Yapışkan boncuk argümanı - Sticky bead argument

In genel görelilik , yapışkan boncuk argümanı basit bir düşünce deneyi olduğunu göstermek için tasarlanmış yerçekimsel radyasyon gerçekten tahmin edilmektedir genel görelilik ve fiziksel etkileri olabilir. Bu iddialar, yaklaşık 1955'ten önce geniş çapta kabul görmemişti, ancak boncuk argümanının sunulmasından sonra, kalan şüpheler kısa süre sonra araştırma literatüründen kayboldu.

Argüman genellikle onu popüler hale getiren Hermann Bondi'ye atfedilir , ancak başlangıçta Richard Feynman tarafından isimsiz olarak önerilmiştir .

Açıklama

Düşünce deneyi ilk başta bir konferansta 1957 yılında (takma "Bay Smith" altında) Feynman tarafından tanımlanmıştır Chapel Hill , Kuzey Carolina ve daha sonra onun özel mektupta hitap etti:

Feynman'ın kütleçekim dalgası detektörü: Sert bir çubuk üzerinde serbestçe (ancak az miktarda sürtünmeyle) kayan iki taneden ibarettir. Dalga çubuğun üzerinden geçerken, atomik kuvvetler çubuğun uzunluğunu sabit tutar, ancak iki boncuk arasındaki uygun mesafe salınır. Böylece boncuklar çubuğa sürtünerek ısıyı dağıtır.

Yerçekimi dalgaları esas olarak enine olduğundan, çubuğun dalganın yayılma yönüne dik olarak yönlendirilmesi gerekir.

Yerçekimi dalgalarının özellikleri üzerine tartışmaların tarihi

Einstein'ın çifte dönüşü

Genel görelilik teorisinin yaratıcısı Albert Einstein , 1916'da, kendi teorisine göre yerçekimsel radyasyonun, zamanla değişen dört kutuplu bir momente (veya daha yüksek çok kutuplu moment ) sahip herhangi bir kütle-enerji konfigürasyonu tarafından üretilmesi gerektiğini savundu . Doğrusallaştırılmış bir alan denklemi kullanarak ( zayıf yerçekimi alanlarının incelenmesi için uygun ), bu tür radyasyonun enerjiyi uzaklaştırması gereken oranı ölçen ünlü dört kutuplu formülü türetti . Zamanla değişen dört kutuplu momentlere sahip sistemlerin örnekleri arasında titreşen sicimler, çubuğun simetri eksenine dik bir eksen etrafında dönen çubuklar ve dönen diskler bulunmayan ikili yıldız sistemleri yer alır.

1922'de Arthur Stanley Eddington , yerçekimi dalgalarının özünde koordinatlarda dalgalanmalar olduğu ve fiziksel bir anlamı olmadığı görüşünü (görünüşe göre ilk kez) ifade eden bir makale yazdı. Einstein'ın dalgaların gerçek olduğuna dair argümanlarını takdir etmedi.

1936'da Einstein, Nathan Rosen ile birlikte, silindirik simetriye sahip (bazen Einstein-Rosen dalgaları olarak da adlandırılır ) tam yerçekimsel dalga çözümleri ailesi olan Beck vakumlarını yeniden keşfetti . Einstein ve Rosen, bu çözümlerde test parçacıklarının hareketini incelerken, yerçekimi dalgalarının çökmeye kararsız olduğuna ikna oldu. Einstein tersine döndü ve kütleçekimsel radyasyonun kendi teorisinin bir öngörüsü olmadığını ilan etti . Einstein arkadaşı Max Born'a yazdı

Genç bir işbirlikçiyle birlikte, ilk yaklaşıma kesin olarak kabul edilmiş olsalar da, yerçekimi dalgalarının var olmadığı ilginç sonucuna ulaştım. Bu, doğrusal olmayan alan denklemlerinin bize şimdiye kadar inandığımızdan daha fazlasını gösterebileceğini veya daha doğrusu bizi sınırlandırabileceğini gösterir.

