van 'n swart gat wees. Vir elke deeltjie in daardie singulariteit sou hulle almal 'n wêreldlyn hê wat by dieselfde ruimtelike koördinaat begin, maar die deeltjies sou nie gelyktydig in die swart gat "ingevoer" word nie. U kan redeneer dat die tyd nie meer betekenis het in 'n swart gat nie, maar dit geld net vir 'n 'uiterlike waarnemer' in my redenasie.


Deeltjies word voortdurend gegenereer en vernietig. Dit is duidelik vir fotone, maar geld ook vir massiewe deeltjies. Vandag is die meeste deeltjies stabiel en langdurig, maar kort na die oerknal was die heelal so warm dat deeltjie-opwekking en vernietiging in 'n mate in ewewig was en almal deeltjies het aan hierdie proses deelgeneem (vir fotone het dit voortgeduur tot die periode van herionisering teen rooiverskuiwing $ z sim1000 $. Daar bestaan ​​vandag beslis geen deeltjie sedert $ t = 0 $ nie.


Wat is die waarskynlikheid dat die Heelal absoluut plat is?

Ek is verbaas oor die figuur met 'n spiraal op 'n bol in u boodskap # 35. Verduidelik asseblief in woorde wat dit bedoel is om voor te stel.

Ek is verbaas oor die figuur met 'n spiraal op 'n bol in u boodskap # 35. Verduidelik asseblief in woorde wat dit bedoel is om voor te stel.

En 'n kritieke probleem met u benadering is dat u nie calculus kan gebruik om beweging oor die korrel van u spiraal te beskryf nie, omdat u nie 'n gladde kaart van die ruimte na u koördinaatstelsel het nie. U het dus baie gedoen om die enigste instrument wat u kan gebruik om die dinge wat in wiskundige bewegings beweeg, uit te skakel. En u het nie u doel bereik om punte in 3-spasie met twee getalle te spesifiseer nie, want dit is onmoontlik om dit te doen.

Ek vra my af waarom u hierdie konsep met die onderwerp van hierdie draad assosieer?

Ek vra my af waarom u hierdie konsep met die onderwerp van hierdie draad assosieer?

Ek vra my af waarom u hierdie konsep met die onderwerp van hierdie draad assosieer?

Hierdie & quot3 ruimtes & quot kan wiskundig aangetoon word as die enigste kosmologiese ruimtes wat beide ruimtelik isotroop en ruimtelik homogeen is, maar die wiskunde (van Doodvektore) is geskik vir 'n draad wat 'n & quotA & quot -etiket het.

Meer spasies kan ontstaan ​​as een / albei van hierdie toestande verslap word.

Dus, ongeag die wêreldwye kromming, kan die heelal klein gebiede soos ons waarneembare heelal hê, wat positief of negatief geboë is, afhangende van plaaslike onhomogeniteite?

As dit tot dusver korrek is, sou 'n soort gemiddelde van plaaslike krommings in beginsel die globale kromming oplewer? Dit sou ook beteken dat selfs presiese kennis oor plaaslike kromming geen idee kan gee vir globale kromming nie.

Die aanname dat die kwotasievraag beantwoord word & quotes & quot impliseer dat die ooreenstemmende heelal is nie (vir groot skale) isotropies en homogeen. Die middel wat dit is nie verenigbaar met 'n GR-heelal.

Nie heeltemaal nie. Dit beteken dat as die heelal op groot genoeg skale isotroop en homogeen is, & quotlarge genoeg & quot moet beteken & quotlarger as ons waarneembare heelal & quot. As die heelal ruimtelik oneindig, of ruimtelik eindig, maar veel, baie, veel groter was as ons waarneembare heelal, sou dit nie 'n probleem wees vanuit 'n modelleringsoogpunt nie, maar dit sou beteken dat ons nie die aanname van wêreldwye isotropie en homogeniteit direk deur waarnemings, want dit is per definisie beperk tot ons waarneembare heelal.

Ek dink Friedman het hierna verwys toe hy in sy 1924-artikel Oor die moontlikheid van 'n wêreld met konstante negatiewe kromming van die ruimte, het hy genoem:

& quotIn die huidige kennisgewing sal aangetoon word dat dit eintlik moontlik is om uit die Einstein-wêreldvergelykings 'n wêreld met konstante negatiewe kromming van die ruimte af te lei.
[. ]
Aan die einde van hierdie kennisgewing behandel ons die vraag of 'n mens op grond van die kromming van die ruimte hoegenaamd mag oordeel oor die eindigheid of oneindigheid daarvan.
[. ]
Ons het onsself oortuig dat die Einstein-wêreldvergelykings oplossings het wat ooreenstem met 'n wêreld met konstante negatiewe kromming van die ruimte. Hierdie feit wys daarop dat die wêreldvergelykings alleen geneem is nie voldoende is om die vraag na die eindigheid van ons wêreld te beslis nie. Kennis van die kromming van die ruimte gee ons nog geen onmiddellike wenk op die eindigheid of oneindigheid daarvan nie. Om tot 'n definitiewe gevolgtrekking te kom oor die eindigheid van die ruimte, is daar aanvullende ooreenkomste nodig.& quot


Inhoud

Riemanniaanse meetkunde is die eerste keer in die 19de eeu deur Bernhard Riemann in die algemeen voorgestel. Dit handel oor 'n wye verskeidenheid meetkunde waarvan die metriekeienskappe van punt tot punt wissel, insluitend die standaardtipes nie-Euklidiese meetkunde.

Elke gladde manifold erken 'n Riemanniese maatstaf, wat dikwels help om probleme van differensiële topologie op te los. Dit dien ook as 'n intreevlak vir die meer ingewikkelde struktuur van pseudo-Riemanniese spruitstukke, wat (in vier dimensies) die belangrikste voorwerpe van die teorie van algemene relatiwiteit is. Ander veralgemenings van die Riemanniaanse meetkunde sluit in Finsler-meetkunde.

Daar bestaan ​​'n noue analogie van differensiële meetkunde met die wiskundige struktuur van defekte in gewone kristalle. Dislokasies en dissiplinasies veroorsaak torsies en kromming. [2] [3]

Die volgende artikels bevat nuttige inleidingsmateriaal:

Hierna volg 'n onvolledige lys van die mees klassieke stellings in die Riemanniaanse meetkunde. Die keuse word gemaak afhangende van die belangrikheid en elegansie van formulering. Die meeste resultate kan gevind word in die klassieke monografie deur Jeff Cheeger en D. Ebin (sien hieronder).

Die gegewe formulerings is verreweg nie baie akkuraat of algemeen nie. Hierdie lys is gerig op diegene wat reeds die basiese definisies ken en wil weet waaroor hierdie definisies gaan.

Algemene stellings Edit

  1. Stelling van Gauss – Bonnet Die integraal van die Gauss-kromming op 'n kompakte tweedimensionele Riemanniaanse spruitstuk is gelyk aan 2πχ (M) waar χ (M) dui die Euler-eienskap van M. Hierdie stelling het veralgemeen na enige kompakte, ewe-dimensionele Riemanniaanse spruitstuk, sien veralgemeende Gauss-Bonnet-stelling.
  2. Stelling van die Nash-inbedding. Hulle verklaar dat elke Riemanniaanse spruitstuk isometries in 'n Euklidiese ruimte ingebed kan wordRn .

Meetkunde in groot wysig

In al die volgende stellings aanvaar ons 'n mate van plaaslike gedrag van die ruimte (gewoonlik geformuleer met behulp van krommingsaanname) om inligting oor die globale struktuur van die ruimte af te lei, insluitend inligting oor die topologiese tipe van die spruitstuk of oor die gedrag van punte op "voldoende groot" afstande.


Inhoud

Die spoed van die lig in vakuum word gewoonlik met 'n kleinletter aangedui c , vir "konstant" of die Latyn celeritas (wat "vinnigheid, vinnigerheid" beteken). In 1856 het Wilhelm Eduard Weber en Rudolf Kohlrausch gebruik c vir 'n ander konstante wat later gelyk is aan √ 2 keer die spoed van die lig in vakuum. Histories is die simbool V is gebruik as 'n alternatiewe simbool vir die snelheid van die lig, wat deur James Clerk Maxwell in 1865 bekendgestel is. In 1894 het Paul Drude herdefinieer. c met sy moderne betekenis. Einstein gebruik V in sy oorspronklike Duitstalige referate oor spesiale relatiwiteit in 1905, maar in 1907 skakel hy oor na c , wat toe die standaard simbool geword het vir die snelheid van die lig. [7] [8]

Soms c word gebruik vir die snelheid van golwe in enige materiële medium, en c 0 vir die snelheid van die lig in vakuum. [9] Hierdie inskripsie-notasie, wat in die amptelike SI-literatuur onderskryf word, [10] het dieselfde vorm as ander verwante konstantes: naamlik μ0 vir die vakuumdeurlaatbaarheid of magnetiese konstante, ε0 vir die vakuum permittiwiteit of elektriese konstante, en Z0 vir die belemmering van vrye ruimte. Hierdie artikel gebruik c uitsluitlik vir die snelheid van lig in vakuum.

Die snelheid waarmee liggolwe in vakuum voortplant, is onafhanklik van die beweging van die golfbron en van die traagheidsverwysingsraamwerk van die waarnemer. [Opmerking 5] Hierdie wisselvalligheid van die ligsnelheid is in 1905 deur Einstein gepostuleer, [6] nadat dit gemotiveer is deur Maxwell se teorie oor elektromagnetisme en die gebrek aan bewyse vir die ligter eter [16], wat sedertdien deur baie eksperimente deurgaans bevestig is. . [Opmerking 6] Dit is slegs moontlik om eksperimenteel te verifieer dat die tweerigtingspoed van lig (byvoorbeeld van 'n bron na 'n spieël en weer terug) raam-onafhanklik is, omdat dit onmoontlik is om die eenrigtingspoed van lig (byvoorbeeld van 'n bron na 'n verre detektor) sonder enige ooreenkoms oor hoe die horlosies by die bron en by die detektor gesinkroniseer moet word. Deur Einstein-sinchronisasie vir die horlosies aan te neem, word die eenrigtingspoed van die lig per definisie egter gelyk aan die tweerigtingspoed van die lig. [17] [18] Die spesiale relatiwiteitsteorie ondersoek die gevolge van hierdie onveranderlikheid van c met die aanname dat die wette van fisika in alle traagheidsraamwerke dieselfde is. [19] [20] Een gevolg is dat c is die snelheid waarmee alle massa-vrye deeltjies en golwe, insluitend lig, in vakuum moet beweeg.

Spesiale relatiwiteit het baie teenintuïtiewe en eksperimenteel geverifieerde implikasies. [21] Dit sluit die ekwivalensie van massa en energie in (E = mc 2), lengte-inkrimping (bewegende voorwerpe verkort), [Opmerking 7] en tyddilatasie (bewegende horlosies loop stadiger). Die faktor γ waarlangs die lengtes saamtrek en die tye verwissel, staan ​​bekend as die Lorentz-faktor en word gegee deur γ = (1 − v 2 /c 2) −1/2, waar v is die spoed van die voorwerp. Die verskil van γ vanaf 1 is weglaatbaar vir snelhede wat baie stadiger is as c, soos die meeste alledaagse snelhede - in welke geval spesiale relatiwiteit noukeurig benader word deur Galilese relatiwiteit - maar dit neem toe teen relativistiese snelhede en divergeer tot oneindig v benaderings c. Byvoorbeeld, 'n tydsverruimingsfaktor van γ = 2 vind plaas met 'n relatiewe snelheid van 86,6% van die ligspoed (v = 0.866 c). Net so 'n tydsverruimingsfaktor van γ = 10 kom voor by v = 99.5% c.

