De 2 pieken nader verklaard

Moderator: physicalattraction

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 1.605

Re: De 2 pieken nader verklaard

Hoe lees ik de vraag:
Men is geinteresseerd waar de twee piekjes vandaan komen in de deflectie verandering plot.

Opmerking:
De betreffende plotjes laten de verandering van de deflectie: de afgeleide van de deflectie dus \(d \theta/dx\).

Men blijft zich blind focusseren op de twee piekjes (welke trouwens verwaarloosbaar zijn in het cumulatieve signaal). Dit kan best komen omdat de formule een benadering is van de GR zie opmerking belangrijk hieronder.

Het belangrijkste is dat de totale deflectie dat is de oppervlakte onder de grafieken bijna verdubbeld. Dat heeft niets te maken met de twee piekjes.

Volgens mij is een betere vraag:
Welke van de twee benaderingen van Einstein uit 1911 of 1915 komt dichter in de buurt van de realiteit?

Dit is wat ik geleerd heb uit Mathpages [Mathpages]

Belangrijk:
Note that the total deflection is extremely small, so to the first order of approximation we can consider just the x component of its motion as depicted below.
Uitleg.jpg
Uitleg.jpg (5.43 KiB) 556 keer bekeken
Einstein 1911 (voordat GR compleet was en vergelijkbaar met Newton):
$$\boxed{\Delta c=mR \int_{-\infty}^{\infty} \dfrac{1}{(x^{2}+R^{2})^{3/2}}dx= \dfrac{2m}{R}}$$

Einstein 1915 (nadat Einstein GR compleet had Schwarzschild metric in quasi-Minkowskian coordinates):
$$\boxed{\Delta c=mR \int_{-\infty}^{\infty} \dfrac{4x^{2}+R^{2}}{(x^{2}+R^{2})^{5/2}}dx= \dfrac{4m}{R}}$$

Waarbij de laatste: \(\Delta c\) de twee bultjes heeft. Echter geïntegreerd verwaarloosbaar. Echter het gaat om de integraal de deflectie is verdubbeld in vergelijking met 1911 Einstein voor GR compleet met 1915 GR compleet.

Eigen onderzoek:
De laatste formule zie je ook terug bij gravitatie lens werking: [Wiki: Einstein Radius] De formules zien iets anders uit inclusief: \(G/c^{2}\) hier word de deflectie in graden uitgedrukt.

$$\alpha _{1}={\frac {G}{c^{2}}}\cdot{\frac {4m}{b_{1}}}$$

Echter hier is b1 de impact parameter en niet de radius van dichte nadering. Na zoekwerk op Physics Stacks exchange beland [Stacks Exchange]. Hier claimed men een bewijs te geven dat b1 is R. De uiteindelijke integraal is ook hier gelijk aan de 1915 uit Mathpages. Via geodesic equation (en first-order approach):

$$\Delta\phi|_\delta = \frac{2GM}{c^2}\int_{R}^{\infty}\frac{R^{-3}-r^{-3}}{r^2\left(R^{-2}-r^{-2}\right)^{3/2}} dr$$
$$\Delta\phi|_\delta = \frac{G}{c^2} \frac{4m}{R}$$

Ik kan het echter verder niet bevestigen op Stacks gebruiken ze polaire coordinaten. Omgerekend naar x-R coordinaten, dus:

$$r=\sqrt{R^2+x^2}$$
$$\boxed{\Delta\phi|_\delta = \frac{2GM}{c^2}\int_{-\infty}^{\infty}\frac{R^{-3}-(R^{2}+x^{2})^{-3/2}}{\left( R^{2}+x^{2} \right)^{2}\left(R^{-2}-(R^{2}+x^{2})^{-1}\right)^{3/2}} dx= \frac{G}{c^2} \frac{4m}{R}}$$

Nu alle drie geplot (oranje is cumulatief):
Deflection.jpg
Conclusie:
Men dient zich niet op de twee bultjes te focuseren. Het gaat hem om de intergraal de totale deflectie niet de deflectie verandering de afgeleide. De integraal van Mathpages en de integraal van Physics Stacks geven hetzelfde resultaat.

Dit is alles wat ik kan bijdragen met 0% GR kennis en heb geprobeerd alle essentiële te vermelden. Ik ben dus compleet onafhankelijk. Met de geleverde gegevens moet men nu instaat zijn tot een verklaring te komen.

