Genel görelilik testleri

Güneşin ışığı saptırması

Johann Georg von Soldner  1801’de (1804'te yayınlandı) Newtonun yerçekiminin, yıldız ışığının büyük bir nesne çevresinde büküleceğini tahmin ettiğine işaret etmişlerdi. [10]Soldner'ınki ile aynı değer 1911’de Einstein tarafından denklik ilkesine dayandırılarak hesaplanmıştı. Bununla beraber Einstein 1915'te genel göreliliği tamamlama sürecinde 1911’deki(tabii ki Soldner’ında) sonucun doğru değerin sadece yarısı olduğunu kaydetti. Einstein ışığın bükülmesini doğru hesaplayan ilk insan olmuştu. [11]
Işığın saptırılmasıyla ilgili ilk gözlem gök kürede yıldızların güneşin yakınlarından geçerken gerçekleşen pozisyon değişiminin belirtilmesiyle yapılmıştı.Gözlemler tam bir güneş tutulması sırasında yapılmıştı. Böylece güneşe yakın yıldızlar izlenebilirdi.  Brezilya’da Sobral, Ceará ve Afrika’nın batı sahilinde São Tomé and Príncipe’de olmak üzere eşzaman yapıldı gözlemler. [13] Sonuçlar olağanüstü haberler olarak kabul gördü ve en önemli gazetelerin ön sayfalarında yer aldı. Böylece Einstein ve genel görelilik teorisi ünlü olmuştu. Asistanı Einstein’a eğer genel görecelik Eddington ve Dyson tarafından 1919’da doğrulanmasaydı tepkiniz ne olurdu diye sorduğunda Einstein ünlü esprisini yaptı: “Sevgili lord için üzülürdüm. Teori zaten doğru.“  
[14] Bununla beraber ilk hesaplamalar zayıflardı.  Veri kümesinin[16]  modern tekrar analizi Eddington’ın analizlerinin doğru[17][18]  olduğunu önermesine rağmen sonuçlar bazıları[15] tarafından, sistematik hata ve olası doğrulama eğilimi yüzünden tartışılmıştı. Ölçüm1922 tutulmasında Lick Gözlemevinden bir grup tarafından tekrarlandı. Sonuçlar  1919’da elde edilen sonuçlarla[18] uyumluydu bundan sonra birkaç kez daha ölçümler tekrarlandı. Bunlardan en çok dikkat çekeni 1953'te Yerkes Gözlemevi astronomlarının ve 1973'te Teksas Üniversitesinden bir grubun yaptıkları gözlemlerdi. Bu ölçümlerde kayda değer belirsizlik yaklaşık yıl kadar yaşandı. Ta ki 1960 yılında radyo dalgalarıyla gözlem yapılmaya başlanılana dek. 1960'tan sonra sapma miktarının  tam değeri  genel göreliliğin  tahminiyle kesinlikle kabul edildi. Bu sayının yarısı değildi.  Einstein halkası  daha yakın nesneler tarafından uzak galaksilerden gelen ışığın sapmasına bir örnektir.                              

Işığın yerçekimsel kırmızıya kayması

Bir ışık dalgası yer çekimsel bir alana karşı yukarıya doğru hareket ettikçe yerçekimsel kırmızıya kayma gerçekleşir(aşağıda sarı yıldızın neden olduğu). Einstein 1907’de denklik prensibine dayanarak ışığın yerçekimsel kırmızıya kaymasını tahmin etmişti. Fakat astrofizik açısından ölçülmesi çok zordu(denklik prensibi başlığı altındaki tartışmaya bakabilirsiniz). 
1925'te Walter Sydney Adams tarafından da ölçülmesine rağmen kesin olarak 1959’da Pound Rebka deneyinde test edildi. Deneyde Mössbauer etkisi[21][22] adı verilen son derece hassas bir olguyu kullanarak Harvard Üniversitesi’nde bulunan Jefferson kulesinin  en üst ve en alt kısmında yer alan iki kaynaktan göreli kırmızıya kayma ölçüldü. Sonuç genel görelilikle mükemmel biçimde uyumluydu. 

Modern Testler

Genel göreliiği test etmenin modern çağı, genel göreliliği test etmeye bir çerçeve hazırlayan Dicke ve Schiff için büyük bir güdü sağlamıştı. [23][24][25] Yerçekiminin bir teorisinde prensipte olabilen ama genel görelilikte olmayan etkileri test eden hem klasik testlere hem de geçerliliği olmayan testlere vurgu yapmışlardır. Diğer önemli teorik gelişmeler genel göreliliğe alternatif teorilerin başlangıcını içeriyordu. Öncelikle Scalar-Tensor Teorileri örneğin Brans-Dicke Teorisi[26]; genel görelilikten sapmaların ölçülebileceği Parametreli Post-Newtoncu  Biçimsellik ve Denklik Prensibinin çerçevesi.
Deneysellik olarak, uzayın keşfinde yeni gelişmeler;elektronik ve yoğun madde fiziği daha kesin deneyleri mümkün kılmıştır. Örneğin Pound–Rebka deneyi, lazer interferometri ve lunar rangefinding.