Die resultate van spesiale relatiwiteit kan opgesom word deur ruimte en tyd te behandel as 'n verenigde struktuur bekend as ruimtetyd (met c met betrekking tot die eenhede van ruimte en tyd), en vereis dat fisiese teorieë voldoen aan 'n spesiale simmetrie genaamd Lorentz invariance, waarvan die wiskundige formulering die parameter bevat c. [24] Lorentz-invariansie is 'n byna universele aanname vir moderne fisiese teorieë, soos kwantumelektrodinamika, kwantumchromodinamika, die standaardmodel van deeltjiefisika en algemene relatiwiteit. As sodanig is die parameter c is alomteenwoordig in die moderne fisika, en kom voor in baie kontekste wat nie verband hou met lig nie. Algemene relatiwiteit voorspel dit byvoorbeeld c is ook die spoed van swaartekrag en swaartekraggolwe. [25] [Opmerking 8] In nie-traagheid verwysingsraamwerke (swaartekrag geboë ruimtetyd of versnelde verwysingsraamwerke), is die plaaslike snelheid van die lig is konstant en gelyk aan c, maar die spoed van die lig langs 'n baan van beperkte lengte kan verskil van c, afhangende van hoe afstande en tye gedefinieer word. [27]

Daar word algemeen aanvaar dat fundamentele konstantes soos c het dieselfde waarde gedurende die ruimtetyd, wat beteken dat dit nie afhanklik is van die ligging nie en nie met die tyd verskil nie. In verskillende teorieë word egter voorgestel dat die snelheid van die lig moontlik mettertyd verander het. [28] [29] Geen afdoende bewyse vir sulke veranderinge is gevind nie, maar dit bly die onderwerp van deurlopende navorsing. [30] [31]

Daar word ook algemeen aanvaar dat die snelheid van die lig isotroop is, wat beteken dat dit dieselfde waarde het ongeag die rigting waarin dit gemeet word. Waarnemings van die emissies van kernenergievlakke as 'n funksie van die oriëntasie van die emitterende kerne in 'n magnetiese veld (sien Hughes – Drever-eksperiment), en van roterende optiese resonators (sien Resonator-eksperimente) het die moontlike tweerigting streng beperk anisotropie. [32] [33]

Boonste perk op spoed

Volgens die spesiale relatiwiteit, die energie van 'n voorwerp met rusmassa m en spoed v word gegee deur γmc 2, waar γ is die Lorentz-faktor hierbo gedefinieer. Wanneer v is nul, γ is gelyk aan een, wat aanleiding gee tot die beroemde E = mc 2 formule vir massa-energie-ekwivalensie. Die γ faktor benader oneindigheid as v benaderings c, en dit sal 'n oneindige hoeveelheid energie verg om 'n voorwerp met massa tot die snelheid van die lig te versnel. Die snelheid van die lig is die boonste grens vir die snelheid van voorwerpe met positiewe rusmassa, en individuele fotone kan nie vinniger beweeg as die snelheid van die lig nie. [34] [35] [36] Dit word eksperimenteel vasgestel in baie toetse van relativistiese energie en momentum. [37]

Meer algemeen is dit onmoontlik dat seine of energie vinniger beweeg as c. Een argument hiervoor volg op die kontra-intuïtiewe implikasie van spesiale relatiwiteit, bekend as die relatiwiteit van gelyktydigheid. As die ruimtelike afstand tussen twee gebeurtenisse A en B groter is as die tydsinterval tussen hulle vermenigvuldig met c dan is daar verwysingsraamwerke waarin A voorafgaan aan B, ander waarin B voorafgaan aan A en ander waarin dit gelyktydig is. As gevolg hiervan, as iets vinniger gereis het as c relatief tot 'n traagheidsraamwerk, sou dit mettertyd agteruit beweeg in verhouding tot 'n ander raamwerk, en oorsaaklikheid sou geskend word. [Opmerking 9] [39] In so 'n verwysingsraamwerk kon 'n "effek" waargeneem word voor die "oorsaak" daarvan. So 'n skending van oorsaaklikheid is nog nooit opgeteken nie, [18] en sal lei tot paradokse soos die tachioniese antitelefoon. [40]

Daar is situasies waarin dit lyk asof materie-, energie- of inligtingdraende sein met 'n snelheid van meer as c, maar dit doen hulle nie. Soos byvoorbeeld bespreek word in die voortplanting van lig in 'n mediumgedeelte hieronder, kan baie golfsnelhede oorskry c. Die fasesnelheid van X-strale deur die meeste bril kan byvoorbeeld gewoonlik oorskry c, [41] maar fasesnelheid bepaal nie die snelheid waarteen golwe inligting oordra nie. [42]

As 'n laserstraal vinnig oor 'n ver voorwerp gevee word, kan die ligvlek vinniger beweeg as c, alhoewel die aanvanklike beweging van die kol vertraag word as gevolg van die tyd wat dit neem om vinnig by die verre voorwerp uit te kom c. Die enigste fisiese entiteite wat egter beweeg, is die laser en sy uitgestraalde lig wat teen die snelheid beweeg c van die laser na die verskillende posisies van die kol. Net so kan 'n skaduwee wat op 'n ver voorwerp geprojekteer word, vinniger beweeg as c, na 'n vertraging in die tyd. [43] In geen geval beweeg enige saak, energie of inligting vinniger as lig nie. [44]

Die tempo van verandering in die afstand tussen twee voorwerpe in 'n verwysingsraamwerk waarteen albei beweeg (hul sluitingsnelheid) kan 'n waarde hê wat meer is as c. Dit verteenwoordig egter nie die spoed van enige voorwerp soos gemeet in 'n enkele traagheidsraamwerk nie. [44]

Dit lyk asof sekere kwantumeffekte onmiddellik oorgedra word en dus vinniger as c, soos in die EPR-paradoks. 'N Voorbeeld is die kwantumtoestande van twee deeltjies wat verstrengel kan word. Totdat een van die deeltjies waargeneem word, bestaan ​​dit in 'n superposisie van twee kwantumtoestande. As die deeltjies geskei word en die een deeltjie se kwantumtoestand waargeneem word, word die kwantumtoestand van die ander deeltjie onmiddellik bepaal. Dit is egter onmoontlik om te bepaal watter kwantumtoestand die eerste deeltjie aanneem as dit waargeneem word, en daarom kan inligting nie op hierdie manier oorgedra word nie. [44] [45]

'N Ander kwantumeffek wat die voorkoms van vinniger as ligsnelhede voorspel, word die Hartman-effek genoem: onder sekere omstandighede is die tyd wat nodig is vir 'n virtuele deeltjie om deur 'n versperring te tonnel, ongeag die dikte van die versperring. [46] [47] Dit kan daartoe lei dat 'n virtuele deeltjie vinniger as die lig 'n groot gaping kan kruis. Geen inligting kan egter met hierdie effek gestuur word nie. [48]

Sogenaamde superluminale beweging word gesien in sekere astronomiese voorwerpe, [49] soos die relativistiese stralings van radiostelsels en kwasars. Hierdie stralers beweeg egter nie teen snelhede wat die ligspoed oorskry nie: die skynbare superluminale beweging is 'n projeksie-effek wat veroorsaak word deur voorwerpe wat naby die ligspoed beweeg en die aarde in 'n klein hoek tot by die siglyn nader: aangesien die lig wat uitgestraal is toe die straal verder weg was, het langer geneem om die aarde te bereik, die tyd tussen twee opeenvolgende waarnemings stem ooreen met 'n langer tyd tussen die oomblikke waarop die ligstrale uitgestraal is. [50]

In modelle van die uitbreidende heelal, hoe verder sterrestelsels van mekaar is, hoe vinniger verdryf hulle mekaar. Hierdie terugtrekking is nie as gevolg van beweging nie deur ruimte, maar eerder tot die uitbreiding van die ruimte self. [44] Dit lyk byvoorbeeld asof sterrestelsels ver weg van die aarde af wegbeweeg van die aarde met 'n snelheid wat eweredig is aan hul afstande. Buite die grens wat die Hubble-sfeer genoem word, word die snelheid waarmee hul afstand vanaf die aarde toeneem groter as die snelheid van die lig. [51]

In die klassieke fisika word lig beskryf as 'n soort elektromagnetiese golf. Die klassieke gedrag van die elektromagnetiese veld word beskryf deur Maxwell se vergelykings, wat voorspel dat die snelheid c waarmee elektromagnetiese golwe (soos lig) in vakuum voortplant, hou verband met die verspreide kapasitansie en induktansie van vakuum, andersins onderskeidelik bekend as die elektriese konstante ε0 en die magnetiese konstante μ0, deur die vergelyking [52]

In die moderne kwantumfisika word die elektromagnetiese veld beskryf deur die teorie van kwantumelektrodinamika (QED). In hierdie teorie word lig beskryf deur die fundamentele opwekking (of kwantas) van die elektromagnetiese veld, genaamd fotone. In QED is fotone massalose deeltjies, en volgens spesiale relatiwiteit beweeg dit in die lugsnelheid in vakuum.

Uitbreidings van QED waarin die foton 'n massa het, word oorweeg. In so 'n teorie sal die spoed daarvan afhang van die frekwensie en die onveranderlike spoed c van spesiale relatiwiteit sou dan die boonste grens van die snelheid van die lig in vakuum wees. [27] Geen streng variasie van die snelheid van die lig met die frekwensie is waargeneem in streng toetsing nie, [53] [54] [55] wat die massa van die foton streng beperk. Die limiet wat verkry word hang af van die model wat gebruik word: as die massiewe foton deur die Proca-teorie beskryf word, [56] is die eksperimentele boonste grens vir sy massa ongeveer 10 -57 gram [57] as fotonmassa gegenereer word deur 'n Higgs-meganisme, die eksperimentele boonste limiet is minder skerp, m ≤ 10 −14 eV /c 2 [56] (ongeveer 2 × 10 −47 g).

'N Ander rede waarom die snelheid van die lig met die frekwensie daarvan kan wissel, is die mislukking van spesiale relatiwiteit om op willekeurige klein skale toe te pas, soos voorspel deur sommige voorgestelde teorieë oor kwantumgravitasie. In 2009 het die waarneming van gammastraal-bars GRB 090510 geen bewyse gevind vir die afhanklikheid van foton snelheid van energie nie, wat streng beperkings ondersteun in spesifieke modelle van ruimtetyd kwantisering oor hoe hierdie snelheid beïnvloed word deur foton energie vir energie wat die Planck skaal nader. [58]

In 'n medium

In 'n medium versprei lig gewoonlik nie teen 'n spoed wat gelyk is aan c Verder sal verskillende soorte liggolf teen verskillende snelhede beweeg. Die snelheid waarmee die individuele kruine en bakke van 'n plat golf ('n golf wat die hele ruimte vul, met net een frekwensie) voortplant, word die fasesnelheid genoem. vbl. 'N Fisiese sein met 'n eindige mate ('n polsslag) beweeg teen 'n ander snelheid. Die grootste deel van die pols beweeg met die groepsnelheid vg, en sy vroegste deel beweeg teen die voorste snelheid vf.

Die fasesnelheid is belangrik om te bepaal hoe 'n liggolf deur 'n materiaal beweeg of van een materiaal na 'n ander. Dit word dikwels voorgestel in terme van a brekingsindeks. Die brekingsindeks van 'n materiaal word gedefinieer as die verhouding van c tot die fasesnelheid vbl in die materiaal: groter brekingsindekse dui op laer snelhede. Die brekingsindeks van 'n materiaal kan in baie gevalle afhang van die frekwensie, intensiteit, polarisasie of voortplantingsrigting van die lig, maar dit kan wel as 'n materiaalafhanklike konstante behandel word. Die brekingsindeks van lug is ongeveer 1.0003. [59] Digter media, soos water, [60] glas, [61] en diamant, [62] het brekingsindekse van onderskeidelik 1,3, 1,5 en 2,4 vir sigbare lig. In eksotiese materiale soos Bose – Einstein-kondensate byna absolute nul, kan die effektiewe spoed van lig slegs 'n paar meter per sekonde wees. Dit stel egter die absorpsie en herstralingsvertraging tussen atome voor, asook alle stadiger as-c spoed in materiële stowwe. As 'n ekstreme voorbeeld van lig wat "vertraag" in die materie, beweer twee onafhanklike fisici het lig tot 'stilstand' gebring deur dit deur 'n Bose – Einstein-kondensaat van die element rubidium te laat beweeg. Die gewilde beskrywing van die lig wat in hierdie eksperimente "gestop" word, verwys egter net na die lig wat in die opgewekte toestande van atome gestoor word, en dan weer op 'n willekeurige tydstip weer uitgestraal word, gestimuleer deur 'n tweede laserpuls. Gedurende die tyd dat dit 'gestop' het, het dit opgehou om lig te wees. Hierdie tipe gedrag is oor die algemeen mikroskopies waar vir alle deursigtige media wat die snelheid van die lig "vertraag". [63]

In deursigtige materiale is die brekingsindeks oor die algemeen groter as 1, wat beteken dat die fasesnelheid kleiner is as c. In ander materiale is dit moontlik dat die brekingsindeks kleiner word as 1 vir sommige frekwensies in sommige eksotiese materiale. Dit is selfs moontlik dat die brekingsindeks negatief word. [64] Die vereiste dat kousaliteit nie geskend word nie, impliseer dat die werklike en denkbeeldige dele van die diëlektriese konstante van enige materiaal, wat onderskeidelik ooreenstem met die brekingsindeks en die verswakkingskoëffisiënt, gekoppel word deur die Kramers-Kronig-verhoudings. [65] In praktiese terme beteken dit dat die absorpsie van die golf in 'n materiaal met 'n brekingsindeks van minder as 1 so vinnig is dat geen sein vinniger as c.

