Можно ли экспериментально проверить вопрос об излучении гравитационно-ускоренного заряда?

Я знаю, что вопрос об излучении гравитационно-ускоренного заряда широко обсуждался в книге «Излучает ли заряженная частица, ускоряющаяся в гравитационном поле? » . Тем не менее, экспериментальный аспект не был затронут. Мой вопрос строго по этой теме может показаться глупым, но для такого дилетанта, как я, он представляется как само собой разумеющееся суждение: почему нельзя проверить тестом или каким-либо наблюдением - излучает ли свободно падающий заряд фотоны, насколько сильно и относительно какой системы отсчета он излучает или не излучает? Если это невозможно проверить на практике, не могли бы вы объяснить, почему, если это возможно. Большое спасибо.

Можем ли мы обнаружить движение свободно падающего заряда по его электромагнитному излучению? Да, конечно можем. Почему вы думаете иначе? Если вы хотите провести эксперимент, ничто не помешает вам бросить несколько заряженных металлических шариков и измерить электрическое поле на расстоянии.
@CuriousOne, вопрос касается обнаружения излучения, а не обнаружения движения заряженной частицы. Обнаружение изменения электрического поля не означает обнаружение излучения.

Ответы (3)

Тут какое-то недоразумение.

излучает ли свободно падающий заряд фотоны, насколько сильно и относительно какой системы отсчета излучает или не излучает

если вы имеете в виду заряд в свободном падении.

В этом расчете: , из заключения

Оказывается, что «наивный» вывод из принципа эквивалентности — что свободно падающий заряд не излучает , а излучает покоящийся в гравитационном поле заряд — является правильным выводом, и искать излучение следует всякий раз, когда относительное ускорение существует между электрическим зарядом и его электрическим полем. Электрическое поле, свободно падающее в гравитационном поле, ускоряется относительно статического заряда. Поле искривлено, и работа, совершаемая при преодолении силы напряжения, создаваемой в искривленном поле, является источником энергии, переносимой излучением. Эта работа совершается гравитационным полем над электрическим полем, а энергия, переносимая излучением, создается за счет гравитационной энергии системы.

курсив мой

Таким образом, излучает не заряд в свободном падении, а заряд, поддерживаемый и стационарный. Измерить экспериментально на Земле электромагнитное излучение неподвижного заряда невозможно.

а) потому что гравитационная постоянная настолько мала, что любое излучение будет иметь настолько малую энергию, что его нельзя будет обнаружить.

Посмотрите на формулу

рассеиваемая мощность

что эквивалентно мощности, излучаемой ускоренной заряженной частицей (формула Лармора), где ускорение заменено на g.

б) накопление зарядов, как в ускорителях Ван-дер-Граафа , вызывает ряд электромагнитных взаимодействий, которые будут излучать, не говоря уже об излучении абсолютно черного тела, даже в вакууме, причем электромагнитная связь на порядки больше гравитационной, которая затопит любую сигнал

Только в космологических наблюдениях может понадобиться вклад такого механизма, как обсуждается в статье:

Моц предположил, что огромное излучение, исходящее от квазаров, может создаваться зарядами, находящимися в сильных гравитационных полях вблизи поверхности квазаров. Хотя современное объяснение этого явления иное, излучение зарядов, находящихся в сильных гравитационных полях, все же может играть роль в некоторых космологических явлениях.

Отредактируйте еще несколько цитат для уточнения:

Свободно падающий заряд в однородном ЗТ движется в этой системе по геодезической линии и не подвергается никаким внешним силам. Электрическое поле заряда следует аналогичным геодезическим. Заряд и его поле находятся в одной и той же системе отсчета, и в этой системе их относительное положение подобно тому, которое существует между статическим зарядом и его полем в свободном пространстве. Между зарядом и его электрическим полем не существует относительного ускорения, и мы заключаем, что свободно падающий заряд не излучает.

......

Электрическое поле заряда, поддерживаемого в лаборатории покоящимся в противофазе магнитного поля, кажется статичным, но это не так. Электрическое поле, являющееся самостоятельной физической сущностью, не поддерживается зарядом и свободно падает в гравитационном поле. Между зарядом и его электрическим полем существует относительное ускорение, поле искривлено (как в лабораторной системе, так и в свободно падающей системе), между зарядом и его полем существует сила напряжения. (Свободно падающее) электрическое поле следует системе отсчета, характеризуемой геодезическими.

Курсив (мой) объясняет разницу между массой покоя и электрическим полем. Масса реагирует на гравитационную силу, поле свободно падает.

электрическое поле статического заряда

Электрическое поле отделено от поддерживаемого заряда и не поддерживается силой тяжести, как заряд. Следовательно, электрическое поле падает при свободном падении и имеет ускорение g относительно поддерживаемого заряда. В свободно падающей системе, также имеющей ускорение g относительно поддерживаемого заряда, заряд разгоняется вверх с ускорением g

Далее они демонстрируют неисчезающий вектор Пойнтинга, то есть электромагнитное излучение.

Взмахнув рукой, я вижу, что часть частицы, несущая массу/заряд, оседает на более низкий гравитационный уровень, поскольку энергия излучается искаженным электрическим полем, и, как я уже сказал, это очень небольшой эффект, возможно, значительный для космологических измерений.

