yleinen

Miksi painovoima liikkuu valon nopeudella?

Jos katsot aurinkoa 150 miljoonallakilometriä tilaa, joka erottaa maailman lähimmästä tähdestä, näyttänyt valo ei näytä aurinkoa tällä hetkellä, mutta miten se oli 8 minuuttia ja 20 sekuntia sitten. Tämä johtuu siitä, että valo ei liiku heti (mutta valon nopeudella, haha): sen nopeus on 299 792 458 kilometriä sekunnissa (tämän uskomattoman tosiasian yksityiskohdat ovat täällä). Se on sellainen aika, että valo tarvitsee voittaakseen polun auringon fotosfääristä planeetallemme. Mutta painovoiman ei tarvitse välttämättä käyttäytyä samalla tavalla; Ehkä, kuten Newtonin teoria ennusti, gravitaatiovoima on hetkellinen ilmiö, ja kaikki universumin massan omaavat esineet tuntevat kaikki nämä valtavat kosmiset etäisyydet samanaikaisesti.

Onko tämä todella? Jos aurinko katoaisi välittömästi, olisiko maapallo välittömästi suorassa linjassa tai kääntäisikö se edelleen aurinkopaikan ympärille vielä 8 minuuttia ja 20 sekuntia? Yleisen suhteellisuusteorian mukaan vastaus on lähempänä toista vaihtoehtoa, koska se ei ole massan määräävä painovoima, vaan avaruuden kaarevuus, joka määräytyy siinä olevan aineen ja energian summan perusteella. Jos aurinko katosi, tila ei olisi kaareva, vaan tasainen, mutta tämä muutos ei olisi hetkellinen. Koska välilyönti on kangas, siirtyminen olisi eräänlainen "verensiirto", joka lähettäisi jättiläispigmenttejä - painovoiman aaltoja - maailmankaikkeuden yli, kuten lammasta tulleesta kivestä.

Tämän aaltoilun nopeus määritetään samalla tavalla kuinkaiken muun nopeus yleisessä suhteellisuudessa: sen energia ja massa. Koska gravitaation aalloilla ei ole massaa, mutta niillä on rajallista energiaa, niiden täytyy liikkua valon nopeudella. Ja tämä tarkoittaa sitä, että maapalloa ei kiinnitetä paikkaan, jossa aurinko on avaruudessa, vaan siihen, missä se oli hieman yli kahdeksan minuuttia sitten.

Jos se olisi ainoa eroEinsteinin ja Newtonin gravitaatioteoriat toteaisimme välittömästi, että Einstein oli väärässä. Planeettojen kiertoradat olivat niin hyvin tutkittuja ja tallennettuja niin tarkasti ja pitkään (1500-luvun loppupuolelta!) Jos gravitaatio vain houkutteli planeetat auringonpaikkaan valon nopeudella, planeettojen ennustetut sijainnit eivät vastaa suuresti niiden nykyistä sijaintia. Loistavaa logiikkaa tarvitaan ymmärtämään, että Newtonin lait vaativat uskomattoman painovoiman niin tarkasti, että jos se olisi ainoa rajoitus, painovoiman nopeuden olisi oltava yli 20 miljardia kertaa nopeampi kuin valon nopeus.

Mutta GR: ssä on toinen palapelin pala, jokasuuri merkitys: planeetan kiertonopeus, kun se liikkuu auringon ympäri. Esimerkiksi maa liikkuu myös "huojumassa" painovoiman aaltoilla ja usein laskevalla ei siinä paikassa, jossa se nousi. On kaksi vaikutusta: kunkin kohteen nopeus vaikuttaa siihen, miten se kokee painovoiman voiman, ja sen kanssa muutokset gravitaatiokentissä.

Mutta se on erityisen mielenkiintoistamuutokset gravitaatiokentässä rajallisen painovoiman nopeudella ja nopeudesta riippuvaisten vuorovaikutusten vaikutukset ovat lähes täsmällisesti tasapainossa. Tämän tasapainon epätarkkuus antaa meille mahdollisuuden määrittää kokeellisesti, mikä teoria vastaa Universumiamme: Newtonin “äärettömän painovoiman nopeuden” tai Einstein-mallin ”painovoiman nopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus” Teoriassa tiedämme, että painovoiman pitäisi vastata valon nopeutta. Mutta auringon painovoima on liian heikko tämän vaikutuksen mittaamiseksi. Itse asiassa sitä on hyvin vaikea muuttaa, koska kun jokin liikkuu vakionopeudella vakio-gravitaatiokentällä, ei havaita mitään vaikutusta. Ihannetapauksessa tarvitsisimme järjestelmän, jossa massiivinen esine liikkuu vaihtelevalla nopeudella vaihtelevan gravitaatiokentän kautta. Toisin sanoen, tarvitsemme järjestelmän, joka koostuu läheltä pyöritettäviä, havaittavissa olevia tähtimerkkejä, joista ainakin yksi on neutroni.

Neutronitähdet pyörivät, nepulssi ja nämä impulssit näkyvät meille maapallolla aina, kun neutronitähtipylväs kulkee näkymämme kautta. Einsteinin gravitaatioteorian ennusteet ovat uskomattoman herkkiä valon nopeudelle, joten pulsareiden binäärisen järjestelmän ensimmäisen havaitsemisen jälkeen 1980-luvulla, PSR1913 + 16 (Hals-Taylor), alensimme painovoiman yhtä suureksi nopeudeksi mittausvirheellä vain 0,2 %.

Tämä on tietenkin epäsuora ulottuvuus. Voimme tehdä epäsuoran mittauksen toisesta tyypistä vuonna 2002, jolloin sattuman seurauksena Maa, Jupiter ja erittäin voimakas radiokvasari (QSO J0842 + 1835) rivissä yhdelle näkökentälle. Kun Jupiter liikkuu maan ja kvasarin välillä, Jupiterin gravitaatiokäyrän avulla voimme mitata painovoiman, poistaa äärettömän nopeuden ja määrittää, että se on jossakin välillä 2,55 x 108 ja 3,81 x 108 metriä sekunnissa, mikä on täysin yhdenmukainen Einsteinin ennusteiden kanssa .

Ihannetapauksessa voisimme mitata tämän aaltoilun nopeudensuoraan havaitsemalla gravitaatioaaltoja. LIGO löysi ensimmäisen. Valitettavasti, koska emme kykene kolmiota näiden aaltojen syntymäpaikkaa oikein, emme tiedä, mistä puolelta he tulivat. Laskemalla etäisyys kahden riippumattoman ilmaisimen välillä (Washingtonissa ja Louisianassa) ja mittaamalla signaalin saapumisajan ero, voimme määrittää, että painonopeus vastaa valon nopeutta ja määrittää vakavimmat nopeusrajoitukset.

Vakavimmat rajoitukset antavat kuitenkin meilleepäsuorat mittaukset hyvin harvinaisista pulsarijärjestelmistä. Tähän mennessä parhaat tulokset kertovat meille, että painovoima on 2,993 x 108 ja 3,003 x 108 metriä sekunnissa, mikä vahvistaa GR: n ja vaikuttaa kauheasti vaihtoehtoisiin gravitaatioteorioihin (anteeksi, Newton).

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!