opći

Zašto se gravitacija kreće brzinom svjetlosti?

Ako pogledate sunce kroz 150 milijunakilometara prostora koji razdvaja naš svijet od najbliže zvijezde, svjetlo koje vidite ne pokazuje sunce u ovom trenutku, nego kako je bilo prije 8 minuta i 20 sekundi. To je zato što se svjetlo ne pomiče odmah (već brzinom svjetlosti, haha): njegova brzina je 299,792.458 kilometara u sekundi (detalji ove nevjerojatne činjenice su ovdje). To je vrijeme koje svjetlo treba kako bi prevladalo put od fotosfere Sunca do našeg planeta. Ali gravitacija ne mora nužno biti jednaka; Možda, kao što je Newtonova teorija predvidjela, gravitacijska sila je trenutna pojava i osjećaju je svi objekti s masom u Svemiru, kroz sve te ogromne kozmičke udaljenosti, istovremeno.

Je li to doista slučaj? Ako bi sunce odmah nestalo, bi li zemlja odmah letjela ravnom linijom ili bi se i dalje okretala oko mjesta sunca još 8 minuta i 20 sekundi? Prema općoj teoriji relativnosti, odgovor je bliži drugoj opciji, budući da masa ne određuje gravitaciju, nego zakrivljenost prostora, koju određuje zbroj svih tvari i energije u njoj. Ako je sunce nestalo, prostor ne bi bio zakrivljen, već ravan, ali ta transformacija ne bi bila trenutna. Budući da je prostor-vrijeme tkanina, prijelaz bi bio neka vrsta "transfuzije" koja bi poslala ogromne valove - gravitacijske valove - diljem svemira, poput talasa iz kamena bačenog u ribnjak.

Brzina ove valovitosti određuje se na isti način kao ibrzina svega ostalog u općoj relativnosti: njegova energija i masa. Budući da gravitacijski valovi nemaju masu, ali imaju konačnu energiju, moraju se kretati brzinom svjetlosti. A to znači da Zemlju ne privlači mjesto gdje je Sunce u svemiru, nego gdje je bilo prije nešto više od osam minuta.

Ako je to jedina razlika izmeđuTeorije gravitacije Einsteina i Newtona, odmah bismo zaključili da je Einstein bio pogrešan. Orbite planeta bile su tako dobro proučene i snimane tako precizno i ​​dugo vremena (od kasnih 1500-ih!) Da ako gravitacija jednostavno privuče planete do mjesta Sunca brzinom svjetlosti, predviđene pozicije planeta ne bi uvelike odgovarale njihovom trenutnom položaju. Briljantna logika potrebna je kako bi se shvatilo da Newtonovi zakoni zahtijevaju nevjerojatnu brzinu gravitacije takve preciznosti da bi, ako je to bilo jedino ograničenje, brzina gravitacije morala biti više od 20 milijardi puta brža od brzine svjetlosti.

Ali u GR-u postoji još jedan dio slagalice, kojiod velike važnosti: orbitalna brzina planeta kako se kreće oko sunca. Zemlja se, na primjer, također pomiče, "ljulja" se na valovima gravitacije i često se ne spušta na mjesto gdje se diže. Postoje dva učinka: brzina svakog objekta utječe na to kako doživljava silu gravitacije, a time i na gravitacijska polja.

Ali ono što je posebno zanimljivo je topromjene gravitacijskog polja pri konačnoj brzini gravitacije i učinci interakcija ovisnih o brzini gotovo su točno uravnoteženi. Netočnost ove ravnoteže omogućuje nam da eksperimentalno odredimo koja teorija odgovara našem Svemiru: Newtonov model "beskonačne brzine gravitacije" ili Einsteinov model "brzina gravitacije jednaka je brzini svjetlosti". U teoriji, znamo da brzina gravitacije treba odgovarati brzini svjetlosti. Ali gravitacijska sila sunca je preslaba da bi izmjerila taj učinak. Zapravo, vrlo ga je teško promijeniti, jer kada se nešto kreće konstantnom brzinom u stalnom gravitacijskom polju, uopće nema opaženog učinka. U idealnom slučaju, potreban nam je sustav u kojem se masivni objekt kreće s promjenjivom brzinom kroz različito gravitacijsko polje. Drugim riječima, potreban nam je sustav koji se sastoji od bliskog para rotirajućih vidljivih ostataka zvijezda, od kojih će barem jedan biti neutron.

Kako se rotiraju neutronske zvijezde, onepulsiranje i ovi impulsi su nam vidljivi na Zemlji kad god pol neutronske zvijezde prolazi kroz našu vidokrugu. Predviđanja Einsteinove teorije gravitacije su nevjerojatno osjetljiva na brzinu svjetlosti, pa je od prve detekcije binarnog sustava pulsara 1980-ih, PSR1913 + 16 (Hals-Taylor), smanjili brzinu gravitacije na jednaku brzinu svjetlosti s pogreškom mjerenja od samo 0,2. %.

Naravno, ovo je neizravna dimenzija. Uspjeli smo napraviti indirektno mjerenje druge vrste 2002. godine, kada je, kao slučajnost, Zemlja, Jupiter i vrlo snažan radio kvazar (veza J0842 + 1835) bili postavljeni na jednu liniju vidljivosti. Kako se Jupiter kreće između Zemlje i kvazara, Jupiterova gravitacijska zakrivljenost omogućuje nam mjerenje brzine gravitacije, eliminaciju beskonačne brzine i utvrđuje da je ona negdje između 2,55 x 108 i 3,81 x 108 metara u sekundi, što je u potpunosti u skladu s Einsteinovim predviđanjima. ,

U idealnom slučaju, mogli bismo izmjeriti brzinu ove valovitostiizravno izravnom detekcijom gravitacijskih valova. Na kraju je LIGO pronašao prvu. Nažalost, zbog naše nemogućnosti da pravilno uredimo mjesto rođenja tih valova, ne znamo s koje su strane došli. Izračunavanjem udaljenosti između dva neovisna detektora (u Washingtonu i Louisiani) i mjerenjem razlike u vremenu dolaska signala, možemo odrediti da brzina gravitacije odgovara brzini svjetlosti i određuje najteža ograničenja brzine.

Međutim, najteža ograničenja daju namneizravna mjerenja iz vrlo rijetkih pulsarnih sustava. Najbolji rezultati do sada nam govore da je brzina gravitacije između 2.993 x 108 i 3.003 x 108 metara u sekundi, što savršeno potvrđuje GR i ima strašan učinak na alternativne teorije gravitacije (oprosti, Newton).