'N Pols met verskillende groeps- en fasesnelhede (wat voorkom as die fasesnelheid nie dieselfde is vir al die frekwensies van die pols nie) smeer oor tyd uit, 'n proses wat bekend staan ​​as dispersie. Sekere materiale het 'n buitengewone lae (of selfs nul) groepsnelheid vir liggolwe, 'n verskynsel wat stadig lig genoem word, wat in verskillende eksperimente bevestig is. [66] [67] [68] [69] Die teenoorgestelde groepsnelhede oorskry c, is ook getoon in eksperiment. [70] Dit sou selfs moontlik wees dat die groepsnelheid oneindig of negatief kan word, met pulse wat onmiddellik of agtertoe beweeg. [71]

Nie een van hierdie opsies laat inligting vinniger oor as c. Dit is onmoontlik om inligting met 'n ligpuls vinniger as die spoed van die vroegste deel van die pols (die voorste snelheid) oor te dra. Daar kan aangetoon word dat dit (onder sekere aannames) altyd gelyk is aan c. [71]

Dit is moontlik dat 'n deeltjie vinniger deur die medium beweeg as die fasesnelheid van die lig in daardie medium (maar steeds stadiger as c). As 'n gelaaide deeltjie dit in 'n diëlektriese materiaal doen, word die elektromagnetiese ekwivalent van 'n skokgolf, bekend as Cherenkov-straling, uitgestraal. [72]

Die snelheid van die lig is van toepassing op kommunikasie: die eenrigting- en retoervertragingstyd is groter as nul. Dit geld van klein tot astronomiese skaal. Aan die ander kant hang sommige tegnieke af van die eindige snelheid van die lig, byvoorbeeld in afstandmetings.

Klein skubbe

In superrekenaars stel die spoed van lig 'n beperking op hoe vinnig data tussen verwerkers gestuur kan word. As 'n verwerker teen 1 gigahertz werk, kan 'n sein slegs 'n maksimum van ongeveer 30 sentimeter in 'n enkele siklus beweeg. Verwerkers moet dus naby mekaar geplaas word om kommunikasie-latensies te verminder, wat probleme met afkoeling kan veroorsaak. As die klokfrekwensies bly toeneem, sal die snelheid van die lig uiteindelik 'n beperkende faktor word vir die interne ontwerp van enkele skyfies. [73] [74]

Groot afstande op aarde

Aangesien die ekwatoriale omtrek van die aarde ongeveer 40 075 km is en dit c ongeveer 300 000 km / s is, is die teoretiese kortste tyd vir 'n stuk inligting om die helfte van die aardbol langs die oppervlak te beweeg, ongeveer 67 millisekondes. As lig in 'n optiese vesel oor die hele wêreld beweeg, is die werklike transittyd langer, deels omdat die snelheid van die lig in 'n optiese vesel met ongeveer 35% stadiger is, afhangende van die brekingsindeks n. [Opmerking 10] Verder kom reguit lyne selde voor in wêreldwye kommunikasiesituasies, en vertragings word veroorsaak wanneer die sein deur 'n elektroniese skakelaar of seinhersteller gaan. [76]

Ruimtevlieë en sterrekunde

Net so is kommunikasie tussen die aarde en ruimtetuie nie onmiddellik nie. Daar is 'n kort vertraging van die bron na die ontvanger, wat opvallender word namate die afstande toeneem. Hierdie vertraging was betekenisvol vir kommunikasie tussen grondbeheer en Apollo 8 toe dit die eerste bemande ruimtetuig word wat om die Maan wentel: vir elke vraag moes die grondbeheerstasie minstens drie sekondes wag totdat die antwoord sou kom. [77] Die kommunikasievertraging tussen die aarde en Mars kan wissel tussen vyf en twintig minute, afhangende van die relatiewe posisies van die twee planete. [78] As gevolg hiervan, as 'n robot op die oppervlak van Mars 'n probleem sou ondervind, sou die menslike beheerders daarvan minstens vyf minute later daarvan bewus wees, en moontlik tot twintig minute later 'n verdere vyf tot twintig minute vir instruksies om van die aarde na Mars te reis.

Om lig en ander seine van verre astronomiese bronne te ontvang, kan selfs langer duur. Dit het byvoorbeeld 13 miljard (13 × 10 9) jaar geneem voordat lig na die aarde reis van die verre sterrestelsels wat in die Hubble Ultra Deep Field-beelde gesien word. [79] [80] Daardie foto's, wat vandag geneem is, neem beelde van die sterrestelsels vas soos dit 13 miljard jaar gelede verskyn het, toe die heelal minder as 'n miljard jaar oud was. [79] Die feit dat verre voorwerpe jonger lyk as gevolg van die eindige spoed van lig, laat sterrekundiges toe om die evolusie van sterre, sterrestelsels en die heelal self af te lei.

Astronomiese afstande word soms in ligjare uitgedruk, veral in populêre wetenskaplike publikasies en media. [81] 'n Ligjaar is die afstand wat die lig in een jaar aflê, ongeveer 9461 miljard kilometer, 5879 miljard myl of 0,3066 parsek. In ronde syfers is 'n ligjaar amper 10 triljoen kilometer of byna 6 triljoen myl. Proxima Centauri, die naaste ster aan die aarde na die son, is ongeveer 4,2 ligjaar weg. [82]

Afstandmeting

Radarstelsels meet die afstand na 'n teiken aan die tyd wat dit 'n radiogolfpuls neem om na die radarantenne terug te keer nadat dit deur die teiken gereflekteer is: die afstand tot die teiken is die helfte van die retourtyd vermenigvuldig met die snelheid van die lig . 'N GPS-ontvanger (Global Positioning System) meet sy afstand tot GPS-satelliete gebaseer op hoe lank dit van 'n radiosein vanaf elke satelliet neem en bereken die posisie van die ontvanger vanaf hierdie afstande. Omdat die lig binne een sekonde ongeveer 300 000 kilometer (186 000 myl) beweeg, moet hierdie afmetings van klein breuke van 'n sekonde baie presies wees. Die Lunar Laser Ranging Experiment, radar-sterrekunde en die Deep Space Network bepaal die afstande na die Maan, [83] planete [84] en ruimtetuig, [85] onderskeidelik, deur transito-tye heen en weer te meet.

Hoëfrekwensie-handel

Die spoed van die lig het belangrik geword in hoëfrekwensie-handel, waar handelaars probeer om min voordele te behaal deur hul transaksies aan 'n fraksie van 'n sekonde voor ander handelaars uit te ruil. Handelaars het byvoorbeeld oorgegaan na mikrogolfkommunikasie tussen handelsnawe vanweë die voordeel dat mikrogolwe wat naby die ligsnelheid in die lug beweeg, bo veseloptiese seine is, wat 30-40% stadiger beweeg. [86] [87]

Daar is verskillende maniere om die waarde van te bepaal c. Een manier is om die werklike snelheid waarmee liggolwe voortplant, te meet, wat in verskillende astronomiese en aardgebaseerde opstellings gedoen kan word. Dit is egter ook moontlik om vas te stel c uit ander fisiese wette waar dit voorkom, byvoorbeeld deur die waardes van die elektromagnetiese konstantes te bepaal ε0 en μ0 en die gebruik van hul verhouding tot c. Histories is die akkuraatste resultate verkry deur die frekwensie en golflengte van 'n ligstraal afsonderlik te bepaal, met hul produk gelyk c. [ aanhaling nodig ]

Astronomiese metings

Die ruimte is 'n maklike plek om die snelheid van die lig te meet vanweë die grootskaalse en bykans perfekte vakuum. Gewoonlik meet 'n mens die tyd wat nodig is vir lig om 'n verwysingsafstand in die sonnestelsel te deurkruis, soos die radius van die aarde se baan. Histories sou sulke metings redelik akkuraat gemaak kon word in vergelyking met hoe akkuraat die lengte van die verwysingsafstand in aardse eenhede bekend is. Dit is gebruiklik om die resultate in astronomiese eenhede (AU) per dag uit te druk.

Ole Christensen Rømer gebruik 'n astronomiese meting om die eerste kwantitatiewe skatting van die snelheid van die lig in 1676 te maak. [89] [90] As dit vanaf die aarde gemeet word, is die tydperke van mane wat om 'n verre planeet wentel, korter as die aarde die planeet as wanneer die aarde daaraan terugtrek. Die afstand wat die lig afgelê het vanaf die planeet (of sy maan) na die aarde is korter as die aarde op die punt in sy baan is wat die naaste aan sy planeet is, as wanneer die aarde op die verste punt in sy baan is, die verskil in afstand synde die deursnee van die aarde se wentelbaan om die son. Die waargenome verandering in die wentelperiode van die maan word veroorsaak deur die verskil in die tyd wat dit neem om die korter of langer afstand te kruis. Rømer het hierdie effek waargeneem vir Jupiter se binneste maan Io en afgelei dat dit 22 minute neem om die deursnee van die aarde se baan oor te steek.

'N Ander metode is om die afwyking van lig te gebruik, wat James Bradley in die 18de eeu ontdek en verklaar het. [91] Hierdie effek is die gevolg van die vektortoevoeging van die snelheid van die lig wat van 'n verre bron af kom (soos 'n ster) en die snelheid van die waarnemer (sien die diagram hiernaas). 'N Bewegende waarnemer sien dus die lig uit 'n effens ander rigting kom en sien gevolglik die bron in 'n posisie verskuif van sy oorspronklike posisie. Aangesien die rigting van die Aardsnelheid voortdurend verander terwyl die Aarde om die Son wentel, beweeg hierdie effek die skynbare posisie van sterre rond. Vanuit die hoekverskil in die posisie van sterre (maksimum 20,5 boogsekondes) [92] is dit moontlik om die snelheid van die lig uit te druk in terme van die Aardsnelheid rondom die Son, wat met die bekende lengte van 'n jaar omgeskakel kan word in die tyd nodig om van die son na die aarde te reis. In 1729 het Bradley hierdie metode gebruik om af te lei dat lig 10 210 keer vinniger as die aarde in sy baan gereis het (die moderne figuur is 10 066 keer vinniger) of, ekwivalent, dat dit 8 minute en 12 sekondes sou neem om van die son af te beweeg. na die aarde. [91]

Astronomiese eenheid

'N Astronomiese eenheid (AU) is ongeveer die gemiddelde afstand tussen die aarde en die son. Dit is in 2012 herdefinieer as presies 149 597 870 700 m. [93] [94] Voorheen was die AU nie gebaseer op die Internasionale Eenheidstelsel nie, maar in terme van die swaartekrag wat die Son uitoefen in die raamwerk van klassieke meganika. [Opmerking 11] Die huidige definisie gebruik die aanbevole waarde in meter vir die vorige definisie van die astronomiese eenheid, wat deur meting bepaal is. [93] Hierdie herdefiniëring is analoog aan die van die meter en het ook die gevolg dat die snelheid van die lig in astronomiese eenhede per sekonde op 'n presiese waarde vasgestel word (via die presiese ligsnelheid in meter per sekonde).

Voorheen is die omgekeerde van c uitgedruk in sekondes per astronomiese eenheid, is gemeet deur die tyd vir radioseine om verskillende ruimtetuie in die sonnestelsel te bereik, te vergelyk, met hul posisie bereken op grond van die swaartekrag-effekte van die son en verskillende planete. Deur baie sulke metings te kombineer, kan 'n beste paswaarde vir die ligtyd per eenheidseenheid verkry word. In 2009 was die beste skatting, soos goedgekeur deur die International Astronomical Union (IAU), byvoorbeeld: [96] [97] [98]

lig tyd vir eenheidsafstand: tau = 499,004 783 836 (10) s c = 0,002 003 988 804 10 (4) AU / s = 173,144 632 674 (3) AU / dag.

