Kleverige kraal argument

In de algemene relativiteitstheorie, de kleverige kraal argument is een eenvoudige gedachte-experiment ontworpen om te laten zien dat gravitatiestraling inderdaad voorspeld door de algemene relativiteitstheorie, en kan lichamelijke gevolgen hebben. Deze argumenten werden niet algemeen aanvaard voorafgaand aan ongeveer 1955, maar na de introductie van de kraal argument, alle resterende twijfels snel verdwenen uit de literatuur.

Het argument wordt vaak toegeschreven aan Hermann Bondi, die populair, maar het was blijkbaar oorspronkelijk anoniem voorgesteld door Richard Feynman.

Beschrijving van het gedachte-experiment

De gedachte-experiment werd voor het eerst beschreven door Feynman in 1957, op een conferentie in Chapel Hill, North Carolina. Zijn inzicht was dat een passerende gravitatiegolf moet in principe leiden tot een kraal die gratis is voor schuiven langs een stok om heen en weer te bewegen, als de stok dwars wordt gehouden om de richting van de voortplanting van de golven. De golf genereert getijdekrachten over het midden van de stok. Deze produceren afwisselend longitudinaal trek- en drukspanningen in het materiaal van de stick; maar de kraal, vrij te glijden, beweegt langs de stok in reactie op de getijdekrachten. Als het contact tussen de hiel en de stick is 'sticky', dan is het verwarmen van de beide delen zal optreden als gevolg van wrijving. Deze verwarming, zegt Feynman, toonde aan dat de golf inderdaad geven energie aan de hiel en de staaf-systeem, dus het moet wel energie vervoeren.

Geschiedenis van argumenten op de eigenschappen van gravitatiegolven

Einsteins dubbele omkering

De maker van de algemene relativiteitstheorie, Albert Einstein, stelde in 1916 dat gravitatiestraling moeten worden geproduceerd, volgens zijn theorie door een massa-energie-configuratie, die een tijdsafhankelijke quadrupoolmoment heeft. Met een gelineariseerde veldvergelijking verkregen hij bekende quadrupole straling formule kwantificeren van de snelheid waarmee dergelijke straling afstand energie moet uitvoeren. Voorbeelden van systemen met variërende quadrupoolmomenten omvatten trillende snaren, bars roterend om een ​​as loodrecht op de symmetrie-as van de staaf en dubbelstersystemen, maar niet draaiende schijven.

In 1922, Arthur Stanley Eddington schreef een papier de uiting van de opvatting dat gravitatiegolven in essentie rimpelingen in coördinaten, en hebben geen fysieke betekenis. Hij niet waarderen argumenten Einstein dat de golven zijn echt.

In 1936, samen met Nathan Rosen, Einstein herontdekt de Beck stofzuigers, een familie van exacte gravitatiegolf oplossingen met cilindrische symmetrie. Tijdens het onderzoek naar de beweging van de test deeltjes in deze oplossingen, Einstein en Rosen raakte ervan overtuigd dat gravitationele golven waren instabiel te storten. Einstein teruggedraaid zelf en verklaarde dat gravitatiestraling was immers een voorspelling van zijn theorie. Einstein schreef aan zijn vriend Max Born

Met andere woorden, Einstein geloofde dat hij en Rosen had vastgesteld dat hun nieuwe stelling bleek dat de voorspelling van gravitatiestraling een wiskundige artefact van de lineaire benadering hij werkzaam in 1916. Einstein geloofden dat deze vlakke golven zouden zwaartekracht samen in punten; hij lang had gehoopt iets als dit zou kwantummechanische golf-deeltje dualiteit uitleggen.

Einstein en Rosen bijgevolg een document getiteld Do gravitatiegolven bestaan ​​ingediend? een toonaangevende fysica tijdschrift, de Physical Review, waarin beschreven ze hun golf oplossingen en concludeerde dat de "straling" die leek te verschijnen in de algemene relativiteitstheorie was niet echt straling kan vervoeren energie of met meetbare lichamelijke effecten. De anonieme scheidsrechter, die als de huidige hoofdredacteur van de Physical Review onlangs bevestigd, alle partijen nu overleden was de strijdlustige kosmoloog, Howard Percy Robertson, gewezen op de hieronder beschreven fout, en het manuscript werd teruggegeven aan de auteurs met een briefje van de editor hen te vragen om het papier te herzien om deze problemen aan te pakken. Heel ongewoon, Einstein nam deze kritiek zeer slecht, boos antwoorden "Ik zie geen reden om het aan te pakken, in ieder geval onjuist, advies door de scheidsrechter uitgedrukt." Hij zwoer nooit meer een papieren voorleggen aan de Physical Review. In plaats daarvan, Einstein en Rosen opnieuw ingediend het papier zonder verandering naar een andere en veel minder bekende tijdschrift, het tijdschrift van de Franklin Institute. Hij hield zijn belofte ten aanzien van de Physical Review.

Leopold Infeld, die aan de Princeton University in deze tijd aankwam, herinnerde zich later zijn opperste verbazing over het horen van deze ontwikkeling, omdat de straling is zo een essentieel element voor een klassieke veldentheorie die naam waardig. Infeld uitte zijn twijfels bij een vooraanstaand expert op de algemene relativiteit: HP Robertson, die net was teruggekeerd van een bezoek aan Caltech. Gaan over het argument als Infeld herinnerde, Robertson kon Infeld tonen de fout: lokaal, de Einstein-Rosen golven zijn zwaartekracht vlakke golven. Einstein en Rosen correct hadden aangetoond dat een wolk van testdeeltjes zou naar sinusvormige vlakke golven, vorm logen, maar het veranderen naar een andere grafiek blijkt dat de vorming van de loog geen tegenstrijdigheid helemaal, maar in feite wat men zou verwachten deze situatie. Infeld vervolgens benaderde Einstein, die met deze analyse stemde.

Sinds Rosen onlangs vertrok naar de Sovjet-Unie, Einstein gehandeld alleen snel en grondig herzien van hun gezamenlijke nota. Deze derde versie werd retitled Op gravitatiegolven, en, na Robertson's suggestie van een transformatie naar cilindrische coördinaten, gepresenteerd wat nu Einstein-Rosen cilindrische golven genoemd. Dit is de versie die uiteindelijk verscheen. Echter, Rosen was ongelukkig met deze herziening en uiteindelijk publiceerde zijn eigen versie, die de foutieve 'weerlegging' van de voorspelling van gravitatiestraling behouden.

In een brief aan de redacteur van de Physical Review, Robertson wrang gemeld dat op het einde, Einstein was volledig de bezwaren die aanvankelijk had hem zo van streek aanvaard.

De Bern en Chapel Hill conferenties

In 1955, een belangrijke conferentie ter ere van de semi-honderdste verjaardag van de speciale relativiteitstheorie werd gehouden in Bern, de Zwitserse stad waar Einstein werkte in de beroemde octrooibureau tijdens de Annus mirabilis. Rosen bijgewoond en gaf een toespraak waarin hij berekend de Einstein pseudotensor en Landau-Lifschitz pseudotensor. Deze blijken te zijn nul voor de Einstein-Rosen golven en Rosen stelde dat dit bevestigde de negatieve conclusie dat hij in 1936 met Einstein had bereikt.

Echter, deze keer een paar natuurkundigen, zoals Felix AE Pirani en Ivor Robinson, kwam de rol van kromming productie getijde versnellingen waarderen en konden veel gelijken die gravitatiestraling inderdaad worden geproduceerd overtuigen, althans gevallen, zoals een trillende lente, waar verschillende stukken van het systeem waren duidelijk niet in inertiaalbeweging. Niettemin, sommige natuurkundigen bleef twijfelen of straling zou worden geproduceerd door een binair zonnestelsel, waar de wereldberoemde lijnen van de centra van de massa van de twee sterren zou volgens EIH benadering volgen tijdachtige geodesics.

Geïnspireerd door gesprekken van Felix Pirani, Hermann Bondi nam de studie van zwaartekracht straling, met name de kwestie van het kwantificeren van de energie en impuls door een stralend stelsel 'oneindig' gedragen. In de komende jaren, Bondi ontwikkelde de Bondi straalt chart en de notie van Bondi energie om rigoureus te bestuderen deze vraag maximale algemeenheid.

In 1957, tijdens een conferentie in Chapel Hill, North Carolina, aantrekkelijk voor verschillende wiskundige technieken ontwikkeld door John Lighton Synge, AZ Petrov en André Lichnerowicz, Pirani duidelijker dan voorheen mogelijk was de centrale rol van de Riemann tensor en in het bijzonder verklaard de getijden tensor in de algemene relativiteitstheorie. Hij gaf de eerste correcte beschrijving van de relatieve versnelling van in eerste instantie onderling statische test deeltjes die een sinusvormige zwaartekracht vlakke golf tegenkomen.

Argument Feynman's

Later in de Chapel Hill conferentie, Richard Feynman, die over het registreren onder een pseudoniem om zijn minachting voor de hedendaagse toestand van de zwaartekracht physics uiten had aangedrongen gebruikt Pirani kwam om erop te wijzen dat een passerende gravitatiegolf moet in principe leiden tot een kraal op een stok te glijden heen en weer, waardoor verhitting van de hiel en de stok door wrijving. Deze verwarming, zegt Feynman, toonde aan dat de golf inderdaad geven energie aan de hiel en de stok-systeem, dus het moet wel energie te vervoeren, in tegenstelling tot het standpunt dat in 1955 door Rosen.

In twee 1957 papers, Bondi en Joseph Weber en John Archibald Wheeler gebruikt deze kraal argument om gedetailleerde weerlegging van het betoog van Rosen presenteren.

Laatste keer bekeken Rosen

Nathan Rosen bleef tot in de jaren 1970 op basis van een veronderstelde paradox waarbij straling reactie beweren dat gravitatiestraling niet feitelijk voorspeld algemene relativiteit. Zijn argumenten werden algemeen beschouwd als ongeldig, maar in ieder geval de kleverige kraal argument was toen allang overtuigd andere natuurkundigen van de realiteit van de voorspelling van zwaartekracht straling.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha