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Volume 30: Pages 421-434, 2017
Evolved general relativity directly proven by laboratories around the world, leads to proposals for accuracy improvement of the international units’ second and meter
Abhijit Biswas and Krishnan R. S. Mania)
Indian Association for the Cultivation of Science, 2A, Raja S. C. Mullick Road, Calcutta 700 032, India
Einstein stated two dictums so that more experimental facts can replace the previously adopted hypotheses and general relativity (GR) can evolve to perfection. In the absence of experimental facts during the pre-Century-long Experience of Relativity-related Experiments on Physics, Astronomy and Celestial-mechanics (CEREPAC) era, Einstein found no “escape” from the consequence of non-Euclidean geometry, while keeping all frames permissible based on contemporary knowledge. Bergmann also stated in 1968 that the “principle of general-covariance” has brought about serious complications in GR. During CEREPAC, relativists and mathematical-astronomers invariably identified the appropriate “nature’s preferred-frame,” which was later found to be essential for the operation of conservation laws. Based on CEREPAC, replacing the experimentally unverifiable hypotheses with experimentally proven principles and improving upon the GR astronomer model (developed by JPL-Jet Propulsion Laboratory, USA, as an evolved-version of the GR conventional model) in two successive stages, GR was remodeled to what became evident as evolved general relativity (EGR), after it enabled the elimination of all earlier-adopted “ad-hoc” methods or approaches, and of the problems, paradoxes, and anomalies, associated with the applications of GR, during CEREPAC, and after it unraveled the “general-relativistic nature of speed-of-light (c)” which links the variable cr with F, the local gravitational red-shift-factor (as advocated by Einstein between 1911 and 1921). EGR enabled the first-time computation (over four astronomical-units) of c0 (the lower-limit in nature, for cr) to be 299 792 458.3 m/s, which links cr with F. EGR predicted first time, values of Δc, the “sought-after departure” of Space Time Asymmetry Research (STAR) mission (a US and Europe collaboration), having two baseline-objectives among those stated in National Aeronautics and Space Administration (NASA) Science-Plan (2007–2016): To test the validity of GR and detect Δc that would have profound implications for cosmology, high-energy astrophysics, particle-astrophysics, and relativity [K.-X. Sun et al., in Astro 2010 White Paper for Technology Development for STAR mission (Stanford University, Stanford, CA, 2010), Paper No. 94305-4088]. EGR enabled the computation of an order-of-magnitude more accurate value of 1983-adopted terrestrial c, to be 299 792 458.5 m/s, directly proven independently by NIST (National Institute of Standards and Technology), USA, NPL (National Physical Laboratory), UK, and National Research Council of Canada, and the determined value is 299 792 458.6±0.3 m/s. Five cases of Relativistic Geodesy at USA, France, and Japan verified the frequency shift due to the elevation difference between clocks in terrestrial Labs, providing direct experimental proof for EGR-computed (using relativistic-transformation factor) values: the most precise one in Japan, in the milliHz-domain and the largest shift in France, due to the elevation difference of about a km. Riehle stated in 2012 that optical transition in the 88Sr+ clock at a precision of 10-17 supersedes that of the existing cesium standard and could lead to adoption of a new frequency standard for defining Syste`me International (SI) second. Likewise, Nicholson et al. [Nat. Commun. 6, 6896 (2015)], NIST, stated in 2015 the improved accuracy of the 87Sr clock at 2.1×10-18. Keeping the “time-keeper” role of the primary Cs clock unhindered, a methodology is being proposed here, to improve upon the decimal digits of vCs=9 192 631 770.0000000(27) at its 2017 accuracy of 3×10-16 since no constant-of-nature has so many consecutive zeroes. This methodology will make νCs and νSr(87&88) more accurate and compatible, leading to accuracy improvement of SI second. Employing the newly adopted frequency standard (say 87Sr) for the fresh determination of terrestrial cr, will lead to 5 orders-of magnitude improvement in accuracy of c and the SI meter.
Einstein a déclaré deux dictons, de sorte que plus de faits expérimentaux peuvent remplacer les hypothèses précédemment adoptées et la Relativité Générale (GR) peut évoluer vers la perfection. En l'absence de faits expérimentaux au cours de l'éveil pré-CEREPAC (Expérience des expériences liées à la Relativité-Physique, Astronomie et mécanique céleste siècle long), Einstein n'a trouvé aucune “évasion“ à partir de la conséquence de la géométrie non euclidienne, tout en gardant toutes les cadres permises en fonction de la connaissance contemporaine. Bergmann a également déclaré en 1968 que le “principe de la covariance générale“ a entraîné une grave complication dans le GR. Au cours de CEREPAC, les relativistes et les astronomes mathématiques ont invariablement identifié le “cadre privilégié“ approprié de la nature, qui a ensuite été jugé essentiel pour l'exploitation des lois de conservation. Basé sur CEREPAC, remplaçant les hypothèses expérimentalement non vérifiables par des principes prouvés expérimentalement et améliorant le modèle GR-astronomes (développé par JPL-Jet Propulsion Laboratory, USA, en tant que version évoluée du modèle conventionnel GR) en deux étapes successives, le protocole GR a été remodelé À ce qui est devenu évident en tant que Relativité Générale Évolutive (EGR), après avoir permis l'élimination de toutes les méthodes ou approches “ad hoc“ adoptées plus tôt, ainsi que des problèmes, des paradoxes et des anomalies associés aux applications du GR pendant le CEREPAC. Et après avoir débloqué la "nature relativiste générale de la vitesse de la lumière (c)" qui relie la variable cr avec F, le facteur de décalage rouge gravitationnel local (comme préconisé par Einstein entre 1911 et 21). EGR a permis le premier calcul (plus de quatre unités astronomiques), de c0 (la limite inférieure de la nature, pour cr) comme 299792458.3 m / s, qui relie cr avec F. EGR a prédit pour la première fois, les valeurs de Δc, le “départ recherché“ de STAR-mission (une collaboration américaine et européenne), ayant deux objectifs de base parmi ceux énoncés dans le plan scientifique de la NASA (National Aeronautics and Space Administration) (2007-2016): pour tester la validité de GR et de détecter Δc qui aurait des implications profondes pour la cosmologie, l'astrophysique à haute énergie, la particules-astrophysique et la relativité [Ke-Xun Sun et al., Livre blanc Astro 2010 pour le développement de la technologie pour la mission STAR, Université de Stanford]. EGR a permis de calculer une valeur plus précise de l'ordre de 1983-adopté terrestre c, comme 299792458,5 m / s, démontré directement par NIST (National Institute of Standards and Technology), NPL (National Physical Laboratory), UK et CNRC (Conseil National de Recherches du Canada), valeur déterminée 299792458,6 ± 0,3 m / s. Cinq cas de géodésie relativiste aux États-Unis, en France et au Japon, ont vérifié le décalage de fréquence en raison de la différence d'élévation entre les horloges dans les laboratoires terrestres, fournissant des preuves expérimentales directes pour les valeurs calculées par EGR (utilisant des facteurs de transformation relativiste): les plus précises au Japon, dans le domaine milli-Hz; et le plus grand changement en France, en raison de la différence d'élévation d'environ un km. Le Prof. Riehle a déclaré en 2012 que la transition optique dans l'horloge 88Sr+ à une précision de 10-17 remplace celle de la norme de césium existante et pourrait conduire à l'adoption d'une nouvelle norme de fréquence pour la définition de la seconde SI. De même, Nicholson et al., NIST, ont déclaré en 2015 la précision améliorée de l'horloge 87Sr à 2,1 x 10-18. Garder le rôle de "chronométreur" de l'horloge primaire Cs sans entrave, une méthodologie est proposée ici, afin d'améliorer les chiffres décimaux de νCs = 9192631770.0000000 (27) à sa précision de 2017 de 3 x 10-16, car aucune constante de nombre en nature a tant de zéros consécutifs. Cette méthodologie rendra νCs et νSr(87 & 88) plus précis et compatibles, ce qui entraînera une amélioration de précision de second SI. L'utilisation de la norme de fréquence nouvellement adoptée (par exemple, 87Sr) pour la nouvelle détermination de cr terrestre entraînera une amélioration de cinq ordres de grandeur dans la précision de c et de SI.
Key words: General Relativity; Remodeled Relativity Theory; Evolved General Relativity; EGR; Space Experiment; Relativistic Time; Coordinate Time; General Relativistic Speed of Light; Coordinate Speed of Light; BIPM-2015 Recommended Frequency of 87Sr Clock.
Received: July 20, 2017; Accepted: October 12, 2017; Published Online: October 30, 2017
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