Re: De 2 pieken nader verklaard

(Ik zal toch nog heel voorzichtig één ding zeggen.
In zo'n zwak veld (zo goed als vlakke ruimtetijd) geven isotrope coordinaten een even goede benadering .. en dus conclusie Vincent 👍)

Gebruikersavatar
Berichten: 1.605

Re: De 2 pieken nader verklaard

Thks Tommy,

Geen idee wat isotrope coordinaten zijn! Dat is lachen :lol: Ik hoop dat het wat zin heeft gehad wat ik bijeen gesprokkeld heb. Ik heb in iedergeval dit weekeinde veel geleerd.

Veel te lang bezig geweest maar het het Pinkster weekend. Dus voor een keertje. Nog wat foutjes uit het plotje gehaald. En alles dezelfde schaal.

pfff. Waarom is het leven zo moeilijk. Net zie ik dat de derde plot niet lijkt te convergeren naar oppervlakte 4. Deze lijkt te divergeren om een of andere reden. Wellicht omdat ik de polaire coordinaten gebruikt heb? Dat zal wel niet mogen vermoed ik. Terug naar de drawing board.
Deflection.jpg

Berichten: 3.904

Re: De 2 pieken nader verklaard

OOOVincentOOO schreef: zo 23 mei 2021, 04:07
Conclusie:
Men dient zich niet op de twee bultjes te focuseren. Het gaat hem om de intergraal de totale deflectie niet de deflectie verandering de afgeleide. De integraal van Mathpages en de integraal van Physics Stacks geven hetzelfde resultaat.
Mooi stukje systematisch werk.
mbt jou conclusie: Het was wel duidelijk dat het oorspronkelijke doel aan het begin van vorige eeuw was om de totale afbuiging te bepalen en dat daarvoor die berekeningen opgezet waren. De discussie hier gaat over het feit dat die berekeingen nu worden gebruikt om de deelbijdrages aan die afbuiging over het hele trajekt te berekenen en daar gaat het nu onduidelijkheidd geven maar is wel waar we nu de discussie over hebben. dus als je zegt: 'Men dient zich niet op de twee bultjes te focuseren' dan omzeil je de vraag in dit topic.

Berichten: 3.904

Re: De 2 pieken nader verklaard

OOOVincentOOO schreef: zo 23 mei 2021, 04:07 Belangrijk:
Note that the total deflection is extremely small, so to the first order of approximation we can consider just the x component of its motion as depicted below.
Dit is den ik ook een hele belangrijke. bij de berekening is de aanname dat

'we can consider just the x component of its motion as depicted below'

maar tegelijkertijd gebruiken we wel de informatie on een buiging in y richting te berekenen tov een rechte lijn in x richting. Ik denk dat nu net daar het probleem zit omdat in werkelijkeid die aanname niet meer geldig is als je berekende afbuiging in de buurt komt van wat je aan het verwaarlozen was aannemende dat de y component van de beweging 0 is. Het verwaarloosde deel zou wel eens precies die 2 piekjes kunnen zijn. voor de totale integraal levert dat geen bijdrage maar momentaan op een stukje dx natuurlijk wel.

Berichten: 3.904

Re: De 2 pieken nader verklaard

Professor Puntje schreef: za 22 mei 2021, 14:51 Taylor & Wheeler (2de editie) is legaal als gratis pdf beschikbaar. Ik heb zelf de 1e editie in boekvorm die wat handzamer en wat beter te behappen is. In Taylor & Wheeler volgt men een andere route om de afbuiging te berekenen, en bekijkt men daarvoor ook een andere hoek. Ik verwees dan ook naar Taylor & Wheeler voor de betekenis van de schwarzschildcoördinaten. MathPages gaat daar als onderdeel van de schwarzschildmetriek ook vanuit maar maakt dan de overstap naar een daardoor gegenereerd cartesiaans coördinatenstelsel om dφ/dx te kunnen bepalen.
Ik zie een ander stukje in Taylor & Wheeler op pagina 51:

''a Determine an “effective time of fall’’ from the
EXERCISE 2-13 DEFLECTION OF STARLIGHT BY SUN 5 1
diameter of Sun and the speed of light. From this time
of fall deduce the net velocity of fall toward Sun
produced by the end of the whole period of gravitational
interaction. (The maximum acceleration acting
for this “effective time” produces the same net effect
[calculus proofl} produced by the acmal acceleration
— changing in magnitude and direction along the
path — in the entire passage of the ray through Sun’s
field of force.)
b Comparing the lateral velocity of the light with
its forward velocity, deduce the angle of deflection.
The accurate analysis of special relativity gives the
same result. However, Einstein’s 1915 general relativity
predicted a previously neglected effect, associated
with the change of lengths in a gravitational
field, that produces something like a supplementary
refraction of the ray
of light and doubles the predicted
deflection. [Deflection observed in 1947 eclipse of
Sun; (9.8 ± 1.3) X 10“^ radian; in the 1952 eclipse:
(8.2 ± 0.5) X 10-6 radian.}''

Berichten: 3.904

Re: De 2 pieken nader verklaard

dus blijkbaar kun je het effect 1 van de vallende liften (= special relativity) optellen bij dit extra effect 2 van lengteverandering om samen de totale afbuiging te krijgen.

