Expérience de la double étoile de Sitter - de Sitter double star experiment

L' effet de Sitter a été décrit par Willem de Sitter en 1913 (ainsi que par Daniel Frost Comstock en 1910) et utilisé pour soutenir la théorie de la relativité spéciale contre une théorie d'émission concurrente de 1908 par Walther Ritz qui postulait une vitesse variable de la lumière . De Sitter a montré que la théorie de Ritz prévoyait que les orbites des étoiles binaires sembleraient plus excentriques que compatibles avec l'expérience et avec les lois de la mécanique , cependant, le résultat expérimental était négatif. Cela a été confirmé par Brecher en 1977 en observant le spectre des rayons X. Pour d'autres expériences liées à la relativité restreinte, voir les tests de relativité restreinte .

L'effet

L'argument de Willem de Sitter contre la théorie des émissions. Selon la théorie d'émission simple, la lumière se déplace à une vitesse de c par rapport à l'objet émetteur. Si cela était vrai, la lumière émise par une étoile dans un système à deux étoiles à partir de différentes parties de la trajectoire orbitale se déplacerait vers nous à des vitesses différentes. Pour certaines combinaisons de vitesse orbitale, de distance et d'inclinaison, la lumière «rapide» émise pendant l'approche dépasserait la lumière «lente» émise pendant une partie de récession de l'orbite de l'étoile. Ainsi, les lois du mouvement de Kepler seraient apparemment violées pour un observateur éloigné. De nombreux effets bizarres seraient observés, y compris (a) comme illustré, des courbes de lumière d'étoile variables de forme inhabituelle comme on n'en a jamais vu, (b) des décalages Doppler extrêmes vers le rouge et le bleu en phase avec les courbes de lumière, ce qui implique fortement non-keplérien orbites, (c) division des raies spectrales (notez l'arrivée simultanée de la lumière décalée vers le bleu et le rouge sur la cible), et (d) si le système stellaire binaire est résoluble dans un télescope, la décomposition périodique des images stellaires en plusieurs images.

Selon une théorie d'émission simple , la lumière projetée par un objet doit se déplacer à une vitesse de par rapport à l'objet émetteur. S'il n'y a aucun effet de traînée compliquant , la lumière devrait alors se déplacer à cette même vitesse jusqu'à ce qu'elle atteigne finalement un observateur. Pour un objet se déplaçant directement vers (ou loin de) l'observateur à des mètres par seconde, on s'attendrait alors à ce que cette lumière se déplace toujours à (ou ) mètres par seconde au moment où elle nous atteint. ${\ displaystyle c}$${\ displaystyle v}$${\ displaystyle (c + v)}$${\ displaystyle (cv)}$

En 1913, Willem de Sitter affirmait que si cela était vrai, une étoile en orbite dans un système à deux étoiles alternerait généralement, à notre égard, entre se déplacer vers nous et s'éloigner de nous. La lumière émise par différentes parties de la trajectoire orbitale se déplacerait vers nous à des vitesses différentes. Pour une étoile proche avec une petite vitesse orbitale (ou dont le plan orbital était presque perpendiculaire à notre ligne de vue), cela pourrait simplement rendre l'orbite de l'étoile erratique, mais pour une combinaison suffisante de vitesse orbitale et de distance (et d'inclinaison), le " la lumière "rapide" émise lors de l'approche serait capable de rattraper et même de dépasser la lumière "lente" émise plus tôt pendant une partie de récession de l'orbite de l'étoile, et l'étoile présenterait une image brouillée et hors séquence. Autrement dit, les lois du mouvement de Kepler seraient apparemment violées pour un observateur éloigné.

De Sitter a étudié les étoiles doubles et n'a trouvé aucun cas où les orbites calculées des étoiles semblaient non képlériennes. Étant donné que la différence de temps de vol totale entre les signaux lumineux "rapides" et "lents" devrait évoluer linéairement avec la distance dans la théorie des émissions simples, et l'étude aurait (statistiquement) inclus des étoiles avec une répartition raisonnable des distances et des vitesses et orientations orbitales , de Sitter a conclu que l'effet aurait dû être vu si le modèle était correct, et son absence signifiait que la théorie des émissions était presque certainement fausse.

Remarques

• Les expériences modernes du type de Sitter réfutent l'idée que la lumière pourrait voyager à une vitesse qui dépendait en partie de la vitesse de l'émetteur ( c '= c + kv ), où la vitesse de l'émetteur v peut être positive ou négative, et k est un facteur entre 0 et 1, indiquant la mesure dans laquelle la vitesse de la lumière dépend de la vitesse de la source. De Sitter a établi une limite supérieure de k <0,002, mais les effets d'extinction rendent ce résultat suspect.
• L'expérience de De Sitter a été critiquée en raison des effets d'extinction par JG Fox . C'est-à-dire que pendant leur vol vers la Terre, les rayons lumineux auraient été absorbés et réémis par la matière interstellaire presque au repos par rapport à la Terre, de sorte que la vitesse de la lumière devienne constante par rapport à la Terre, quel que soit le mouvement du source (s) d'origine.
• En 1977, Kenneth Brecher a publié les résultats d'une double enquête similaire et est parvenu à une conclusion similaire - que toute irrégularité apparente dans les orbites à double étoile était trop petite pour soutenir la théorie des émissions. Contrairement à de Sitter, il a observé le spectre des rayons X, éliminant ainsi les influences possibles de l'effet d'extinction. Il a établi une limite supérieure de . ${\ displaystyle k <2 \ fois 10 ^ {- 9}}$
• Il existe également des expériences terrestres qui dénoncent de telles théories, voir les expériences testant les théories des émissions .

Les références