Suhteellisuusteoriaa arkielämässä

Seuraa 
Viestejä2431
Liittynyt11.4.2005

Tutkijat ovat mitanneet suhteellisuusteorian ennustamat liikkeestä ja gravitaatiosta johtuvat aikadilataatiot tarkemmin kuin koskaan aikaisemmin - ja tällä kertaa arkielämän nopeuksia ja korkeuseroja käyttäen! Mittaamiseen käytettiin kahta maailman tarkinta optista atomikelloa, joiden tarkkuus on ±1 s / 3,7 miljardia vuotta. Kokeet suoritti James Chin-Wen Choun johtama työryhmä NISTin laboratiossa.

Ensiksi tutkijat mittasivat liikkeestä johtuvan aikadilataation värähdyttämällä toisen kellon ionia sähkökentällä, jolloin ionin keskinopeus oli n. 10 m/s (35 km/h) ja mittasivat kuinka paljon kello jätättää verrattuna toiseen kelloon, jonka ioni pysyi paikoillaan kellossa. Värähdytetty kello jätätti 10^(-16) s / s. Tämän jälkeen tutkijat toistivat kokeen nopeuksilla 0-40 km/h ja totesivat tulosten olevan yhtäpitäviä suppean suhteelllisuusteorian ennusteiden kanssa.

Mitattuuaan liikkeestä johtuvan aikadilataation, tutkijat tekivät toisen kokeen testatakseen yleisen suhteellisuusteorian ennustusta - sitä, että korkeammalla olevan kellon pitäisi käydä nopeammin. Tämän testatakseen tutkijat asettivat toisen kellon ensin 17 sentin päähän toisesta vertikaalisesti ja mittasivat kellojen käyntinopeuden. Tämän jälkeen toinen kello nostettiin 33 senttiä vertikaalitasosta ylös ja kellojen käyntinopeudet mitattiin uudelleen. Tuloksena oli, että ylös nostettu kello edisti 4*10^(-17) s / s suhteessa alempaan kelloon - aivan kuten yleinen suhteellisuusteoria ennustaa. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että ylempi kello edistää 90 sekunnin miljardisosaa 80 vuoden aikana.

Saadakseen näin tarkat tulokset, kelloja käytettiin kymmeniä tunteja - joten tulos on "satavarma". Tutkijat yrittävät nyt lyhentää tätä aikaa, jolloin kelloja voitaisiin käyttää Maan gravitaatiokentän paikallisten vaihteluiden äärimmäisen tarkkaan mittaamiseen. Tällaisten kellojen maailmanlaajuinen verkosto voisi kartoittaa koko Maan gravitaatiokentän reaaliaikaisesti. "Geofysiikka ja maantiede voisi hyötyä suunnattomasti tällaisesta työkalusta", sanoo Gerald Gwinner Manitoban yliopistosta.

Lähde:
http://physicsworld.com/cws/article/news/43833

Alkuperäinen julkaisu:
http://www.sciencemag.org/cgi/content/a ... /5999/1630

∞ = ω^(1/Ω)

Sivut

Kommentit (135)

derz
Seuraa 
Viestejä2431
Liittynyt11.4.2005
David
Eipä tuo nyt ihan uusi lähestymistapa ole - näkemyksiä tai tulkintoja voi olla erilaisia.

http://www.lfs.fi/@Bin/31033/Atomikello ... 020107.pdf




"Tiedeyhteisö ei edes suostu keskustelemaan siitä, olisiko ajan muuttumisen sijasta kysymys puhtaasti aineen ja energian tavanomaisesta fysiikasta."

Kyllä tuo uusi koe tekee sen hyvin selväksi, että kyseessä on suhteellisuusteorioiden ennustamien aikadilataatioiden vaikutukset. Vai väitätkö, että suhteellisuusteoria ennusti kokeen tulokset sattumalta oikein mittaustarkkuuden ollessa luokkaa 10^(-17) s?

Laitetaanpa tuo vielä toisin: suhteellisuusteoria ennusti kokeen tulokset oikein tarkkuudella 1 / 100000000000000000. Todennäköisyys sille, että suhtis ennusti tulokset oikein sattumalta, on samaa luokkaa (yksi kymmenestä biljardista).

ps. ja kyse ei ole mistään näkemyksistä tai tulkinnoista, vaan matemaattisen mallin (s-teorian) raa'asta ennustusvoimasta!

∞ = ω^(1/Ω)

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
derz
David
Eipä tuo nyt ihan uusi lähestymistapa ole - näkemyksiä tai tulkintoja voi olla erilaisia.

http://www.lfs.fi/@Bin/31033/Atomikello ... 020107.pdf




"Tiedeyhteisö ei edes suostu keskustelemaan siitä, olisiko ajan muuttumisen sijasta kysymys puhtaasti aineen ja energian tavanomaisesta fysiikasta."

Kyllä tuo uusi koe tekee sen hyvin selväksi, että kyseessä on suhteellisuusteorioiden ennustamien aikadilataatioiden vaikutukset. Vai väitätkö, että suhteellisuusteoria ennusti kokeen tulokset sattumalta oikein mittaustarkkuuden ollessa luokkaa 10^(-17) s?

Laitetaanpa tuo vielä toisin: suhteellisuusteoria ennusti kokeen tulokset oikein tarkkuudella 1 / 100000000000000000. Todennäköisyys sille, että suhtis ennusti tulokset oikein sattumalta, on samaa luokkaa (yksi kymmenestä biljardista).
ps. ja kyse ei ole mistään näkemyksistä tai tulkinnoista, vaan matemaattisen mallin (s-teorian) raa'asta ennustusvoimasta!


No suhteellisuusteoria nyt tuppaa sotkemaan toisiinsa sellaiset käsitteet kuin tietty ajan hetki (jota ei ole olemassakaan) ja ajallinen kesto, joka taas on puhtaasti suhteellinen käsite. Se suhteellisuus jonkin prosessin osalta toki voi hyvinkin seurata toteutuneista matkaeroista, kuten tuossa sen ionin kohdalla verrattuna levossa olleeseen. Tässä tapauksessahan se levossa ollut on suhteellisesti absoluuttisessa asemassa siihen liikkeellä olleeseen nähden (ihan sama juttu kuin GPS-satelliittien osalta) ja toisaalta gravitaation vaikutusta vuorovaikutusten suhteelliseen hidastumiseen ei kait kukaan ole koettanutkaan kiistää.

Tuossa liittämässäni pdf:ssä muuten poikkeamaa käsiteltiin vain kellojen synkronoinnin osalta yhdensuuntaisliikkeessä ja esittämässäsi kokeessa oli kyse edestakaisesta värähtelyliikkeestä. Näiden virherajoja tai tarkkuuteen liittyviä asioita ei voi verrata keskenään. Pitäisi tehdä suhteellisuusteoreettinen koe nimenomaan tuon yhdensuuntaisliikkeen synkronoinni suhteen, jos siinäkään ei huomata atomikellojen lukemissa poikkeamaa suhteellisuusteoriasta niin sitten olen valmis lopettamaan epäilyni.

derz
Seuraa 
Viestejä2431
Liittynyt11.4.2005
David
No suhteellisuusteoria nyt tuppaa sotkemaan toisiinsa sellaiset käsitteet kuin tietty ajan hetki (jota ei ole olemassakaan) ja ajallinen kesto, joka taas on puhtaasti suhteellinen käsite.



Eikä sekoita. Yksittäisen tapahtuman ajanhetki on yksinkertaisesti sen aikakoordinaatti (x, y, z, t) tietyssä inertiaalikoordinaatistossa. Kahden tapahtuman välinen ajallinen kesto voidaan taas yksinkertaisimmillaan esittää muodossa ∆t = t[size=50:2qu3ou6n]1[/size:2qu3ou6n] - t[size=50:2qu3ou6n]0[/size:2qu3ou6n], missä t[size=50:2qu3ou6n]0[/size:2qu3ou6n] ja t[size=50:2qu3ou6n]1[/size:2qu3ou6n] olkoon vaikka kellon lukemat käytetyssä koordinaatistossa.

David
Se suhteellisuus jonkin prosessin osalta toki voi hyvinkin seurata toteutuneista matkaeroista, kuten tuossa sen ionin kohdalla verrattuna levossa olleeseen. Tässä tapauksessahan se levossa ollut on suhteellisesti absoluuttisessa asemassa siihen liikkeellä olleeseen nähden (ihan sama juttu kuin GPS-satelliittien osalta) ja toisaalta gravitaation vaikutusta vuorovaikutusten suhteelliseen hidastumiseen ei kait kukaan ole koettanutkaan kiistää.



"Suhteellisesti absoluuttinen"... mitäköhän tuokin nyt sitten tarkoittaa? Jos toisen kellon ioni on levossa meidän suhteen, niin totta kai sitä kelloa käytetään oman lepokoordinaatistomme vertailukellona.

David
Tuossa liittämässäni pdf:ssä muuten poikkeamaa käsiteltiin vain kellojen synkronoinnin osalta yhdensuuntaisliikkeessä ja esittämässäsi kokeessa oli kyse edestakaisesta värähtelyliikkeestä. Näiden virherajoja tai tarkkuuteen liittyviä asioita ei voi verrata keskenään. Pitäisi tehdä suhteellisuusteoreettinen koe nimenomaan tuon yhdensuuntaisliikkeen synkronoinni suhteen, jos siinäkään ei huomata atomikellojen lukemissa poikkeamaa suhteellisuusteoriasta niin sitten olen valmis lopettamaan epäilyni.



Liikkeen laadulla ei ole väliä: tärkeää on vain tietää ionin keskinopeus tietyltä aikaväliltä, iskeä mitattu keskinopeus sekä aikaväli sitten aikadilataation kaavaan ja verrata kellon lukemaa kaavan antamaan tulokseen. Helppoa! ...ja kuten jo todettu, niin tuo kaava antaa n. 99,999999999999999% tarkkuudella oikean tuloksen!

Voit siis jatkaa epäilyä, mutta luonto on jo monesti osoittanut toimivansa suhteellisuusteorian mukaisesti.

∞ = ω^(1/Ω)

Vierailija
derz

"Tiedeyhteisö ei edes suostu keskustelemaan siitä, olisiko ajan muuttumisen sijasta kysymys puhtaasti aineen ja energian tavanomaisesta fysiikasta."





Eikös tuo ajan muuttuminen tarkoita, (aineen, ja energian fysiikkaa)

Jos aika muuttuu, ilman sitä fyysistä kuvausta, niin mikä muuttuu?

Missä mielessä kellon käyntiero on aikaa, ellei ole fysiikasta kysymys?

Mutta muuten matemaattisena kuvauksena, tuo pitänee paikkansa. Siis suhtis.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
derz
"Suhteellisesti absoluuttinen"... mitäköhän tuokin nyt sitten tarkoittaa? Jos toisen kellon ioni on levossa meidän suhteen, niin totta kai sitä kelloa käytetään oman lepokoordinaatistomme vertailukellona.

No se tarkoittaa juuri sitä, eli mitään (globaalia) absoluuttista koordinaatistoa ei ole olemassa, mutta jos vain toinen kokee kiihdytyksiä eli tekee matkaa (matkan teko toisen suhteen ei nimittäin onnistu ilman kiihdyksiä, koska muutoin kyse on vain suhteellisesta liikkeestä) toisen suhteen, niin se joka ei ole muuttanut liiketilaansa on suhteellisesti absoluuttisessa asemassa siihen toiseen nähden tietysti.

derz
Liikkeen laadulla ei ole väliä: ....

On se hyvä että sinä tiedät että näin on, minä vain en ole sellaista osoitusta vielä nähnyt - en siis itse tiedä onko näin vai eikö ole. Aina niihin mittauksiin on kiihtyvä liike (oikeastaan pakostakin, kun laboratoriomittasuhteissa on pysyttävä) jollain tavoin liittynyt enkä siltä osin ole sitä mittaustarkkuutta kyseenalaistanutkaan, kuten en myöskään sitä gravitaation vaikutusta. Eikös gravitaatio ja kiihtyvyys pitäneet erään toisen pähkäilyn perusteella olla ekvivalentteja.

Vierailija
David
Eikös gravitaatio ja kiihtyvyys pitäneet erään toisen pähkäilyn perusteella olla ekvivalentteja.

Parempi olisi todeta vain, että painavan ja hitaan massan suhde kokeiden mukaan on 1 tai ainakin erittäin lähellä sitä. Inertian olemus itsessään on vielä ratkaisematon ongelma, varsinkaan kun Higgsin kenttää ei olla kokeellisesti löydetty.

Jos Higgsin ("eetteri")kenttä muutenkin epäilyttää, niin kannattaa tsekata esim. seuraava Dennis Sciaman paperi (vuodelta 1953), jossa hän esittää simppelin mallin, jossa kappaleen inertia johtuisi kaukaisten massojen gravitaatiovuorovaikutuksesta kappaleen kanssa (inertia olisi gravitaation indusoimaa):

http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1953MNRAS.113...34S

Paperissa oletetaan gravitaatiokentälle skalaari- ja vektoripotentiaali (sekä vastaavat gravitoelektrinen ja gravitomagneettinen kenttä) analogisesti elektrodynamiikan kanssa. Lisäksi kunkin kappaleen kokonaisenergia (ja samalla gravitaatiokenttä ja kokonaisvoima) sen omassa lepokoordinaatistossa on nolla, minkä lisäksi oletetaan isotrooppinen ja homogeeninen universumi. Tämä "lelumalli" ennustaa YST:stä poiketen (inertian syyn lisäksi) mm. että gravitaatiovakio riippuisi universumin kokonaismassasta ja ekvivalenssiperiaate on seurausta mallista eikä sitä tarvitse etukäteen olettaa.

Tuo Dennis Sciama muuten ei ollut ihan kuka tahansa Havukka-Ahon ajattelija, vaan hänen väitöskirjansa ohjasi Paul Dirac ja hän itse toimi mm. Stephen Hawkingin, Martin Reesin ja David Deutschin väitöskirjan ohjaajana...

Vierailija

Paljonko kello olisi hidastunut, jos joku olisi lyönyt lekalla kylkeen?
En itse allekirjoita tuon kokeen vielä todistavan mitään minkään suhteen. Mutta jos kokeet ovat noinkin yksinkertaisia, niin niitä on helppo jatkaa. Kiihdyttää ionia paljon enemmän ja nostaa kelloa paljon korkeammalle. Silloinhan niiten pitäisi siltikkin noudattaa suhtista. Satojen tai tuhansien kokeiden teoreettisten arvojen saaminen on jo luotettava todiste.

derz
Seuraa 
Viestejä2431
Liittynyt11.4.2005
kabus
En itse allekirjoita tuon kokeen vielä todistavan mitään minkään suhteen. Mutta jos kokeet ovat noinkin yksinkertaisia, niin niitä on helppo jatkaa. Kiihdyttää ionia paljon enemmän ja nostaa kelloa paljon korkeammalle. Silloinhan niiten pitäisi siltikkin noudattaa suhtista. Satojen tai tuhansien kokeiden teoreettisten arvojen saaminen on jo luotettava todiste.



Aikadilataatio mitattiin ionin keskinopeuksilla 0-10 m/s ja joka kerta kelloja käytettiin kymmeniä tunteja... ja joka kerta tulos oli suhteellisuusteorian mukainen. Kyllä tuo on jo "luotettava todiste".

...ja mitä tulee kellojen nostamiseen korkeammalle, niin koko kokeen idea oli mitata gravitaatiosta johtuva aikadilataatio alle metrin mittakaavassa.

∞ = ω^(1/Ω)

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
kabus
Paljonko kello olisi hidastunut, jos joku olisi lyönyt lekalla kylkeen?
En itse allekirjoita tuon kokeen vielä todistavan mitään minkään suhteen. Mutta jos kokeet ovat noinkin yksinkertaisia, niin niitä on helppo jatkaa. Kiihdyttää ionia paljon enemmän ja nostaa kelloa paljon korkeammalle. Silloinhan niiten pitäisi siltikkin noudattaa suhtista. Satojen tai tuhansien kokeiden teoreettisten arvojen saaminen on jo luotettava todiste.

Niin ja vähintäänkin nyt sitten suorittaa se suora mittaus, johon ei sisälly edestakasin kiihdyttelyä yms. tekijöitä joilla saattaa olla vaikutusta mittaustilantulokseen. Tuollaista suoraa koetta (eli vaikuttaako lähteen perusnopeus nillään tavaoin valon nopeuteen) ei ilmeisesti uskalleta tehdä (vaikka mittaustarkkuus ilmeisesti nykytekniikalla ainakin avaruudessa olisi jo riittävä), siinä pelossa että jos se vaikka sattuisikin falsioimaan koko teorian tai ainakin merkittävästi vähentäisi sen käytettävyyttä.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005

Sitä paitsi, jos tarkastellaan pelkästään nopeuksia huomioimatta kiihtyvvyden vaikutusta niin kuvitellaanpa tilanne, jossa tämä "liikkumaton" kello tekee 1000 tikitystä kun "liikkuva" kello tekee 500 tilkitystä.

Koska nopeus on suhteellista, niin "hidastuneen" kellon mukaan toinen kello tekee siis vastaavasti tuhannen tikityksen aikana 2000 tikitystä.

Nyt siis symmetrisessä tarkastelussa molemmat kellot voidaan tulkita liikkuviksi ja molemmissa siis "aika" sekä hidastu että nopeutui.

No tuohan selittyy tarkaselemalla sitä kumpi inertiaalikoordinaastiston vaihtoi, valitettavasti tämä inertiaalikoordinaatiston vaihtaminen on juurikin sitä kiihdyttämistä, inertiaalikoordinaatiston vaihtaminen kun ei muuten onnistu (eikä myöskään se todellinen matkan teko suhteessa toiseen).

Kellojen prosessien hidastuminen ei siis liity aikaan (koska aika on subjektiivinen käsite) vaan johonkin muuhun entiteettiin (vaikkapa sitten siihen sm-aallon tapaan liikkua), jolla on merkistystä kellojen prosessoinnin kannalta.

Vierailija
David
No tuohan selittyy tarkaselemalla sitä kumpi inertiaalikoordinaastiston vaihtoi, valitettavasti tämä inertiaalikoordinaatiston vaihtaminen on juurikin sitä kiihdyttämistä, inertiaalikoordinaatiston vaihtaminen kun ei muuten onnistu (eikä myöskään se todellinen matkan teko suhteessa toiseen)..

Jos lisää halutaan ruveta spekuloimaan metafysiikalla, niin pitäisi vielä kysyä kiihdyttämistä minkä suhteen?

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Kuuba-Pete
David
No tuohan selittyy tarkaselemalla sitä kumpi inertiaalikoordinaastiston vaihtoi, valitettavasti tämä inertiaalikoordinaatiston vaihtaminen on juurikin sitä kiihdyttämistä, inertiaalikoordinaatiston vaihtaminen kun ei muuten onnistu (eikä myöskään se todellinen matkan teko suhteessa toiseen)..

Jos lisää halutaan ruveta spekuloimaan metafysiikalla, niin pitäisi vielä kysyä kiihdyttämistä minkä suhteen?

No ei oikeastaan tarvitse, kiihdyttäminen on (tai pitäisi olla vaiikka suhtis lähtee tässäkin osittain eri linjoille toisistaan poikkeavien liikemäärämuutosten myötä) absoluuttista (siis minkä tahansa inertiaalikoordinaatiston suhteen), kuten hyvin tiedät. Kiihtyvien koordinaatistojen suhteen tilanne on tietysti toinen, mutta sellainen tarkastelu ei ole erityisen mielekäs tässä yhteydessä jo siitäkään syystä, että näennäiskiihtyvyydetkin pitäisi erikseen huomioida.

Vierailija
David
No ei, kiihdyttäminen on absoluuttista (siis minkä tahansa inertiaalikoordinaatiston suhteen), kuten hyvin tiedät.

Niin, onko kiihdyttäminen todella absoluuttista? Kappale kuitenkin sattuu olemaan omassa lepokoordinaatistossaan levossa, kun taas ympäristö näyttää kiihtyvän ko. koordinaatistossa (esim. vapaassa pudotuksessa).

Vallitseva käsitys tietysti on, että kiihtyvyys on absoluuttista. Mutta ei ole kirkossa kuulutettu, etteikö esim. Newtonin liikeyhtälö olisi vain lokaalisti pätevä approksimaatio (jossa kiihtyvyys on suhteessa kaukaisiin galakseihin eikä absoluuttiseen avaruuteen...).

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Kuuba-Pete
Niin, onko kiihdyttäminen todella absoluuttista? Kappale kuitenkin sattuu olemaan omassa lepokoordinaatistossaan levossa, kun taas ympäristö näyttää kiihtyvän ko. koordinaatistossa.

No tuo on aika helppo ampua alas, sillä että jostain pitäisi tulla pirun suuri liikemäärää muuttava impulssi ennen kuin koko universumi lähtisi esim. kiihtymään suhteessa luotiin, jonka oma liikemäärän muutos on yleensä peräisin aineeseen varastoituneesta energiasta kuten vaikkapa ruudissa.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat