[论文解读] Relativity Theory and a Real Pioneer Effect

Peter Ostermann|ArXiv.org|Dec 1, 2002

History and Developments in Astronomy被引用 4

一句话总结

本文研究了一种非常规的先驱者异常——即先驱者10/11号探测器表现出的明显异常加速度——是否可能源于原子时与 ephemeris 时间之间存在差异的相对论效应。研究结论认为，若此类差异真实存在，将与既定的相对论原理及太阳系观测结果相矛盾，因此在广义相对论框架内排除了先驱者效应具有非常规起源的可能性。

ABSTRACT

Keeping the relativistic laws of motion a non-conventional Pioneer effect would prove an increase of the scale rate of atomic clocks in comparison with planetary ones. Together with a slowly decreasing amount of about 60% due to anisotropic radiation this would be a thinkable explanation for an apparent anomalous acceleration of the Pioneer 10/11 probes. Such a difference between atomic time and ephemeris time, however, (coincidentally corresponding to that of atomic time and cosmic time as derived from any cosmological model of general relativity, where the cosmic 'coordinate' speed of light is fixed to be c* = c) is ruled out by solar system's observational facts. Thus a non-conventional Pioneer effect would inevitably contradict relativity theory.

研究动机与目标

• 评估非常规先驱者效应是否可能源于原子时与 ephemeris 时间之间的差异。
• 评估此类时间差异是否与广义相对论及太阳系观测结果相容。
• 确定先驱者10/11号探测器观测到的异常加速度是否可由原子钟相对于行星时间的相对论性尺度速率变化来解释。
• 检查哈勃红移或宇宙学模型是否可支持此类非常规效应。
• 在广义相对论框架下，排除真实、非常规先驱者效应的可能性。

提出的方法

• 分析相对论运动定律及其对太阳系内时间测量的影响。
• 比较基于原子钟的原子时与基于行星轨道力学的 ephemeris 时间。
• 评估各向异性辐射对航天器时钟速率的影响，估算其对表观加速度的贡献约为60%。
• 评估时间差异假说与坐标光速固定为 c* = c 的宇宙学模型的一致性。
• 利用太阳系的观测约束来检验非常规时间差异效应的可行性。
• 运用逻辑与理论推理表明，此类时间差异将与既定的相对论事实及观测数据相矛盾。

实验结果

研究问题

• RQ1 原子时与 ephemeris 时间之间的差异是否可解释先驱者10/11号探测器观测到的异常加速度？
• RQ2 非常规先驱者效应是否与广义相对论原理及太阳系实际行为相容？
• RQ3 若考虑各向异性辐射效应，是否可解释表观加速度的显著部分，且能否与相对论相容？
• RQ4 哈勃红移或宇宙学模型是否可支持真实、非常规的先驱者效应？
• RQ5 原子时与 ephemeris 时间之间的时间差异效应是否可与广义相对论中固定的坐标光速 c* = c 相容？

主要发现

• 由原子时与 ephemeris 时间差异引起的非常规先驱者效应将与广义相对论原理相矛盾。
• 若原子时与 ephemeris 时间之间的观测差异真实存在，将与太阳系的观测数据不一致。
• 各向异性辐射对表观异常加速度的贡献约为60%，但若不违反相对论，则不足以解释全部效应。
• 原子钟相对于行星时间的尺度速率变化假说已被现有的相对论与观测约束所排除。
• 哈勃红移与宇宙学模型不支持非常规先驱者效应，因其将与固定的坐标光速 c* = c 相冲突。
• 本文结论为：在广义相对论框架内，不存在对先驱者异常的可行非常规解释。