Die relatiewe onsekerheid in hierdie metings is 0,02 dele per miljard (2 × 10 −11), gelykstaande aan die onsekerheid in Aardgebaseerde lengtemetings deur interferometrie. [99] Aangesien die meter gedefinieer word as die lengte wat deur die lig gereis word in 'n sekere tydsinterval, kan die meting van die ligtyd in terme van die vorige definisie van die astronomiese eenheid ook geïnterpreteer word as die meting van die lengte van 'n AU (ou definisie) in meter. [Nota 12]

Tyd van vlugtegnieke

'N Metode om die snelheid van die lig te meet, is om die tyd te meet wat nodig is vir lig om op 'n bekende afstand en terug na 'n spieël te beweeg. Dit is die werkbeginsel agter die Fizeau – Foucault-apparaat wat deur Hippolyte Fizeau en Léon Foucault ontwikkel is. [ aanhaling nodig ]

Die opstelling soos gebruik deur Fizeau bestaan ​​uit 'n ligstraal wat op 'n spieël van 8 kilometer gerig is. Op pad van die bron na die spieël gaan die balk deur 'n draaiende tandwiel. Teen 'n sekere rotasietempo gaan die balk deur een gaping op pad uit en 'n ander op pad terug, maar teen effens hoër of laer tempo tref die balk 'n tand en gaan dit nie deur die wiel nie. Met die ken van die afstand tussen die wiel en die spieël, die aantal tande op die wiel en die rotasiesnelheid, kan die snelheid van die lig bereken word. [100]

Die metode van Foucault vervang die tandwiel met 'n draaiende spieël. Omdat die spieël aanhou draai terwyl die lig na die verre spieël en terug beweeg, word die lig op die uitweg van die draaiende spieël in 'n ander hoek gereflekteer as op pad terug. Vanuit hierdie hoekverskil, die bekende draaisnelheid en die afstand tot die verre spieël, kan die snelheid van die lig bereken word. [101]

Deesdae, met behulp van ossilloskope met tydsresolusies van minder as een nanosekonde, kan die spoed van die lig direk gemeet word deur die vertraging van 'n ligpuls vanaf 'n laser of 'n LED wat deur 'n spieël weerkaats word. Hierdie metode is minder presies (met foute in die orde van 1%) as ander moderne tegnieke, maar dit word soms gebruik as laboratoriumeksperiment in universiteitsfisikaklasse. [102] [103] [104]

Elektromagnetiese konstantes

'N Opsie om af te lei c wat nie direk van 'n meting van die voortplanting van elektromagnetiese golwe afhang nie, is om die verband tussen c en die vakuum permittiwiteit ε0 en vakuumdeurlaatbaarheid μ0 vasgestel deur Maxwell se teorie: c 2 = 1/(ε0μ0). Die vakuumpermittiwiteit kan bepaal word deur die kapasitansie en afmetings van 'n kondensator te meet, terwyl die waarde van die vakuumpermeabiliteit op presies 4π × 10 −7 H⋅m −1 vasgestel word deur die definisie van die ampère. Rosa en Dorsey het hierdie metode in 1907 gebruik om 'n waarde van 299 710 ± 22 km / s te vind. [105] [106]

Holte resonansie

Nog 'n manier om die snelheid van die lig te meet, is om die frekwensie onafhanklik te meet f en golflengte λ van 'n elektromagnetiese golf in vakuum. Die waarde van c kan dan gevind word deur die relasie te gebruik c = . Een opsie is om die resonansiefrekwensie van 'n holte-resonator te meet. As die afmetings van die resonansieholte ook bekend is, kan dit gebruik word om die golflengte van die golf te bepaal. In 1946 het Louis Essen en A.C. Gordon-Smith die frekwensie vasgestel vir 'n verskeidenheid normale modusse van mikrogolwe van 'n mikrogolfholte met presies bekende afmetings. Die afmetings is met 'n akkuraatheid van ongeveer ± 0,8 μm bepaal met behulp van meters wat deur interferometrie gekalibreer is. [105] Aangesien die golflengte van die modi bekend was uit die meetkunde van die holte en uit die elektromagnetiese teorie, het kennis van die gepaardgaande frekwensies 'n berekening van die ligsnelheid moontlik gemaak. [105] [107]

Die Essen-Gordon-Smith-resultaat, 299 792 ± 9 km / s, was aansienlik meer presies as dié wat deur optiese tegnieke gevind is. [105] Teen 1950 het herhaalde metings deur Essen 'n resultaat van 299 792,5 ± 3,0 km / s opgelewer. [108]

'N Huishoudelike demonstrasie van hierdie tegniek is moontlik met 'n mikrogolfoond en voedsel soos malvalekkers of margarien: as die draaitafel verwyder word sodat die voedsel nie beweeg nie, kook dit die vinnigste by die antinodes (die punte waarop die golfamplitude is is die grootste), waar dit sal begin smelt.Die afstand tussen twee sulke kolle is die helfte van die golflengte van die mikrogolf deur hierdie afstand te meet en die golflengte te vermenigvuldig met die mikrogolf frekwensie (gewoonlik vertoon aan die agterkant van die oond, gewoonlik 2450 MHz), die waarde van c kan bereken word, "dikwels met minder as 5% fout". [109] [110]

Interferometrie

Interferometrie is 'n ander metode om die golflengte van elektromagnetiese straling te bepaal om die snelheid van die lig te bepaal. [Opmerking 13] 'n Samehangende ligstraal (bv. Vanaf 'n laser), met 'n bekende frekwensie (f), word verdeel om twee paaie te volg en dan weer te kombineer. Deur die baanlengte aan te pas met inagneming van die interferensiepatroon en die verandering in baanlengte, die golflengte van die lig, noukeurig te meet (λ) kan bepaal word. Die spoed van die lig word dan met behulp van die vergelyking bereken c = λf.

Voordat lasertegnologie opgekom het, is samehangende radiobronne gebruik vir interferometrie-metings van die ligspoed. [112] Interferometriese bepaling van golflengte word egter minder presies met golflengte en die eksperimente is dus beperk tot presisie deur die lang golflengte (

4 mm (0,16 inch) van die radiogolwe. Die presisie kan verbeter word deur lig met 'n korter golflengte te gebruik, maar dan word dit moeilik om die frekwensie van die lig direk te meet. Een manier om hierdie probleem te omseil, is om te begin met 'n laefrekwensie-sein waarvan die frekwensie presies gemeet kan word en vanuit hierdie sein geleidelik 'n hoër frekwensie-sein te sintetiseer waarvan die frekwensie dan aan die oorspronklike sein gekoppel kan word. 'N Laser kan dan op die frekwensie gesluit word en die golflengte daarvan kan met behulp van interferometrie bepaal word. [113] Hierdie tegniek was te wyte aan 'n groep by die National Bureau of Standards (NBS) (wat later NIST geword het). Hulle het dit in 1972 gebruik om die spoed van lig in vakuum te meet met 'n breukonsekerheid van 3,5 × 10 −9. [113] [114]

Geskiedenis van metings van c (in km / s)
& lt1638 Galileo, bedekte lanterns onoortuigend [115] [116] [117]: 1252 [Opmerking 14]
& lt1667 Accademia del Cimento, bedekte lanterns onoortuigend [117]: 1253 [118]
1675 Rømer en Huygens, mane van Jupiter 220 000 [90] [119] ‒27% fout
1729 James Bradley, ligafwyking 301 000 [100] + 0,40% fout
1849 Hippolyte Fizeau, tandwiel 315 000 [100] + 5,1% fout
1862 Léon Foucault, draai spieël 298 000 ± 500 [100] ‒0,60% fout
1907 Rosa en Dorsey, EM-konstantes 299 710 ± 30 [105] [106] 80280 dpm fout
1926 Albert A. Michelson, draaiende spieël 299 796 ± 4 [120] +12 dpm fout
1950 Essen en Gordon-Smith, holte-resonator 299 792 .5 ± 3.0 [108] +0,14 dpm fout
1958 K.D. Froome, radio-interferometrie 299 792 .50 ± 0.10 [112] +0,14 dpm fout
1972 Evenson et al., laser-interferometrie 299 792 .4562 ± 0.0011 [114] ‒0,006 dpm fout
1983 17de CGPM, definisie van die meter 299 792 .458 (presies) [88] presies, soos omskryf

Tot die vroeë moderne tydperk was dit nie bekend of die lig onmiddellik of teen 'n baie vinnige spoed beweeg het nie. Die eerste bestaande opname van hierdie onderwerp was in antieke Griekeland. Die antieke Grieke, Moslemgeleerdes en klassieke Europese wetenskaplikes het dit lank gedebatteer totdat Rømer die eerste berekening van die snelheid van die lig gegee het. Einstein se teorie van spesiale relatiwiteit het tot die gevolgtrekking gekom dat die snelheid van die lig konstant is, ongeag die verwysingsraamwerk. Sedertdien het wetenskaplikes toenemend akkurate metings verskaf.

Vroeë geskiedenis

Empedocles (ongeveer 490–430 vC) was die eerste wat 'n teorie oor lig voorgestel het [121] en beweer dat lig 'n eindige spoed het. [122] Hy het volgehou dat lig iets in beweging was, en dit dus 'n tydjie moes neem om te reis. Aristoteles het, inteendeel, aangevoer dat 'lig te wyte is aan die teenwoordigheid van iets, maar dit is nie 'n beweging nie'. [123] Euklides en Ptolemeus het Empedocles se emissie-teorie van visie gevorder, waar lig uit die oog uitgestraal word, wat sig moontlik maak. Op grond van die teorie het Heron van Alexandrië aangevoer dat die snelheid van die lig oneindig moet wees, want verre voorwerpe soos sterre verskyn onmiddellik nadat hulle die oë oopgemaak het. [124] Vroeë Islamitiese filosowe het aanvanklik saamgestem met die Aristoteliese siening dat lig geen snelheid van die reis gehad het nie. In 1021 publiseer Alhazen (Ibn al-Haytham) die Boek van Optika, waarin hy 'n reeks argumente aangebied het wat die emissie-teorie van visie verwerp ten gunste van die nou aanvaarde intremisieteorie, waarin lig van 'n voorwerp in die oog beweeg. [125] Dit het daartoe gelei dat Alhazen voorgestel het dat lig 'n eindige spoed moet hê, [123] [126] [127] en dat die snelheid van die lig veranderlik is en in digter liggame afneem. [127] [128] Hy het aangevoer dat lig 'n wesenlike saak is, waarvan die voortplanting tyd verg, selfs al is dit vir ons sintuie verborge. [129] Ook in die 11de eeu stem Abū Rayhān al-Bīrūnī saam dat die lig 'n eindige snelheid het, en merk op dat die snelheid van die lig baie vinniger is as die snelheid van die klank. [130]

In die 13de eeu voer Roger Bacon aan dat die snelheid van die lig in die lug nie oneindig is nie, met behulp van filosofiese argumente wat ondersteun word deur die skryf van Alhazen en Aristoteles. [131] [132] In die 1270's oorweeg Witelo die moontlikheid dat lig in 'n oneindige snelheid in vakuum kan beweeg, maar in digter liggame vertraag. [133]

In die vroeë 17de eeu het Johannes Kepler geglo dat die snelheid van die lig oneindig is, aangesien leë ruimte geen hindernis daarvoor bied nie. René Descartes het aangevoer dat as die snelheid van die lig eindig sou wees, die son, die aarde en die maan merkbaar buite lyn sou wees tydens 'n maansverduistering. Aangesien sulke wanaanpassing nie waargeneem is nie, het Descartes tot die gevolgtrekking gekom dat die snelheid van die lig oneindig was. Descartes bespiegel dat as die snelheid van die lig eindig sou wees, sy hele stelsel van filosofie moontlik afgebreek sou word. [123] In Descartes se afleiding van Snell se wet, het hy aangeneem dat alhoewel die snelheid van die lig oombliklik was, hoe digter die medium, hoe vinniger was die lig se snelheid. [134] Pierre de Fermat het die wet van Snell afgelei met behulp van die teenoorgestelde aanname, hoe digter die medium hoe stadiger lig beweeg. Fermat het ook aangevoer ter ondersteuning van 'n eindige snelheid van die lig. [135]

Eerste metingspogings

In 1629 het Isaac Beeckman 'n eksperiment voorgestel waarin iemand die flits van 'n kanon waarneem wat ongeveer 1,6 kilometer van 'n spieël af weerkaats. In 1638 stel Galileo Galilei 'n eksperiment voor, met 'n klaarblyklik beweer dat hy dit enkele jare tevore uitgevoer het, om die snelheid van die lig te meet deur die vertraging tussen die ontbloting van 'n lantern en die waarneming daarvan 'n entjie daarvandaan te waarneem. Hy kon nie onderskei of die ligte reis onmiddellik was of nie, maar die gevolgtrekking was dat dit nietemin buitengewoon vinnig moes gaan. [115] [116] In 1667 het die Accademia del Cimento van Florence berig dat hy die eksperiment van Galileo uitgevoer het, met die lanterns van ongeveer een myl geskei, maar geen vertraging is waargeneem nie. Die werklike vertraging in hierdie eksperiment sou ongeveer 11 mikrosekondes gewees het.

Die eerste kwantitatiewe skatting van die snelheid van die lig is in 1676 deur Rømer gemaak. [89] [90] Uit die waarneming dat die periodes van Jupiter se binneste maan Io korter blyk te wees toe die aarde Jupiter nader as toe hy daaruit terugtrek, het hy tot die gevolgtrekking gekom dat die lig teen 'n eindige spoed beweeg, en beraam dat dit lig neem 22 minute om die deursnee van die aarde se baan oor te steek. Christiaan Huygens het hierdie skatting gekombineer met 'n skatting van die deursnee van die aarde se baan om 'n skatting van die ligsnelheid van 220 000 km / s te kry, 26% laer as die werklike waarde. [119]

In sy 1704-boek Opticks, Berig Isaac Newton, Rømer se berekeninge van die eindige snelheid van die lig en gee 'n waarde van 'sewe of agt minute' vir die tyd wat lig neem om van die son na die aarde te beweeg (die moderne waarde is 8 minute en 19 sekondes). [136] Newton het gevra of Rømer se verduisteringsskaduwe gekleur was omdat hy gehoor het dat dit nie was nie, en hy het die gevolgtrekking gemaak dat die verskillende kleure met dieselfde snelheid beweeg. In 1729 ontdek James Bradley sterre afwyking. [91] Uit hierdie effek het hy vasgestel dat lig 10 210 keer vinniger moet beweeg as die aarde in sy baan (die moderne figuur is 10 066 keer vinniger) of, ekwivalent, dat dit 8 minute en 12 sekondes neem om van die son af te beweeg. na die aarde. [91]

Verbindings met elektromagnetisme

In die 19de eeu het Hippolyte Fizeau 'n metode ontwikkel om die snelheid van die lig te bepaal op grond van vlugtydmetings op die aarde en 'n waarde van 315 000 km / s gerapporteer. [137] Sy metode is verbeter deur Léon Foucault, wat in 1862 'n waarde van 298 000 km / s behaal het. [100] In die jaar 1856 het Wilhelm Eduard Weber en Rudolf Kohlrausch die verhouding van die elektromagnetiese en elektrostatiese ladingseenhede gemeet. 1 / √ ε0μ0 , deur 'n Leyden-kruik af te laai, en gevind dat die numeriese waarde daarvan baie naby was aan die snelheid van die lig soos dit direk deur Fizeau gemeet is. Die volgende jaar bereken Gustav Kirchhoff dat 'n elektriese sein in 'n weerstandlose draad teen hierdie snelheid beweeg. [138] In die vroeë 1860's het Maxwell getoon dat volgens die teorie van elektromagnetisme waaraan hy gewerk het, elektromagnetiese golwe voortplant in die leë ruimte [139] [140] [141] teen 'n snelheid gelyk aan die bogenoemde Weber / Kohlrausch-verhouding, en die aandag gevestig op die numeriese nabyheid van hierdie waarde tot die snelheid van die lig soos gemeet deur Fizeau, het hy voorgestel dat lig in werklikheid 'n elektromagnetiese golf is. [142]

"Luminiferous aether"

Daar is destyds gedink dat die leë ruimte gevul is met 'n agtergrondmedium genaamd die luminiferous ether waarin die elektromagnetiese veld bestaan. Sommige fisici het gedink dat hierdie eter as 'n voorkeur verwysingsraamwerk vir die voortplanting van lig dien, en daarom moet dit moontlik wees om die beweging van die aarde met betrekking tot hierdie medium te meet deur die isotropie van die snelheid van die lig te meet. Begin in die 1880's is verskeie eksperimente uitgevoer om hierdie beweging op te spoor, waarvan die bekendste die eksperiment is wat Albert A. Michelson en Edward W. Morley in 1887 uitgevoer het. [143] [144] Die opgespoorde beweging was altyd minder as die waarnemingsfout. Moderne eksperimente dui aan dat die tweerigting-snelheid van die lig isotropies is (in alle rigtings dieselfde) tot binne 6 nanometer per sekonde. [145] As gevolg van hierdie eksperiment stel Hendrik Lorentz voor dat die beweging van die apparaat deur die eter kan veroorsaak dat die apparaat langs sy lengte saamtrek in die rigting van beweging, en hy neem verder aan dat die tydsveranderlike vir bewegende stelsels ook moet verander. dienooreenkomstig ("plaaslike tyd"), wat gelei het tot die formulering van die Lorentz-transformasie. Op grond van Lorentz se etherteorie het Henri Poincaré (1900) getoon dat hierdie plaaslike tyd (tot eerste orde in v / c) aangedui word deur horlosies wat in die eter beweeg, wat gesinchroniseer word onder die aanname van konstante ligspoed. In 1904 bespiegel hy dat die snelheid van die lig 'n beperkende snelheid in dinamika kan wees, mits die aannames van Lorentz se teorie alles bevestig word. In 1905 het Poincaré Lorentz se etetherteorie volledig in ooreenstemming met die relatiwiteitsbeginsel gebring. [146] [147]

Spesiale relatiwiteit

In 1905 het Einstein van die begin af gepostuleer dat die spoed van lig in vakuum, gemeet deur 'n nie-versnelde waarnemer, onafhanklik is van die beweging van die bron of waarnemer. Aan die hand van hierdie en die relatiwiteitsbeginsel het hy die spesiale relatiwiteitsteorie afgelei waarin die spoed van die lig in die vakuum is c as 'n fundamentele konstante, wat ook in kontekste verskyn wat nie verband hou met die lig nie. Dit het die konsep van die stilstaande eter (waaraan Lorentz en Poincaré nog steeds gehou het) nutteloos gemaak en 'n rewolusie in die konsepte van ruimte en tyd gemaak. [148] [149]

Verhoogde akkuraatheid van c en herdefiniëring van die meter en tweede

In die tweede helfte van die 20ste eeu is daar baie vordering gemaak met die verhoging van die akkuraatheid van die metings van die ligspoed, eers deur holte-resonansietegnieke en later deur laserinterferometertegnieke. Dit is aangehelp deur nuwe, meer presiese definisies van die meter en tweede. In 1950 het Louis Essen die spoed as 299 792, 0,5 ± 3,0 km / s bepaal, met behulp van holte-resonansie. [108] Hierdie waarde is deur die 12de Algemene Vergadering van die Radiowetenskaplike Unie in 1957 aanvaar. In 1960 is die meter herdefinieer in terme van die golflengte van 'n bepaalde spektraallyn van krypton-86, en in 1967 die tweede is herdefinieer in terme van die hiperfyn oorgangsfrekwensie van die grondtoestand van sesium-133. [150]

In 1972, met behulp van die laser-interferometer-metode en die nuwe definisies, het 'n groep by die Amerikaanse Nasionale Buro vir Standaarde in Boulder, Colorado, bepaal dat die spoed van lig in vakuum is c = 299 792 456, 2 ± 1,1 m / s. Dit was 100 keer minder onseker as die waarde wat voorheen aanvaar is. Die oorblywende onsekerheid het hoofsaaklik verband gehou met die definisie van die meter. [Nota 15] [114] Soos soortgelyke eksperimente vergelykbare resultate gevind het vir c, het die 15de Algemene Konferensie oor gewigte en metings in 1975 aanbeveel om die waarde 299 792 458 m / s vir die snelheid van die lig te gebruik. [153]

Definieer die snelheid van die lig as 'n eksplisiete konstante

In 1983 is op die 17de vergadering van die Algemene Konferensie oor gewigte en metings (CGPM) bevind dat golflengtes van frekwensie-metings en 'n gegewe waarde vir die snelheid van die lig meer reproduseerbaar is as die vorige standaard. Hulle het die 1967-definisie van tweede behou, dus sou die frekwensie van sesium-hiperfyn nou die tweede en die meter bepaal. Om dit te doen, het hulle die meter herdefinieer as: "Die meter is die lengte van die pad wat deur lug in vakuum gereis word gedurende 'n tydsinterval van 1/299 792 458 sekonde." [88] As gevolg van hierdie definisie is die waarde van die snelheid van die lig in vakuum presies 299 792 458 m / s [154] [155] en het dit 'n gedefinieerde konstante geword in die SI-eenheidstelsels. [13] Verbeterde eksperimentele tegnieke wat voor 1983 die ligsnelheid sou gemeet het, beïnvloed nie meer die bekende waarde van die ligsnelheid in SI-eenhede nie, maar laat 'n meer akkurate realisering van die meter toe deur die golflengte akkurater te meet van Krypton-86 en ander ligbronne. [156] [157]

In 2011 het die CGPM gesê dat hy van plan is om al sewe SI-basiseenhede te herdefinieer deur gebruik te maak van 'die eksplisiete-konstante formulering', waar elke 'eenheid indirek gedefinieer word deur 'n presiese waarde vir 'n erkende fundamentele konstante eksplisiet op te gee', as is gedoen vir die snelheid van die lig. Dit stel 'n nuwe, maar heeltemal ekwivalente, bewoording voor van die definisie van die meter: "Die meter, simbool m, is die lengte-eenheid waarvan die grootte ingestel is deur die numeriese waarde van die snelheid van die lig in vakuum vas te stel aan presies 299 792 458 wanneer dit uitgedruk word in die SI-eenheid ms −1. " [158] Dit was een van die veranderinge wat in die herdefiniëring van die SI-basiseenhede in 2019 opgeneem is, wat ook die Nuwe SI.


Koördinaatstelsel relatief tot 'n gebeurtenis in Minkowskian ruimtetyd

Ek gebruik 'n koördinaatstelsel wat geanker is op 'n gebeurtenis (eerder as 'n spoedverwysing) in die ruimtetyd van Minkowskian. Dit maak dit 'n spesiale geval (geen swaartekrag of donker energie, net soos 'n spesiale relatiwiteit) van die kosmologiese (of CMB-isotropiese) koördinaatstelsel wat gebruik word om die hele heelal te vervolg, met die oerknal die verwysingsgebeurtenis.

Die verwysingsgebeurtenis kan enige gebeurtenis wees. Dit word die oorsprong van die koördinaatstelsel.
Stel jou voor dat die betrokke gebeurtenis 'n ontploffing in die bestaande ruimte (grensloos in al vier dimensies) is met oneindige materiaal wat teen eweredige spoed verdryf word. Met eweredige afstand, bedoel ek dat die tipiese skeiding tussen 'n stuk traagheidsuitwerping en sy naburige stuk 'n eenvormige hoeveelheid behoorlike snelheidsverskil is. Op hierdie manier lyk dit, vanuit die oogpunt van 'n bietjie uitwerping, die middelpunt van die materiaal wat stilstaan ​​in die uitbreiding van die ruimtetyd. Dit is die spesiale relatiwiteitsweergawe van die uitbreiding van ruimtekoördinate. Is daar 'n naam vir so 'n koördinaatstelsel? Ek sal 'n skakel na materiaal daaroor waardeer.

Ek bespiegel nie die moontlikheid dat die oerknal 'n ontploffing van materiaal in die ruimte kan wees nie. As dit so was, sou die gekonsentreerde massa swaartekrag hê wat nooit enige uitbreiding sou toelaat nie, maar dit is slegs 'n wiskundige model sonder inagneming van swaartekragmassa.

Sommige eiendomme wat ek uitgewerk het:

Die koördinaatstelsel blare slegs ruimtetyd binne die ligkegels van die verwysingsgebeurtenis, soortgelyk aan Rindler-koördinate wat slegs 'n ligkegel van ruimtetyd volg. Ek dink die koördinate werk goed met gebeure in die verlede, maar gebeure sonder tydagtige skeiding van die verwysingsgebeurtenis is nie deel van die koördinaatstelsel nie.

