Sterrekunde

Hoe is die astrometrie van die beroemde bevestiging van die sonsverduistering in 1919 van Algemene Relatiwiteit gekalibreer en geverifieer?

Hoe is die astrometrie van die beroemde bevestiging van die sonsverduistering in 1919 van Algemene Relatiwiteit gekalibreer en geverifieer?


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.

Die nuwe New York Times-artikel The Eclipse That Made Einstein Famous beskryf verskeie gebeure en besprekings oor die honderdjarige herdenking van die 1919-sonsverduistering en die verifiëring van die afbuiging van die lig deur die son soos voorspel deur die algemene relatiwiteit. Die rolle van Albert Einstein, Arthur Eddington en ander word bespreek in die artikel, die toneelstuk wat opgevoer is by die Royal Astronomical Society in Londen, in die artikel Nature Physics Honderd jaar van die eerste eksperimentele toets van algemene relatiwiteit en die boek No Shadow of n 'twyfel; Die verduistering van 1919 wat Einstein se relatiwiteitsteorie bevestig het deur Daniel Kennefick.

Die instrumente wat vir die meting gebruik word, word in die onderstaande illustrasie en foto getoon.

My vraag is oor die gebruikte astrometriese tegniek, en die kalibrering en verifikasie.

Die instrumente is lank en lê op hul sye, en kyk na die verduistering en die sterre naby die son deur weerkaatsing in selostate (spieëls voor die teleskope, beweeg deur die meganismes).

Ek kan my verskeie bronne van instrumentale en eksperimentele foute voorstel as gevolg van variasies in veldvervorming en vergroting, vermoedelik is die meting gedoen deur die verduisteringsbeelde te vergelyk met soortgelyke beelde wat geneem is deur dieselfde instrumente van dieselfde veld sterre in dieselfde posisie in die gesigsveld 'n paar maande later, snags, in die donker, om aan te toon dat die klein afbuigings nie te wyte was aan variasie van instrument tot instrument nie.

Is dit eintlik hoe dit gedoen is? Is die eksperimentele opstelling tussen dag- en nagmetings op sy plek gelaat, of is dit opgepak en verskuif?

Is die vlakheid van die coelostat-spieëls op een of ander manier onafhanklik bevestig?


Beelde uit die nuwe New York Times-artikel The Eclipse That Einstein Famous

Einstein se teorie het voorgestel dat sterlig naby 'n massiewe liggaam soos die son sou buig. CreditChronicle / Alamy

In Sobral, Brasilië, is twee selostate met beweegbare spieëls gebruik om beelde van die verduisterde son in 'n paar horisontale teleskope te rig. Krediet Royal Observatory, Greenwich / Science Museum Group


Amazonia bekendgestel aan algemene relatiwiteit: die 29 Mei 1919, sonsverduistering vanuit 'n Noord-Brasiliaanse oogpunt

In 1919 het ACD Crommelin en CR Davidson, Britse sterrekykers van die Greenwich-sterrewag in Engeland, by Amazonia verbygegaan op hul Brasiliaanse reis om die buiging van sterre se ligstrale gedurende die totale sonsverduistering van 29 Mei 1919 te meet en sodoende die teorie van algemene relatiwiteit op die proef. In die konteks van die besoek van Crommelin en Davidson bespreek ons ​​hoe Amazonia kennis gemaak het met Einstein se teorie oor gravitasie, en ook die waarnemings en gevolge van die sonsverduistering op 29 Mei 1919 in Belém, hoofstad van die Noord-Brasiliaanse Pará-staat.

Dit is 'n voorskou van intekenaarinhoud, toegang via u instelling.


Wêreld vier eeufees van die bevestiging van relatiwiteit

'N Halftone weergawe van een van die negatiewe wat geneem is met die 4-duim-lens by Sobral, waar die sterre wat gemeet word tussen elke stel streepmerke is. Gepubliseer in F.W. Dyson, A.S. Eddington, C. Davidson, ''n Bepaling van die afbuiging van die lig deur die swaartekragveld van die Son, uit waarnemings gemaak by die totale verduistering van 29 Mei 1919', Memoirs of the Royal Astronomical Society, vol. 62 (1923). Krediet: Royal Astronomical Society

Daar is wêreldwyd vieringe ter herdenking van 100 jaar sedert 'n ekspedisie onder leiding van die Verenigde Koninkryk Einstein se algemene relatiwiteitsteorie bevestig het. Die teorie het ons begrip van fisika en sterrekunde fundamenteel verander en ondersteun kritieke moderne tegnologieë soos die satellietgebaseerde Global Positioning System (GPS). 'N Reeks openbare geleenthede in die Verenigde Koninkryk en regoor die wêreld sal hierdie viering herdenk.

Die relatiwiteitsteorie is noodsaaklik vir die korrekte werking van GPS-stelsels, wat op baie algemene toepassings staatmaak, insluitend die satellietnavigasie (SatNav) -stelsels, weervoorspelling en noodhulpdienste. Die wêreld moes egter dekades wag voordat die toepassing van so 'n blou lug-uitslag kon realiseer.

Op 29 Mei 1919 het sterrekundige Sir Arthur Eddington Einstein se algemene relatiwiteitsteorie geverifieer deur die skynbare afbuiging van sterre vanaf hul normale posisies tydens 'n sonsverduistering waar te neem. Dit gebeur omdat, volgens Einstein se teorie, die ligweg deur die swaartekrag gebuig word wanneer dit naby 'n massiewe voorwerp soos ons Son beweeg.

Hierdie effek is meetbaar tydens 'n sonsverduistering wanneer die son se lig deur die maan geblokkeer word. Op sulke tye is die lig van die agtergrondsterre die naaste aan die sonrand gebuig, en dit lyk asof hierdie sterre effens anders is as wanneer dit op ander tye waargeneem word.

Die resultaat was gebaseer op metings wat deur twee Britse ekspedisies geneem is, een na die eiland Principe aan die weskus van Afrika en die ander na Sobral in Brasilië. Twee terreine is gekies om die kans op sukses te verhoog en om goeie omstandighede vir die verduistering te verseker.

Foto van die lanternskyfie wat die verduistering van die son toon, Sobral, 29 Mei 1919, 28 sekondes. Verwysing: RAS No. 291. Krediet: Royal Astronomical Society

Die ekspedisies is gesamentlik gefinansier deur die Royal Astronomical Society (RAS), die Royal Society en die Royal Irish Academy, en georganiseer deur die Royal Observatory Greenwich. Toe die uitslae in November van dieselfde jaar tydens 'n gesamentlike vergadering van die RAS en Royal Society bekend gemaak is, het dit Einstein binne enkele dae wêreldbekend gemaak.

In die Verenigde Koninkryk sal hierdie Observatory Science Centre in Herstmonceux, Sussex, hierdie bankvakansie-naweek vier met 'n week van gesinsvriendelike aktiwiteite en gesprekke van 25 Mei tot 2 Junie, insluitend 'n regstreekse video-skakel met Principe, een van die verduisteringsekspedisie. webwerwe.

In Burlington House in Londen, op 29 en 31 Mei, bied die Royal Astronomical Society sonwaarnemingsgebeurtenisse aan (as die weer dit toelaat), en die biblioteek vertoon historiese beelde en dokumente wat verband hou met die verduistering van 1919. Besoekers sal ook akteurs teëkom wat die rolle van Arthur Eddington en Albert Einstein vertolk.

Ander vieringsaktiwiteite sal in die Verenigde Koninkryk, Portugal, Principe, Sobral en regoor die wêreld plaasvind. Meer inligting oor al die gebeure kan gevind word op die Eclipse 1919-bladsy vir geleenthede [eclipse1919.org/index.php/events].

Positiewe afskrif van die foto van die sonsverduistering deur Arthur Eddington en Edwin Cottingham, Principe, 29 Mei 1919, 2u 17m 33s. Verwysing: A7 / 40. Krediet: Royal Astronomical Society

Prof. Mike Cruise, president van die Royal Astronomical Society, het gesê: "Sterrekundiges het 'n eeu gelede die algemene relatiwiteitsteorie bevestig - wat ons begrip van die heelal vir altyd verander. Die werk van Einstein en Eddington is 'n wonderlike voorbeeld van internasionale samewerking. in die nasleep van die eerste wêreldoorlog, en 'n sigbare demonstrasie van hoe die wetenskap die hindernisse in hierdie onstuimige tye kan oorkom. '

In November bied die RAS en Royal Society 'n konferensie en openbare geleentheid aan ter viering van die 100ste herdenking van die bekendmaking van die uitslae. Die herdenking vorm deel van die eeufees van die International Astronomical Union, wat in 1919 gestig is, met meer as 200 skole regoor die wêreld wat aangemeld is om die rol van swaartekrag in sterrekunde te ondersoek.


Gemeenskapsresensies

As u 'n bietjie wetenskaplike geskiedenis ken, weet u dat Arthur Eddington in 1919 empiriese bevestiging gevind het vir Albert Einstein en die algemene relatiwiteitsteorie deur die afbuiging van lig vanaf verre sterre te meet deur die swaartekrag van die son, gemeet aan die verskuiwende oënskynlike posisies van sterre in 'n verduistering. Die omvang van die effek stem ooreen met die voorspellings van Einstein en aposs en was die eerste toets buite die monster van sy teorie (die verduideliking van die perihelium van Mercurius is ook verklaar deur die t. As u 'n bietjie wetenskaplike geskiedenis ken, weet u dat Arthur Eddington in 1919 empiriese bevestiging gevind het. vir Albert Einstein se teorie van algemene relatiwiteit deur die afbuiging van lig vanaf verre sterre te meet deur die swaartekrag van die son, gemeet aan die verskuiwende oënskynlike posisies van sterre in 'n verduistering. Die omvang van die effek stem ooreen met Einstein se voorspellings en was die eerste uit- steekproef van sy teorie (die verduideliking van die perihelium van Mercurius is ook deur die teorie verklaar, maar was nie 'n behoorlike uit die steekproef nie). Die resultaat het Einstein van die publiek onbekend gekatapuleer (sy naam het nog nie voorheen in die koerante verskyn nie) wêreldwye bekendheid, met my gunsteling New York Times-opskrif van alle tye: "Lights All Askew in the Heavens Men of Science Min of meer Agog Over Eclipse Observations Ei nstein-teorie seëvier sterre nie waar hulle gelyk het of bereken is nie, maar niemand hoef bekommerd te wees nie. '

As u 'n gemiddelde hoeveelheid wetenskaplike geskiedenis ken, weet u dat Eddington 'n bevooroordeelde partydige was wat Einstein wou vind (moontlik omdat hy 'n pasifis was wat die Eerste Wêreldoorlog teëgestaan ​​het en of hy van sy mede-pasifis Einstein gehou het, of dat hy bande deur 'n Duitse wetenskaplike te bekragtig oor die beroemdste Engelse, Isaac Newton), dat sy instrumente groot foutbande gehad het, dat hy sommige van die gegewens wat met Einstein verskil, laat vaar het, dat sy werk nie reproduseerbaar was nie, en in sy eksperimentele " bewys 'is net opgekook om te bewys wat hy wou bewys.

As u hierdie indrukwekkende en noukeurige wetenskaplike werk lees deur iemand wat hierdie vraag al dekades lank bestudeer het, kom u agter dat die "weet 'n bietjie" gelukkige weergawe van die volksverhaal eintlik baie nader aan die waarheid is as die gesofistikeerde en sikniese weergawe "ken 'n medium hoeveelheid". In die besonder voer Daniel Kennefick baie argumente uit, waarvan die twee belangrikste is:

--Eddington het die werk saam met Frank Dyson gedoen (geen verhouding met Freeman nie). In werklikheid het Dyson die werk grootliks georganiseer en gelei en die data-ontleding gedoen. Wat belangrik is, blyk dat Dyson skepties was oor die algemene relatiwiteit (en 'n belangrike navorser van die projek was heeltemal vyandig daarteen).