@CuriousOne, если вы прочитаете мой ответ, вы увидите, что я говорю, что это невозможно в лабораторных условиях из-за констант. Речь идет об излучении, а не о поле, и статья кажется мне законной. В космосе даже с постоянной скоростью поле заряда будет меняться. Дело в том, чтобы посмотреть на уравнения, и они сделали это.
Начнем с очевидного: была ли статья рецензирована и опубликована в журнале? Физической разницы между «полем» и «излучением» нет. Ни заряд, ни поле, ни гравитирующее тело, ни ваше тестовое оборудование не заботятся о том, смотрите ли вы в ближнее поле или в дальнее поле. Поле есть поле. Можно ли измерить изменяющееся поле свободно падающего тела? Да. От чего это зависит? Ваше относительное состояние движения, независимо от того, что его вызывает.
@CuriousOne да Gen.Rel.Grav. 36 (2004) 315-330, я добавил ссылку на arxiv. Если математика говорит мне, что свободно падающее тело НЕ излучает, потому что математика говорит, что оно похоже на равномерно движущееся (в конце концов, в математических решениях вещи сокращаются), то я поверю формулам, а не моему «полю» (заметьте, не излучение) интуиция
В физике не имеет значения, что говорит вам математика. Я могу поставить на ваш стол батарею с зарядом в десятки тысяч кулонов. Вы ожидаете, что он истощится, потому что он находится в гравитационном поле? Если нет, то откуда берется энергия, вызывающая ожидаемое вами излучение? Из гравитационного поля? Означает ли это, что Земля теряет массу, потому что мы немного заряжаем ее?
Да, в документе говорится, что энергия исходит от гравитационного поля, но если вы посмотрите на формулу, сила будет крошечной. Почему Земля не должна потерять из-за этого немного своей инвариантной массы? В конце концов, это будет затронуто вектором импульса полной энергии Земли.
Значит, вы говорите, что излучаемая энергия исходит из гравитационного поля? Означает ли это, что масса каждого атома Земли немного уменьшается, или отдельные атомы время от времени исчезают?
Но @CuriousOne мы говорим здесь об относительности. Даже если некоторые углы атомов изменяются, энергия может подаваться, если скорость Земли изменяется так же. Просто импульс энергии немного меняется из-за небольших взаимосвязей. масса не сохраняется в S и GR
Так вы говорите, что сидячий заряд может излучать из-за каких-то тепловых движений атомов в теле размером с планету, и это может продолжаться вечно? ХОРОШО. А общая теория относительности (которая ничего не знает о строении материи) так говорит? :-)
@CuriousOne не тепловое, тепловое электромагнитное. гравитационный. Общая теория относительности имеет четыре вектора, то есть инвариантные массы и неаддитивные массы.
@CuriousOne и само пространство меняется в GR
Так вы говорите, что единственная причина, по которой сидячие заряды излучают, заключается в том, что планета теплая? Даже несмотря на то, что в ОТО температура нигде не определена? И космические изменения? ОТО приписывает пространству структуру, которая может вечно излучать энергию? Вот как это работает? Я сбит с толку.
@CuriousOne Нет, я этого не говорю. Я говорю, что гравитационное поле существует, и в сочетании с электромагнитным получается, что неподвижные заряды излучают, а свободно падающие — нет. Ускорение g сидящего заряда создает электромагнитную волну. Энергия исходит от гравитационного поля. Предположим, если перейти к гравитонам, энергия и импульс обмениваются с гравитонами по каким-то сложным схемам (еще одна причина будет очень маловероятной) со стационарным зарядом.
Смотрите, вы не больше и не меньше говорите, что заряженное гравитирующее тело есть вечный источник энергии, но не можете определить механизм, посредством которого эта энергия генерируется. В настоящее время вы просто хватаетесь за все новые и новые соломинки, которых нет в теории, вместо того, чтобы исследовать, не решаете ли вы парадокс неправильным путем. Заряд, находящийся в гравитационном поле, не излучает. Что может не согласовываться с наивной интерпретацией принципа эквивалентности, поэтому приходится работать по ненаивной, которую вы не можете предложить, вы скорее нарушаете закон сохранения энергии.
@CuriousOne Я доверяю бумаге, которую цитирую, а не вашей интуиции. Источником энергии является не заряженное тело, а гравитационное поле. Подобно излучению черного тела, источником энергии является не тело, а запасенная в нем электромагнитная энергия.
Я не прошу вас ничему доверять, я прошу вас объяснить, откуда берется энергия. «Гравитационное поле является источником энергии» не является достаточным объяснением. Каким образом гравитационное поле является источником энергии? Как она меняется, пока заряд выбрасывает эту энергию в космос? Как гравитация превращает фермионы в бозоны? Является ли это механизмом, нарушающим закон сохранения лептонного числа? Как это работает? Это важные вопросы, и вы должны быть в состоянии ответить на них, если хотите, чтобы я поверил, что заряд, лежащий на столе, испускает электромагнитное излучение.