Daar word gesê dat enige traagheidsvoorwerp waarvan die wêreldlyn die oorsprong van die koördinaatstelsel sny, stilstaan. Enige beweging met betrekking tot hierdie stilstaande lyn is 'n eiesoortige snelheid, 'n vektor. Snelhede voeg die relativistiese manier by, maar resessiesyfers (wat nie vektore is nie), aangesien hulle die regte snelheid is, voeg dit lineêr by en kan dus c oorskry. Eienaardige snelheid neem mettertyd af, so afwesig met behoorlike versnelling, sal alle voorwerpe uiteindelik stilstaan.

'N Paar voorwerpe wat in 'n traagheidsraamwerk relatief tot mekaar staan ​​(sê aan weerskante van 'n vaste voorwerp sonder behoorlike versnelling) beweeg in hierdie koördinaatstelsel altyd uitmekaar. Met ander woorde, stywe voorwerpe groei altyd na (maar bereik nooit) hul regte lengte nie. Die tyd wat dit neem vir die lig om van die een einde na die ander kant te beweeg, neem ook altyd af, nader, maar bereik nooit die tyd wat dit neem om die regte lengte van die voorwerp te beweeg nie. Ek het nie formules vir die bogenoemde effekte uitgewerk nie.

Die tempo waarteen die horlosies loop, is 'n funksie van die horlosie se eienaardige snelheid en nie 'n funksie van enige waarnemersraam nie. Geen waarde lyk van die waarnemer afhanklik nie. Daar is dus geen raamrotasies nie, maar daar is steeds omskakelings na traagheidskoördinate relatief tot enige geselekteerde traagheidswêreldlyn.

Lig sal uiteindelik enige punt in die ruimte bereik vanaf enige ander punt in die ruimte. Dit is nog 'n groot verskil met die werklike heelal waar die versnelling van uitbreiding as gevolg van donker energie 'n horison vorm wat soortgelyk is aan Rindler-horisonne, waarbinne die lig wat uitgestraal word nooit gedeeltes van die ruimte kan bereik nie.


Ek vra meestal verwysings omdat ek nie 'n naam het nie, al my soektogte is nada, en ook terugvoer as enige van die eiendomme wat ek gelys het, onsin is. Ek bespiegel geen nuwe fisika nie, maar gee net verskillende abstrakte koördinate toe aan gewone Minkowski-ruimtetyd.


Emissie-koördinate vir die navigasie in die ruimte ☆

'N Algemene benadering tot die probleem van posisionering deur middel van pulse of ander pulserende bronne wat in die oneindigheid geleë is, word beskryf. Die telling van die pulse vir 'n stel verskillende bronne waarvan die posisies in die lug en tydperke vermoedelik bekend is, word gebruik om nulemissie- of ligkoördinate vir die ontvanger te verskaf. Die meting van die regte tydsintervalle tussen opeenvolgende aankomelinge van die seine uit die verskillende bronne word gebruik om die finale lokalisering van die ontvanger te gee, binne 'n akkuraatheid wat beheer word deur die akkuraatheid van die klok aan boord.Die afwyking van die plat geval word bespreek, met inagneming van die verskillende moontlike oorsake afsonderlik: plaaslike gravitasiepotensiaal, eindigheid van die afstand van die bron, behoorlike beweging van die bron, periodeverval, behoorlike versnelling as gevolg van nie-gravitasiekragte. Berekeninge blyk eenvoudig te wees en die resultaat is baie positief. Die metode kan ook toegepas word op 'n konstellasie van satelliete wat om die aarde wentel.


International Journal of Modern Physics D

'N Groot meerderheid van die fisika- en sterrekundegemeenskappe is nou seker dat gravitasiegolwe bestaan, dat daar na hulle gesoek kan word en dat dit bestudeer kan word deur middel van hul effekte op laboratoriumapparatuur sowel as op astronomiese voorwerpe. Tot dusver stem alles wat uitgevind is ooreen met die voorspellings van algemene relatiwiteit, maar die hoop is groot vir nuwe inligting oor die heelal en die inhoud daarvan en miskien vir wenke van 'n beter gravitasieteorie as algemene relatiwiteit (wat selfs Einstein sou verwag om uiteindelik te kom) . Dit is een weergawe van die verhaal, van 1905 tot hede, wat vanuit 'n ongewone oogpunt vertel word, omdat die skrywer 28,5 jaar getroud was met Joseph Weber, wat die eerste detektors gebou het in die vroeë 1960's en een of meer bedryf het. meer tot sy dood op 30 September 2000.

Oor die eenwordingsprobleem in fisika
Gravity se universaliteit: Die fisika onderliggend aan Tolman temperatuurgradiënte

Ons bied 'n eenvoudige en duidelike verifikasie van die fisiese behoefte aan temperatuurgradiënte in ewewigstoestande wanneer gravitasievelde voorkom. Ons argument sal volledig gebou word kinematies wyse, in terme van die gravitasie rooi verskuiwing / blueshift van die lig, tesame met 'n relativistiese uitbreiding van Maxwell se tweekolomargument. Ons sluit af deur aan te toon dat dit die universaliteit van die gravitasie-interaksie (die uniekheid van vryval) wat uiteindelik Tolman se ewewigtemperatuurgradiënte toelaat sonder enige oortreding van die wette van die termodinamika.

'N Mikroskopiese model vir 'n opkomende kosmologiese konstante

Die waarde van die kosmologiese konstante word verklaar aan die hand van 'n lawaaierige verspreiding van energie vanaf die lae-energie-deeltjie-fisika-grade van vryheid tot die fundamentele Planckiaanse korrelvormigheid, wat van algemene argumente in kwantumgravitasie verwag word. Die kwantitatiewe sukses van ons fenomenologiese model is bemoedigend en bied moontlik nuttige insigte oor fisika op die skaal van kwantumgravitasie.

GR en klassieke meganika: Magic?

'N Nuwe fundamenteel bestanddeel word bekendgestel in die studie van Asymptotically Flat Einstein – Maxwell Spacetime, naamlik die verandering van koördinaatstelsels van die standaarde wat gebou is uit die oneindige aantal moontlike Bondi-nuloppervlaktes na dié gebaseer op die vier komplekse parameterset, za, van Asymptotically Shear –Vrye (ASF) nuloppervlaktes. ASF-koördinaatstelsels word bepaal deur 'wêreldlyne' in die parameterruimte, z a = ξ a (τ). Stel 'n Weyl-tensorkomponent, gedefinieer as die kompleks-massa-dipool, tot nul, a unieke komplekse massamiddelpunt / aanklag “wêreldlyn” verkry word. Van hierdie lyn en Bianchi-identiteite word 'n groot deel van die klassieke meganika direk verkry: draai-, wentelhoekmomentum, kinematiese momentum, hoekmomentumbehoud, energie-momentumbehoud, Newton se tweede wet met Abraham – Lorentz – Dirac-stralingsreaksie, Raketkrag en Dirac g -faktor.

Die kinetiese teorie van die mesoskopiese ruimtetyd

Op die mesoskopiese skale - wat interpoleer tussen die makroskopiese, klassieke, meetkunde en die mikroskopiese, kwantumstruktuur van ruimtetyd - kan 'n mens die digtheid van toestande van die meetkunde identifiseer, wat voortspruit uit die bestaan ​​van 'n nulpuntlengte in die ruimtetyd. Hierdie ruimtetydse diskreetheid verbind ook 'n interne mate van vryheid met elke gebeurtenis, in die vorm van 'n wisselende vektor van konstante norm. Die ewewigstoestand, wat ooreenstem met die ekstremum van die totale digtheid van toestande van meetkunde plus materie, lei presies tot Einstein se vergelykings. Die veldvergelyking kan nou herinterpreteer word as 'n nul-hitte-dissipasie-beginsel. Die analise van skommelinge rondom die ewewigstoestand (wat deur Einstein se vergelykings beskryf word), sal nuwe insigte oor die kwantumgravitasie bied.

Die holografiese ruimtetydmodel van kosmologie

Hierdie opstel gee 'n uiteensetting van die Holografiese Ruimtetyd (HST) -teorie van kosmologie en die verband daarvan met konvensionele teorieë oor inflasie. Die voorspellings van die teorie is verenigbaar met waarnemings, en 'n mens moet hoop op gegewens oor oer-swaartekraggolwe of nie-Gaussiese skommelinge om dit van konvensionele modelle te onderskei. Die model voorspel 'n vroeë era van struktuurvorming voor die oerknal. Om die lot van daardie strukture te verstaan, verg ingewikkelde simulasies wat nog nie gedoen is nie. Die resultaat van die berekeninge kan die model vervals of 'n baie ekonomiese raamwerk bied vir die verklaring van donker materie en die generering van die baryon-asimmetrie.

Efimov-fisika in geboë ruimtetyd: veldskommelings en eksotiese materie

Verskeie eksperimentele opsporings het getoon dat die bestaan ​​van Borromeese toestande wat deur Vitaly Efimov voorspel is binne 'n kernfisika-konteks, dit wil sê trimers gebind is, ondanks die afwesigheid van gebonde toestande van enige van die tweeliggaam-substelsels. Ek toon aan dat die roman Efimov Physics verwag word in swaartekrag-polariseerbare nie-baroniese donker materie buite die standaardmodel met van der Waals-agtige kragte wat aangedryf word deur kwantum-swaartekragskommelings. Ek bespreek ook grond- en ruimte-gebaseerde toetse van kromtingseffekte van die ruimtetyd op swak gebonde, hoogs diffuse kwantumdrievoudige stelsels met standaard elektrodinamiese van der Waals-kragte. Laastens beskou ek eksotiese gravitasiekwantumstowwe uit hoër-orde Brunniaanse strukture en analogieë met klassieke stelsels, wat reeds bewys is in drie-draad DNA, aangedryf deur die stogastiese swaartekraggolfagtergrond.

Hernormalisering van swaartekrag: 'n nuwe insig in 'n ou probleem

Dit is welbekend dat kwellende swaartekrag onhernormeerbaar is. Die metriek of vierbein word gewoonlik gebruik as die veranderlike om kwantiteitsgravitasie te kwantifiseer. In hierdie referaat wys ons dat 'n mens eerder die spinverbinding kan gebruik, in welke geval dit moontlik is om 'n spookvrye, hernormaliseerbare teorie van kwantumgravitasie te verkry. Verder in hierdie benadering kan gravitasie-analoë van deeltjie-fisika-verskynsels bestudeer word. Ons bestudeer veral die swaartekrag-Higgs-meganisme deur gebruik te maak van spinverbinding as meetveld, en toon aan dat dit 'n meganisme bied vir die effektiewe vermindering van die dimensionaliteit van ruimtetyd.

Versteurbaar hernormaliseerbare kwantiteit

Die Wilsoniaanse hernormaliseringsgroep (RG) benodig Euklidiese handtekening. Die konforme faktor van die maatstaf het dan 'n kinetiese term met verkeerde tekens, wat die RG-eienskappe diep beïnvloed. In die besonder rondom die Gaussiese vaste punt ondersteun dit 'n Hilbert-ruimte van hernormaliseerbare interaksies wat arbitrêr groot kragte van die swaartekragskommelings behels. Hierdie interaksies word gekenmerk deur eksponensieel onderdruk te word vir groot veldamplitude, steurend in Newton se konstante, maar nie-stoornis in Planck se konstante. Deur die grens van die Hilbert-ruimte te beperk, word diffeomorfisme onveranderlikheid herwin met die behoud van hernormabiliteit. Die sogenaamde onstabiliteit van die sogenaamde konformele faktor wys dus die weg na die konstruering van 'n perturbatief hernormaliseerbare teorie van kwantumgravitasie.

Kan die heelal deur 'n golffunksie beskryf word?

Veronderstel ons neem aan dat in sag geboë ruimtetyd (a) oorsaaklikheid nie tot leidende orde geskend word nie (b) die Birkhoff-stelling geld vir leidende orde en (c) CPT-invariansie geld. Dan voer ons aan dat die 'meestal leë' heelal wat ons rondom ons waarneem nie deur 'n presiese golffunksie beskryf kan word nie Ψ. Die swak gekoppelde deeltjies wat ons sien, is eerder benaderde kwasdeeltjies wat ontstaan ​​as opwekking van 'n 'fuzz'. Die “fuzz” doen het 'n presiese golffunksie Ψ fuzz, maar hierdie presiese golffunksie beskryf nie plaaslike deeltjies direk nie. Die argument gaan voort deur die kosmologiese instelling in verband te bring met die informasieparadoks van swart gate, en gebruik dan die stelling vir klein regstellings om die onmoontlikheid van 'n presiese golffunksie wat die sigbare heelal beskryf, aan te toon.

