Testes Experimentais da Relatividade Geral

A relatividade geral passou por um século de testes cada vez mais precisos, desde a deflexão da luz estelar e a precessão da órbita de Mercúrio até o desvio para o vermelho gravitacional, o atraso temporal de sinais, o arrasto de referenciais e as ondas gravitacionais.

Definition

Os testes experimentais da relatividade geral são observações e medições que comparam as previsões da teoria com alternativas, quantificadas no campo fraco pelos parâmetros pós-newtonianos parametrizados e no campo forte pela cronometragem de pulsares e observações de ondas gravitacionais.

Scope

Este tópico abrange os três testes clássicos (precessão do periélio de Mercúrio, deflexão da luz, desvio para o vermelho gravitacional), o atraso temporal de Shapiro, o arrasto de referenciais e a precessão geodésica medidos pela Gravity Probe B e pelo alcance a laser lunar, a cronometragem de pulsares binários e a estrutura pós-newtoniana parametrizada usada para comparar teorias da gravidade com dados.

Core questions

• Quais foram os testes clássicos originais que estabeleceram a relatividade geral?
• Como é quantificada a concordância entre teoria e experimento?
• Quais regimes de campo forte fornecem os testes modernos mais rigorosos?

Key concepts

• Precessão do periélio
• Deflexão da luz
• Desvio para o vermelho gravitacional
• Atraso temporal de Shapiro
• Arrasto de referenciais
• Parâmetros pós-newtonianos parametrizados

Key theories

Testes clássicos

A relatividade geral prevê corretamente a precessão anômala do periélio de Mercúrio, a deflexão da luz estelar que roça o Sol confirmada no eclipse de 1919, e o desvio para o vermelho gravitacional da luz que emerge de um poço de potencial.

Estrutura pós-newtoniana parametrizada

Um conjunto de parâmetros adimensionais caracteriza o limite de campo fraco e movimento lento de qualquer teoria métrica da gravidade, permitindo que medições do sistema solar restrinjam desvios da relatividade geral com alta precisão.

Clinical relevance

Os efeitos relativísticos confirmados não são meramente acadêmicos: o desvio para o vermelho gravitacional e a dilatação do tempo devem ser corrigidos no GPS e em outros sistemas de navegação por satélite, e o arrasto de referenciais e a deflexão da luz informam a astrometria de precisão e a interpretação de fontes astrofísicas de gravidade forte.

History

A explicação de Einstein em 1915 para o periélio de Mercúrio foi o primeiro sucesso; a expedição do eclipse de Eddington em 1919 confirmou a deflexão da luz e tornou Einstein famoso; o experimento de Pound-Rebka mediu o desvio para o vermelho em 1959, Shapiro propôs o atraso temporal em 1964, e os resultados de pulsares binários e da Gravity Probe B estenderam os testes para o final do século XX e início do século XXI.

Key figures

• Albert Einstein
• Arthur Eddington
• Irwin Shapiro
• Clifford Will

Seminal works

• dyson1920
• will2014

Frequently asked questions

Por que a expedição do eclipse de 1919 foi tão importante?

Medir a deflexão da luz estelar perto do Sol exigia bloquear o brilho do Sol, o que um eclipse proporciona; o resultado correspondeu à previsão de Einstein de duas vezes o valor newtoniano, dando a primeira confirmação dramática da relatividade geral e fama mundial a Einstein.

A relatividade geral já falhou em algum teste?

Nenhum teste mostrou um desvio confirmado; a teoria concorda com todas as medições do sistema solar, de pulsares binários e de ondas gravitacionais com a precisão atual, embora as buscas continuem porque a unificação da gravidade com a mecânica quântica pode eventualmente exigir modificações.