Почему гравитация движется со скоростью света?

16 512 просмотра
Об авторе

Гравитация

Если посмотреть на Солнце через 150 миллионов километров космоса, который разделяет наш мир от ближайшей звезды, свет, который вы видите, не показывает Солнце на текущий момент, а каким оно было 8 минут и 20 секунд назад. Это потому что свет движется не мгновенно (а со скоростью света, хаха): его скорость составляет 299 792,458 километра в секунду (подробности этого невероятного факта здесь). Именно такое время нужно свету, чтобы преодолеть путь от фотосферы Солнца до нашей планеты. Но силе тяжести не обязательно нужно вести себя так же; возможно, как предсказывала теория Ньютона, гравитационная сила представляет собой мгновенное явление и ощущается всеми объектами с массой во Вселенной, через все эти огромные космические расстояния, одновременно.

Так ли это в действительности? Если Солнце бы мгновенно исчезло, полетела бы Земля сразу же по прямой линии или же продолжила вращаться вокруг местоположения Солнца в течение еще 8 минут и 20 секунд? По общей теории относительности, ответ ближе ко второму варианту, поскольку не масса определяет гравитацию, а искривление пространства, которое определяется суммой всей материи и энергии в нем. Если бы Солнце исчезло, пространство стало бы не искривленным, а плоским, но эта трансформация была бы не мгновенной. Поскольку пространство-время — это ткань, переход стал бы неким «переливанием», которое отправило бы гигантскую рябь — гравитационные волны — через Вселенную, подобную ряби от брошенного в пруд камня.

Гравитация

Скорость этой ряби определяется так же, как и скорость всего остального в ОТО: ее энергией и массой. Поскольку гравитационные волны не обладают массой, но имеют конечную энергию, они должны двигаться со скоростью света. А это значит, что Земля притягивается не к тому месту, где находится в пространстве Солнце, а к тому, где оно было чуть больше восьми минут назад.

Гравитация

Если бы это была единственная разница между теориями гравитации Эйнштейна и Ньютона, мы немедленно заключили бы, что Эйнштейн ошибался. Орбиты планет так хорошо изучены и так точно и долго записывались (с конца 1500-х!), что если бы гравитация просто притягивала планеты к месту Солнца со скоростью света, предсказанные положения планет сильно не соответствовали бы их актуальному положению. Необходима блестящая логика, чтобы понять, что законы Ньютона требуют невероятной скорости гравитации такой точности, что если бы это было единственное ограничение, скорость гравитации должна была бы быть больше чем в 20 миллиардов раз быстрее скорости света.

Гравитация

Но в ОТО есть еще один кусок головоломки, который имеет большое значение: орбитальная скорость планеты по мере ее движения вокруг Солнца. Земля, например, тоже движется, «покачиваясь» на волнах гравитации и часто опускаясь не там, где поднималась. Налицо два эффекта: скорость каждого объекта влияет на то, как он испытывает силу гравитации, а с ней и изменения в гравитационных полях.

Гравитация

Но что особенно интересно, так это то, что изменения в гравитационном поле при конечной скорости гравитации и эффекты зависимых от скорости взаимодействий почти точно уравновешиваются. Именно неточность этого равновесия позволяет нам определить экспериментально, какая теория соответствует нашей Вселенной: ньютонова модель «бесконечной скорости гравитации» или эйнштейнова модель «скорость гравитации равна скорости света». В теории, мы знаем, что скорость гравитации должна соответствовать скорости света. Но гравитационная сила Солнца слишком слабая, чтобы измерить этот эффект. На самом деле, изменить его очень сложно, поскольку когда нечто движется с постоянной скоростью в постоянном гравитационном поле, никакого наблюдаемого эффекта нет вовсе. В идеале, нам нужна была бы система, в которой массивный объект движется с изменяющейся скорость через меняющееся гравитационное поле. Другими словами, нам нужна система, состоящая из тесной пары вращающихся наблюдаемых останков звезд, хотя бы одна из которых будет нейтронной.

По мере вращения нейтронных звезд, они пульсируют, и эти импульсы видны нам на Земле всякий раз, когда полюс нейтронной звезды проходит через нашу линию визирования. Предсказания теории гравитации Эйнштейна невероятно чувствительны к скорости света, так что с самого первого обнаружения бинарной системы пульсаров в 1980-х годах, PSR1913+16 (Халса-Тейлора), мы свели скорость гравитации до равной скорости света с погрешностью измерения всего в 0,2%.

