Я понимаю, что гравитационные волны могут быть вызваны ускоряющимися массами (например, гравитационные волны, которые были обнаружены слиянием двух очень массивных черных дыр ранее в этом году) и что они связаны с теоретической квантовой частицей, гравитоном.
Я постоянно слышу, как люди говорят, что эти гравитационные волны отличаются от гравитации, которая удерживает Землю на орбите вокруг Солнца. Кто-нибудь может объяснить разницу между этими двумя понятиями?
Кроме того, у меня были разногласия с несколькими людьми относительно идеи, что гравитация может двигаться только со скоростью света. Если в результате какого-то квантового события на краю нашей Солнечной системы появится нейтронная звезда, начнет ли Земля приближаться к ней с ускорением до того, как мы сможем ее увидеть?
@ Ответ Лимона совершенно правильный. Просто добавлю несколько пунктов.
Орбита Земли вокруг Солнца обусловлена гравитацией. Ньютон объяснил гравитацию как закон обратных квадратов силы, и F = ma, и почти все, что вы можете измерить в Солнечной системе из-за гравитации, можно объяснить с помощью его законов. Эйнштейн понял, что дело не только в этом, что закон всемирного тяготения Ньютона был приближением, когда гравитация не слишком сильна, а тела движутся медленнее по сравнению с с, скоростью света. И выяснил, что гравитация возникает из-за искривления пространства-времени.
Уравнения Эйнштейна позволяют найти более точный ответ, поскольку Земля в действительности движется по «прямой» линии в искривленном пространстве-времени. Оказывается, что орбита, называемая геодезической в общей теории относительности (ОТО), представляет собой максимально прямую кривую, которая минимизирует меру пространственно-временного расстояния в искривленном пространстве-времени, образованном гравитацией Солнца. И в хорошем приближении это то же самое, что и предсказывал Ньютон. Но для некоторых эффектов он предсказал немного другие цифры, которые все подтвердились.
ТОТ ЖЕ закон гравитации также предсказывает гравитационные волны, когда массы очень плотные, тяжелые и близкие, и они движутся асимметрично друг относительно друга. Гравитационные волны, излучаемые Землей при движении вокруг Солнца, существуют, но они слишком слабы, чтобы их можно было обнаружить. Вам нужны более массивные и плотные звезды, такие как нейтронные звезды и черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга. Это то, что мы видели в гравитационных волнах, зарегистрированных от двух сливающихся черных дыр - они сначала вращались вокруг друг друга, сближались, начинали сливаться и, наконец, сливались в 1. В обнаруженной нами гравитационной волне мы видели все это. Гравитационные волны хорошо описаны в Википедии по адресу https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave .
Итак, что такое гравитационная волна: это просто распространение изменений ((Лемон назвал их рябью, то же самое) в кривизне пространства-времени. Пространство-время показывает волны, рябь, распространяющиеся по искривленному пространству-времени, заставляя его колебаться при распространении. Это то же самое гравитационное поле, которое предсказывается уравнениями Эйнштейна, оно просто предсказывает, что когда источники совершают некоторые асимметричные движения близко друг к другу, взаимный эффект заключается в создании изменений в общем поле, которое перемещается в пространстве с течением времени.
Таким образом, это просто разные гравитационные эффекты: одно — полустатическая или медленная орбита одного объекта вокруг другого — является квазистатическим гравитационным полем, вызывающим относительно стабильные орбиты, другое — быстро меняющееся поле, которое затем распространяется. Оба исходят из одних и тех же уравнений и представлены как разные виды изменений или форм кривизны пространства-времени.
Да, он движется точно со скоростью света. Как и любое изменение гравитационного поля. Если бы вдруг появилась новая планета или внезапно исчезло бы Солнце, мы бы их не увидели, и гравитация, которую мы ощущали, не изменилась бы до тех пор, пока не потребовалось бы время, чтобы добраться сюда со скоростью света. (Вы можете попытаться проверить скорость гравитационных волн с, но вам будет трудно проверить исчезновение Солнца). Они использовали грубую триангуляцию гравитационной волны, предполагая скорость света, чтобы примерно определить местонахождение участка неба, из которого они пришли (это было очень приблизительно, они смогут получить лучшую точность с более длинными базовыми линиями в интерферометрах и большим количеством из них). ).
Что касается гравитонов, вероятно, квантовая теория гравитации должна будет включать гравитоны, но пока мы не выясним эту теорию, мы не будем знать наверняка. Все указывает на то, что носителями гравитационных волн, вероятно, являются гравитоны, но мы еще не знаем, что это значит. Линеаризованная теория гравитационных волн на заданном фоне пространства-времени выглядит так же, как теория безмассовых частиц со спином 2. Мы просто не смогли успешно проквантовать всю теорию или обнаружить какую-либо отдельную частицу, действующую как гравитон... они были бы довольно слабыми и их было бы трудно обнаружить.
Между прочим, нейтронная звезда ненамного массивнее Солнца, примерно такой же массы в гораздо меньшем объеме. Если бы она находилась на краю Солнечной системы, то не оказала бы на нас непосредственного влияния или почти не повлияла бы на нас, хотя и повлияла бы на внешние планеты, а со временем это могло бы повлиять на нашу орбиту и стабильность Солнечной системы. Это сложная динамика, которую вы должны понять.
Гравитационные волны представляют собой вид искажения пространства-времени и не имеют ничего общего с гравитонами (в том смысле, что они являются предсказанием ОТО, а не КТП, и гравитонов может даже не существовать). Фундаментальное различие между «стандартным» гравитационным полем и гравитационной волной довольно тонкое: последняя, по сути, состоит из распространяющейся ряби. Любое гравитационное возмущение, будь то гравитационная волна или нет, будет распространяться со скоростью света.
Qмеханик