De lengteverandering zou je in gedachten dan kunnen zien volgens mij als en stuk schuimrubber met daarin een recht pad met materiaal weggeschoten met een laser en wat je dan vervolgens vervormt als functie van de afstand tot een massa in het midden (de zon) het pad wat je dan ziet is 2 en daarbovenop komt dan nog een buiging tgv 1

Berichten: 3.904

Re: De 2 pieken nader verklaard

Als je die gedachte dan nog even doortrekt naar een zwart gat dan zou bij een zwart gat het stukje schuimrubber zover vervormd worden dat de 2 uiteinden aan elkaar komen en het weggelaserde spoor met de eindjes aan elkaar komt en een cirkel vormt. effect 1 komt daar dan nog bij en levert ook een cirkel op. samen levert dat ook een cirkel met een kleinere diameter. dat is dan denk ik de minimum stabiele baan van een lichtstraal om een zwart gat.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: De 2 pieken nader verklaard

Via de metriek moet er inderdaad een soort van optelling mogelijk zijn. Dat was ook mijn bedoeling met het topic over een metriek van de Newtonse gravitatie. Die Newtonse metriek bevat dan het vallende-lift-verhaal, en de volledige schwarzschildmetriek voegt daar nog een extra krommingseffect aan toe. Dus zoals ik al vaker vermeld heb: de metriek is centraal in dit hele verhaal.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: De 2 pieken nader verklaard

Op het moment ben ik bezig met vervelend huishoudelijk schoonmaakwerk dat ook moeten gebeuren, maar ik heb al wel een idee over hoe nu verder. In de literatuur zijn diverse formules te vinden waaruit zo nodig met de computer de lichtbaan in schwarzschildcoördinaten te berekenen valt. Als je die baan hebt kun je die baan ook tekenen in een door de schwarzschildcoördinaten gegenereerd cartesiaans coördinatenstelsel. En daaruit kun je vervolgens numeriek weer een grafiekje van de momentane afbuiging volgens de MathPages definitie genereren. Interessant is dan om te zien of die grafiek ook weer de twee piekjes bevat. Als dat zo is dan zijn die twee piekjes een gevolg van de specifieke definitie die op MathPages voor de momentane afbuiging gebruikt wordt. Keren de twee piekjes niet terug dan komt dat doordat er bij de twee methoden (MathPages en de reguliere aanpak) voor de berekening verschillende benaderingstechnieken gebruikt worden, waarbij dan nog even in het midden blijft welke methode de grootste fouten met zich meebrengt.

Gebruikersavatar
Berichten: 1.605

Re: De 2 pieken nader verklaard

Nu heb ik nog niet alle reacties gelezen. Maar inderdaad het is misschien kort door de bocht te zeggen dat de twee piekjes niet interessant zijn.

Wellicht bedoelde ik dat ik het oppervlakte voorlopig interessanter vind.

Ik heb nog zitten prutsen met de formule welke ik op Physics Stacks had gevonden. Ik kreeg niet de goede formule eruit met oppervlakte 4.

Einstein 1911 [Mathpages]:
(voordat GR compleet was en vergelijkbaar met Newton):
$$\boxed{\Delta c=mR \int_{-\infty}^{\infty} \dfrac{1}{(x^{2}+R^{2})^{3/2}}dx= \dfrac{2m}{R}}$$

Einstein 1915 [Mathpages]:
(nadat Einstein GR compleet had Schwarzschild metric in quasi-Minkowskian coordinates):
$$\boxed{\Delta c=mR \int_{-\infty}^{\infty} \dfrac{4x^{2}+R^{2}}{(x^{2}+R^{2})^{5/2}}dx= \dfrac{4m}{R}}$$

Physics Stacks (polair):
$$\Delta\phi|_\delta = \frac{2GM}{c^2}\int_{R}^{\infty}\frac{R^{-3}-r^{-3}}{r^2\left(R^{-2}-r^{-2}\right)^{3/2}} dr= \frac{G}{c^2} \frac{4m}{R}$$

Ik stel overal R=1 en stel alle fysische blabla op 1. Deze is in polaire coordinaten via Wolfram of numeric in excel is oppervlake 4.