Post-Newtoncu Yerçekimi Testleri

Genel göreliliğin erken testleri teoriye karşı geçerli rakiplerin eksikliğinden dolayı engellenmişti. Ne tür testlerin onu rakiplerinden ayırabileceği açık değildi. Genel görelilik yerçekiminin bilinen tek rölativistik kuramıydı. Gözlemler ve özel göreliliklede uyumluydu. Ayrıca son derece basit ve akıllıca bir kuramdı. Bu 1960'ta Brans-Dicke teorisinin tanıtılmasıyla değişti. Bu teori tartışmalı bir biçimde daha basittir. Boyutsal sabitler yoktur ve Marc’ın prensibinin bir versiyonu ve Dirac’ın büyük sayılar hipotezi ile uyumludur. Bu iki felsefi fikir göreliliğin tarihinde etkili olmuştur. Sonuçta bu Nordtvedt ve Will tarafından parametreli post-newtoncu biçimselciliğin geliştirilmesine öncülük etmiştir. On tane ayarlanabilir parametre bulunmaktadır. Hepsi de olası olarak Newton’un evrensel kütle çekimi kanunundan yola çıkmaktadır. Hareket eden nesnelerin hızı birinci sırada yer alır(  v:bir nesnenin hızı.c:ışığın hızı). Bu yaklaşım genel görelilikten olası sapmalara izin verir. Zayıf yerçemsel alanlarda hareket eden nesneler için sistematik analizler olmalı.Post-Newtoncu parametreler izorlayıcı daha fazla çaba işe koşulmalı ve genel görelilikten sapmalar sınırlandırılmalıdır.
Yerçekimi objektifliğini ve ışıklı gün gecikmelerini test eden deneyler, Newtonun parametreleriyle aynıdır. Eddington sözüm ona yer çekimi  kaynağı tarafından ışığın parametrik hale getirilme miktarlarıdır. ( genel görelilik için bu bire eşittir ve diğer teorilerde farklı değerler alabilir). En iyi ayarlanmış yeni 10 Newton paremetreleridir.Fakat diğerlerini ayarlamak için dizayn edilmiş başka deneylerde vardır.Merkürün günberi kaymalaının gözlemleri güçlü denklik ilkelerini oluşturur.Bepi Colombo nun görevlerinin amaçlarından bir tanesi parametrize edilmiş post newton biçimciliğini yüksek doğrulukla gama ve beta parametreleriyle ölçerek genel görelilik kuramını test etmektir.

Yerçekimi Merceği

En önemli testlerden bir tanesi yerçekimi merceğidir.Uzak astrofizik kaynaklarda gözlemlenmiş ancak çok az kontrol edilmiş ve genel göreliliğe ne kadar katkı sağladıkları kesin değil.En hassas testler 1919 da Eddington un deneylerine benzerdir.Güneşe uzak bir kaynaktan radyasyon sapması ölçülür.En hssas analiz edilebilen kaynaklar radyo kaynaklarına uzaktadır.özellikle bazı kuazlar çok güçlü radyo kaynaklarıdır.Herhangi bir teleskopuın yönsel çözünürlüğü kırınımın içinde sınırlıdır.Radyo teleskopları içimn bu pratik sınırdır.Yönsel doğruluk elde etmek için bir önemli gelişimde;Dünya üzerindeki radyo teleskoplarını birleştirmektir.Bu teknik enterforemetre olarak adlandırılır.Bu teknik radyo gözlemleri çift teleskoplarla gözlenen radyo sinyalinin faz bilgileri ile büyük mesafeler üzerinde ayrıldı. Son zamanlarda, bu teleskoplar  radyo dalgalarının sapmasını güneş tarafından  ölçüldü.Hassas sistematik etkiler yeryüzünde teleskopların kesin konumunu belirlemek için dikkate alınması gerekir. Bazı önemli etkiler Dünya'nın nutasyon, döndürme, atmosferik kırılma, tektonik yer değiştirme ve gelgit dalgaları oluşturur. Bir başka önemli etkisi Güneştacında radyo dalgalarının kırılma olmasıdır. Yerçekimi bozulma dalgası bağımsız ise bu etki, karakteristik spektrumuna sahiptir. 
Böylece, dikkatli analiz, çeşitli frekanslarda ölçümlerini kullanarak, hatanın kaynağını bu çıkarabilirsiniz.tüm gökyüzü güneş ışıklarının sapması nedeniyle hafifçe bozuluyor.Bu etki, Avrupa Uzay Ajansı Astrometrik uydu Hipparcos tarafından gözlenmiştir.Yaklaşık 105 yıldızlı pozisyonlarda ölçüldü. Tam misyonu sırasında yaklaşık 3,5 × 106 bağıl pozisyonları tipik olarak 3 mili yay-saniyesidir (8? 9 büyüklüğündeki yıldızı doğruluk) doğrulukla, belirlenmiştir. Dünya-Güneş yönüne dik yerçekimi sapma 4.07 mili yay-saniyesi olduğundan, düzeltmeler hemen tüm yıldızlar için gereklidir. Sistematik etkileri olmadan, 3 mili yay-saniyesidir bireysel gözlem hata, 0.0016 mili yay-saniyesidir hassasiyetle gider, pozisyonların sayısının kare kökü ile azaltılabilir. Sistematik etkiler, ancak,% 0.3 (Froeschlé, 1997) kesin olarak ölçülmesi sınırlar.Gelecekte, Gaia uzay aracı Galaksimizin bir milyar yıldızlı bir nüfus sayımı ve 24 microarcseconds doğrulukla konumlarını ölçecek. Böylece o da genel görelilik tarafından tahmin edilmiş olacak güneşten  kaynaklanan ışığın yerçekimi sapması  yeni testlerle olacaktır. [29]
 Gelecekte, Gaia uzay aracı Galaksimizin konumunu doğrulukla ve bir milyar yıldızlı bir nüfus sayımıyla ölçecek. Böylece o da genel görelilik tarafından tahmin edilmiş olacak güneşten kaynaklanan ışığın yerçekimi sapması yeni testlerle sağlanacaktır.