- Die grootste argument teen Eddington was dat een van die drie stelle gegewens weggegooi is (daar was twee stelle plate uit waarnemings uit Brasilië en een stel plate uit waarnemings in Principe). Kennefick toon dat die navorsers gedink het voordat daar enige analise gedoen is, iets verkeerd geloop het met die waarnemings in die gegewens. Dit lyk dus asof die besluit om dit weg te gooi nie op die resultate gebaseer is nie. Boonop sou die gegewens volgens hul eie maatstawwe 'n gemiddelde resultaat in al die datastelle tot nog nader aan die Einstein-voorspelling tot gevolg gehad het. Laastens, moderne herontleding van die weggegooide data toon dat dit selfs op sigself met algemene relatiwiteit ooreenstem as dit behoorlik gemeet word.

- Edington se vooraf-teoretiese opstel van die "Newton" -voorspelling en die "Einstein-voorspelling" het dit makliker gemaak om 'n pro-Newton-resultaat te vestig deur sy teorie mildelik te interpreteer om 'n mate van afbuiging van die lig te voorspel (die helfte van die Einstein-voorspelling) toe dit waarskynlik voorspel het geen.

Terwyl ek dit gelees het, was ek soms bekommerd dat Kennefick soos die Eddington van die siniese mite was - iemand wat op die punt was om 'n proefskrif te bewys (wat Eddington se regverdiging van Einstein bevestig) en toegang tot baie meer gegewens oor die vraag gehad het as enigiemand. in staat om dit te sorteer om sy argument te voer. Dit is gesê, dit was 'n "soms bekommernis", want die argument het wel oortuigend gelyk en dit lyk asof baie van die donkerder weergawe van die "medium kennis" afkomstig is van mense wat die kwessie baie oppervlakkiger en gemakliker aangepak het.

Hierdie regverdiging van Eddington is slegs 'n deel van die boek. Die boek is ook 'n noukeurige geskiedenis van Eddington, die verduistering van die sterrekunde en die probleme daarvan, die styging en daaropvolgende daling, en meer wat ek nog nooit in 'n wetenskaplike geskiedenis of popularisering gelees het nie, en veral fassinerend was.

Die interessantste was egter die uitgebreide en deurdagte bespreking van wat dit alles vir u vertel oor die wetenskaplike metode, Popper se weergawe van vervalsing, of teorie bewyse moet lei, hoe wetenskaplikes die nul hipoteses kies wat hulle toets, wanneer u moet ophou om met 'n eksperimenteer, hoe wetenskaplike vooroordeel wel en nie help nie. Sommige van hierdie vrae is verder uiteengesit in sy bespreking van die Michelson- en Morley-eksperiment wat die verrassende resultate van die omverwerping van die eter en die opvolgers daarvan, wat probeer het om die oorspronklike eksperiment verkeerd te bewys en die eter hervestig het, na vore te bring.

Die uiteinde van hierdie bespreking is dat Kennefick aantoon dat die eenvoudige Popper-weergawe van die wetenskap verkeerd is, omdat jy nooit regtig weet of jy 'n teorie vervals het of 'n valse eksperiment uitgevoer het nie, dat eksperimente beter is as hulle vooroordele en hipoteses bring wat deur die teorie gegenereer word. dra, dat die wetenskap 'n belangrike sosiale en kulturele aspek daaraan het, ten minste vir lang tydperke, en dat ons kennis vorder deur 'n kombinasie van teorie, bewyse en ander soorte bewyse, nie net eenvoudige, skerp toetse nie. Uiteindelik is dit 'n veel ryker en meer opwindende en meer realistiese visie op die wetenskap as die eenvoudige weergawe van die verhaal ('Einstein is reg') of 'n medium ('Einstein-bewys was bedrieglik'). . meer


Buig van die lig

Die tweede toets wat Einstein voorgestel het, moes die son goed bekyk — of, eerder, die sterlig wat daar naby gaan. GR sê dat 'n sterk swaartekragveld soos die van die son & quotwarps & quot ruimtetyd. Sterlig wat regs verby die son vee, moet effens afgewentel word deur ons sterretydse verdraaide ruimtetyd, en die afbuiging moet meetbaar wees, het Einstein gedink.

In 1919 sou 'n sonsverduistering plaasvind met die son wat teen die Hyades-sterreswerm afgebeeld is. Dit bied 'n ideale geleentheid om die afbuigingsidee te toets, aangesien die verduistering baie van die sonlig en die ligte van die Hyades-sterre in die lug maklik sou blokkeer. Die Britse astrofisikus Arthur Eddington het sy kans gesien. Eddington en sy kollegas het posisies voor die kus van Afrika en in Brasilië ingeneem, en terselfdertyd die tros se lig gemeet terwyl dit verby die son geborsel het. Alhoewel dit nie akkuraat was nie, het die span se metings goed genoeg ooreengestem met Einstein se voorspellings om te wys dat hy reg was. Die eksperiment het voorbladnuus gemaak en Einstein het oornag wêreldbekend geraak.

Toetse van sulke & quotgravitational lensing & quot - waarin 'n massiewe kromming in die ruimtetyd van die liggaam lig buig van verre voorwerpe - duur sedertdien voort. Een van die mees onlangse eksperimente het in 2005 plaasgevind. Edward Fomalont van die National Radio Astronomy Observatory en kollegas het 'n wêreldwye netwerk van radioteleskope gebruik om die buiging van radiogolwe deur die son en swaartekrag te meet. Hulle presisie was buitengewoon: die studie bevestig die mate van afbuiging wat deur GR voorspel word, tot 'n vlak van 0,03 persent.

Die kunstenaar se indruk van Sirius B (blou punt regs van die beeld) en sy massiewe metgesel, Sirius A. Sirius B & # x27s, het 'n deursnee van net minder as die aarde.