Конечно, это непрямое измерение. Мы смогли осуществить косвенное измерение другого типа в 2002 году, когда в результате случайного совпадения Земля, Юпитер и очень мощный радиоквазар (QSO J0842+1835) выстроились на одну линию визирования. По мере движения Юпитера между Землей и квазаром, гравитационное искривление Юпитера позволило нам измерить скорость гравитации, исключить бесконечную скорость и определить, что она где-то между 2,55 х 108 и 3,81 х 108 метров в секунду, что полностью соответствует предсказаниям Эйнштейна.

Квазар

В идеале, мы могли бы измерить скорость этой ряби напрямую за счет прямого обнаружения гравитационных волн. LIGO нашла первую такую, в конце концов. К сожалению, из-за нашей неспособности правильно триангулировать место рождения этих волн, мы не знаем, с какой стороны они пришли. Рассчитав дистанцию между двумя независимыми детекторами (в Вашингтоне и Луизиане) и измерив разницу во времени прибытия сигнала, мы можем определить, что скорость гравитации соответствует скорости света и определить самые жесткие ограничения по скорости.

Тем не менее, самые жесткие ограничения дают нам косвенные измерения от очень редких систем пульсаров. Лучшие результаты на настоящий момент говорят нам, что скорость гравитации между 2,993 х 108 и 3,003 х 108 метров в секунду, что прекрасно подтверждает ОТО и ужасно сказывается на альтернативных теориях гравитации (прости, Ньютон).

Почему гравитация движется со скоростью света?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

33 комментария

  1. Denus Warrus

    Холодный термояд, сигнал Wow, тёмная материя, гравитационные волны...пока что это лишь догадки и теории. Фотон не имеет массы и имеет скорость света при своем возникновении, статья внизу, что же переносит гравитацию пока неизвестно. По логике это нечто , отвечающее за массу, либо не имеет массы (странно звучит), либо имеет гигантскую энергию (ведь двигается со скоростью света), что тоже странно, т.к. вероятно уже давно бы было обнаружено. Есть же теория в физике о квантовой гравитации? Приплетем сюда ещё и квантовую запутанность и получим, что исчезновение какого-либо объекта являющегося источником гравитации моментально снимает все создаваемые этим источником явления) Вроде неплохо звучит)? Осталось подогнать доказательства и да прибудет с вами сила)

    • Uriel

      Хм.. интересно на счет того, что переносит гравитацию (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • michigan

      Гравитацию ничего не переносит, это искривление пространства-времени. Соответственно "носителем" является само пространство-время. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • Denus Warrus

        Это равносильно ответу "патамушта" Пространство-время встает в гордый ряд теорий, которые остаются таковыми уже более века. Необходимо я считаю провести срочные измерения флюктуаций гиперпространственного континуума в условиях восьмического какуума) Я шучу конечно. Надеюсь дожить до тех времен, когда наука найдёт ответы на все эти вопросы...и найдёт вопросы новые) Т.ч. осталось дождаться прихода в мир науки нового Эйнштейна.

        • Automatron

          еще один человек, не знающий значения слова "теория". То, что недавно подтвердили экспериментально грав. волны, не, ничего?

          • Tech

            Экспериментально подтсверждено, что электроны существуют и у них есть определяющие характеристики. Но тем не менее - электроны остаются загадкой.

      • School73

        Это "искривление" - математический приём, так же как и пространство-время, лишь способ описать теорию. Другой момент - отчего же гравитация не должна иметь переносчиков, когда остальные взаимодействия их имеют? Пока ничего не говорит об обратном, можно считать эту идею наиболее логичной и вероятной.

        • loijeje

          Переносчики нужны между отдельными объектами, мы находимся в единном объекте-пространстве"времени"

          • loijeje

            "Материальные тела" это многоуровневые динамические искривления пространства"времени"

    • Est

      Сложна (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  2. Megard

    Все замечательно, две вещи не понятны - что такое пространство и что такое время.

  3. provokator

    Ерунда. В бесконечной вселенной не может быть ни чего конечного. Так что возможна скорость выше сс (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Automatron

      нет, не возможна. В бесконечной вселенной может быть все, что угодно, что НЕ НАРУШАЕТ законов физики.

      • loijeje

        Надо разобратся:какие внутренние параметры,принципы "пространства времени" определяют задержку импульса энергии в этом блин "простанстве-времени" в 1 сек на 300 000 км

      • provokator

        "В бесконечной вселенной может быть все что угодно". Сами сказали). А законы придумал человек. Они тоже меняются и дополняются (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. sema1996

    Это полное лжи наука вот видео смотрите внимательно и запоминайти https://www.youtube.com/watch?v=A2M60TiJvG8

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.