Elektromagnetiese draai skep torsie

Daar word getoon dat die intrinsieke draai, en slegs die draai, van die elektromagnetiese veld torsie skep. Die stryd het dekades lank gewoed: hoe om die feite te versoen dat fotone draai, maar die minimale koppeling breek die mate van invariansie en moet dus laat vaar word, wat ons die onfisiese situasie laat waarin spin nie torsie skep nie. Deur die maatvryheid van die torsieveld te veralgemeen, word 'n covariante, maat-invariante beskrywing gevind waardeur die elektromagnetiese draai 'n torsieveld skep. In werklikheid word getoon as torsie van elektromagnetiese maatstawwe geld, moet torsie teenwoordig wees.

Membraanparadigma van sagte hare naby die horison

Die membraanparadigma stel dat swartgatmikrostate dinamiese vryheidsgrade is wat verband hou met 'n fisiese membraan wat verdwyn naby die swart gat se gebeurtenishorison. Die sagtehaarparadigma postuleer dat swart gate toegerus kan word met nul-energie-ladings wat verband hou met oorblywende diffeomorfismes wat die vryheidsgrade naby die horison aandui. In hierdie referaat voer ons aan dat laasgenoemde paradigma eersgenoemde impliseer. Meer spesifiek gebruik ons ​​geskikte grenstoestande naby die horison wat lei tot 'n algebra van "sagte hare ladings" wat oneindige afskrifte van die Heisenberg-algebra bevat, wat verband hou met die behoud van die skuifvorming van die swartgathorison op die gebied. Ons gebruik sagte hare naby die horison en die Heisenberg-algebra om 'n formulering van die membraanparadigma te gee en om aan te toon hoe dit swartgat-entropie is.

Kwantum swaartekrag en BH-NS binaries

Ons voer aan dat die BH-NS-binaries (Black Hole-Neutron Star) die natuurlike astrofisiese sondes van kwantumgravitasie is in die konteks van die nuwe era van multiboodskapsterrekunde. In die besonder bespreek ons ​​die waarneembare effek van verhoogde BH-massaverlies in 'n BH-NS-binêre, as gevolg van die teenwoordigheid van 'n addisionele lengteskaal wat gekoppel is aan die intrinsieke nie-kommatiwiteit van kwantumruimtetyd in kwantumgravitasie.

'N Dualiteit tussen kromming en torsie

Compton-golflengte en Schwarzschild-radius word hier beskou as beperkende gevalle van 'n verenigde lengte-skaal. Met behulp van hierdie lengte word aangetoon dat die Dirac-vergelyking en die Einstein-vergelykings vir 'n puntmassa beperkende gevalle is van 'n onderliggende teorie wat torsie insluit. Ons toon aan dat in hierdie onderliggende teorie die gravitasie-wisselwerking tussen klein massas swakker is as in die Newtonse swaartekrag. Ons verduidelik waarom die Kerr – Newman swart gat en die elektron albei dieselfde nie-klassieke giromagnetiese verhouding het. Ons stel 'n tweeledigheid voor tussen kromming en torsie en toon aan dat algemene relatiwiteit en teleparallele swaartekrag onderskeidelik die groot massa en klein massalimiet van die ECSK-teorie is. Ons demonstreer dat kleinskaalse effekte van torsie met die huidige tegnologie getoets kan word.

Nuwe bronne van gravitasiegolfseine: Die swartgat-gravitonlaser

'N Gravitonlaser werk in beginsel deur die gestimuleerde emissie van samehangende swaarte vanaf 'n lasermedium. Vir betekenisvolle versterking moet ons 'n baie lang baanlengte en / of baie hoë digthede hê. Swart gate en die bestaan ​​van swak interaksie-sub-eV donker materie-deeltjies (WISP's) los albei hierdie struikelblokke op. Omwentelingsbane vir massalose deeltjies rondom swart gate word goed verstaan ​​[C. Misner, K. Thorne en J. Wheeler, Gravitasie (W. H Freeman, 1973)] 1 en maak voorsiening vir willekeurige lang gravitonpaadlengtes. Superstraling van Kerr-swartgate van WISP's kan die voldoende hoë digtheid bied [A. Arvanitaki, M. Baryakhtar en X. Huang, Fis. Ds D 91 (2015) 084011, arXiv: 1411.2263] 2. Dit dui daarop dat swart gate as doeltreffende graviton-lasers kan optree. Dus word gerigte graviton-laserstrale sedert die begin van die heelal uitgestraal, wat aanleiding gee tot nuwe bronne van gravitasiegolfseine. Dit is nie aangenaam om in die pad van veral skadelik versterkte gravitadoodstrale te wees nie.

Die afhanklikheid van rooi verskuiwing van radiale versnelling: Gewysigde swaartekrag versus donker materie

Gemodifiseerde Newton-dinamika het een gratis parameter en benodig 'n interpolasie-funksie om die normale Newton-limiet te herstel. Ons wys hier dat hierdie interpolasie-funksie onnodig is in 'n onlangs voorgestelde samevariante voltooiing van Erik Verlinde se opkomende swaartekrag, en dat Verlinde se benadering die funksie se een gratis parameter ook bepaal. Die so afgeleide korrelasie tussen die waargenome versnelling (afgelei van rotasiekurwes) en die swaartekragversnelling as gevolg van bloot die baroniese materie, pas goed by data. Ons argumenteer dan dat die afhanklikheid van rooiverskuiwing van galaktiese rotasiekurwes 'n manier kan bied om verskillende weergawes van gewysigde swaartekrag en donker materie van mekaar te onderskei.

Is daar 'n boonste grens op die grootte van 'n swart gat?

Volgens die derde wet van termodinamika neem dit 'n oneindige aantal stappe vir enige voorwerp, insluitend swart gate, om geen temperatuur te bereik nie. Vir enige fisiese stelsel kom die verkoeling tot absolute nul ooreen met die uitwis van inligting of die opwekking van suiwer toestande. In teenstelling met die gewone materie, kan die temperatuur van die swart gat slegs verlaag word deur materie-energie daarin toe te voeg. Dit is egter onmoontlik om die statistiese skommelinge van die valende materie-energie te verwyder. Die skommelinge lei daartoe dat die swart gate 'n eindige laer temperatuur het en dus 'n boonste grens aan die horisonradius. Ons maak 'n skatting van die boonste grens vir die horisonradius wat vreemd genoeg vergelykbaar is met die Hubble-horison. Ons vergelyk hierdie verband met bekende resultate en bespreek die implikasies daarvan.

Donkerhoekige momentum van die sterrestelsel

Hierdie artikel stel 'n strategie voor om die teenwoordigheid van 'n gravitomagnetiese veld op te spoor as gevolg van die rotasie van die galaktiese donker stralekrans. Sigbare materie in sterrestelsels draai en donker materie, wat veronderstel is om 'n halo te vorm waarin baryoniese materie bestaan, draai ook omdat dit swaartekrag met die res in wisselwerking tree. Deur dieselfde redenasie te volg, moet donker materie alle swaartekrag-effekte oplewer wat voorspel word deur algemene relatiwiteit, insluitend 'n gravito-magnetiese veld. Ek bespreek 'n moontlike strategie om die veld te meet. Die idee herstel die ou Sagnac-effek en stel voor dat 'n driehoek met drie Lagrange-punte van die Son – Aarde-paar op sy hoekpunte gebruik word. Die asimmetrie in die vlugtye langs die lus in teenoorgestelde rigtings is eweredig aan die gravito-magnetiese galaktiese veld.

Friedmann se vergelyking en die skepping van die heelal

In hierdie referaat bied ons aan wiskundige bewyse dat die begin van die heelal nie plaasgevind het by die oerknal by t = 0 met die heelal in 'n toestand van oneindige digtheid nie, maar plaasgevind het by t = - ∞ met die heelal in 'n toestand van oneindige verdunning. Ons toon die belangrikste belang wat die inheemse kwadratiese struktuur van 'n generiese Friedmann-vergelyking ȧ 2 = F (a) in die tydsafgeleide ȧ om tot hierdie gevolgtrekking te kom en toon aan hoe hierdie kwadratiese struktuur saam met die meegaande tydsomkeer-simmetrie van Friedmann se vergelyking het diepgaande fisiese gevolge in die bou van Friedmann-modelle van die heelal, waarvan een is dat klassieke kosmologiese modelle agteroor geëxtrapoleer deur die oerknal die oneindige verlede in. Ons kom tot die gevolgtrekking dat lewensvatbare kosmologiese modelle gebaseer op die inheemse kwadratiese vorm van Friedmann se vergelyking, en dus op Einstein se vergelykings, toon dat globale ruimtelike enkelhede nie 'n einde aan ruimtetyd hoef te gee nie. Daarbenewens toon klassieke oerknal-kosmologiese modelle gebaseer op Friedmann se vergelyking, sonder die behoefte aan kwantumgravitasie, wanneer dit geglobaliseer is na oplossings van alle tye, dat die heelal nie by die oerknal begin het nie. Dus word voorheen onontdekte inligting oor hoe die heelal begin het, in Friedmann se vergelyking gekodeer, en ons wys dat hierdie inligting slegs onttrek kan word as Friedmann se vergelyking in sy oorspronklike kwadratiese vorm geneem word, in teenstelling met die gewone benadering om slegs die positiewe vierkantswortelvorm van Friedmann te beskou. vergelyking.

Konformele simmetrie en die kosmologiese konstante probleem

Ons argumenteer dat wanneer 'n teorie van swaartekrag en materie met (klassieke) konforme simmetrie toegerus word, die fyn instelling wat nodig is om die kosmologiese konstante teen die waargenome waarde te verkry, aansienlik kan verminder. Sodra dit ingestel is, is die kosmologiese konstante stabiel onder 'n verandering van die skaal waaraan dit gemeet word.

Gravitasiegolwe teen hul eie swaartekragspoed

Gravitasiegolwe versprei teen die spoed van lig in die algemene relatiwiteit, vanweë hul spesiale relativistiese basis. Ligte voortplanting word egter gekoppel aan die elektromagnetiese verskynsels, met die permittiwiteit- en deurlaatbaarheidskonstantes as bepalende faktore. Is daar 'n dieper rede waarom golwe in 'n geometriese teorie van swaartekrag voortplant teen 'n snelheid bepaal deur elektromagnetiese konstantes? Wat is die verband tussen swaartekrag se eie konstantes en die snelheid van gravitasiegolwe? Ons poging om hierdie fundamentele vrae te beantwoord, neem ons ver in die heelal.

Nuwe bewys van algemene relatiwiteit deur die korrekte fisiese interpretasie van die Mössbauer rotor-eksperiment

In hierdie referaat gee ons 'n korrekte interpretasie van 'n historiese eksperiment deur Kündig oor die dwars-Doppler-verskuiwing in 'n roterende stelsel (Mössbauer rotor-eksperiment). Hierdie eksperiment is onlangs eers herontleed en daarna deur 'n eksperimentele navorsingsgroep geantwoord. Die resultate van die herontleding van die eksperiment het getoon dat 'n korrekte herverwerking van Kündig se eksperimentele data 'n interessante afwyking gee van 'n relatiewe rooi verskuiwing tussen emissie- en absorpsieresonante lyne van die standaardvoorspelling gebaseer op die relativistiese dilatasie van tyd. Daaropvolgende nuwe eksperimentele resultate deur die antwoord van die Kündig-eksperiment het 'n hoër afwyking van die standaardvoorspelling getoon. Deur die Equivalence Principle (EP) te gebruik, wat die ekwivalensie tussen die gravitasiekrag en die pseudokrag ervaar deur 'n waarnemer in 'n nie-inertiële verwysingsraamwerk (ingesluit 'n roterende verwysingsraamwerk), word die teoretiese raamwerk van die Mössbauer-rotor-eksperiment direk in die roterende verwysingsraamwerk herontleed deur middel van 'n algemene relativistiese behandeling. Daar sal aangetoon word dat vorige ontledings 'n belangrike effek van kloksinkronisering misgeloop het. Deur hierdie nuwe effek by te voeg, stem die korrekte algemene relativistiese voorkoms heeltemal ooreen met die nuwe eksperimentele resultate. So 'n effek van kloksinkronisering is gemis in verskillende artikels in die literatuur, met 'n daaropvolgende aanspraak op ongeldigheid van die relatiwiteitsteorie en / of pogings om die eksperimentele resultate deur 'eksotiese' effekte te verklaar.Die algemene relativistiese interpretasie in hierdie artikel wys eerder dat die nuwe eksperimentele resultate van die Mössbauer-rotor-eksperiment 'n nuwe, sterk en onafhanklike bewys is van algemene relatiwiteit.


Eric W. Greisen

Ek is 'n wetenskaplike by die National Radio Astronomy Observatory. Ek was ongeveer 28 jaar in NRAO se hoofkwartier in Charlottesville, Virginia. Ek is nou volledig oorgeplaas na die NRAO se Peter V. Domenici Science Operations Centre in Socorro, NM. My belangrikste taak op die oomblik is om die sagtewarepakket bekend as AIPS te ontwikkel en te onderhou. Ek is ook betrokke by FITS-aangeleenthede, veral in die ontwikkeling van nuwe standaarde vir die voorstelling van koördinaatinligting. Ek kry selfs tyd vir 'n bietjie lewe. 'N Gewone teksversie van my curriculum vitae is beskikbaar.

Die groot nuus rondom Socorro is dat die EVLA hier is. Die AIPS CookBook is hersien sodat EVLA-dataverwerking as die standaard beskou word. Die baie eenvoudiger klassieke VLA-datahantering word nou beskryf in Aanhangsel O. Ek was een van verskeie mense wat 'n baie vroeë stel data van die WIDAR-0-weergawe van die nuwe korrelator verminder het. Die waarnemings was op die warm kern in die middel van Orion by K-band. Twee uur is een dag spandeer om een ​​GHz te dek met 8192 kanale elk 0,125 MHz breed. Die volgende dag is twee uur bestee met 'n effens oorvleuelende 1 GHz, en 1 uur is op 'n derde dag aan nog 1 GHz bestee. Karl Menten het lynidentifikasies verskaf. Die volledige spektrum wat ek met AIPS behaal het, word op die plakkaat getoon, wat ook opgeblase spektra en kleurintensiteitsbeelde van sommige van die molekulêre lyne toon. Slegs 12 antennas is vir hierdie eksperiment gebruik. Die volledige EVLA is absoluut ongelooflik. En eendag sal die sagteware inhaal.

    : my pa is op 17 Maart 2007 oorlede. Klik vir doodsberigte en foto's

Ek het 'n nuwe artikel gepubliseer met die titel "Aperture Synthesis Observations of the Nearby Spiral NGC"

6503: Modelling the Thin and Thick HI Disks ". Terwyl ek die data verklein en 'n aansienlike hoeveelheid van die analise gedoen het, is die werklike wetenskap en die verbeterde wetenskaplike skryfstyl die bydrae van my medeskrywer Kristine Spekkens. Die gepubliseerde artikel is beskikbaar by Astronomical Journal of uit 'n plaaslike pdf-eksemplaar (3 MB). Die ingediende konsepte, na aanleiding van positiewe en nuttige kommentaar van 'n skeidsregter, is beskikbaar in PostScript (23 MB) en pdf (7 MB) -formate.

Die FITS Interferometry Data Interchange Convention (voorheen Format) word heroorweeg as 'n IAU-erkende konvensie. Hierdie konvensie is gedokumenteer deur Chris Flatters in AIPS Memo 102, wat helaas nie vergesel was van 'n bewerkbare teksweergawe nie. Daarom moes ek die dokument weer tik. Terwyl ek dit gedoen het, het ek 'n paar sake opgedateer, klein bewoordingskwessies reggestel en 5 nuwe afdelings bygevoeg vir 5 nuwe tabelle, waarvan 3 eintlik gebruik word. Belangstellendes moet my AIPS Memo 114 in Postscript of in pdf hersien. Ek het gepoog om die gewysigde dele in hierdie konsep in rooi uit te lig, plus die veranderinge wat aangebring is nadat dit blou aan die IAU-komitee voorgelê is. Die huidige konsep is gedateer Augustus 2011 en bevat 'n hersiene MODEL_COMPS-tabel en kommentaar van Lorant Sjowerman, Bill Cotton en andere. 'N Memo waarin die AIPS FITS-formaat tabelle en data uiteengesit word, is geskryf as AIPS Memo 117 in PostScript en in pdf. Stuur my 'n e-pos met kommentaar op hierdie memorandums.

Ek het in 2002 aan verskeie publikasies gewerk. Ek het tydens die Internasionale URSI-vergadering in Maastricht Holland 'n uitgenodigde toespraak (2807999 bytes of 3895373 bytes) gehou oor Wide-field Imaging in Classic AIPS. Dit is vergesel deur 'n kort referaat (665829 bytes). Ek het twee hoofstukke gepubliseer in die boek Information Handling in Astronomy - Historical Vistas, onder redaksie van Andre Heck (Kluwer, Astrophysics and Space Science Library, 285). Die een was 'n hoofstuk oor AIPS (saamgeperste 2295579 bytes of ongecomprimeerde 9459219 bytes). Die ander was 'n hoofstuk oor FITS (saamgeperste 785182 grepe of ongekomprimeerde 2948982 grepe). Albei was opvoedkundige ervarings, veral toe ek die wetenskaplike prestasies van die VLA en VLBA moes hersien. My ou lesing oor die vroeë geskiedenis van AIPS vanaf die Barryfest is ook beskikbaar.

  1. Voorstellings van wêreldkoördinate in FITS deur Greisen en Calabretta (246829 bytes pdf-lêer van A&A) A&A, Volume 395, bladsye 1061-1075
  2. Voorstellings van hemelse koördinate in FITS deur Calabretta en Greisen (1279957 bytes pdf-lêer van A&A), A&A, Volume 395, bladsye 1077-1122
  3. Voorstellings van spektrale koördinate in FITS deur Greisen, Calabretta, Valdes en Allen (gzipped 204653 bytes) of unzipped (551653 bytes) of pdf (769502 bytes) astro-ph / 0507293, A&A, Volume 446, bladsye 747-771

Vraestelle I en II is aan die Noord-Amerikaanse FITS-komitee van die AAS voorgelê en is aanvaar met 'n stemming van 15-0 met 3 stemgeregtigdes. Die Japannese en Europese FITS-komitees het dit ook eenparig goedgekeur. Die FITS-werkgroep van die IAU aanvaar hulle toe op 18 Desember 2002 met 'n stem van 14-0 met 2 stemgeregtigdes. Vraestel III is ook deur die streeks- en IAU FITS-komitees goedgekeur en gepubliseer. Daar is aan papier IV gewerk, maar dit het agtergekom terwyl ons Vrae I, II en III poets.

Die teks van 'n voorstel deur Steve Allen en Doug Mink vir 'samevoeging van FITS World Coordinate Systems' is ook nou beskikbaar vir algemene oorsig. Dit is op 2002/01/01 op die fitwcs-poslys aangebring, en dit sou ideaalweg in Vraestel I opgeneem word. Ons het egter gemeen dat die FITS-gemeenskap nie genoeg tyd gehad het om dit te hersien nie, maar ons wou vertraag vraestel I verder. Dit word dus as 'n aparte voorstel aangebied.


Distro Astro

Wat is nuut in Distro Astro 3.0:

  • Liggingbewuste sterrekunde:
  • Sterrekundiges beweeg van plek tot plek. Hulle reis om astronomiese verskynsels te aanskou, hou 'n uitreikprogram op 'n ver plek of reis eenvoudig op soek na donkerder lug. Hoe dit ook al sy, elke astronomiese app wat oopgemaak word, sal sy instellings op hul nuwe plek moet opdateer.
  • Distro Astro sorg hiervoor vir hulle. Distro Astro hou tred met die verandering van die gebruiker via GeoIP of GPS, en hou ook astronomieprogramme op datum. Gebruikers kan dit natuurlik uitskakel of selfs die plek handmatig instel, maar in die meeste gevalle kan u dit net op die agtergrond laat werk en daarvan vergeet.

Distro Astro is 'n oopbron en heeltemal gratis bedryfstelsel wat spesiaal vir sterrekundiges en sterrekundeliefhebbers geskep is. Dit is gebaseer op die wêreld en rsquos gewildste gratis verspreiding van Linux, Ubuntu, en gebou rondom die MATE-lessenaaromgewing.

Versprei as 64-bit en 32-bit Live DVD's

Dit is beskikbaar vir aflaai as Live DVD ISO-beelde, wat van die grond af ontwerp is om sowel 32-bit- as 64-bit-rekenaars te ondersteun, wat op DVD-skyfies of USB-geheue van 4 GB of hoër moet geskryf word om dit vanaf te begin. die BIOS van 'n rekenaar.

'N Kitsboodskap wat aangepas is vir sterrekundiges

Vanaf die opstartprompt kan die gebruiker Distro Astro direk vanaf die Live DVD begin met standaardstuurprogramme of in veilige grafiese modus, Distro Astro op 'n plaaslike skyfstasie installeer, 'n geheue-diagnostiese toets uitvoer en 'n bestaande OS vanaf eerste skyfstasie.

Super vinnige, bekende en tradisionele lessenaaromgewing aangedryf deur MATE

Dit blyk dat MATE verantwoordelik is vir die grafiese sessie in Distro Astro, wat entoesiastiese sterrekundiges 'n supersnelle, bekende en tradisionele lessenaaromgewing bied wat een taakbalk aan die onderkant van die skerm gebruik, vanwaar hulle toepassings kan begin of interaksie kan hê. met lopende programme.

Dit bevat 'n oorvloed open source-toepassings wat ontwerp is vir sterrekundiges

Die verspreiding bevat baie open source toepassings wat ontwerp is vir sterrekundiges, waaronder XEphem, Astronomy Lab 2, AstroCC Coördinate Converter, Cartes du Ciel of SkyGlobe, KStars. Dit bied ook teleskoopbeheer, wat die mees algemene teleskope van Celestron, Meade, Orion en vele ander nuttige gereedskap ondersteun.

Bottom line

Ten slotte is Distro Astro 'n uitstekende verspreiding van Linux met gratis sagteware wat toegewy is aan die gebruik van sterrekunde, van planetariums, sterrewagte en professionele navorsers tot amateur-entoesiaste en astrofotografe.


Gedenkbundel vir Stanley Mandelstam

Stanley Mandelstam (1928–2016) was een van die mees invloedryke en gerespekteerde deeltjie-teoretici. Toe hy as 'n jong chemiese ingenieur uit Suid-Afrika teoretiese fisika in Engeland studeer, word hy vinnig 'n toonaangewende fisikus in sy vakgebied. Met sy diep begrip van die kwantumveldteorie was hy baanbrekerswerk in die ontwikkeling van die analitiese S-matriksteorie, sowel as die padafhanklike formulerings vir kwantummateorieë en algemene kwantumrelatiwiteit. Dit word aktief gebruik vir die elektriese teorie en het hul afdrukke in die traliewerkteorie en die kwantum van die lus. Hy het ook die meganismes vir die opsluiting van kwark in kwantumchromodinamika toegelig, nie-perturbatiewe bosoniseringsmetodes in 1 + 1 dimensies gekonstrueer en die perturbatiewe eindigheid en β= 0 van N= 4 supersimmetriese Yang – Mills teorie. Sy werk het ook gelei tot die ontdekking van dubbele resonansiemodelle, wat op hul beurt 'n superstringteorie geword het. Hy was 'n leier in hierdie ontwikkelinge en het 'n groot deel van sy latere jare gewy aan die bewys dat die teorie perturbatief beperk is, sodat dit beskou kan word as 'n aanspraakmaker op die teorie van kwantum.

Hy was ook 'n baie beskeie en vriendelike man wat almal beïndruk het met sy skerp intellek sowel as sy menswees. Hierdie bundel bevat opstelle wat deur baie van sy vriende en studente geskryf is, insluitend gedetailleerde verslae oor sy wetenskaplike prestasies sowel as persoonlike herinneringe. 'N Paar geselekteerde herdrukke van Mandelstam se vroeëre referate en samevattings van geselekteerde referate, wat die volle spektrum van sy bydraes verteenwoordig, word ook in die bundel versamel.