Die beweging van Mercurius

Figuur 1. Mercury's Wobble: Die hoofas van die baan van 'n planeet, soos Mercurius, draai effens in die ruimte as gevolg van verskillende steurings. In die geval van Mercurius is die hoeveelheid rotasie (of orbitale presessie) 'n bietjie groter as wat rekening gehou kan word met die gravitasiekragte wat deur ander planete uitgeoefen word. Hierdie verskil word presies verklaar deur die algemene relatiwiteitsteorie. Mercurius, wat die planeet die naaste aan die son is, het die grootste invloed op die wenteling van die ruimtetyd naby die son. Die verandering van baan na baan is in hierdie diagram aansienlik oordrewe.

Van die planete in ons sonnestelsel wentel Mercurius die naaste aan die Son en word dit dus die meeste geraak deur die vervorming van die ruimtetyd wat deur die massa van die son geproduseer word. Einstein het hom afgevra of die vervorming 'n merkbare verskil in die beweging van Mercurius kan lewer wat nie deur die wet van Newton voorspel word nie. Dit het geblyk dat die verskil subtiel was, maar dit was beslis daar. Die belangrikste is dat dit reeds gemeet is.

Mercurius het 'n hoogs elliptiese wentelbaan, sodat dit net ongeveer twee derdes by die perihelium van die son af is as by die aphelie. (Hierdie terme is omskryf in die hoofstuk oor wentelbane en swaartekrag.) Die gravitasie-effekte (versteurings) van die ander planete op Mercurius lewer 'n berekenbare voorskot van Mercurius se perihelium. Wat dit beteken, is dat elke opeenvolgende perihelie in 'n effens ander rigting plaasvind soos gesien van die son (Figuur 1).

Volgens Newton-gravitasie sal die gravitasiekragte wat deur die planete uitgeoefen word, veroorsaak dat Mercurius se perihelium met ongeveer 531 sekondes boog (boogsek) per eeu vooruitgaan. In die negentiende eeu is egter opgemerk dat die werklike vooruitgang 574 boogsek per eeu is. Die verskil was die eerste keer in 1859 deur Urbain Le Verrier, die ontdekker van Neptunus, uitgewys. Net soos teenstrydighede in die beweging van Uranus astronome die teenwoordigheid van Neptunus laat ontdek het, is daar gedink dat die teenstrydigheid in die beweging van Mercurius die teenwoordigheid van 'n onontdekte innerlike planeet kan beteken. Sterrekundiges het hierdie planeet naby die son gesoek en dit selfs 'n naam gegee: Vulcan, na die Romeinse god van vuur. (Die naam sou later gebruik word vir die tuisplaneet van 'n beroemde karakter in 'n gewilde televisieprogram oor toekomstige ruimtereise.)

Maar daar is nog nooit 'n planeet nader aan die son gevind as Mercurius nie, en die verskil was nog steeds besig om sterrekundiges te pla toe Einstein sy berekeninge gedoen het. Algemene relatiwiteit voorspel egter dat die perihelium van Mercurius weens die kromming van die ruimtetyd rondom die son effens meer moet beweeg as wat die Newtonse swaartekrag voorspel. Die resultaat is om die hoofas van Mercurius se baan stadig in die ruimte te laat draai as gevolg van die swaartekrag van die son alleen. Die voorspelling van algemene relatiwiteit is dat die rigting van die perihelie met nog 43 boogsek per eeu moet verander. Dit is opvallend naby aan die waargenome verskil, en dit het Einstein baie selfvertroue gegee toe hy sy teorie bevorder het. Die relativistiese opmars van perihelion is later ook waargeneem in die wentelbane van verskeie asteroïdes wat naby die son kom.


Sir Arthur Eddington & # 8211 Die man wat Einstein se algemene relatiwiteit bewys het

Op 22 November 1944, die Britse astrofisikus en filosoof Sir Arthur Stanley Eddington oorlede. Hy het bekendheid verwerf vir sy 1919-sonsverduisteringsekspedisie na Principe, waar hy astrofisiese eksperimente gedoen het om bewys te lewer van Albert Einstein se algemene teorie van algemene relatiwiteit.

& # 8220Aardse temperature het ingewikkelde eienskappe wat waarskynlik die moeilikste is om te ontrafel, maar dit is redelik om te hoop dat ons in 'n nie te verre toekoms bekwaam sal wees om so 'n eenvoudige ding as 'n ster te verstaan ​​nie. & # 8221
& # 8211 Sir Arthur Eddington

Onderwys en vroeë loopbaan

Eddington is op 28 Desember 1882 gebore as die seun van 'n skoolhoof wat oorlede is toe Eddington twee jaar oud was. Albei ouers was kwakers. Na sy vader se dood het Eddington saam met sy ma en ouer suster na Weston-super-Mare getrek, waar hy skoolgegaan het. Sy onderwysers was Arthur Schuster en Horace Lamb. Hy het verskeie pryse aan die universiteit verwerf en is in 1902 met 'n Baccalaureus in Natuurwetenskap bekroon met die hoogste punte. Daarna studeer hy na die Trinity College van die Universiteit van Cambridge met 'n beurs waar Edmund Taylor Whittaker, Alfred North Whitehead en Ernest William Barnes sy onderwysers was. . By die Tripos-eksamen in wiskunde in 1904 word hy Bester (Senior Wrangler). In 1905 het hy sy meestersgraad (M.A.) behaal en navorsing gedoen oor Thermionic Discharge aan die Cavendish-laboratorium, maar gou oorgeskakel na wiskunde en sterrekunde en navorsing gedoen aan die Royal Observatory in Greenwich. In 1907 word die Smith-prys bekroon vir 'n opstel oor die regte beweging van sterre en word hy 'n genoot van Trinity College. In 1913 volg hy George Howard Darwin op as professor in astronomie in Cambridge en word die volgende jaar direkteur van die sterrewag in Cambridge. Gedurende die Eerste Wêreldoorlog het die jong sterrekundige sy pasifistiese standpunte behou en alle wetenskaplikes gevra om twee keer te dink en die wetenskaplike moontlikhede nie deur die oorlog te beperk nie.

