Wird Einsteins Theorie wirklich durch das jüngste Papier in den Nachrichten in Frage gestellt?

Ein kürzlich von Niayesh Afshordi und Joao Magueijo verfasstes Papier ist in den Nachrichten und behauptet, Einsteins Theorie über die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in Frage zu stellen. Es besagt, dass Licht während der Anfangsphase des Urknalls möglicherweise schneller gereist ist, was anscheinend die Inflationshypothese außer Kraft setzt.

Meine Frage ist, ob es tatsächlich Einsteins Relativitätstheorie ungültig macht - die von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit abhängt. Oder ist es nur auf das sehr frühe Universum anwendbar?

Antworten (3)

Magueijo kam vor fast zwanzig Jahren auf die Idee der variablen Lichtgeschwindigkeit. Die Motivation war, die Homogenität des Universums zu erklären. Damals war die Inflation noch etwas umstritten (vielleicht ist sie es immer noch) und Magueijos Theorie war hauptsächlich als Alternative zur Inflation gedacht.

Seitdem hat sich die Inflation mehr und mehr durchgesetzt und VSL-Theorien sind im Allgemeinen weniger populär geworden. Es wird jedoch gemunkelt, dass die Inflation eine so vage Theorie ist, dass es unmöglich ist, sie experimentell zu beweisen. Das heißt, die Theorie hat so viele einstellbare Parameter, dass es schwer zu erkennen ist, welche experimentellen Daten sie endgültig ausschließen würden. In diesem Zusammenhang finden VSL-Theorien wieder mehr Beachtung.

Aber es muss betont werden, dass es keinen experimentellen Beweis gibt, der die Inflations- oder VSL-Theorien endgültig ausschließt oder ausschließt. Sie bleiben beide Ideen, die einige Funktionen auf ansprechende Weise erklären, aber keine ist im Moment mehr als eine ansprechende Idee.

Was den Konflikt mit der allgemeinen Relativitätstheorie angeht, befassen sich beide Theorien mit den frühesten Momenten nach dem Urknall, und ich vermute, dass die meisten Physiker bereits bezweifeln, dass GR bis zum Urknall selbst zurückhalten wird. Wir erwarten, dass eine gewisse Quantengravitation schon sehr früh wichtig wird. Ich bin mir also nicht sicher, ob ich sagen würde, dass VSL-Thories GR herausfordern.

Das neue Element in Magueijos Artikel ist eine sichere Vorhersage über die Wirkung von VSL auf den kosmischen Mikrowellenhintergrund. Während die aktuellen Messungen des CMB nicht präzise genug sind, um Magueijos Vorhersagen zu testen, könnte die nächste Generation von Messungen es sein. Aber selbst wenn die Messungen mit Magueijos Vorhersage übereinstimmen, wird das nur zeigen, dass seine VSL-Theorie möglich ist, nicht, dass sie wahr ist. Sein prognostizierter Wert für den Spektralindex wäre auch noch mit einer Reihe von Inflationstheorien vereinbar.

Was sagt Ihrer Meinung nach Occams Rasiermesser aus? "Die einfachste Erklärung aller Beobachtungen ist meist die richtige." "So viele einstellbare Parameter" ist normalerweise ein schlechtes Omen für eine grundlegende Theorie ...
Ich würde argumentieren, dass Inflation keine "Theorie" ist. Was jedoch unbestreitbar ist, ist, dass es immer "unmöglich ist, eine Theorie experimentell zu beweisen". Ich denke, du meinst fast unmöglich zu fälschen.
Es gibt experimentelle Beweise für VSL-Theorien: Optische Uhren gehen langsamer, wenn sie niedriger sind. Siehe das Interview mit David Wineland : "Wenn eine Uhr in einem Labor 30 Zentimeter höher ist als die Uhr im anderen Labor, können wir den Unterschied in den Geschwindigkeiten sehen, mit denen sie laufen . " Eine optische Uhr ist kein kosmischer Gaszähler, durch den die Zeit fließt. Es wird langsamer, wenn es niedriger ist, weil das Licht langsamer wird, wenn es niedriger ist, aus keinem anderen Grund.
Das ist die Koordinatenlichtgeschwindigkeit, nicht die lokale Lichtgeschwindigkeit. Wir sind uns alle einig, dass die Koordinatengeschwindigkeit des Lichts variiert – der beste Beweis dafür ist der Gravitationslinseneffekt, der genau aus diesem Grund auftritt. Das ist jedoch nicht das, was Magueijos Theorie besagt. Seine Theorie besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht mehr lokal invariant ist.
Grundsätzlich gibt es in der Wissenschaft drei Arten von Aussagen, „widerlegt“, „noch nicht widerlegt“ und „kann nicht widerlegt werden, also ignorieren wir es“?
Ich stimme Ihrem vierten Absatz nicht ganz zu. Ich verstehe die PRD nicht ganz, aber sie scheint einer „bimetrischen“ Theorie ziemlich verpflichtet zu sein, was für mich nach einem endgültigen Bruch mit der strengen GR klingt. Dass es nur in Regimen passiert, in denen die Menschen erwarten, dass GR zusammenbricht, ist eine andere Sache. Auf der anderen Seite ist mir weniger klar, wie kompatibel Inflation tatsächlich mit GR ist.
@JanDvorak Scheint so. Letzteres „kann nicht widerlegt werden“ bedeutet im Grunde „schließt keine Möglichkeit aus“. Welchen Nutzen und welche Vorhersagekraft hätte eine Theorie, die nichts als unmöglich markiert?
@JanDvorak: Ich würde sie als "veraltet", "scheint derzeit am sinnvollsten zu sein" und "wer weiß" bezeichnen.
@John Rennie: Einstein nannte es die Lichtgeschwindigkeit und nicht die Koordinatenlichtgeschwindigkeit. Die lokale Lichtgeschwindigkeit ist nur konstant wegen der Tautologie , bei der die lokale Lichtbewegung verwendet wird, um die Sekunde und das Meter zu definieren, die dann verwendet werden, um ... die lokale Lichtbewegung zu messen. Duh! Wenn es also darum geht, zwischen dem, was Sie sagen, und dem, was Einstein gesagt hat, zu entscheiden, werde ich mich für Einstein entscheiden, danke.
@JohnDuffield: Es ist keine Tautologie. Wenn ich Ihnen einen Meter langen Messstab und eine Uhr gebe, können Sie messen, wie lange das Licht braucht, um von einem Ende Ihres Stabs zum anderen zu gelangen, und so die Lichtgeschwindigkeit messen. Überall, wo Sie Stab und Uhr in eine gekrümmte Raumzeit bringen, messen Sie die gleiche Geschwindigkeit mit demselben Stab und derselben Uhr. Sie können jede Art von Uhr, Uhrwerk, Atomuhr, was auch immer und ebenso alles für Ihren Maßstab verwenden. Es spielt keine Rolle. Sie werden mir immer die Lichtgeschwindigkeit messen c .
@John Rennie: Es ist eine Tautologie . Sie messen die Lichtgeschwindigkeit mit c, wenn Sie eine optische Uhr verwenden. Gehen Sie an einen niedrigeren Ort, an dem das Licht langsamer wird, und Ihre optische Uhr geht auch langsamer. Dasselbe gilt für eine Atomuhr, die im Wesentlichen eine optische Mikrowellenuhr ist. Dasselbe gilt für eine piezoelektrische Uhr, weil Sie es immer noch mit Elektromagnetismus zu tun haben. Dasselbe gilt für ein Uhrwerk wegen der Wellennatur der Materie. Einstein lag nicht falsch. Wenn Sie sagen, dass er es war, sind Sie im selben Lager wie Pentcho Valev.

Wird Einsteins Theorie wirklich durch das jüngste Papier in den Nachrichten in Frage gestellt?

Nein. Weil Einsteins Theorie eine VSL-Theorie ist. Sehen Sie sich die digitalen Papiere von Einstein an . Einstein schrieb dies 1920, beachten Sie den zweiten Absatz:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Er sagte, die Krümmung von Lichtstrahlen könne nur in Räumen auftreten, in denen die Lichtgeschwindigkeit räumlich variabel sei. Sehen Sie sich auch die Shapiro-Verzögerung an, wo Sie nachlesen können, dass nach der allgemeinen Theorie die Geschwindigkeit einer Lichtwelle von der Stärke des Gravitationspotentials auf ihrem Weg abhängt. Jeder, der Ihnen sagt, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht variiert, erzählt Ihnen von "moderner" GR, die nicht mit Einsteins GR übereinstimmt. Sie könnten darauf bestehen, dass es so ist, aber das ist es nicht.

Ein kürzlich von Niayesh Afshordi und Joao Magueijo verfasstes Papier ist in den Nachrichten und behauptet, Einteins Theorie über die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in Frage zu stellen. Es besagt, dass Licht während der Anfangsphase des Urknalls möglicherweise schneller gereist ist

Ich fürchte, sie haben das falsch verstanden. Licht geht langsamer, wenn es niedriger ist. Denn die Energiedichte ist höher. Also hätte das Licht im frühen Universum auch langsamer werden müssen. Wenn sie sagen, dass es schneller ging, dann missverstehen sie meiner Meinung nach Einsteins Theorie, anstatt sie in Frage zu stellen.

was die Inflationshypothese offenbar außer Kraft setzt.

Die Inflation steht dieser Tage etwas unter Druck. Siehe Physicist Slams Cosmic Theory He Helped Conceive , wo Paul Steinhardt ziemlich kritisch ist. Ich persönlich denke eher, dass man, wenn man GR richtig versteht, keine Inflation braucht – es ist eine Lösung für ein Problem, das nicht existiert.

Meine Frage ist, ob es tatsächlich Einsteins Relativitätstheorie ungültig macht, die von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit abhängt.

Nein, tut es nicht, denn Einsteins Relativitätstheorie hängt nicht von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ab. Ein weiterer lesenswerter Artikel ist: Ist die Lichtgeschwindigkeit überall gleich? von Don Koks auf der "Baez" PhysicsFAQ-Website. Die Antwort ist nein.

Oder ist es nur auf das sehr frühe Universum anwendbar?

Ich wüsste keinen Grund, warum das so sein sollte.

Die Autoren haben Einsteins Theorie nicht falsch verstanden. Ob es vorhersagt, dass die Lichtgeschwindigkeit im frühen Universum konstant oder langsamer sein sollte, sie stellen diese Hypothese eindeutig immer noch in Frage, indem sie sagen, dass es eine Möglichkeit gibt, dass es schneller war (Anfechtung durch Widerspruch). Darüber hinaus ist die Konstanz in GR vorhanden, weil es verwendet c als überall konstanter Wert. Es ist nicht die beobachtete Geschwindigkeit, die sich in diesem Dokument ändert, sondern die lokal gültige Geschwindigkeit. Der Wert von c selbst ist theoretisch variabel; eine Funktion der Zeit. Etwas, das in Einsteins GR überhaupt nicht zu sehen ist
Der Grund, warum wir es nur für das sehr frühe Universum als gültig ansehen könnten, ist, dass die Konstanz der lokalen Lichtgeschwindigkeit mit so vielen Beobachtungen übereinstimmt. Die beobachtete Geschwindigkeit kann sich zwar ändern, wenn man sie von einem anderen Gravitationspotential aus betrachtet; es kann räumlich variabel sein, aber dies spricht von zeitlicher Variabilität
Das Zitat, das Sie gepostet haben, bestätigt tatsächlich, dass die Lichtgeschwindigkeit für geeignete lokale Koordinatensysteme auf jeder Weltlinie lokal konstant ist. Das meinen alle, wenn sie sagen, dass es konstant ist. Und es wurde von GR angenommen, dass das sehr frühe Universum dieser Idee folgte und dass die Lichtgeschwindigkeit in jedem gegebenen Rahmen während dieser Zeit lokal gleich war. Das Papier behauptet, dass es in der Vergangenheit schneller sein könnte, was bedeutet, dass die Geschwindigkeit selbst in einem richtigen Minkowski-Frame zu diesen frühen Zeiten höher wäre als c . Nicht als Ergebnis lokaler Gravitationsstörungen
Zur Vermeidung von Zweifeln ist GR keine VSL-Theorie in dem Sinne, wie Magueijo den Begriff verwendet. GR basiert auf dem Prinzip, dass die Mannigfaltigkeit überall lokal Minkowski ist, und dies bedeutet, dass die Lichtgeschwindigkeit überall lokal gleich ist c . Das ist gemeint, wenn die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Der zitierte Artikel bezieht sich auf die Koordinatenlichtgeschwindigkeit, und die kann tatsächlich stark davon abweichen c . In einer VSL-Theorie gilt dieses Prinzip der lokalen Invarianz nicht mehr. Das ist der Hauptunterschied zwischen einer VSL-Theorie und GR.
@ Jim: Eine Gravitationswelle ist ein Beispiel für eine zeitliche Variabilität der Lichtgeschwindigkeit. Sehen Sie sich Gravitationswellen und Pulsare an . Entfernte Pulsare scheinen sich schneller zu bewegen, wenn die Gravitationswelle durch Sie hindurchgeht, weil Ihre optischen Uhren langsamer gehen, und Sie auch. Siehe auch arxiv.org/abs/0705.4507 , wo sich Magueijo und Moffat auf die Tautologie beziehen, bei der wir die lokale Lichtbewegung verwenden, um unsere Sekunde und unser Metrum zu definieren, und sie dann verwenden, um die lokale Lichtbewegung zu messen.
Ich muss mich nicht auf diese Tautologie beziehen, weil die Definitionen von Metrum und Sekunde hier nicht herangezogen wurden. Was das Pulsar-Ding angeht, das ist immer noch räumliche Variabilität. Die Lichtgeschwindigkeit variiert an bestimmten Orten. Das Phänomen, das dies verursacht, ist vorübergehend, wodurch die Varianz eine indirekte Zeitabhängigkeit aufweist, aber es ist nicht dasselbe wie zu sagen: "Selbst in einer Minkowski-Region des Weltraums würde die Lichtgeschwindigkeit variabel erscheinen."
@John Rennie: Siehe den Auszug in meiner Antwort oben, wo Einstein sagt, dass die spezielle Relativitätstheorie _"in der realen Welt nirgendwo genau realisiert wird". Die spezielle Relativitätstheorie gilt nur im Infinitesimal. Die Lichtgeschwindigkeit ist nur im unendlich kleinen konstant. Der fallende Beobachter kann die erste Ableitung der Potentialänderung in c nicht direkt messen, aber er unterliegt der zweiten Ableitung der potentiellen Gezeitenkraft, die nicht wegtransformiert werden kann. Siehe meine Antwort hier, wo ich mich auf Einstein beziehe, der dies sagt.
@Jim: IMHO sollten Sie beachten, dass die Tautologie der Grund ist, warum Sie keine lokale Änderung von c messen können, sei es räumlich oder zeitlich. Nein, die Gravitationswelle ist nicht dasselbe wie das expandierende Universum, aber es ist eine Situation, in der die räumliche Energiedichte mit der Zeit variiert. Im expandierenden Universum besagt die Energieerhaltung, dass die räumliche Energiedichte kontinuierlich abnimmt. Das ist so, als würde man sich von einem Schwarzen Loch entfernen, aber Raum gegen Zeit tauschen. NB: Ich weiß, dass die Leute von dunkler Energie sprechen, aber ich kenne keine Situationen, in denen Energie nicht gespart wird.
Energieerhaltung würde bedeuten, dass die Energiedichte wie abfällt 1 a 3 . Dies gilt für die Materie; allerdings fällt die Energiedichte der Strahlung gerne ab 1 a 4 , was bedeutet, dass selbst wenn Sie die ungefähr konstante Energiedichte der dunklen Energie ignorieren, Sie immer noch anerkennen müssen, dass die in Materie und Strahlung enthaltene Gesamtenergie (Strahlung bezieht sich auf jede Energie, die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegt) in einem expandierenden Universum abnimmt
Und wieder einmal wurde die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit experimentell bestimmt, BEVOR die Definitionen von Meter und Sekunde geändert wurden, um sich darauf zu beziehen. Wir wussten, dass es konstant war, also haben wir neu definiert, um die Unsicherheit zu beseitigen c , nicht um seine Beständigkeit zu erzwingen.
Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht; Die weitere Diskussion der bereits gemachten Punkte wird in den Chat verschoben.

Einsteins Postulat der konstanten Lichtgeschwindigkeit von 1905 ist in der Tat falsch, aber Magueijos Behauptung, dass die Lichtgeschwindigkeit in der Vergangenheit höher war, hat damit nichts zu tun. Einsteins Postulat besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit für jeden Beobachter, stationär oder bewegt, gleich ist – eine Behauptung, die auf folgende Weise leicht zu widerlegen ist:

Der zunächst ruhende Beobachter (Empfänger) bewegt sich mit der Geschwindigkeit v auf die Lichtquelle zu:

http://www.einstein-online.info/images/spotlights/doppler/doppler_static.gif (stationärer Beobachter)

http://www.einstein-online.info/images/spotlights/doppler/doppler_detector_blue.gif (bewegter Beobachter)

Zwei Hypothesen sind denkbar:

Hypothese 1 (Newtonsche Emissionstheorie): Die Lichtgeschwindigkeit relativ zum Beobachter verschiebt sich von c nach c'=c+v.

Hypothese 2 (Einsteins Relativitätstheorie): Die Lichtgeschwindigkeit relativ zum Beobachter verschiebt sich nicht (c'=c).

Um die beiden Hypothesen zu testen, misst der Beobachter die Frequenz – sie verschiebt sich von f nach

f' = c'/λ = (c+v)/λ = f(1+v/c) :

Zitat: "Bewegter Beobachter. Nehmen wir nun an, die Quelle ist fest, aber der Beobachter bewegt sich mit der Geschwindigkeit v auf die Quelle zu. In der Zeit t passieren ct/λ-Wellen einen festen Punkt. Ein sich bewegender Punkt fügt ein weiteres vt/λ hinzu. Also f' =(c+v)/λ."

Zitat: „Sehen wir uns nun an, was dies mit der Frequenz des Lichts macht. Wir wissen, dass Beobachter, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, auch ohne spezielle Relativitätstheorie unterschiedliche Frequenzen messen. (Das ist der Grund, warum sich die Tonhöhe eines Krankenwagens ändert, wenn er an Ihnen vorbeifährt ändert sich nicht, wenn Sie im Krankenwagen sitzen.) Dies wird als Doppler-Verschiebung bezeichnet, und für kleine Relativgeschwindigkeiten v lässt sich leicht zeigen, dass sich die Frequenz von f nach f(1+v/c) verschiebt (sie geht nach oben). zu dir hin, von dir weg nach unten). Es gibt relativistische Korrekturen, aber diese sind hier vernachlässigbar.“

Messungen des Doppler-Effekts bestätigen eindeutig Hypothese 1 und widerlegen Hypothese 2. Einsteins Relativitätstheorie basiert auf einem falschen Postulat und muss insgesamt verworfen werden.

Ja, die spezielle Relativitätstheorie sagt den Dopplereffekt von sich bewegenden Quellen/Detektoren perfekt voraus und erklärt ihn. Wenn Sie eine Theorie widerlegen wollen, indem Sie zeigen, dass sie nicht durch Beobachtungen gestützt wird, versuchen Sie, Beobachtungen zu verwenden, die nicht explizit vorhergesagt und durch diese Theorie gut erklärt werden
Siehe diesen Baez-Artikel , in dem Don Koks erklärt, dass c in der speziellen Relativitätstheorie nicht einmal konstant ist: „Die Lichtgeschwindigkeit hängt von der Position ab, wenn sie von einem nicht-trägen Beobachter gemessen wird, eine Tatsache, die routinemäßig von Lasergyroskopen verwendet wird, die den Kern einiger Trägheitsnavigation bilden Systeme... Beobachtungen aus einem Trägheitssystem... erzeugen eine Lichtgeschwindigkeit, die immer c... aber das beschleunigte System ist natürlicher für unsere Beschreibung der Welt um uns herum.Schließlich leben wir nicht unsere lebt im freien Fall" .
Wird Einsteins Theorie wirklich durch das jüngste Papier in den Nachrichten in Frage gestellt?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v