Является ли энергия, выделяемая гравитационными волнами, кинетической энергией или преобразованной массой покоя?

Говорят, что при столкновении двойной черной дыры, обнаруженном недавно LIGO, была высвобождена энергия, эквивалентная трем солнечным массам.

Поскольку материя не может покинуть черную дыру, единственным источником, который я могу себе представить, является кинетическая энергия, поэтому масса покоя новообразованной черной дыры должна быть, по крайней мере, объединенной массой покоя двух бывших черных дыр плюс, возможно, какая-то дополнительная релятивистская масса. от движения, которое они имели до того, как слились, которое не могло быть полностью преобразовано в гравитационные волны.

Если бы скорость бывших черных дыр была примерно равна c/2, их релятивистские массы были бы на 15% выше их масс покоя. Масса покоя черных дыр принимается равной 30 массам Солнца каждая. Это примерно соответствовало бы цифрам.

Кроме того, Земля и Луна, кажется, не теряют массу, но они также производят крошечные гравитационные волны.

Верно ли мое предположение, что массы покоя нет, есть только релятивистская масса, поэтому скорость преобразуется в гравитационные волны, или я что-то упускаю из виду? Если да, то каков механизм преобразования материала внутри бывших горизонтов событий в энергию, излучаемую в виде волн?

Я написал что-то подобное в ответе, прежде чем удалить его. Когда я попытался найти данные на сайте ligo, я нашел очень сложное описание, включающее очень динамичные спиновые энергии и специфические релятивистские эффекты. Перед контактом есть части 2-х ЧД, которые находятся в Щ. радиус центра тяжести
и полный ответ
Не имеет смысла разделять энергии объектов в полной общей теории относительности на простые категории, такие как «кинетическая энергия», «потенциальная энергия» и «масса покоя», поскольку эти классификации очень зависят от системы координат. Мы можем отделить светимость ГВ от черной дыры только потому, что у нас есть точное решение для черной дыры и понятие состояния черной дыры в позднем времени.

Ответы (4)

Я скопирую запись из блога Motl по этому поводу:

Но не забывайте о некоторых нумерологических свойствах чисел:

36+29≠62,

36+29=62+3

Что это значит? Это означает, что масса конечной черной дыры меньше суммы начальных масс примерно на 3 массы Солнца. Что случилось с этой массой? Он был преобразован в энергию с помощью формулы преобразования футболки E = mc2. И в какую форму энергии были преобразованы три солнечные массы? Они были испущены в этих гравитационных волнах. Вокруг последней черной дыры просто нет ничего другого! И произошло это за несколько минут — последние мгновения раздельной жизни двух черных дыр. (Я упомянул несколько минут, чтобы покрыть 99,99... процентов энергии гравитационных волн, но большая часть энергии излучается в течение последней секунды или около того.)

Смелая моя.

Таким образом, гравитационные волны в конечном итоге приводились в действие преобразованием массы в энергию.

