Что общая теория относительности прояснила относительно Меркурия?

На этой веб-странице есть хорошее обсуждение: http://archive.ncsa.illinois.edu/Cyberia/NumRel/EinsteinTest.html

В основном эксцентриситет орбиты прецессирует вокруг Солнца. Классическая звездная механика (или ньютоновская гравитация) не могла объяснить всего этого. По сути, это имело отношение (и простите за грубую формулировку) к тому, что солнце тащит за собой ткань пространства-времени.

Или, как говорится на веб-странице:

Изменение орбиты Меркурия

Во втором тесте теория объяснила небольшие изменения орбиты Меркурия вокруг Солнца.

Лепесток ромашки эффект прецессии

Почти за два столетия до этого астрономы знали о небольшом изъяне на орбите Меркурия вокруг Солнца, как это и предсказывалось законами Ньютона. Будучи ближайшей к Солнцу планетой, Меркурий вращается вокруг области Солнечной системы, где пространство-время возмущено солнечной массой. Эллиптический путь Меркурия вокруг Солнца немного смещается с каждым оборотом, так что его ближайшая к Солнцу точка (или «перигелий») смещается вперед с каждым проходом. Теория Ньютона предсказывала увеличение лишь вполовину меньшего, чем реально наблюдаемое. Предсказания Эйнштейна в точности совпали с наблюдениями.

Для получения более подробной информации, выходящей за рамки простого ответа неспециалиста, вы можете посетить эту страницу и даже загрузить приложение, которое позволит вам поиграть с этим явлением: http://www.fourmilab.ch/gravitation/orbits/

И, конечно же, всегда под рукой есть Википедия: http://en.wikipedia.org/wiki/Tests_of_general_relativity#Perihelion_precession_of_Mercury Хотя, по правде говоря, я думаю, что сказал это лучше (то есть более элегантно), чем страница Wiki делает. Но тогда я могу быть предвзятым.

Орбита Меркурия эллиптическая. Ориентация длинной оси этого эллипса медленно вращается вокруг Солнца. Этот процесс известен как «прецессия перигелия Меркурия» на астрономическом жаргоне. Это в общей сложности 5600 угловых секунд вращения за столетие.

Прецессия в основном является результатом полностью классического поведения; почти все движение перигелия (около 5030 угловых секунд в столетие) приходится на систему двух тел с точечными массами Солнца и Меркурия. Еще 530 угловых секунд в столетие вызваны гравитационным воздействием других планет.

Остается 40 угловых секунд за столетие необъяснимого движения. Наблюдаемое значение 5599,7 угловых секунд за столетие измеряется очень точно, с точностью до 0,04 угловых секунд за столетие, так что это значительное отклонение.

Оказывается, согласно общей теории относительности ожидается 43 угловых секунды за столетие. Одним из неверных способов объяснения этого является то, что искривление самого пространства-времени двумя телами (Солнцем и Меркурием) вызывает некоторые изменения в гравитационном потенциале, так что на самом деле это не совсем так . $\frac{GMm}{r}$.

Я хотел бы добавить пояснение к другим ответам, некоторые из которых, кажется, подразумевают, что прецессия орбитального перегелия Меркурия происходит из-за перетаскивания общей релятивистской системы отсчета. В частности, утверждение, что Солнце тащит за собой ткань пространства-времени, может, на мой взгляд, вводить в заблуждение, потому что большая часть прецессии НЕ является следствием «перетаскивания кадра», иначе известного как эффект Ленсе-Тирринга .

Невращающееся Солнце также породило бы наблюдаемую аномальную прецессию, неньютоновская составляющая которой почти полностью возникает из обратного кубического члена в эффективном потенциале, возникающем из решения уравнений поля Эйнштейна для метрики Шварцшильда . Эта метрика предполагает, что центральное тело (в данном случае Солнце) неподвижно и не вращается . Именно этот кубический член приводит к знаменитому триумфу ОТО над ньютоновской гравитацией, которая не подразумевает этого кубического члена.

Это метрика, которая эквивалентна собственному анализу Эйнштейна, используемому для заявления о том, что общая теория относительности объясняет аномальную прецессию. Он не учел смещение системы Лензе-Тирринга из-за вращения Солнца, которое является гораздо меньшим эффектом даже, чем влияние кубического члена.

Послесловие: собственный метод Эйнштейна не позволял найти метрику; исторически, как отмечает Physics SE, используется Stan Liou (спасибо Stan):

... [Эйнштейн] использовал схему аппроксимации, не записывая никакой метрики для своего второго приближения, но его потенциал действительно имел член обратного куба. Помимо использования Шварцшильда, модернизированный подход будет использовать стационарную метрику PPN (так что здесь также не будет перетаскивания кадров):

$$\mathrm{d}s^2 = -(1+2\beta\Phi)\mathrm{d}t^2 + (1-2\gamma\Phi)\mathrm{d}\Sigma_\text{Euclid}^2$$

со смещением перигелия, масштабирующимся пропорционально$(2-\beta+2\gamma)/3$правильного значения GTR, которое предсказывает$\beta=\gamma=1$

Согласно теории Ньютона (или законам движения планет Кеплера), планеты вращаются вокруг Солнца по замкнутым орбитам. Но точные астрономические наблюдения установили, что орбита Меркурия не замкнута, а постоянно смещается. Положение перигелия орбиты Меркурия максимально смещается, примерно на 43 дуги за столетие. Если вычислить орбиты планет, сразу видно, что если гравитационная сила точно следует закону обратных квадратов, то все орбиты представляют собой замкнутые эллипсы. Но Эйнштейн обнаружил, что его общая теория относительности добавляет еще один член четвертой степени в уравнение гравитационной силы. Этот дополнительный член мал по сравнению с его основным членом обратного квадрата, но его достаточно, чтобы объяснить движение перигелия надоедливой орбиты Меркурия.

Решение Эйнштейна, оспаривающее законы Ньютона, было оспорено несколькими учеными, включая астронома доктора Томаса Ван Фландерна, работавшего в Военно-морской обсерватории США в Вашингтоне. По их словам, Эйнштейн получил бы эту информацию (43" дуги) и "скорректировал" аргументы для результата уравнения, ранее известного, был бы достигнут, потому что я знал, что это будет критический тест для его общей теории относительности, http://milesmathis.com/merc.html Лучше поверить в законы Ньютона . масса, вызвавшая прецессию Меркурия, кратко показана в 2014 году.