Eddington en Einstein se teorie

Dit was ook tydens die oorlog, toe Eddington briewe ontvang het oor die Algemene Relatiwiteitsteorie van Einstein, en omdat hy onder baie min wetenskaplikes die ingewikkelde teorie kon verstaan, het hy 'n groot voorstander geword van relatiwiteit. Die algemene relatiwiteitsteorie postuleer dat 'n massa van die grootte van die son die omliggende ruimte aansienlik moet kan buig. Dit beteken dat sterre wat van die aarde af naby die son is, effens verplaas sal lyk omdat die ligstrale deur die son se swaartekragveld gebuig sal word. Om hierdie effek waar te neem, het u egter 'n totale sonsverduistering nodig, omdat optiese waarneming van sterre in die omgewing van helder sonlig onmoontlik is. Daarom het Eddington op 29 Mei 1919 na Afrika gereis om die sonsverduistering waar te neem. 'N Ander span van die ekspedisie het gelyktydig die sonsverduistering vanaf Sobral in Brasilië waargeneem. Eddington & # 8217s se waarnemings is bemoeilik deur wolke, maar hy het daarin geslaag om foto's te neem. In die volgende ontleding is hulle deur Eddington geïnterpreteer as 'n bevestiging van Einstein se teorie. Latere evaluasies het egter tot die slotsom gekom dat die waarnemings destyds te onakkuraat was.

Een van Eddington se foto's van die totale sonsverduistering van 29 Mei 1919, aangebied in sy 1920-referaat waarin hy die sukses daarvan aankondig en bevestig die teorie van Einstein dat lig & # 8220bends & # 8221

Verdere prestasies

Nog 'n mylpaal in Eddington se loopbaan was sy definisie van die sogenaamde & # 8216 Eddington-helderheid & # 8216 van sterre, wat getoon het dat byna alle sterre optree as & # 8216 ideale gasse & # 8216 en dat die binnetemperatuur van 'n ster om miljoene grade te wees. As ondersteuner van die teorie van 'n uitbreidende heelal beïnvloed deur Edwin Hubble, het hy steeds die oerknalteorie verwerp en verkies Einstein se kosmologiese konstante, 'n wysiging van sy teorie van algemene relatiwiteit. [9]

Eddington publiseer verskeie boeke en hou baie openbare toesprake, wat baie gewild was vanweë sy onderhoudende manier om die relatief droë en wiskundige vakke aan te bied. Hy was ook aktief in kreatiewe skryfwerk en het 'n parodie op die gedig gekomponeer & # 8216Die Rubaiyat van Omar Khayyam& # 8216 oor die sonsverduistering-eksperiment wat hom beroemd gemaak het:

Ag laat die Wise ons maatreëls om saam te vat
Ten minste een ding is seker: LIG het GEWIG
Een ding is seker, en die res debat & # 8211
Ligstrale, as dit naby die son is, MOET NIE REGTIG GAAN NIE

Maar Eddington is nie net bekend vir sy groot bydraes tot die sterrekunde en sy vermaaklike wetenskaplike boeke nie. Hy was ook 'n filosoof wat graag na sy lesings graag sy wiskundige probleme in 'n filosofiese sin wou bespreek. Benewens sy astrofisiese werke, het Eddington ook 'n aantal filosofiese verhandelinge geskryf. Hy verkies die teoretiese begrip van die natuur bo eksperimentering en waarneming. Aan die einde van sy loopbaan het sy beheptheid met numeriese verhoudings van natuurlike konstantes egter verwerping gekry en hom selfs die bespotting van mede-fisici besorg. Hy het ook probeer om 'n sintese van relatiwiteitsteorie en kwantummeganika te vind wat ook nie goed deur fisici ontvang is nie. Vanweë sy groot gewildheid en sy wetenskaplike prestasies is Arthur Stanley Eddington tot ridder geslaan, 'n Lunar-krater is na hom vernoem, sowel as die asteroïde 2761, en hy ontvang die Royal Medal of the Royal Society.

Op yovisto-akademiese video-soektog kan u meer leer oor Arthur Eddington se ekspedisie in 1919 in die praatjie van prof. Peter Cole oor & # 8216Einstein, Eddington en die Eclipse-ekspedisies van 1919.

Sir Arthur Stanley Eddington is op 22 November 1944 op 61-jarige ouderdom oorlede en begrawe in die begraafplaas Ascension Parish in Cambridge.


24.3 - Toetse van algemene relatiwiteit

Wat Einstein voorgestel was niks minder nie as 'n groot rewolusie in ons begrip van ruimte en tyd. Dit was 'n nuwe teorie van swaartekrag, waarin massa die kromming van die ruimtetyd bepaal en die kromming op sy beurt beheer hoe voorwerpe beweeg. Soos alle nuwe idees in die wetenskap, maak nie saak wie dit bevorder nie, Einstein se teorie moes getoets word deur die voorspellings daarvan met die eksperimentele bewyse te vergelyk. Dit was nogal 'n uitdaging, want die gevolge van die nuwe teorie was eers duidelik toe die massa redelik groot was. (Vir kleiner massas was meettegnieke nodig wat eers dekades later beskikbaar sou wees.)

Wanneer die verwringende massa klein is, moet die voorspellings van algemene relatiwiteit ooreenstem met dié wat voortspruit uit die wet van die universele gravitasie van Newton, wat ons immers uitstekend gedien het in ons tegnologie en om ruimtesondes na die ander planete te lei. In bekende gebiede is die verskille tussen die voorspellings van die twee modelle dus subtiel en moeilik om op te spoor. Nietemin kon Einstein een bewys van sy teorie wat in bestaande data gevind kon word, demonstreer en 'n ander voorstel wat net 'n paar jaar later getoets sou word.

Die beweging van Mercurius

Van die planete in ons sonnestelsel, Mercurius wentel die naaste aan die Son en word dus die meeste geraak deur die vervorming van die ruimtetyd wat deur die Son se massa geproduseer word. Einstein het hom afgevra of die vervorming 'n merkbare verskil in die beweging van Mercurius kan lewer wat nie deur die wet van Newton voorspel word nie. Dit het geblyk dat die verskil subtiel was, maar dit was beslis daar. Die belangrikste is dat dit reeds gemeet is.

Mercurius het 'n hoogs elliptiese wentelbaan, sodat dit net ongeveer twee derdes by die perihelium van die son af is as by die aphelie. (Hierdie terme is omskryf in die hoofstuk oor wentelbane en swaartekrag.) Die gravitasie-effekte (versteurings) van die ander planete op Mercurius lewer 'n berekenbare voorskot van Mercurius se perihelium. Wat dit beteken, is dat elke opeenvolgende perihelie in 'n effens ander rigting plaasvind soos gesien van die son (Figuur).

Mercury’s Wobble.

Figuur 1. Die hoofas van die baan van 'n planeet, soos Mercurius, draai effens in die ruimte as gevolg van verskillende steurings. In die geval van Mercurius is die hoeveelheid rotasie (of orbitale presessie) 'n bietjie groter as wat rekening gehou kan word met die gravitasiekragte wat deur ander planete uitgeoefen word. Hierdie verskil word presies verklaar deur die algemene relatiwiteitsteorie. Mercurius, wat die planeet die naaste aan die son is, het die grootste invloed op die wenteling van die ruimtetyd naby die son. Die verandering van baan na baan is in hierdie diagram aansienlik oordrewe.

Volgens Newton-gravitasie sal die gravitasiekragte wat deur die planete uitgeoefen word, veroorsaak dat Mercurius se perihelium met ongeveer 531 sekondes boog (boogsek) per eeu vooruitgaan. In die negentiende eeu is egter opgemerk dat die werklike vooruitgang 574 boogsek per eeu is. Die verskil was die eerste keer in 1859 deur Urbain Le Verrier, die ontdekker van Neptunus, uitgewys. Net soos teenstrydighede in die beweging van Uranus astronome die teenwoordigheid van Neptunus laat ontdek het, is daar gedink dat die teenstrydigheid in die beweging van Mercurius die teenwoordigheid van 'n onontdekte innerlike planeet kan beteken. Sterrekundiges het hierdie planeet naby die son gesoek en dit selfs 'n naam gegee: Vulcan, na die Romeinse god van vuur. (Die naam sou later gebruik word vir die tuisplaneet van 'n beroemde karakter in 'n gewilde televisieprogram oor toekomstige ruimtereise.)

Maar daar is nog nooit 'n planeet nader aan die son gevind as Mercurius nie, en die verskil was nog steeds besig om sterrekundiges te pla toe Einstein sy berekeninge gedoen het. Algemene relatiwiteit voorspel egter dat die perihelium van Mercurius weens die kromming van die ruimtetyd rondom die son effens meer moet beweeg as wat die Newtonse swaartekrag voorspel. Die resultaat is om die hoofas van Mercurius se baan stadig in die ruimte te laat draai as gevolg van die swaartekrag van die son alleen. Die voorspelling van algemene relatiwiteit is dat die rigting van die perihelie met 43 ekstra boogsek per eeu moet verander. Dit is opvallend naby aan die waargenome verskil, en dit het Einstein baie selfvertroue gegee toe hy sy teorie bevorder het. Die relativistiese opmars van perihelion is later ook waargeneem in die wentelbane van verskeie asteroïdes wat naby die son kom.

Buiging van sterretjie

Einstein se tweede toets was iets wat nog nie voorheen waargeneem is nie en sou dus 'n uitstekende bevestiging van sy teorie bied. Aangesien ruimtetyd meer geboë is in streke waar die swaartekragveld sterk is, sou ons verwag dat die lig wat baie naby die son beweeg, 'n geboë pad sou volg (Figuur), net soos die van die mier in ons analogie. Einstein bereken uit die algemene relatiwiteitsteorie dat sterlig wat net die sonoppervlak bewei, met 'n hoek van 1,75 boogsek moet afgewyk word. Kan so 'n afbuiging waargeneem word?

Kromming van ligpaaie naby die son.

Figuur 2. Sterretjie wat naby die son verbygaan, word effens afgewyk deur die "kromtrekking" van ruimtetyd. (Hierdie afbuiging van sterlig is een klein voorbeeld van 'n verskynsel genaamd gravitasie-lens, wat ons in meer besonderhede sal bespreek in Die evolusie en verspreiding van sterrestelsels.) Voordat die son verbygegaan het, het die ster se lig parallel met die bodem beweeg. rand van die figuur. Toe dit naby die son verbygaan, is die pad effens verander. As ons die lig sien, neem ons aan dat die ligstraal gedurende sy reis reguit beweeg het, en dus meet ons die posisie van die ster effens anders as die ware posisie daarvan. As ons die ster op 'n ander tyd sou waarneem as die son nie in die pad is nie, sou ons die regte posisie daarvan meet.

Ons ervaar 'n klein "tegniese probleem" wanneer ons probeer om sterlig wat baie naby aan die son kom te fotografeer: die son is 'n buitengewone helder bron van sterre. Maar tydens 'n algehele sonsverduistering word baie van die son se lig geblokkeer, waardeur die sterre naby die son gefotografeer kan word. In 'n artikel wat tydens die Eerste Wêreldoorlog gepubliseer is, het Einstein (in 'n Duitse tydskrif geskryf) voorgestel dat fotografiese waarnemings tydens 'n verduistering die afbuiging van die lig wat naby die son beweeg, kan openbaar.

Die tegniek behels die neem van 'n foto van die sterre ses maande voor die verduistering en die posisie van al die sterre akkuraat meet. Dan word dieselfde sterre tydens die verduistering afgeneem. Dit is wanneer die sterlig na ons moet reis deur die son te vloer en deur meetbare skewe ruimtetyd te beweeg. As seen from Earth, the stars closest to the Sun will seem to be “out of place”—slightly away from their regular positions as measured when the Sun is not nearby.