В этой статье автор не делает различий между массой покоя и релятивистской массой, так что я не уверен в этом. Он также упоминает, что Земля производит волны на своем пути вокруг Солнца, но я вижу только то, что Земля теряет кинетическую энергию, а не материальную!
Если действительно есть материал, вырвавшийся из прежних горизонтов, я думаю, что это должно было произойти в самый последний момент, когда две сферы прыгнули в одну, но тогда я до сих пор не понимаю механизма преобразования этой массы в какую-то другую форму. энергии, чем электромагнитное излучение.
Земля использует кинетическую энергию, потому что это энергия на уровне уравнений общей теории относительности для гравитационных полей в ее регионе. Подобно тому, как электрон, вращающийся в магнитном поле, теряет кинетическую энергию, так как его масса не меняется. Для очень низких гравитационных полей, которые Земля проплывает через гравитационную связь + электромагнитные связи материи Земли, делает ее массу максимально неуязвимой. В случае сильных полей, как в черных дырах,
продолжение: материалу не нужно убегать, чтобы энергия могла напрямую преобразоваться в гравитационные волны. Уравнения это позволяют. В этом красота теории ОТО, и именно поэтому это наблюдение является подтверждением теории. M в отрывке — это инвариантная масса дырок, т. е. их энергия в системе покоя. Он смотрит на системы отдыха до и после.
Это похоже на энергетические балансы, которые мы делаем в ядерных взаимодействиях: масса покоя ядер до, масса покоя после, остальное — это энергия в различных формах. В среде ОТО это гравитационная энергия.
@anna v - В конечном счете, очевидно, да, потому что в этом процессе нет ничего, кроме двух черных дыр и космоса. Вы видели расчеты того, сколько потенциальной энергии было потеряно и преобразовано в KE за определенный период времени. КЭ в конечном итоге получается из объединенной массы, так как больше ничего не задействовано. Тогда, да, большая часть этого могла превратиться в ГВт в последние минуты. Помимо этого, трудно понять другие виды мгновенного преобразования массы в энергию в течение последних нескольких минут, которые могли бы внести значительный вклад в GW. Вместо этого любое такое преобразование должно создавать EM.
@kpv Как я уже сказал, это то, что предсказывает теория ОТО, и это наблюдалось. Конечно, в будущем, когда планируется много детекторов и можно будет определить местонахождение сигнала, плюс координация между оптическими детекторами и гравитационными, можно будет однозначно проверить, что большая часть недостающей массы покоя уходит на гравитационное излучение. . (опубликован небольшой совпадающий сигнал гамма-всплеска)
@anna v - Понятно, что «большая часть потерянной массы уходит в GW». Я пытаюсь спросить: считается ли потеря эквивалента потенциальной энергии потерей массы? Это должен быть простой расчет относительно. Мы знаем, что потерянный PE со временем превращается в KE. Говорит ли теория ОТО также, что это за потеря, т.е. потеря КЭ (что было бы эквивалентно потере массы системы) или преобразование через какой-то другой механизм.
@kpv Сохранение энергии не выполняется в файлах сильной гравитации, где преобладают уравнения общей теории относительности. Невозможно установить теорему Нётер и законы сохранения для всех возможных систем отсчета. Только в пределах плоского пространства мы возвращаемся к привычной почве по энергосбережению. см. motls.blogspot.gr/2010/08/…
@anna v - Было бы глупо сказать - "Если энергия не сохраняется, то, я думаю, это означает, что энергия может быть создана и/или уничтожена. Тогда можем ли мы сказать, что, может быть, масса также не сохраняется, и это просто исчезнувший"?
@kpv, если бы вы могли найти отношения GR (или другую теорию), которые демонстрируют это в какой-то системе отсчета, которую вы могли бы. Дело в том, что сейчас мы наблюдаем черные дыры в системе отсчета, где пространство плоское (не подходит близко к новой черной дыре) и царит специальная теория относительности. Энергетический баланс составляется до и после слияния и выходит в соответствии с уравнениями, рассчитанными для очень сильных гравитационных полей. в целом согласуется с разницей масс, появляющейся в гравитационных волнах. Наука прогрессирует шаг за шагом. Это гигантский шаг. мы увидим.

Прежде всего отметим, что ГВ представляют собой рябь в пространстве и создаются из-за движения черных дыр.

Поэтому должно быть легко увидеть, что волны возникают только из кинетической энергии, которая, в свою очередь, возникает в результате преобразования потенциальной энергии системы в движение системы.

Изменение массы может происходить по другим причинам/механизмам, не относящимся к данному вопросу. Потому что, чтобы «изменение массы» внесло свой вклад в ГВ, оно должно сначала преобразоваться в кинетическую энергию (двух ЧД), и трудно объяснить, как это произойдет. И даже если это произойдет каким-то волшебным образом, будет ли это иметь какой-либо заметный вклад в GW.

GW - это рябь в пространстве, и они могут быть созданы только кинетической энергией - т.е. движениями или, возможно, взрывами.

Если бы преобразование массы в энергию создавало ГВ, то все звезды генерировали бы ГВ (пусть и слабое) все время.

Энергия сохраняется. Просто нужно учитывать все формы. И на самом деле 3 потерянные солнечные массы - это то, как они определяют светимость, и, наблюдая за амплитудой гравитационных волн, расстояние светимости.

Гравволны произошли от четырехкратного и более высокого изменения момента, т. е. кинетической энергии двойной системы. Часть из них была облучена. Энергия гравитационной волны равнялась примерно трем потерянным солнечным массам.

Энергия извлекалась из бинарной системы. Тем не менее, ни до, ни после слияния ни одна частица не покинула черные дыры изнутри горизонта. Я не знаю механизма.

Хороший кусок – это масса покоя. Недавно наблюдаемое слияние LIGO привело к образованию дыры с двумя массами Солнца меньше, чем сумма масс ее предшественников. Остальные излучались в виде гравитационных волн.

Однако самый важный вклад вносит орбитальная энергия. Кинетическая энергия бинарной системы фактически увеличивается по сравнению со спиральной; дыры идут быстрее, как они падают.

Обратите внимание, однако, что энергия в этом процессе не сохраняется строго, поскольку бинарное пространство-время имеет явную зависимость от времени. Таким образом, приведенное выше обсуждение является только эвристическим.

Является ли энергия, выделяемая гравитационными волнами, кинетической энергией или преобразованной массой покоя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v