Wolfram (controle of oppervlakte 4 is met R=1):

Code: Selecteer alles

integrate 2*(1-r^-3)/(r^2*(1-r^-2)^(3/2)) dr from r=1 to infinity
En deze formule heb ik geprobeerd om te schrijven naar Cartesisch. In de voorgaande post had ik een gelukkig/toevallige typefout gemaakt in excel waardoor het oppervlakt 4 werd (zoals verwacht).

Echter vanochtend vroeg merkte ik dat ik een fout had gemaakt. Hier mijn beste poging het omzetten in Cartesisch de (vermoedelijk) correcte manier:
$$r=\sqrt{R^2+x^2}$$
$$\frac{dr}{dx}=\frac{x}{\sqrt{R^{2}+x^{2}}}$$

Substitutie in formule Physics Stacks Exchange:
$$\boxed{\Delta\phi|_\delta = \frac{2GM}{c^2}\int_{0}^{\infty}\frac{|x| \left(R^{-3}- \left(R^{2}+x^{2}\right)^{-3/2} \right)}{\left( R^{2}+x^{2} \right)^{3/2}\left(R^{-2}-(R^{2}+x^{2})^{-1}\right)^{3/2}} dx= \frac{G}{c^2} \frac{4m}{R}}$$
Wolfram (controle of oppervlakt 4 is met R=1):

Code: Selecteer alles

integrate 2*|x|*(1-(x^2+1)^(-3/2))/((x^2+1)^(3/2)*(1-(x^2+1)^-1)^(3/2)) dx from x=0 to infinity
Het heeft mij heel wat gepruts en geklooi gekost tot deze formule te komen. Vragen:
  • bij deze formule het integratie bereik van x=0 tot inf is en niet van x=-inf to x=+inf. Hoe kan dat en wat stelt dat voor?
  • Om de grafiek kloppend te krijgen moet ik |x| nemen in de teller en wederom delen door 2, anders word oppervlakt 8 ipv. 4
Deflection.jpg
Vreemde materie :roll: . Ik had het boek Gravity in a nutschell gekocht vorig naar aanleiding topic ProfessorPuntje. Hier word de integraal bepaald uit een differentiaal vergelijking (pagina 367). Maar dat is even science fiction voor mij.

Ook interessant waarom convergeren de grafieken op andere snelheid naar oppervlakte 4? Heeft dat nog fysische betekenis of is dat relevant?

Ik ben al blij dat mijn gepruts van polair naar Cartesisch al een beetje klopt. Maar begrijpen doe ik het niet.

Re: De 2 pieken nader verklaard

Geen idee wat isotrope coordinaten zijn!
Een isotroop coördinatensysteem is een coördinatensysteem dat niet verandert onder ruimtelijke rotatie:
ds2=A(t,r)dt2−B(t,r)(dx2+dy2+dz2).
Het voordeel van een dergelijk coördinatensysteem is dat in de buurt van elk punt in de ruimte ruimtelijke coördinaten zo dicht mogelijk bij Euclidisch liggen. Vaak wordt het ruimtelijke deel in polaire vorm geschreven, dat wil zeggen:
dx2+dy2+dz2=dr2+r2(dθ2+sin2θdϕ2).
Dat was ook mijn bedoeling met het topic over een metriek van de Newtonse gravitatie.
Daarover wou ik je nog wijzen op de PPN (parameterized post-Newtonian) formalism, waarbij de nulde orde leeg is (Minkowski) ruimte, eerste orde is Newtoniaanse zwaartekracht, tweede orde is de eerste post-Newtoniaanse correctie, etc. Misschien heb je (jullie) er wat aan.

Re: De 2 pieken nader verklaard

Gast044 schreef: zo 23 mei 2021, 16:46
Een isotroop coördinatensysteem is een coördinatensysteem dat niet verandert onder ruimtelijke rotatie:
ds2=A(t,r)dt2−B(t,r)(dx2+dy2+dz2).
Met:
r2=x2+y2+z2
(Even vergeten.)

Gebruikersavatar
Berichten: 1.605

Re: De 2 pieken nader verklaard

Dankjewel prima startpunt om verder te kijken isotroop coordinaten. Voorlopig even een pauze en tijd voor passieve reflectie. Ik leer door trial en veel error getuige mijn kladpapier.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: De 2 pieken nader verklaard

Formule 41.4 geeft een benaderde vergelijking in cartesische coördinaten van de lichtbaan:


1.png
2.png
Bron: https://www.gutenberg.org/ebooks/59248

(Kennelijk zijn hier x en y vergeleken met MathPages omgewisseld.)

Reageer