Experiment de l'estrela binaria de De Sitter

El efecte De Sitter va ser descrit per Willem de Sitter en 1913 (aixina com per Daniel Frost Comstock en 1910) i es va utilisar per a afiançar la teoria de la relativitat especial front a la teoria de l'emissió de 1908, una hipòtesis alternativa plantejada per Walther Ritz que postulava una velocitat de la llum variable depenent de la velocitat de l'objecte emissor. De Sitter va demostrar que la teoria de Ritz hauria implicat que les òrbites de les estreles binarias no foren consistents en l'experiment i en les lleis de la mecànica, circumstància que els resultats de les observacions astronòmiques no varen respalar. Açò va ser confirmat definitivament per Brecher en 1977, en observar un espectre de rajos X. Per a atres experiments relacionats en la relativitat especial, consulte's l'artícul dedicat a les proves de la relativitat especial.

L'efecte

Segons la teoria de l'emissió simple, la llum emesa per un objecte deu moure's a una velocitat $c$ sobre l'objecte emissor. Si no hi ha efectes d'arrastre que compliquen l'anàlisis, s'esperaria que la llum es moguera a la mateixa velocitat fins que finalment alcançara a un observador. Per a un objecte que es mou directament cap a (o alluntant-se) de l'observador en velocitat $v$, s'esperaria que esta llum encara estiguera viajant a $(c+v)$ (o $(c-v)$) en el moment en que alcança a l'observador.

En 1913, Willem de Sitter va argumentar que si açò fora cert, una estrela que orbita en un sistema binari normalment, sobre l'observador, alternaria entre acostar-se i alluntar-se d'ell. La llum emesa des de diferents parts de la trayectòria orbital viajaria cap a l'observador a diferents velocitats. Per a una estrela propenca en una velocitat orbital chicoteta (o que el seu pla orbital siga casi perpendicular a la llínea de visió), açò podria simplement fer que l'òrbita de l'estrela semble errática, pero per a una combinació suficient de velocitat orbital i distància (i inclinament), la llum "ràpida" emesa durant l'aproximació podria alcançar i inclús superar a la llum "llenta" emesa anteriorment durant una part de recessió de l'òrbita de l'estrela, que presentaria una image distorsionada i fòra de seqüència. És dir, les lleis de Kepler del moviment aparentment no es complirien per a un observador distant.

De Sitter va fer un estudi d'estreles dobles i no va trobar cap cas en el que les òrbites calculades de les estreles semblaren no ser keplerianas. Ya que s'esperaria que la diferència total de temps de vol entre senyals lluminoses "ràpides" i "llentes" escalara linealment en la distància en la teoria d'emissió simple, i l'estudi (estadísticament) havia inclós estreles en una dispersió raonable de distàncies i velocitats i orientacions orbitales, de Sitter va concloure que l'efecte "deuria" haver-se vist si el model fora correcte, i la seua absència significava que la teoria de les emissions era casi en certea errònea.

Notes

• Els experiments moderns del tipo de de Sitter refutan l'idea de que la llum podria viajar a una velocitat que depenguera parcialment de la velocitat de l'emissor (c'=c + kv), a on la velocitat de l'emissor v pot ser positiva o negativa, i k és un factor entre 0 i 1, que indica en quin medida la velocitat de la llum depén de la velocitat de la font. De Sitter va establir un llímit superior de k < 0,002, pero els efectes d'extinció fan que eixe resultat siga sospitós.
• L'experiment de de Sitter va ser criticat pels efectes d'extinció per J. G. Fox. És dir, durant el seu recorregut fins a la Terra, els rajos de llum haurien segut absorbits i reemitidos per la matèria interestelar casi en repòs sobre la Terra, de modo que la velocitat de la llum deuria tornar-se constant sobre la Terra, independentment del moviment de les font(s) original(és) sobre la Terra.
• En 1977, Kenneth Brecher va publicar els resultats d'un estudi similar sobre estreles binarias i va aplegar a una conclusió similar: que qualsevol irregularitat aparent en les òrbites de les estreles dobles era massa chicoteta per a respalar la teoria de les emissions. Contràriament a les senyes citades per De Sitter, Brecher va observar l'espectre de rajos X, eliminant aixina possibles influències de l'efecte d'extinció. Va establir un llímit superior de $k<2\times 10^{-9}$.
• També hi ha experiments terrestres que van en contra de tals teories (vore experiments per a posar a prova la teoria de l'emissió).