experimento de doble estrella de De Sitter

El efecto de Sitter fue descrito por Willem de Sitter en 1913 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} (así como por Daniel Frost Comstock en 1910 ^{[ 5 ]} ) y utilizado para apoyar la teoría especial de la relatividad frente a una teoría de emisión rival de 1908 de Walther Ritz que postulaba una velocidad de la luz variable dependiente de la velocidad del objeto emisor. De Sitter demostró que la teoría de Ritz habría predicho que las órbitas de las estrellas binarias parecerían más excéntricas de lo que concuerda con el experimento y con las leyes de la mecánica , y habrían sido inconsistentes con las observaciones astronómicas. Esto fue confirmado por Kenneth Brecher en 1977 mediante la observación de espectros de rayos X. ^{[ 6 ]} Para otros experimentos relacionados con la relatividad especial, véase pruebas de la relatividad especial .

El argumento de Willem de Sitter contra la teoría de la emisión. Según la teoría de la emisión simple, la luz se mueve a una velocidad c con respecto al objeto emisor. Si esto fuera cierto, la luz emitida por una estrella en un sistema binario desde diferentes puntos de su órbita viajaría hacia nosotros a velocidades distintas. Para ciertas combinaciones de velocidad orbital, distancia e inclinación, la luz "rápida" emitida durante la aproximación superaría a la luz "lenta" emitida durante la fase de alejamiento de la órbita de la estrella. Por lo tanto, las leyes del movimiento de Kepler aparentemente se violarían para un observador distante. Se observarían muchos efectos extraños, entre ellos: (a) como se ilustra, curvas de luz de estrellas variables con formas inusuales, como nunca antes se habían visto; (b) desplazamientos Doppler extremos al rojo y al azul en fase con las curvas de luz, lo que implica órbitas altamente no keplerianas; (c) desdoblamiento de las líneas espectrales (nótese la llegada simultánea de luz desplazada al azul y al rojo al objetivo); y (d) si el sistema estelar binario es resoluble en un telescopio, la ruptura periódica de las imágenes estelares en múltiples imágenes. ^{[ 7 ]}

Según la teoría de emisión simple , la luz emitida por un objeto debería moverse a una velocidad de${\displaystyle c}$con respecto al objeto emisor. Si no hay efectos de arrastre que compliquen la situación , se esperaría que la luz se moviera a esta misma velocidad hasta que finalmente llegara a un observador. Para un objeto que se mueve directamente hacia (o alejándose de) el observador en${\displaystyle v}$, entonces se esperaría que esta luz aún viajara a${\displaystyle (c+v)}$( o${\displaystyle (cv)}$) en el momento en que nos llegó.

En 1913, Willem de Sitter argumentó que, de ser cierto, una estrella que orbita en un sistema binario, desde nuestra perspectiva, alternaría entre acercarse y alejarse de nosotros. La luz emitida desde diferentes puntos de su órbita viajaría hacia nosotros a velocidades distintas. Para una estrella cercana con una velocidad orbital pequeña (o cuyo plano orbital fuera casi perpendicular a nuestra línea de visión), esto podría simplemente hacer que su órbita pareciera errática; sin embargo, para una combinación suficiente de velocidad orbital, distancia e inclinación, la luz "rápida" emitida durante el acercamiento podría alcanzar e incluso superar la luz "lenta" emitida anteriormente durante la fase de alejamiento de la órbita, y la estrella presentaría una imagen distorsionada y fuera de secuencia. Es decir, las leyes del movimiento de Kepler aparentemente se violarían para un observador distante.

De Sitter realizó un estudio de estrellas binarias y no encontró ningún caso en el que las órbitas calculadas de las estrellas parecieran no keplerianas. Dado que, según la teoría de emisión simple, se esperaría que la diferencia total en el tiempo de vuelo entre las señales de luz "rápidas" y "lentas" escalara linealmente con la distancia, y que el estudio habría incluido (estadísticamente) estrellas con una distribución razonable de distancias, velocidades orbitales y orientaciones, De Sitter concluyó que el efecto debería haberse observado si el modelo fuera correcto, y su ausencia significaba que la teoría de emisión era casi con toda seguridad errónea.

• Los experimentos modernos del tipo de De Sitter refutan la idea de que la luz pudiera viajar a una velocidad que dependiera parcialmente de la velocidad del emisor ( c'=c + kv ), donde la velocidad del emisor v puede ser positiva o negativa, y k es un factor entre 0 y 1, que indica el grado en que la velocidad de la luz depende de la velocidad de la fuente. De Sitter estableció un límite superior de k < 0,002, pero los efectos de extinción hacen que ese resultado sea dudoso. ^{[ 4 ]}
• El experimento de De Sitter fue criticado por J.G. Fox debido a los efectos de extinción . Es decir, durante su viaje a la Tierra, los rayos de luz habrían sido absorbidos y reemitidos por materia interestelar prácticamente en reposo con respecto a la Tierra, de modo que la velocidad de la luz debería volverse constante con respecto a la Tierra, independientemente del movimiento de la(s) fuente(s) original(es). ^{[ 8 ]}
• En 1977, Kenneth Brecher publicó los resultados de un estudio doble similar y llegó a una conclusión parecida: que cualquier irregularidad aparente en las órbitas de las estrellas dobles era demasiado pequeña para respaldar la teoría de la emisión. Contrariamente a los datos citados por de Sitter, Brecher observó el espectro de rayos X, eliminando así las posibles influencias del efecto de extinción. Estableció un límite superior de${\displaystyle k<2\times 10^{-9}}$. ^{[ 6 ]}
• También existen experimentos terrestres que contradicen dichas teorías; véanse los experimentos que ponen a prueba las teorías de emisión .