@CuriousOne Гравитация — это искажение пространства. Искажение пространства имеет последствия импульса энергии, которые влияют на всю материю/энергию (как видно из LIGO). Энергия берется из искажения пространства, которое упадет до более низкой потенциальной энергии, испустив фотон. квантовая механика и ее фейнмановские графики взаимодействия должны входить сюда для последовательной теории.
Филипп см. мой ответ выше на ваш вопрос. «Очевидно, что гравитационное ускорение на разных «окраинах» электрического поля заряда в любой момент времени будет в большей или меньшей степени разным. Имеет ли оно какие-то последствия с точки зрения какого-либо излучения? — «Для меня очевидно. что нужно иметь прочную квантово-механическую модель, включающую квантование гравитации, чтобы иметь возможность решать конкретные граничные условия и системы отсчета. Это будет зависеть от решений и граничных значений для данной системы, как и для всех ответов на проблемы электромагнитного излучения.
В случае покоящегося заряда ничего не падает. Он просто сидит там. Общая теория относительности не отменяет dW=Fds и сохранения энергии. В вашей статье утверждается, что покоящийся заряд постоянно испускает электромагнитное излучение. Эта энергия должна откуда-то исходить... и я не понимаю, откуда она должна исходить. Квантовой теории гравитации не существует, а в статье делается совершенно классическое заявление, так что, пожалуйста, скажите мне, откуда берется энергия. Что является источником?
@CuriousOne, откуда именно исходит энергия, записанная в LIGO электромагнитным путем, искажение пространства гравитационным полем из-за энергии электромагнитного заряда. Эффективное квантование гравитационных моделей используется постоянно. Я согласен, что ситуация неудовлетворительная. Мы принимаем для LIGO, что по мере прохождения гравитационной волны изменяется расстояние и изменяется электромагнитная волна. Я не понимаю, почему обратное неверно, даже классически, хотя у меня нет математических инструментов, чтобы показать это.
LIGO получает сигналы от двух масс по двадцать солнечных, падающих друг на друга. Я ясно вижу, откуда берется энергия в этом случае. Вот несколько электронов сидят на столе и ничего не делают. Вы знаете, как это бывает в физике... когда ничего не происходит, то и работа не совершается. Так откуда берется энергия, когда ничего не происходит?
@CuriousOne, давайте остановим это. Я не могу убедить вас, и вы не можете заставить меня сомневаться. Энергия исходит из высвобожденной гравитационной потенциальной энергии, в моих книгах, а первоначальный источник энергии, как и для всех энергий Вселенной, исходит от Большого взрыва. Сидящий заряд очень-очень медленно тонет в пространстве-времени из-за g, а энергия высвобождается в эм-волнах. Это мое интуитивное понимание, которое противоречит вашему пониманию.
Но ты можешь убедить меня. Подскажите откуда берется энергия в случае покоящегося заряда. В гравитационном поле изменений нет. Изменений в геометрии нет. Все совершенно статично, и Большой взрыв не играет в этом никакой роли. Теперь, я думаю, мы были вокруг этого блока достаточно часто, чтобы знать, что у вас нет ответа, и что вы просто не можете признать это. Тогда хорошего дня.
@anna_v Большое спасибо за подробный ответ. Итак, резюмируя, если мое непрофессиональное понимание верно, электрически заряженный кирпич, который свободно падает на Землю, не излучает ни малейшей йоты, потому что само электрическое поле падает «вместе» с кирпичом, ускоряясь таким же образом - эквивалентность принцип стоит «железный». Неподвижный электрически заряженный кирпич на поверхности Земли ИЗЛУЧАЕТ. Но обе эти вещи, увы, на данный момент истории не могут быть проверены экспериментально, потому что (не)ожидаемое излучение непомерно слабое.
@anna И все же один аспект мне все же кажется немного неясным: поскольку в реальности не существует таких вещей, как однородное гравитационное поле, а приливные силы есть всегда, как бы (или не было) электрическое поле свободно падающего заряда (в сторону Земля или Луна) взаимодействуют, если это правильное слово, с неоднородным гравитационным полем? Будет ли это вызывать радиацию или нет? Очевидно, что гравитационное ускорение на разных «окраинах» электрического поля заряда в любой момент времени будет в большей или меньшей степени различным. Имеет ли это какие-либо последствия с точки зрения какого-либо излучения?
@Philipp Ваше резюме верное. Неравномерность на пути свободно падающего кирпича с зарядом будет иметь значение, но нужно будет решать конкретную ситуацию и выяснить, сохраняют ли поле и масса свою симметрию или есть искажения, imo. Это изменение, которое вызывает излучение
@anna Ага, понял. Тем не менее, говоря об заряде, покоящемся на земле, я все еще не могу избавиться от некоторых смутных «сомнений» в том, что этот случай во всех отношениях аналогичен заряду, просто движущемуся с постоянным ускорением.
@anna Ага, понял. Тем не менее, говоря о заряде, покоящемся на земле, я все еще не могу отделаться от некоторых смутных «сомнений» в том, что этот случай во всех отношениях аналогичен заряду, просто движущемуся с постоянным ускорением. Видите ли, проблема в том, что пока заряд разгоняется, скажем, двигателем, он не только искажает свое поле (создавая просто напряжение), но и вызывает непрекращающееся — непрерывное — искажение, «сжатие». поле становится все больше и больше, пока продолжается ускорение, потому что существует постоянная временная задержка между зарядом и очень удаленным передним краем поля..?
Из приведенного примера, если я не упустил что-то важное, поле го заряда, покоящегося на Земле, просто искажено и это искажение геометрически остается постоянным - е поле пытается 2 падать с тем же ускорением во всех своих точках, но опять же на поддерживаемый заряд. Но, похоже, не 2-е то же самое только с разгоняемым двигателем зарядом: бесконечные края его поля сначала «не знают», что заряд начал 2 движение, но и после этого не могут полностью «догнать» ' в их скорости с зарядом до тех пор, пока он продолжает постоянно ускоряться. Но в условиях однородной гравитации это не так.
Но поле постоянно ускоряется. Изображение для времени t, но в момент времени t1 оно излучится и все еще будет искажено по отношению к массе/заряду.
@anna Но означает ли это, что поле со временем все больше и больше искажается - что оно продолжает «падать» относительно заряда практически бесконечно? Или он в какой-то момент времени «стабилизируется» в каком-то «статически деформированном» состоянии, как на картинке, которую вы показали? Потому что, если это так (электрон будет излучать бесконечно), то это действительно наводит на серьезные следствия: 1. Либо удаленный наблюдатель может сделать вечный двигатель на основе этого излучения - полное нет-нет 2. Или Земля действительно теряет энергию (и масса тоже) через это явление. Если это так, то это огромное открытие Нобелевской премии
Потерянная энергия бесконечно мала за время существования Вселенной, просто подставьте числа в формулу мощности. И это за бесплатные заряды, сидящие на поверхности, которая нейтральна. Квантово-механически связанные заряды не излучают. В любом случае Земля постоянно теряет энергию электромагнитного излучения из-за излучения черного тела. Насчет формы поля я не могу ответить, что бы ни происходило, это будет очень медленно из-за бесконечно малой потерянной мощности.
@anna Подозреваю, что эти волны видны только из системы отсчета, свободно падающей относительно того заряда, лежащего на опоре, тогда как наблюдатель, стоящий неподвижно рядом с зарядом, ничего не увидит, а наблюдатель вдали от земли, где пространство линейно, тоже ничего не увидит (не обнаружит). Но, может быть, я ошибаюсь
Я очень сомневаюсь в сделанных здесь выводах. Сам Фейнман утверждает в своих лекциях по гравитации, что излучаемая мощность пропорциональна третьей производной положения, которая сводится к вашему уравнению (9) для синусоидального движения. Здесь я нашел очень математический, но убедительный подход: mathpages.com/home/kmath528/kmath528.htm
Как заряд может «утонуть», если он покоится на (относительно) жесткой твердой поверхности? Эта поверхность каким-то образом постепенно изгибается все больше и больше? Если да, то не будет ли это означать постепенное увеличение «веса»? Чему мы это приписываем? Он притягивается сильнее, чем нейтральный объект? Но тогда почему соответственно более тяжелый нормальный объект также неизбежно не тонет — разве вы не получаете равновесие сил? Что мешает?
@The_Sympathizer В соответствующем кадре тонет поле, а не частица,
У нас уже есть вопрос, который касается теории. Этот вопрос касается исключительно эксперимента. Этот ответ начинается с чрезмерно уверенного теоретического ответа на сложную и спорную тему и ссылается на одну статью, которая, по-видимому, является неопубликованным отчетом.
@BenCrowell есть публикация за платным доступом worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217751X05024547 ; Кроме того, я надеюсь, что как физик-экспериментатор я имею право решать, возможен ли эксперимент, опираясь на теоретические предсказания для рассматриваемой системы.

Думаю, это можно проверить экспериментально. В отсутствие гравитационного поля можно обнаружить ЭМ излучение от движущегося заряда: если электрическое воздействие заряда на расстоянии запаздывает относительно положения заряда, как это следует из конечной скорости распространения возмущений в ЭМ поле, то я бы сказал, что обнаружено излучение.

Заряженную сферу можно бросить на твердую пластину, чтобы она отскочила. Отскок будет «щебетать», увеличиваясь по частоте, пока отскок не прекратится. Частота будет низкой, максимум несколько сотен герц. Однако этот сигнал должен быть обнаружен достаточно чувствительным прибором.

Было бы три возможных компонента сигнала: один, который возникнет в момент отскока, когда сфера ускоряется, и два компонента, соответствующие движению вверх и движению вниз, оба из которых будут в свободном падении.

Я не совсем уверен, что эти два вида сигналов можно было бы различить, но, учитывая, что частота компонентов свободного падения не зависит от деталей кратковременного ускорения в момент отскока, я подозреваю, что компоненты могут быть рассмотрены отдельно.

Проверить, излучает ли заряженная масса, стационарная в гравитационном поле, гораздо сложнее, потому что не нужно было бы измерять конкретную частоту.

Обнаружение фотонов, испускаемых зарядом, ускоряющимся в земной гравитации, выглядит безнадежной задачей, учитывая, что излучаемая мощность ничтожно мала (см. формулу 9 в ответе Анны). Но мы можем попытаться использовать тот факт, что число испускаемых фотонов всегда расходится , независимо от того, насколько мало ускорение. Хотя фотоны очень низкой энергии (так называемые «мягкие фотоны») не могут быть обнаружены напрямую, факт испускания таких фотонов может быть обнаружен косвенно путем измерения эффектов декогеренции.

Например, можно рассмотреть возможность проведения эксперимента по интерференции с двумя щелями с электронами, где одна щель расположена над другой щелью. Электроны на путях, которые заканчиваются в каком-то месте на экране, будут излучать мягкие фотоны, пути, которые проходят через верхнюю щель, будут немного отличаться от путей, которые проходят через нижнюю щель. Состояние электромагнитного поля похоже, но не совсем одинаково для двух путей. Перекрытие между двумя состояниями будет зависеть от того, где на экране окажется электрон, квадрат модуля этой функции умножает интерференционную картину, которую вы получили бы без этого эффекта. Чем больше расстояние между двумя щелями, тем больше будет эффект декогеренции из-за испускания мягких фотонов.

@anna_v Большое спасибо за подробный ответ. Итак, резюмируя, если мое непрофессиональное понимание верно, электрически заряженный кирпич, который свободно падает на Землю, не излучает ни малейшей йоты, потому что само электрическое поле падает «вместе» с кирпичом, ускоряясь таким же образом - эквивалентность принцип стоит «железный». Неподвижный электрически заряженный кирпич на поверхности Земли ИЗЛУЧАЕТ. Но обе эти вещи, увы, на данный момент истории не могут быть проверены экспериментально, потому что (не)ожидаемое излучение непомерно слабое.
И все же один аспект мне все же кажется немного неясным: поскольку в действительности не существует таких вещей, как однородное гравитационное поле, а приливные силы всегда есть, как бы (или не было) электрическое поле свободно падающего заряда (по направлению к Земле или Луна) взаимодействуют, если это правильное слово, с неоднородным гравитационным полем? Будет ли это вызывать радиацию или нет? Очевидно, что гравитационное ускорение на разных «окраинах» электрического поля заряда в любой момент времени будет в большей или меньшей степени различным. Имеет ли это какие-либо последствия с точки зрения какого-либо излучения?
Двойная щель сама по себе является очень неточным экспериментом. Во всяком случае, для этого потребовался бы очень точный эксперимент по атомной или ядерной физике.
Это не кажется очень правдоподобным. Если бы существовала какая-то специальная техника для обнаружения бесконечно малого потока фотонов сверхнизкой энергии, это было бы невероятно. Я не понимаю, как двойная щель может это сделать.
@BenCrowell Это вызывает декогеренцию, вы просто обнаруживаете декогерентность, вызванную мягкими фотонами, а не самими мягкими фотонами напрямую.
Возможно, но мне это кажется маловероятным, потому что чем мягче становится фотон, тем меньше он декогерирует суперпозицию (поскольку для больших длин волн он не может разрешить две щели). Наблюдалась декогеренция за счет испускания фотонов, но обычно требуется очень тонкий эксперимент с двумя щелями, когда объект нагревается до экстремальных температур, чтобы он испускал фотоны с достаточно короткой длиной волны.
Можно ли экспериментально проверить вопрос об излучении гравитационно-ускоренного заряда?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v