Gravitációs sebesség

A gravitáció  sebessége a gravitációs hatások , zavarok és hullámok terjedési sebessége .

A gravitáció sebessége a fizikai elméletekben

Klasszikus fizika

Newton gravitációs elméletében a gravitáció sebessége nem szerepel egyetlen képletben sem, mivel végtelenül nagynak tekinthető. Az égi mechanikával foglalkozó munkáiban [1] Laplace kimutatta, hogy ha a gravitációs kölcsönhatás két test között nem azonnal hat (ami egyenértékű egy sebességfüggő potenciál bevezetésével), akkor az impulzus nem marad meg a mozgásrendszerben. bolygók - a lendület egy része átkerül a gravitációs mezőbe, hasonlóan ahhoz, ahogyan ez történik a töltések elektromágneses kölcsönhatásában az elektrodinamikában. Newtoni szempontból, ha a gravitációs hatás véges sebességgel sugároz, és nem függ a testek sebességétől, akkor a bolygó minden pontját arra a pontra kell vonzani, ahol a Nap kicsit korábban volt, és nem egyidejű elhelyezkedése. Ezen az alapon Laplace kimutatta, hogy a Kepler-probléma véges gravitációs sebességű pályáinak excentricitásának és fél-főtengelyének idővel növekednie kell - világi változásokat kell tapasztalnia. E mennyiségek változásának a Naprendszer stabilitásából és a Hold mozgásából adódó felső határaiból Laplace kimutatta, hogy a gravitációs newtoni kölcsönhatás terjedési sebessége nem lehet kisebb 50 millió fénysebességnél [2] .

A vonzalom azonnal átkerül egyik testről a másikra? Az átviteli idő, ha észrevehető lenne számunkra, túlnyomórészt világi gyorsulásként jelenne meg a Hold mozgásában. Ezt az eszközt javasoltam az említett mozgás során észlelt gyorsulás magyarázatára, és megállapítottam, hogy a megfigyelések teljesítéséhez a vonzóerőnek hétmilliószor nagyobb sebességet kell tulajdonítani, mint a fénysugár sebessége. És mivel most a világi egyenlet oka - a Hold - jól ismert, azt mondhatjuk, hogy a vonzás legalább ötvenmilliószoros fénysebességgel terjed. Ezért, anélkül, hogy félnénk bármilyen észrevehető hibától, a gravitáció átadását azonnalinak tekinthetjük.

Laplace módszere helyes a newtoni gravitáció közvetlen általánosítására, de nem biztos, hogy alkalmazható bonyolultabb modellekre. Tehát például az elektrodinamikában a mozgó töltéseket nem más töltések látható pozícióiból vonzzák/taszítják, hanem azokból a pozíciókból, amelyeket jelenleg elfoglalnának, ha egyenletesen és egyenesen mozognának a látható pozíciókból - ez a Lienard tulajdonsága. -Wiechert potenciálok [4] . Hasonló megfontolás az általános relativitáselmélet keretein belül ugyanarra az eredményre vezet a [5] sorrendig .

Általános relativitáselmélet és más relativisztikus elméletek

Az általános relativitáselméletben (GR) üres térben a gravitáció határsebessége megegyezik a fénysebességgel [6] [7] [8] . A GR-ben a gravitációs tér potenciáljai a metrikus tenzor összetevői , így a gravitációs mező lényegében a metrikus mezővel azonosítható.

A gravitáció kvantumelméletében a gravitáció sebessége a gravitonok sebességét jelenti, mint a mező legkisebb részecskéi (kvantumjai). Általában nagyon közel van a fénysebességhez, vagy egybeesik vele.

Számos alternatív gravitációs elméletben terjedésének sebessége jelentősen eltérhet a fény sebességétől, így a gravitáció sebességének közvetlen mérése ezen elméletek hatékonyságának próbája.

Kísérletek a gravitáció sebességének meghatározására

A gravitáció sebessége meghatározható a gravitációs tér hatásának átviteli sebességével bármely mérés eredményére. Ezzel a módszerrel nagy pontosságú kísérletekben lehet mérni a fény- és rádiójelek áthaladásának késleltetési idejét valamely mozgó masszív test gravitációs terében.

Így 2002 -ben Kopeikin és Fomalont egy olyan kísérletet [9] [10] , amely rádióinterferometrián alapult, extra hosszú alapvonallal , amelyben egy távoli QSO J0842+1835 kvazár sugárzását, amely egy hatalmas test - a Jupiter - közelében haladt el , rögzítette egy rádióteleszkópok lánca a Földön [11] .

A Jupiternek a Nap körüli pályán 13,1 km/s átlagsebességgel történő periodikus mozgása miatt a gravitációs mező periodikus változása következik be a Naprendszer referenciapontjain. A metrika változása (mind a bolygó elhelyezkedésének változása, mind a mozgási sebesség miatt) a gravitáció korlátozott sebességéhez kapcsolódó késleltetéssel következik be. A kísérlet elemzésének ezt a késését figyelembe véve a gravitációs sebesség nagysága közel áll a fénysebességhez, körülbelül 20%-os pontossággal. A kapott eredmény független megerősítést igényel, mivel nem minden relativisztikus fizikus ért egyet a kísérlet értelmezésével [12] .

2016. február 11-én jelentették be a gravitációs hullámok kísérleti felfedezését a LIGO és a VIRGO együttműködésével [13] [14] [15] . A GW150914 eseménynek a gravitációs hullámok frekvenciától függő szóródására gyakorolt ​​hatásának elemzése nem mond ellent annak a hipotézisnek, hogy nulla gravitontömeg és sebessége egybeesik a fénysebességgel az általános relativitáselmélet hipotetikus kiterjesztéseihez (felső becslés a graviton tömeg: m g ≤ 1,2 × 10 -22 eV/c 2 , megfelel a sebesség alsó becslésének 35 Hz frekvenciánál : v g /c ≤ 1 - 10 -18 [16 ]

A gravitációs sebesség mérésének másik módja a távoli csillagforrásokból származó gravitációs hullámok fényjellel egyidejű rögzítése. Az első ilyen mérést a GW170817 gravitációs hullámra kaptuk . Ebből az eseményből ítélve a gravitációs hullámok sebességének eltérése a fénysebességtől, ha van ilyen eltérés, a -3 × 10 -15 és a +0,7 × 10 -15 közötti tartományba esik . Mivel az intergalaktikus közeg törésmutatói és diszperziója között várható különbség jelentéktelen, ezért a hibán belül nem találtunk eltérést a fénysebességtől [17] .

Jegyzetek

1. ↑ PS Laplace Mecanique celeste, 4, Livre X Paris, 1805.
2. ↑ Bogorodsky A.F. 2. fejezet // Univerzális gravitáció. - Kijev: Naukova Dumka , 1971.
3. ↑ Idézet a könyvből: Borisz Nyikolajevics Voroncov-Velyaminov. Laplace. - M .: Zhurgazobedinenie, 1937.
4. ↑ Feynman ezzel a problémával foglalkozik a The Feynman Lectures on Physics 6. kötetében , 21. fejezet, 1. §.
5. ↑ Bogorodsky A.F. 5. fejezet, 15. § // Univerzális gravitáció. - Kijev: Naukova Dumka, 1971.
6. ↑ A. N. Temchin. Sec. 7.1. Hullámok és jellemző felületek, a metrika hullámterjedési sebességei // Einstein-egyenletek egy sokaságon . - M. : Szerkesztői URSS, 1999. - S.  98 -102. — 160 s. — ISBN 5-88417-173-0 .
7. ↑ Landau L. D., Lifshits E. M. Theoretical Physics: Proc. juttatás: Egyetemek számára. 10 kötetben T. II. Mezőelmélet. - 8. kiadás, sztereó. — M.: FIZMATLIT, 2003. — 536 p. - ISBN 5-9221-0056-4 (II. kötet). - § 109. Erős gravitációs hullám.
8. ↑ Yvonne Choquet-Bruhat. Az általános relativitáselmélet és az Einstein-egyenletek  . - Oxford University Press, 2009. -  170. o . — 812p. — (Oxford Mathematical Monographs). — ISBN 978-0199230723 .
9. ↑ Mért gravitációs sebesség 2008. április 17-i archív másolat a Wayback Machine -n https://archive.today/20141130041003/http://www.membrana.ru/particle/4690 date=2014.11.30 }} // membrana, január 2003. 8
10. ↑ A gravitációs sebesség alapvető határa és mérése, S.M. Kopeikin . Letöltve: 2014. október 18. Az eredetiből archiválva : 2014. október 8.. (határozatlan)
11. ↑ Fomalont EB, Kopeikin SM The Measurement of the Light Deflection from Jupiter: Experimental Results (2003), Astrophys. J., 598, 704. (astro-ph/0302294)
12. ↑ Áttekintés a St. Louis Egyetem honlapján Archiválva : 2008. szeptember 11. a Wayback Machine -nél 
13. ↑ GRAVITÁCIÓS HULLÁMOK ÉSZLELÉSE 100 ÉVVEL EINSTEIN JÓSLÁSA  UTÁN . SZŰZ. Letöltve: 2016. február 11. Az eredetiből archiválva : 2016. február 16..
14. ↑ Emanuele Berti. Nézőpont: A fekete lyukak egyesülésének első hangjai  . Physical Review Letters (2016. február 11.). Letöltve: 2016. február 11. Az eredetiből archiválva : 2016. február 12..
15. ↑ B. P. Abbott (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) et al. Gravitációs hullámok megfigyelése bináris fekete lyuk egyesüléséből  (angol)  // Physical Review Letters  : folyóirat. - 2016. - Kt. 116. sz . 6 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.116.061102 . Archiválva az eredetiből 2016. február 12-én.
16. ↑ Abbott, Benjamin P. Az általános relativitáselmélet vizsgálata a GW150914-gyel . LIGO (2016. február 11.). Letöltve: 2016. február 12. Az eredetiből archiválva : 2018. december 24.. (határozatlan)
17. ↑ Abbott BP et al. (LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, Fermi Gamma-ray Burst Monitor és INTEGRAL). Gravitációs hullámok és gamma-sugarak egy bináris neutroncsillag egyesüléséből: GW170817 és GRB 170817A // The Astrophysical Journal. - 2017. - Kt. 848.-P. L13. doi : 10.3847 /2041-8213/aa920c .