A single copy of that paper, passed through neutral Holland, reached the British astronomer Arthur S. Eddington, who noted that the next suitable eclipse was on May 29, 1919. The British organized two expeditions to observe it: one on the island of Príncipe, off the coast of West Africa, and the other in Sobral, in northern Brazil. Despite some problems with the weather, both expeditions obtained successful photographs. The stars seen near the Sun were indeed displaced, and to the accuracy of the measurements, which was about 20%, the shifts were consistent with the predictions of general relativity. More modern experiments with radio waves traveling close to the Sun have confirmed that the actual displacements are within 1% of what general relativity predicts.

The confirmation of the theory by the eclipse expeditions in 1919 was a triumph that made Einstein a world celebrity.

Belangrike konsepte en samevatting

​In weak gravitational fields, the predictions of general relativity agree with the predictions of Newton’s law of gravity. However, in the stronger gravity of the Sun, general relativity makes predictions that differ from Newtonian physics and can be tested. For example, general relativity predicts that light or radio waves will be deflected when they pass near the Sun, and that the position where Mercury is at perihelion would change by 43 arcsec per century even if there were no other planets in the solar system to perturb its orbit. These predictions have been verified by observation.


Sir Arthur Eddington's experiment.PNG


Sir Isaac Newton's theory of gravity predicts that the path of starlight should bend 0.87 arcseconds as it passes the sun's edge. An arcsecond is 1/60 of an arcminute, or 1/3600 of a degree, a very small angle. In Newton's theory, gravity is a force between two objects, proportional to the product of the masses and inversely proportional to the square of the distance between. Light, which Newton thought to be a particle with mass, would therefore be pulled toward the mass of the Sun as it flew by.

Albert Einstein's theory of gravity is radically different. Gravity isn't a force. Instead, Einstein conjectured, it is a feature of spacetime geometry. Einstein's theory predicts a deflection angle of 1.75 arcseconds for starlight grazing the Sun.

The eclipse during which Eddington tested Einstein's prediction occurred on May 29, 1919. I imagine Eddington and his fellow experimenters wringing their hands in the morning. It was cloudy in Sobral. In Principe, where Eddington was stationed, "there was a very heavy thunderstorm from about 10 a.m. to 11.30 a.m.—a remarkable occurrence at that time of year" (Dyson et al. 1920). The men must have been worried. This was no family excursion like I experienced in 1979. These were costly expeditions with a grand purpose. Fortunately, at both locations, the clouds were thin and intermittent during totality, and satisfactory photographs were obtained.

Eddington and company analysed their data and declared victory in a report read to the Joint Permanent Eclipse Committee of the Royal Society and the Royal Astronomical Society on November 6, 1919, in London. The measured deflections at the Sun's edge were 1.98 ± 0.12 arcseconds from Sobral and 1.61 ± 0.30 arcseconds from Principe. Of the two most likely outcomes—0.87 arcseconds from Newton's theory and 1.75 arcseconds from Einstein's theory—the results were closer to 1.75 arcseconds. "Einstein Theory Triumphs" was a headline in the November 10 issue of The New York Times.

Modern Eddington Experiment

The next total eclipse in the United States is August 21, 2017. I start fantasising about performing Eddington's 1919 experiment. My bubble is burst when I read on NASA's Testing General Relativity website that this is a very hard project for the unskilled amateur. A link is provided to an article by a skilled astronomer, Donald Bruns, who will perform the experiment near the top of Casper Mountain in Wyoming. Donald introduces me to a group collaborating to perform the Modern Eddington Experiment at locations from Oregon to Georgia. The group organizer, Toby Dittrich, is a physics professor at the Sylvania campus of Portland Community College, which is less than a mile from my home! I attend his lecture on the subject and join the group's email exchange. I may not be able to perform the experiment myself, but I'd love to see it done. I arrange to observe Richard Berry, former Editor of Astronomy Magazine, and his team perform the Modern Eddington Experiment in Lyons, Oregon, near Salem.

General Relativity

Before I witness the experiment, I study relativity. I start with special relativity, which Einstein gave us in 1905. Increments of time and space, it turns out, are not absolutes. You and I will measure different increments of time and calculate different increments of distance between two events if we’re moving at different speeds (this effect isn’t noticeable for the common speed differences we experience). Increments of spacetime, the mathematical fusion of space and time, are absolute. You and I will calculate the same spacetime increment between two events regardless of our different speeds.

Special relativity is the special case where mass doesn’t change spacetime. I need a basic understanding of the general case where mass does change spacetime, because it is the mass of the Sun - through its influence on spacetime - that causes starlight to bend in the eclipse experiment. In spacetime, objects that are free from other forces move in straight lines. The main idea of general relativity is that mass causes spacetime to curve. If an object moves in a straight line in spacetime, and the spacetime through which it moves is curved, then the path of the object from a distant perspective will appear curved. The classic analogy, considering the curvature of space only, is travel on the surface of the Earth. Someone walking south to north along a meridian is walking in a straight line from their point of view. From the perspective of someone out in space, the walker is following a curved path.

While it is proper to recognise spacetime as a unified quantity, it is helpful to contemplate time and space separately when following the progression of predictions for the eclipse experiment outcome. First, consider time and its curvature, then space and its curvature.

In 1911, Einstein had the time part understood. The time part arises from the equivalence principle, one of Einstein's aha moments, which equates the experience and physical laws within a uniform acceleration to those within a uniform gravitational field of equal magnitude. Richard Feynman, Nobel Laureate in 1965, used a thought experiment involving a rocket to demonstrate an implication of the equivalence principle on time (Gottlieb and Pfeiffer, 2013).

Imagine you and I are in a rocket in deep space accelerating "upward." I'm at the top and you're at the bottom of the rocket. We both have clocks and lasers. Every time a second passes on my clock, I send a laser pulse down towards you. Because the rocket is accelerating upward, you receive my pulses faster than the seconds pass on your clock. If you forget that the rocket is accelerating, you'd think that time up where I am must be moving faster than it is down where you are. Now you send a laser pulse up toward me every time a second passes on your clock. Because the rocket is accelerating upward, I receive your pulses slower than the seconds pass on my clock. If I forget that the rocket is accelerating, I'd think that time down where you are must be moving slower than it is up where I am.