Başka bir deyişle, Einstein, kendisinin ve Rosen'un yeni argümanlarının, yerçekimsel radyasyonun tahmininin 1916'da kullandığı doğrusal yaklaşımın matematiksel bir yapaylığı olduğunu gösterdiğini tespit ettiklerine inanıyordu. Einstein, bu düzlem dalgalarının yerçekimsel olarak noktalara çökeceğine inanıyordu; uzun zamandır böyle bir şeyin kuantum mekaniksel dalga-parçacık ikiliğini açıklayacağını ummuştu.

Buna göre Einstein ve Rosen, Yerçekimi dalgaları var mı? Başlıklı bir makale sundu. Önde gelen bir fizik dergisi olan Physical Review'e, kendi dalga çözümlerini tanımladıkları ve genel görelilikte görünen "radyasyonun", enerji taşıma kapasitesine sahip veya (prensipte) ölçülebilir fiziksel etkilere sahip gerçek radyasyon olmadığı sonucuna vardılar. Physical Review'un şu anki editörü olan ve şu anda tüm tarafların ölmekte olduğunu doğrulayan isimsiz hakem, kavgacı kozmolog Howard Percy Robertson , aşağıda açıklanan hataya işaret etti ve makale yazarlara bir notla iade edildi. editör onlardan bu endişeleri gidermek için makaleyi gözden geçirmelerini istiyor. Oldukça alışılmadık bir şekilde, Einstein bu eleştiriyi çok kötü karşıladı ve öfkeyle "Hakeminiz tarafından ifade edilen hatalı fikirlere değinmek için hiçbir neden göremiyorum" şeklinde yanıt verdi. Bir daha asla Physical Review'e makale sunmayacağına yemin etti . Bunun yerine, Einstein ve Rosen, makaleyi başka ve çok daha az bilinen bir dergi olan The Journal of the Franklin Institute'a değiştirmeden yeniden gönderdiler . Fiziksel İnceleme ile ilgili yeminini sürdürdü .

Bu sırada Princeton Üniversitesi'ne gelen Leopold Infeld , daha sonra bu gelişmeyi duymaktan duyduğu büyük şaşkınlığı hatırladı, çünkü radyasyon, isme layık herhangi bir klasik alan teorisi için çok önemli bir unsurdur . Infeld, şüphelerini genel görelilik konusunda önde gelen bir uzmana ifade etti: Caltech'i ziyaretinden yeni dönen HP Robertson . Infeld'in hatırladığı gibi argümanın üzerinden geçerek, Robertson hatayı Infeld'e gösterebildi: yerel olarak, Einstein-Rosen dalgaları yerçekimsel düzlem dalgalarıdır . Einstein ve Rosen, sinüzoidal düzlem dalgalarında bir test parçacığı bulutunun kostik oluşturacağını doğru bir şekilde göstermişlerdi , ancak başka bir çizelgeye (esasen Brinkmann koordinatları ) geçilmesi , kostiğin oluşumunun hiçbir şekilde bir çelişki olmadığını , aslında tam da bu durumda bekleneceği gibi. Infeld daha sonra, Robertson'un analiziyle aynı fikirde olan Einstein'a yaklaştı (Fiziksel İnceleme sunumunu kimin gözden geçirdiğini hala bilmiyordu).

Rosen kısa süre önce Sovyetler Birliği'ne gittiğinden beri, Einstein ortak makalelerini derhal ve kapsamlı bir şekilde gözden geçirmek için tek başına hareket etti. Bu üçüncü versiyon Kütleçekimsel Dalgalar üzerine yeniden adlandırıldı ve Robertson'un silindirik koordinatlara dönüşüm önerisini takiben, şimdi Einstein-Rosen silindirik dalgalar (bunlar yerel olarak düzlem dalgalara izometrik) olarak adlandırılan şeyi sundu. Bu, sonunda ortaya çıkan versiyondur. Bununla birlikte, Rosen bu revizyondan memnun değildi ve sonunda yerçekimsel radyasyon öngörüsünün hatalı "çürütülmesini" koruyan kendi versiyonunu yayınladı.

Robertson , Physical Review'un editörüne yazdığı bir mektupta , sonunda Einstein'ın başlangıçta onu çok üzen itirazları tamamen kabul ettiğini bildirdi.

Bern ve Chapel Hill konferansları

1955'te, Annus mirabilis sırasında Einstein'ın ünlü patent ofisinde çalıştığı İsviçre'nin başkenti Bern'de , özel göreliliğin yarı yüzüncü yılını onurlandıran önemli bir konferans düzenlendi . Rosen katıldı ve Einstein psödotensörünü ve Landau-Lifshitz psödotensörünü hesapladığı bir konuşmaya katıldı (iki alternatif, eşdeğişken olmayan, bir kütleçekim alanı tarafından taşınan enerjinin tanımları, genel görelilikte tespit edilmesi oldukça zor olan bir kavram). Einstein-Rosen dalgaları için bunların sıfır olduğu ortaya çıktı ve Rosen, bunun 1936'da Einstein ile ulaştığı olumsuz sonucu yeniden doğruladığını savundu.

Bununla birlikte, o zamana kadar Felix Pirani ve Ivor Robinson gibi birkaç fizikçi, eğriliğin gelgit ivmelenmelerinin üretilmesinde oynadığı rolü takdir etmeye başlamıştı ve birçok akranını, en azından bazı durumlarda, gerçekten de yerçekimsel radyasyon üretileceğine ikna edebildi. sistemin farklı parçalarının açıkça eylemsizlik hareketinde olmadığı titreşimli bir yay gibi . Bununla birlikte, bazı fizikçiler radyasyon bir üreteceği şüphe devam çift yıldız sisteminin , dünyanın hatları arasında kütle merkezleri iki yıldız gerektiği hakkındaki göre EYH yakınlaştırılması Einstein, Infeld'le için 1938 ve borçlar (kalma ve Banesh Hoffmann ), zamansal jeodezikleri takip edin .

Felix Pirani'nin konuşmalarından esinlenen Hermann Bondi, kütleçekimsel radyasyon çalışmasını, özellikle de bir yayılan sistem tarafından 'sonsuza' taşınan enerjiyi ve momentumu nicelleştirme sorununu ele aldı. Önümüzdeki birkaç yıl boyunca, Bondi, bu soruyu maksimum genellikte titizlikle incelemek için Bondi ışıma çizelgesini ve Bondi enerjisi kavramını geliştirdi .

1957 yılında, bir konferansta Chapel Hill , Kuzey Carolina , tarafından geliştirilen çeşitli matematiksel araçları hitap John Lighton Synge , AZ Petrov ve André Lichnerowicz , Pirani daha net, daha önce oynadığı merkezi rolü mümkün olmuştu daha açıkladı Riemann tensörü ve özellikle gelgit tensör genel görelilik içinde. Sinüzoidal bir yerçekimi düzlemi dalgasıyla karşılaşan başlangıçta karşılıklı statik test parçacıklarının göreceli (gelgit) ivmesinin ilk doğru tanımını verdi.

Feynman'ın argümanı

Daha sonra Chapel Hill konferansında Richard Feynman , Pirani'nin açıklamasını kullanarak, geçen bir yerçekimsel dalganın prensipte bir çubuk üzerindeki (dalganın yayılma yönüne çapraz olarak yönlendirilmiş) bir boncuğun ileri geri kaymasına neden olması gerektiğine işaret etmek için kullandı. boncuk ve çubuk sürtünme ile . Feynman, bu ısınmanın dalganın gerçekten de boncuk ve çubuk sistemine enerji verdiğini gösterdiğini söyledi, bu nedenle Rosen tarafından 1955'te ifade edilen görüşün aksine, gerçekten de enerji taşıması gerekiyordu.

İki 1957 makalesinde, Bondi ve (ayrı ayrı) Joseph Weber ve John Archibald Wheeler , Rosen'in argümanının ayrıntılı çürütmelerini sunmak için bu boncuk argümanını kullandılar.

Rosen'in son görüşleri

Nathan Rosen, 1970'lerin sonlarına kadar, radyasyon reaksiyonunu içeren varsayılan bir paradoks temelinde, kütleçekimsel radyasyonun aslında genel görelilik tarafından tahmin edilmediğini iddia etmeye devam etti . Onun argümanları genellikle geçersiz kabul edildi, ancak her halükarda yapışkan boncuk argümanı o zamana kadar diğer fizikçileri yerçekimsel radyasyonun tahmini gerçekliğine ikna etti.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar