a térbeli hullámok a gravitációs hullámok, amelyek az űrben haladnak… fény minden irányban. Bár az elektromágnesesség állandói soha nem jelennek meg Einstein általános relativitásának egyenleteiben, a gravitációs sebesség kétségtelenül megegyezik a fénysebességgel. Elmondom, miért.,
European gravitációs Observatory, Lionel BRET/EUROLIOS
Ha a nap spontán megszűnne a fénykibocsátás, körülbelül 8 perc 20 másodpercig nem tudnánk róla. A Földre érkező fényt, éppen ebben a pillanatban, a nap fotoszférájából bocsátották ki véges mennyiségű idő a múltban, és csak most látják meg a napot a Földtől elválasztó 150 millió km (93 millió mérföld) út után. Ha a nap most elsötétülne, nem derítenénk ki, amíg a fény meg nem érkezik.
de mi a helyzet a gravitációval?, Ha a napot spontán (valahogy) eltávolították a létezésből, mennyi ideig marad a Föld elliptikus pályáján, mielőtt egyenes vonalban repülne? Hiszed vagy sem, a válasznak pontosan ugyanannyi időnek kell lennie, mint a fénynek: 8 perc 20 másodperc. A gravitációs sebesség nemcsak a fénysebességnek felel meg hihetetlenül pontos mértékben, de ennek a két állandónak elméletileg pontosan egyenlőnek kell lennie, vagy az általános relativitás szétesik. Itt van a tudomány mögött miért.,
Newton univerzális gravitáció törvényét Einstein általános relativitása váltotta fel, de… egy pillanatnyi cselekvés (erő) fogalmára támaszkodott távolról, hihetetlenül egyszerű. Ebben az egyenletben a gravitációs állandó, a G, a két tömeg értékeivel és a köztük lévő távolsággal együtt, az egyetlen tényező a gravitációs erő meghatározásában. G Einstein elméletében is megjelenik.,
Wikimedia commons felhasználó Dennis Nilsson
mielőtt az általános relativitáselmélet jött, a legsikeresebb gravitációs elmélet volt Newton egyetemes gravitációs törvénye. Newton szerint a térben lévő két objektum közötti gravitációs erő, amelyet csak négy paraméter határoz meg:
- az univerzum gravitációs állandója, G, amely mindenki számára azonos.
- az első tárgy tömege, m, amely a gravitációs erőt tapasztalja. (Einstein egyenértékűségi elve szerint ez ugyanaz az m, amely a mozgás törvényeibe kerül, mint az F = ma.,)
- a második objektum tömege, M, amely vonzza az első objektumot.
- a köztük lévő távolság, r, amely az első objektum tömegközéppontjától a második tömegközéppontig terjed.
ne feledje, hogy ez az egyetlen négy paraméter, amely megengedett a newtoni gravitációban. Mindenféle számítást elvégezhet ebből az erőtörvényből, hogy például elliptikus bolygók keringjenek a Nap körül. De az egyenletek csak akkor működnek, ha a gravitációs erő pillanatnyi.,
a nyolc nagy bolygó pályája excentricitással és a perihelion közötti különbséggel változik… (legközelebbi megközelítés) és aphelion (legtávolabbi távolság) a Naphoz képest. Nincs alapvető oka annak, hogy egyes bolygók többé-kevésbé excentrikusak, mint egymás; ez egyszerűen a Naprendszer kialakulásának kezdeti körülményeinek eredménye., Ha azonban valahogy kikapcsolná a nap gravitációs hatásait, a bolygók nem azonnal repülnének le, hanem inkább a belsőek repülnének először, majd a külsőek, mivel a nap gravitációs jelei csak kifelé terjednek a gravitáció sebességével, amelynek meg kell egyeznie a fény sebességével.
NASA / JPL-Caltech / R. Hurt
Ez kissé megzavarhatja Önt., Végül is, ha a gravitációs sebesség csak a fénysebességgel egyenlő, nem pedig végtelenül gyors erővel, akkor a Földet oda kell vonzani, ahol a nap 8 perc és 20 másodperccel ezelőtt volt, nem ott, ahol a nap jelenleg van, ebben a pillanatban az időben. De ha a számítás helyett lehetővé Föld vonzza a Nap elmúlt helyzetben, ahelyett, hogy a jelenlegi helyzetben egy jóslat a pályára, hogy olyan alaposan téved, hogy Newton maga, minőségi megfigyelések vissza kevesebb, mint 100 éve (amikor Tycho Brahe), lehet nem zárta ki.,
valójában, ha Newton törvényeit használta a bolygók pályáinak kiszámításához, és követelte, hogy azok megfeleljenek a modern megfigyeléseknek, nemcsak a gravitációs sebességnek gyorsabbnak kell lennie, mint a fénysebesség, hanem legalább 20 milliárdszor gyorsabbnak kell lennie: megkülönböztethetetlen a végtelen sebességtől.
pontos modell arról, hogy a bolygók hogyan keringenek a Nap körül, amely ezután a galaxisban mozog… más a mozgás iránya., Ha a nap egyszerűen kilépne a létezésből, Newton elmélete azt jósolja, hogy azonnal egyenes vonalakban repülnek le, míg Einstein előrejelzése szerint a belső bolygók rövidebb ideig keringenek, mint a külső bolygók. Rhys Taylor
A probléma a következő: ha van egy központi erő, ahol egy kötött részecske, mint (például), hogy a Föld vonzza a Nap, de mozog a Nap körül (keringő, vagy szaporító) egy véges sebességgel, csak tisztán elliptikus pályán, ha az erő terjedési sebessége végtelen., Ha véges, akkor nem csak radiális gyorsulást kap (a másik tömeg felé), hanem olyan komponenst is kap, amely tangenciálisan felgyorsítja a részecskét.
Ez nem csak elliptikus, de instabil pályákat eredményez. Egy évszázad léptékében az orbitok jelentősen eltolódnának. 1805-re Laplace a Hold megfigyeléseit használta annak bizonyítására, hogy a newtoni gravitáció sebességének 7 milliószor nagyobbnak kell lennie, mint a fénysebesség. A Modern korlátok most 20 milliárdszorosa a fénysebességnek, ami nagyszerű Newton számára. De mindez nagy terhet rótt Einsteinre.,
a relativisztikus mozgás egyik forradalmi aspektusa, amelyet Einstein állított fel, de korábban felépítette… Lorentz, Fitzgerald és mások, hogy a gyorsan mozgó tárgyak úgy tűnt, hogy összehúzódnak az űrben és tágulnak az időben. Minél gyorsabban mozog valaki nyugalmi, annál nagyobb a hossza úgy tűnik, hogy szerződött, míg a több időt úgy tűnik, hogy kitágul a külvilág számára., Ez a relativisztikus mechanika képe felváltotta a klasszikus mechanika régi newtoni nézetét, de óriási következményekkel jár az olyan elméletekre is, amelyek nem relativisztikailag invariánsak, mint a newtoni gravitáció.
Curt Renshaw
Einstein szerint nagy probléma van, fogalmilag, Newton gravitációs erő törvényével: a két objektum közötti távolság nem abszolút mennyiség, hanem inkább a megfigyelő mozgásától függ., Ha bármely képzeletbeli vonal felé vagy attól távol halad, akkor a távolság ebben az irányban összehúzódik, a relatív sebességtől függően. Ahhoz, hogy a gravitációs erő kiszámítható mennyiség legyen, minden megfigyelőnek következetes eredményeket kell hoznia, amit nem lehet elérni a relativitás Newton gravitációs erő törvényével való kombinálásával.
ezért Einstein szerint olyan elméletet kell kidolgoznia, amely gravitációt és relativisztikus mozgásokat hozott össze, és ez általános relativitáselméletet jelentett: a mozgás relativisztikus elméletét, amely a gravitációt beépítette., Miután elkészült, az általános relativitáselmélet drámaian más történetet mondott.
animált pillantás arra, hogy a téridő hogyan reagál, amikor egy tömeg áthalad rajta, segít pontosan bemutatni, hogyan,… minőségi szempontból ez nem csupán egy szövetlap, hanem maga a tér is görbül az anyag és az energia jelenléte és tulajdonságai által az univerzumban. Vegye figyelembe, hogy a téridő csak akkor írható le, ha nem csak a hatalmas objektum helyzetét, hanem azt is, hogy hol található ez a tömeg az idő múlásával., Mind a pillanatnyi hely, mind az objektum helyének múltbeli története meghatározza az univerzumban mozgó tárgyak által tapasztalt erőket.
LucasVB
annak érdekében, hogy a különböző megfigyelők megegyezzenek a gravitáció működéséről, nem lehet olyan dolog, mint az abszolút tér, az abszolút idő vagy a végtelen sebességgel terjedő jel., Ehelyett a térnek és az időnek viszonylagosnak kell lennie a különböző megfigyelők számára, és a jelek csak olyan sebességgel terjedhetnek, amely pontosan megegyezik a fénysebességgel (ha a szaporító részecske tömegtelen) vagy olyan sebességgel, amely a fénysebesség alatt van (ha a részecske tömege).
annak érdekében, hogy ez kiderüljön, további hatásra van szükség a nem nulla tangenciális gyorsulás problémájának megszüntetéséhez, amelyet véges gravitációs sebesség indukál., Ezt a jelenséget, amelyet gravitációs aberrációnak neveznek, szinte pontosan törli az a tény, hogy az általános relativitáselmélet sebességfüggő kölcsönhatásokkal is rendelkezik. Ahogy például a Föld az űrben mozog, úgy érzi, hogy a Napból származó erő megváltozik, amikor megváltoztatja helyzetét, ugyanúgy, ahogy az óceánon áthaladó hajó más helyzetbe kerül, amikor felemelkedik, és egy elhaladó hullám ismét leereszkedik.
gravitációs sugárzás kerül kibocsátásra, amikor egy tömeg kering egy másik, ami azt jelenti, hogy hosszú… elég időeltolódás, az orbitok bomlani fognak., Mielőtt az első fekete lyuk valaha elpárolog, a Föld spirálba kerül a nap bal oldalán, feltételezve, hogy semmi más nem engedte ki korábban. A föld vonzódik ahhoz, ahol a nap körülbelül 8 perccel ezelőtt volt, nem oda, ahol ma van.
American Physical Society
ami figyelemre méltó, és semmiképpen sem nyilvánvaló, hogy ez a két hatás szinte pontosan megszűnik., Az a tény, hogy a gravitációs sebesség véges, mi indukálja ezt a gravitációs aberrációt, de az a tény, hogy az általános relativitáselmélet (ellentétben a newtoni gravitációval) sebességfüggő kölcsönhatásokkal rendelkezik, lehetővé tette a newtoni gravitáció ilyen jó közelítést. Csak egy sebesség működik, hogy ez a Törlés jó legyen: ha a gravitációs sebesség megegyezik a fény sebességével.
tehát ez az elméleti motiváció arra, hogy a gravitációs sebességnek meg kell egyeznie a fénysebességgel., Ha azt akarod, hogy a bolygók pályái összhangban legyenek a látottakkal, és hogy minden megfigyelő számára konzisztensek legyenek, akkor olyan gravitációs sebességre van szükséged, amely egyenlő c-vel, és hogy az elméleted relativisztikailag invariáns legyen. Van azonban egy másik figyelmeztetés. Az Általános relativitáselméletben a gravitációs aberráció és a sebességfüggő kifejezés közötti megszakítás szinte pontos,de nem egészen. Csak a megfelelő rendszer képes feltárni a különbséget Einstein és Newton jóslatai között.,
amikor egy tömeg áthalad egy ívelt tér régiójában,gyorsulást tapasztal az… ívelt térben lakik. További hatást is tapasztal a sebessége miatt, amikor egy olyan területen mozog, ahol a térbeli görbület folyamatosan változik. Ez a két hatás együttesen enyhe, apró különbséget eredményez Newton gravitációjának előrejelzéseitől.,
David Champion, Max Planck Institute for Radio Astronomy
saját szomszédságunkban a nap gravitációjának ereje túl gyenge ahhoz, hogy mérhető hatást fejtsen ki. Amit szeretne, egy olyan rendszer, amely nagy gravitációs mezőkkel rendelkezik, kis távolságra egy hatalmas forrástól, ahol a mozgó tárgy sebessége mind gyors, mind gyorsan változik (gyorsul), egy nagy gradiensű gravitációs mezőben.
a Napunk ezt nem adja meg nekünk, de a környezet egy bináris fekete lyuk körül vagy egy bináris neutroncsillag körül!, Ideális esetben egy olyan rendszer, amelynek hatalmas tárgya változó sebességgel mozog egy változó gravitációs mezőn keresztül, bemutatja ezt a hatást. És egy bináris neutroncsillagrendszer, ahol az egyik neutroncsillag egy nagyon pontos pulzár, pontosan illeszkedik a számlához.
ha egyetlen objektum van, például egy pulzár, amely az űrben kering, minden alkalommal pulzál… befejezi a 360 fokos forgatás egy fortuitously igazított megfigyelő., Ha a hely, hogy a pulzár egy bináris rendszer, egy sűrű, hatalmas tárgyat, akkor gyorsan át, hogy a tér, amelynek mind a hatása a gravitációs aberráció, valamint a sebesség-függő kölcsönhatások, valamint a pontatlan lemondási lehetővé teszi a tudósok számára, hogy megvizsgálják a relativisztikus előrejelzések ez a rendszer a Newtoni is.
ESO / L. Calçada
a pulsar, különösen egy milliszekundumos pulsar, a legjobb természetes óra az univerzumban., Ahogy a neutroncsillag forog, elektromágneses sugárzást bocsát ki, amelynek esélye van arra, hogy minden 360 fokos forgatás után igazodjon a Föld perspektívájához. Ha az igazítás helyes, megfigyelhetjük ezeket az impulzusokat, amelyek rendkívül kiszámítható pontossággal és pontossággal érkeznek.
Ha a pulzár bináris rendszerben van, akkor a változó gravitációs mezőn való áthaladás gravitációs hullámok kibocsátását okozza, amelyek energiát szállítanak a gravitáló rendszertől. Ennek az energiának a vesztesége valahonnan származik, és ezt kompenzálja a pulzár pályáinak bomlása., A pulsar bomlás előrejelzései nagyon érzékenyek a gravitáció sebességére; még a legelső bináris pulzárrendszer használatával, amelyet valaha is önmagában fedeztek fel, a PSR 1913+16 (vagy a Hulse-Taylor bináris) lehetővé tette számunkra, hogy korlátozzuk a gravitációs sebességet, hogy egyenlő legyen a fénysebességgel, csak 0, 2% – on belül!
a bináris pulzár orbitális bomlási sebessége nagymértékben függ a gravitáció sebességétől és a… a bináris rendszer orbitális paraméterei. Bináris pulzár adatokat használtunk a gravitációs sebesség korlátozására, hogy egyenlő legyen a fénysebességgel 99 pontossággal.,8%, és arra következtetni, hogy léteznek gravitációs hullámok évtizedekkel azelőtt, hogy LIGO és Virgo észlelte őket. A gravitációs hullámok közvetlen észlelése azonban létfontosságú része volt a tudományos folyamatnak, és a gravitációs hullámok létezése még mindig kétséges lenne nélküle.
NASA (L), Max Planck Institute for Radio Astronomy / Michael Kramer (R)
azóta más mérések is igazolták a fénysebesség és a gravitáció sebességének egyenértékűségét., 2002-ben a véletlen egybeesés miatt a Föld, a Jupiter és egy nagyon erős rádió kvazár (QSO J0842+1835 néven ismert) összenőtt. Ahogy a Jupiter áthaladt a Föld és a kvazár között, gravitációs hatása miatt a csillagfény olyan módon hajlott meg, amely a gravitáció sebességétől függött.,
a Jupiter volt, sőt, hajlik a fény a kvazár, lehetővé téve számunkra, hogy kizárjuk a végtelen sebesség az a sebesség, a gravitáció határozza meg, hogy valójában között 255 millió 381 millió méter másodpercenként, összhangban a pontos érték a fény sebessége (299,792,458 m/s), valamint azzal is, hogy Einstein előrejelzések. Még a közelmúltban a gravitációs hullámok első megfigyelései még szigorúbb korlátokat hoztak nekünk.
gyors gammasugár-kitörés illusztrációja, amelyet régóta gondoltak a neutroncsillagok egyesüléséből. A…, az őket körülvevő gázban gazdag környezet késleltetheti a jel érkezését, magyarázva a megfigyelt 1,7 másodperces különbséget a gravitációs és elektromágneses jelek beérkezése között. Ez a legjobb bizonyítékunk, megfigyelésesen, hogy a gravitációs sebességnek meg kell egyeznie a fény sebességével.,
ESO
Az első észlelt gravitációs hullámtól és a Hanford, WA és Livingston, LA érkezési idejének különbségétől közvetlenül megtudtuk, hogy a gravitációs sebesség körülbelül 70% – kal egyenlő a fénysebességgel, ami nem javul a pulzár időzítési korlátain. De amikor 2017-ben mind a gravitációs hullámok, mind a neutroncsillag-neutroncsillag egyesüléséből származó fény megérkezett, az a tény, hogy a gamma-sugár jelek csak 1.,7 másodperccel a gravitációs hullámjelzés után, több mint 100 millió fényévnyi utazás során megtanultuk, hogy a fénysebesség és a gravitáció sebessége nem több, mint 1 részenként tér el egy kvadrillionban: 1015.
mindaddig, amíg a gravitációs hullámoknak és fotonoknak nincs nyugalmi tömegük, a fizika törvényei azt diktálják, hogy pontosan ugyanolyan sebességgel kell mozogniuk: a fénysebességgel, amelynek meg kell egyeznie a gravitáció sebességével., Még mielőtt a korlátok megkapták ezt a látványosat, amely megköveteli, hogy a gravitációs elmélet reprodukálja a newtoni pályákat, miközben egyidejűleg relativisztikus invariáns, ehhez az elkerülhetetlen következtetéshez vezet. A gravitáció sebessége pontosan a fénysebesség, és a fizika nem engedte volna, hogy más legyen.