The equivalence principle says that the experience I just described must be the same if, instead of accelerating in space, the rocket is parked on a planet where the acceleration due to gravity is equivalent. You would think that time moves faster up where I am, and I would think that time moves slower down where you are. The mass of the planet makes this so.

What does this mean for light waves passing by the sun? Take the perspective from outer space: since time slows down close to the massive sun, the speed of light appears to slow down. Arthur Eddington described the resulting effect like this (Eddington 1920):

“The wave-motion in a ray of light can be compared to a succession of long straight waves rolling onward in the sea. If the motion of the waves is slower at one end than the other, the whole wave-front must gradually slew round, and the direction in which it is rolling must change. In the sea this happens when one end of the wave reaches shallow water before the other, because the speed in shallow water is slower. It is well known that this causes waves proceeding diagonally across a bay to slew round and come in parallel to the shore the advanced end is delayed in the shallow water and waits for the other. In the same way when the light waves pass near the sun, the end nearest the sun has the smaller velocity and the wave-front slews round thus the course of the waves is bent.”

In 1911, considering the curvature of time alone, Einstein predicted that the amount by which “the course of the waves is bent” in the eclipse experiment, for light waves grazing the sun, would be 0.87 arcseconds, the same value calculated using Newton’s theory. This is not the correct answer. General relativity was not yet complete.

Mass causes space to curve too. We need to include the curvature of space piece in order to accurately predict the deflection angle in the eclipse experiment. The mass of the sun causes space nearby to stretch.

Here's an analogy to help visualise this. Imagine a bowling ball resting in the centre of a trampoline. The bowling ball stretches the trampoline. This is an imperfect comparison. The real way in which the space around a massive body like the sun is deformed is beyond my capacity of visualisation. Space doesn't actually stretch "down" as in the trampoline analogy, but space does indeed deform.

Now we can ask the same question we did before, when considering the curvature of time, but now for the curvature of space: What does this mean for light waves passing by the sun? Again, take the perspective from outer space, and pretend we don’t see the stretched space near the sun. The light is traveling over an elongated distance that we don’t see, and so to us it appears that the speed of the light slows down. More slowing means more slewing.

In 1915, Einstein's completed theory of general relativity had both parts: the curvature of time and of space due to mass. Using the completed theory, the total deflection angle of starlight in the eclipse experiment is calculated to be 1.75 arcseconds.

Eclipse Day

The morning of August 21, 2017, I'm at Richard Berry's Alpaca Meadows Observatory in Oregon, in a pasture of alpaca-mowed yellow grass. Cars are whizzing by on Highway 22 behind a row of Douglas firs. Last night eleven scientists and artists gathered in the ranch house on the other side of a dry creek, where Richard and Eleanor Berry hosted a cosy dinner. This morning I'm hovering around Jacob Sharkansky, Abraham Salazar, and the Tele Vue Genesis telescope and STT-8300M computer-controlled camera they will use to photograph the deflected positions of stars during totality.

Jacob and Abraham are students at Portland Community College. They are remarkable young men. Jacob is a shy 17-year-old earning his high school diploma from the community college while taking college-level classes. Abraham is a 33-year-old civil engineering major who worked ten years in construction and has a family with two kids, one a newborn. They both were inspired to perform the Modern Eddington Experiment in Toby Dittrich's physics class.

There isn't a cloud in the sky today. The team's major concern is the focus of the telescope, which depends on temperature. They have plenty of experience focusing on stars during the cool night, but none during the mid-morning of a warm August day. It will cool down some during totality still, the best focus setting is a bit of a guessing game.

The partial eclipse starts 72 minutes before totality. Ten minutes before totality, all the observers start finding their spots and conversing in muted voices. Shadows on the ground sharpen. Two minutes before totality, Richard gives the order: "Get to your stations." Jacob starts pacing around the small wood shed sheltering the computer connected to the camera. There are no cars driving on the highway now. Ten seconds before totality, Abraham removes the filter protecting the camera from the sunlight. I gasp at totality and utter something I can't - and probably don't want to - remember. I see, with my naked eye, two short red hairs on the rim of the sun. These must be solar prominences from the sun spots Richard pointed out prior to totality.

The telescope camera, automated by the computer, takes 2-degree by 1.5-degree photos at various exposure durations: 0.1, 0.6, 1.0, and 1.6 seconds. The goal is to see stars within a donut around the sun. Outside the donut, the starlight deflection due to the sun's gravity is too small to measure. Inside the donut, stars can't be seen through the brightness of the corona. Like the telescope focus, the ideal camera exposure duration is uncertain. The camera needs time to capture enough starlight to locate the center of each star, but not so much time that the corona washes out the starlight. Before totality ends, the telescope turns away and photographs a group of star positions uninfluenced by the sun's gravity (this is the eclipse reference image).

I see a diamond ring, and totality is over. It could not have lasted long enough! The Modern Eddington Experiment team is elated. Jacob is striding laps around all the equipment in the pasture, grinning. The team captured 23 images of stars around the blocked sun. The data collection phase of the experiment is complete. We all stand in a row and shoot photos of the exhilarated trio and their telescope. The men are relieved at having executed the procedure they had rehearsed over the last three months. Now comes the challenging work of analysing the data.


Opsomming

In weak gravitational fields, the predictions of general relativity agree with the predictions of Newton&rsquos law of gravity. However, in the stronger gravity of the Sun, general relativity makes predictions that differ from Newtonian physics and can be tested. For example, general relativity predicts that light or radio waves will be deflected when they pass near the Sun, and that the position where Mercury is at perihelion would change by 43 arcsec per century even if there were no other planets in the solar system to perturb its orbit. These predictions have been verified by observation.


Kyk die video: Maans en Zonsverduistering (Januarie 2023).