Lauantai aika-avaruus on, mitä painovoima-aallot ovat, ja ne matkustaa avaruudessa nopeudella… valoa joka suuntaan. Vaikka sähkömagnetismin vakiot eivät koskaan esiinny Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhtälöissä, gravitaation nopeus vastaa epäilemättä valon nopeutta. Tässä syy.,
Euroopan Painovoiman Observatorio, Lionel BRET/EUROLIOS
Jos Aurinko oli spontaanisti lakkaa säteilevät valoa, emme tietäisi se noin 8 minuuttia ja 20 sekuntia. Valo, joka saapuu täällä Maan päällä, juuri tällä hetkellä, oli säteilevän Auringon fotosfääristä sieltä lähtevillä rajallinen määrä aikaa aiemmin, ja se on vain nähty, nyt kun matka yli 150 miljoonaa km (93 miljoonaa kilometriä) erottaa Auringon Maasta. Jos aurinko pimenisi juuri nyt, se selviää vasta, kun valo lakkasi saapumasta.
Mutta entä painovoimaisesti?, Jos aurinko olisi spontaanisti (jotenkin) poistettu olemassaolosta, kuinka kauan maa pysyisi elliptisellä kiertoradallaan ennen kuin se lentäisi suoralla? Usko tai älä, vastaus tähän on oltava täsmälleen sama määrä aikaa kuin se oli valo: 8 minuuttia ja 20 sekuntia. Nopeus painovoima ei ole vain yhtä kuin valon nopeus on uskomattoman tarkka asteen observationally, mutta nämä kaksi vakioita, on täsmälleen yhtä suuri teoriassa, tai Yleinen Suhteellisuusteoria olisi hajota. Tässä on tiede takana miksi.,
Newtonin lain yleisen Gravitaatio on korvattu Einsteinin Yleinen Suhteellisuusteoria, mutta… vedota käsitteen hetkellinen toiminta (voima) etäisyydellä, ja on uskomattoman suoraviivainen. Gravitaatiovakio tässä yhtälössä, G, yhdessä arvojen kaksi massat ja etäisyys niiden välillä, ovat ainoat tekijät, määritettäessä painovoima. G esiintyy myös Einsteinin teoriassa.,
Wikimedia commons-käyttäjä Dennis Nilsson
Ennen kuin Yleinen Suhteellisuusteoria tuli, meidän menestynein teorian painopiste oli Newtonin universaali oikeuden vetovoimalaki. Mukaan Newton, vetovoima tahansa kahden esineitä avaruudessa määritelty vain neljä parametria:
- gravitaatiovakio Maailmankaikkeuden, G, joka on sama kaikille.
- ensimmäisen kappaleen massa, m, joka kokee gravitaatiovoiman. (Einsteinin ekvivalenssiperiaatteella tämä on sama m, joka menee liikkeen lakeihin, kuten F = ma.,)
- toisen kappaleen massa, M, joka houkuttelee ensimmäistä objektia.
- niiden välinen etäisyys, r, joka ulottuu center-of-mass ensimmäinen kohde center-of-mass toisen.
Pidä mielessä, että nämä ovat vain neljä parametrit, jotka ovat sallittu Newtonin gravitaatio. Voit tehdä kaikenlaisia laskelmia tästä voimalaista johtaa esimerkiksi elliptiset planeettojen kiertoradat ympäri aurinkoa. Yhtälöt toimivat kuitenkin vain, jos painovoima on hetkellinen.,
kiertoradat kahdeksan suurta planeettaa vaihtelevat eksentrisyys ja ero perihelion… (lähin lähestymistapa) ja aphelion (kaukaisin etäisyys) suhteessa Aurinkoon. Ei ole mitään perustavaa syytä, miksi jotkin planeetat ovat enemmän tai vähemmän erikoinen kuin toinen; se on yksinkertaisesti seurausta alkuehdot, josta aurinkokunta muodostui., Kuitenkin, jos olit jotenkin kääntää ” off ” painovoiman vaikutuksia Auringon, planeetat eivät lennä pois välittömästi, vaan sisemmät olisi lentää ensin pois, jonka jälkeen ulompi niistä, kuten painovoiman signaaleja Aurinko vain levittää ulospäin nopeudella painovoima, joka olisi yhtä suuri kuin valon nopeus.
NASA / JPL-Caltech / R. Hurt
Tämä saattaa puzzle sinua hieman., Loppujen lopuksi, jos nopeus painovoima on vain yhtä suuri kuin valon nopeus, pikemminkin kuin äärettömän nopea voima, sitten Maa olisi kiinnostunut, missä Aurinko oli noin 8 minuuttia ja 20 sekuntia, sitten, jossa Aurinko on juuri nyt, tässä hetkessä ajoissa. Mutta jos et tehdä, että laskelma sen sijaan, ja anna Maa olla houkutelleet Aurinko on aiemmin asennossa eikä sen nykyisen sijainnin, voit saada ennuste sen kiertorata, joka on niin perusteellisesti väärin, että Newton itse, laadukkaita havaintoja tulee takaisin vähemmän kuin 100 vuotta (aika Tycho Brahe), olisi voinut sulkea sitä pois.,
Itse asiassa, jos käytetään Newtonin lait laskea planeettojen kiertoradat ja vaati, että ne vastaavat nykyaikaisen havaintoja, ei vain olisi nopeus painovoiman täytyy olla nopeampi kuin valon nopeus, se täytyy olla vähintään 20 miljardia kertaa nopeammin: erottaa ääretön nopeus.
tarkka malli siitä, miten planeetat kiertävät Aurinkoa, joka sitten liikkuu galaksia… eri suunta-of-motion., Jos Aurinko oli vain vinkki ulos olemassaolon, Newtonin teoria ennustaa, että he olisivat kaikki välittömästi lentää suoria viivoja, kun taas Einsteinin ennustaa, että sisempi planeettoja olisi edelleen kiertää lyhyemmäksi aikaa kuin ulomman planeettoja.
Rhys Taylor
ongelma on tämä: jos sinulla on keski-force, jossa sidottu hiukkanen, kuten (esimerkiksi), että Maa on houkutellut Aurinko, mutta liikkuu Auringon ympäri (kiertää, tai lisäys) on äärellinen nopeus, saat vain puhtaasti elliptinen kiertorata, jos joukkojen eteneminen nopeus on ääretön., Jos se on äärellinen, et saa vain säteittäistä kiihtyvyyttä (kohti toista massaa), mutta saat myös komponentin, joka kiihdyttää hiukkasen tangentiaalisesti.
tämä tekisi kiertoradoista paitsi elliptisiä, myös epävakaita. Runsaan vuosisadan mittaisessa mittakaavassa kiertoradat vaihtuisivat huomattavasti. Vuoteen 1805, Laplace oli käyttänyt havaintoja Kuun osoittamaan, että nopeus Newtonin painovoima on 7 miljoonaa kertaa suurempi kuin valon nopeus. Moderni rajoitteet ovat nyt 20 miljardia kertaa valon nopeus, joka on suuri Newton. Mutta kaikki tämä asetti suuren taakan Einsteinille.,
Yksi vallankumouksellinen osa relativistinen liike, ojensi Einstein, mutta aiemmin rakentaneet… Lorentz, Fitzgerald ja muut, että nopeasti liikkuvat esineet näyttivät supistuvan avaruudessa ja laajenevan ajassa. Nopeammin siirrät suhteessa joku muu, sitä suurempi pituudet näyttävät olevan supistui, kun taas enemmän aikaa näyttää laajeta ulkomaailmaan., Tämä kuva, ja relativistinen mekaniikka, korvasi vanhan Newtonin näkymä klassinen mekaniikka, mutta myös kuljettaa valtavia vaikutuksia teorioita, jotka eivät ole relativistically invariant, kuten Newtonin painovoima.
Curt Renshaw
Mukaan Einstein, siellä on iso ongelma, käsitteellisesti, Newtonin vetovoiman laki: etäisyys minkä tahansa kahden esineitä ei ole absoluuttinen suure, vaan on riippuvainen kokijan tuntemuksista., Jos liikut kohti kuviteltua viivaa tai pois siitä, etäisyydet siihen suuntaan supistuvat suhteellisesta nopeudestasi riippuen. Painovoiman voima olla laskettavissa määrä, kaikki tarkkailijat olisi saada johdonmukaisia tuloksia, jotain, että et voi saada yhdistämällä suhteellisuusteoria Newtonin vetovoiman laki.
näin Ollen, mukaan Einstein, sinun täytyy kehittää teoria, että toi gravitaatio ja relativistinen liikkeet yhdessä, ja se tarkoitti kehittää Yleinen Suhteellisuusteoria: relativistic theory of motion, joka on sisällytetty painovoima osaksi sitä., Valmistuttuaan yleinen suhteellisuusteoria kertoi dramaattisesti erilaisen tarinan.
animoitu katso, miten aika-avaruus reagoi niin massa liikkuu se auttaa esitellä tarkalleen miten… laadullisesti, se ei ole vain arkki kangas, mutta kaikki tilaa itse saa kaareva läsnäolo ja ominaisuudet väliä ja energiaa Maailmankaikkeuden. Huomaa, että avaruusaikaa voidaan kuvata vain, jos siihen sisältyy paitsi massiivisen kohteen sijainti, myös se, missä massa sijaitsee koko ajan., Sekä hetkellinen sijainti että aiempi historia siitä, missä kyseinen esine sijaitsi, määrittävät maailmankaikkeuden läpi liikkuvien esineiden kokemat voimat.
LucasVB
jotta saat eri tarkkailijat ovat samaa mieltä siitä, miten gravitaatio toimii, ei voi olla mitään sellaista asiaa kuin absoluuttinen avaruus, absoluuttista aikaa, tai signaali, joka etenee ääretön nopeus., Sen sijaan, tilaa ja aikaa on sekä olla suhteessa eri tarkkailijat, ja signaalit voivat vain etenevät nopeudella, että täsmälleen sama valon nopeus (jos lisäys hiukkanen on massattoman) tai-nopeudet, jotka ovat alle valon nopeudella (jos hiukkasella on massa).
jotta tämä toimisi ulos, vaikka siellä on ylimääräinen vaikutus peruuttaa ulos ongelma on ei-nolla, sivuaa kiihtyvyys, joka on aiheuttama rajallinen nopeus, painovoima., Tämä ilmiö, joka tunnetaan nimellä painovoiman poikkeama, on lähes täsmälleen peruuttaa se, että Yleinen Suhteellisuusteoria on myös nopeus-riippuvainen vuorovaikutuksesta. Koska Maa liikkuu avaruudessa, esimerkiksi, se tuntuu voima Sun muuta, koska se muuttaa kantaansa, samalla tavalla veneen matkustaa meren kautta tulee alas eri asemassa, koska se saa nostetaan ylös ja lasketaan uudelleen ohi aallon.
Painovoiman säteily pääsee pääsee, kun massa kiertoradat toinen, mikä tarkoittaa, että yli kauan… tarpeeksi aikaskaaloja, kiertoradat hajoavat., Ennen kuin ensimmäinen musta aukko koskaan haihtuu, Maa on kierre mitä on jäljellä, Aurinko, olettaen, että mikään muu ei ole tullut ulos aiemmin. Maa on houkutellut, missä Aurinko oli noin 8 minuuttia sitten, ei missä se on tänään.
American Physical Society
Mikä on merkittävä ja suinkaan ilmeistä, on, että nämä kaksi vaikutusta kumoavat lähes täsmälleen., Se, että nopeus painovoima on rajallinen on mitä aiheuttaa tämän painovoiman poikkeama, mutta se, että Yleinen Suhteellisuusteoria (toisin kuin Newtonin painovoima) on velocity-riippuvainen vuorovaikutus on se, mitä saa Newtonin painovoima on niin hyvä lähentämisestä. On vain yksi nopeus, joka tekee tästä peruutuksesta hyvän: jos painovoiman nopeus vastaa valon nopeutta.
joten se on teoreettinen motivaatio siihen, miksi painovoiman nopeuden pitäisi vastata valon nopeutta., Jos haluat planeettojen kiertoratojen olevan yhdenmukaisia näkemämme kanssa ja olevan yhdenmukaisia kaikille tarkkailijoille, tarvitset gravitaationopeuden, joka on yhtä suuri kuin C, ja jotta teoriasi olisi relativistisesti invariantti. On kuitenkin toinenkin varoitus. Yleinen Suhteellisuusteoria, peruutus välillä painovoiman poikkeavuus ja velocity-riippuvainen termi on lähes tarkka, mutta ei aivan. Vain oikea järjestelmä voi paljastaa eron Einsteinin ja Newtonin ennusteiden välillä.,
Kun massa liikkuu alueella kaareva tilaa, se on kokemus kiihtyvyys vuoksi… kaareva tila, jossa se asuu. Se kokee myös ylimääräisen vaikutuksen nopeutensa ansiosta liikkuessaan alueella, jossa avaruuden kaarevuus muuttuu jatkuvasti. Nämä kaksi vaikutusta yhdessä aiheuttavat pienen, pienen eron Newtonin painovoiman ennusteisiin.,
David Mestari, Max Planck Institute for Radio Astronomy
omassa naapurustossa, voima Auringon vetovoima on liian heikko tuottaa mitattavissa oleva vaikutus. Mitä haluaisit on järjestelmä, joka oli suuri vetovoima pienillä etäisyyksillä massiivinen lähde, jossa nopeus liikkuvan kohteen on sekä nopea ja muuttuvat (nopeuttaa) nopeasti, painovoimakenttä, jossa on suuri kaltevuus.
Aurinkomme ei anna sitä meille, mutta ympäristön ympärillä joko binäärinen musta aukko tai binäärinen neutronitähti tekee!, Ihannetapauksessa järjestelmä, jossa massiivinen esine liikkuu muuttuvat nopeuden kautta muuttamalla painovoiman alalla, esittelee tämä vaikutus. Ja binäärinen neutronitähtijärjestelmä, jossa yksi neutronitähdistä on hyvin tarkka pulsari, sopii täsmälleen laskuun.
Kun sinulla on yksittäinen esine, kuten pulsar, kiertävät avaruudessa, se syke joka kerta, kun se… suorittaa 360 asteen rotaation ennalta sovitettuun tarkkailijaan., Jos paikka, että pulsar binary järjestelmä, jossa on toinen tiheä, massiivinen esine, se siirtyy nopeasti läpi, että tilaa, joilla sekä vaikutukset painovoiman poikkeavuus ja velocity-riippuvainen vuorovaikutusta, ja niiden epätarkka peruutus avulla tutkijat erottaa relativistinen ennusteita tämän järjestelmän Newtonin niistä.
ESO/L. Calçada
pulsari, ja erityisesti millisekunnin pulsar, on paras luonnollinen kello Maailmankaikkeudessa., Kun neutronitähti pyörii, se lähettää jet sähkömagneettista säteilyä, että on mahdollisuus olla linjassa Maan näkökulmasta kerran 360 asteen kierto. Jos suunta on oikea, havaitsemme pulssien saapuvan erittäin ennustettavalla tarkkuudella ja täsmällisyydellä.
Jos pulsar on binary järjestelmä, kuitenkin, sitten liikkuvat läpi, että muuttamalla painovoiman kenttä aiheuttaa päästöjä gravitaatioaaltoja, joka kuljettaa energiaa pois kallistuessa järjestelmä. Sen energian menetyksen on tultava jostain, ja sitä kompensoi pulsarin kiertoratojen hajoaminen., Ennusteita pulsar hajoaminen on erittäin herkkä tuulen nopeus ja painovoima; käyttää jopa aivan ensimmäinen pulsari järjestelmä koskaan löytänyt itse, PSR 1913+16 (tai Hulse-Taylor binary), antoi meille mahdollisuuden rajoittaa nopeus painovoima on yhtä suuri kuin valon nopeus sisällä vain 0,2%!
määrä orbital rappeutuminen pulsari on erittäin riippuvainen nopeudesta ja painovoiman vaikutuksesta… binäärijärjestelmän kiertorataparametrit. Olemme käyttäneet binääristä pulsaridataa rajoittaaksemme painovoiman nopeuden vastaamaan valon nopeutta 99 tarkkuudella.,8%, ja päättelemään gravitaatioaaltojen olemassaolosta vuosikymmeniä ennen kuin LIGO ja Neitsyt havaitsivat ne. Kuitenkin suora havaitseminen gravitaatioaaltoja oli tärkeä osa tieteellistä prosessia, ja olemassa gravitaatioaaltoja olisi vielä epävarma ilman sitä.
NASA (L), Max Planck Institute for Radio Astronomy / Michael Kramer (R)
siitä Lähtien, muut mittaukset ovat myös osoittaneet, että vastaavuus valon nopeus ja nopeus painovoima., Vuonna 2002 sattuma aiheutti maan, Jupiterin ja erittäin voimakkaan radiokvasaarin (tunnetaan nimellä QSO J0842+1835) kaikille tasoille. Kun Jupiter siirtyi välillä Maan ja quasar, sen painovoiman vaikutukset aiheutti starlight taivuta tavalla, joka oli nopeus-of-gravity riippuvainen.,
Jupiter teki, itse asiassa, taivuta valoa quasar, jotta voimme sulkea pois ääretön nopeus, nopeus, painovoima, ja määrittää, että se oli oikeastaan välillä 255 miljoonaa euroa, ja 381 miljoonaa metriä sekunnissa, sopusoinnussa tarkka arvo on valon nopeus (299,792,458 m/s) ja myös Einsteinin ennustuksia. Vielä viime aikoina ensimmäiset havainnot gravitaatioaalloista toivat meille entistä tiukempia rajoitteita.
Kuva nopeasti gamma-ray burst, pitkään ajatellut esiintyä sulautumisen neutroni tähteä. Että…, kaasu-rikas ympäristö, ympäröivän niitä voisi viivyttää saapumista signaali, selittää havaittu 1.7 toinen ero saapumiset painovoiman ja sähkömagneettisen allekirjoitukset. Tämä on paras todiste siitä, että painovoiman nopeuden on vastattava valon nopeutta.,
ESO
aivan ensimmäisen gravitaatio aalto havaita ja ero niiden saapumisajat klo Hanford, WA ja Livingston, LA, me suoraan tietää, että nopeus painovoima vastasi valon nopeus noin 70%, mikä ei ole parannus pulsar ajoitus rajoitteet. Mutta kun vuonna 2017 nähtiin sekä gravitaatioaaltojen että neutronitähden ja neutronitähden fuusion aiheuttama valo, se, että gammasäteilysignaaleja tuli vain 1.,7 sekuntia gravitaatioaaltosignaalin jälkeen, yli 100 miljoonan valovuoden matkalla, opetti meille, että valon nopeus ja painovoiman nopeus eroavat enintään 1 osa kvadriljoonassa: 1015.
niin kauan Kuin painovoiman aallot ja fotonit ei ole loput massa, fysiikan lait määräävät, että niiden on liikkuvat täsmälleen samalla nopeudella: valon nopeus, joka on yhtä suuri nopeus painovoima., Jo ennen rajoitteet on tämä mahtava, joka edellyttää, että painovoiman teoria jäljentää Newtonin kiertoradat, kun samanaikaisesti on relativistically invariant johtaa tähän lopputulokseen. Painovoiman nopeus on juuri valon nopeus, eikä fysiikka olisi sallinut sitä millään muulla tavalla.