Astronomiya

Kainatın ucundan çəkdiyimiz cazibə uzanması nə qədər güclüdür?

Kainatın ucundan çəkdiyimiz cazibə uzanması nə qədər güclüdür?

Görünən kainatın kənarından nə qədər cazibə təsiri yaşayırıq (məsələn, bəlkə -00001 G və ya daha kiçik)? Görünən kainatın kənarında, kosmik mikrodalğalı fonun və onun xaricindəki bölgədən bəhs edirəm. Keçmişdə kainat çox isti və sıx idi və bu dövrdəki işığı Kosmik Mikrodalğalı Fon kimi görürük. Bu işığın bizə çatması üçün kainatın yaşından bir az daha az vaxt lazım oldu və kosmosun genişlənməsi ilə son dərəcə dəyişdirildi. Cazibə qüvvəsi aydın şəkildə işıq sürəti ilə hərəkət etdiyindən ətrafımızda da bu qabıqdan bir cazibə təsiri yaşamalıyıq. Anladığım kimi, o vaxtlar kainat son dərəcə sıx idi və ətrafımızı hər tərəfə əhatə edir, bu da cazibəni çox gücləndirəcəkdir. Bununla birlikdə, cazibəni çox zəiflədəcək son dərəcə uzaqdır. Qırmızı sürüşmənin kosmik mikrodalğalı fondan işığa sahib olduğu üçün cazibə qüvvəsinə təsir edib-etməyəcəyini bilmirəm, amma belə olarsa, təsiri də zəiflədə bilər. Bütün bunları nəzərə alaraq maraqlanıram, kainatın kənarından gələn cazibə qüvvəsinin bizə təsiri necə ola bilər?

Qeyd: Bunun hər istiqamətdə çox kiçik bir xarici təsir olacağını gözləyərdim, -00000001 g və ya buna bənzər bir şey, ancaq 0 deyil.


Keçmişdə kainat çox isti və sıx idi və bu dövrdəki işığı Kosmik Mikrodalğalı Fon kimi görürük.

Bu ifadə (qismən) doğrudur.
Lakin ...

Cazibə qüvvəsi aydın şəkildə işıq sürəti ilə hərəkət etdiyinə görə, bundan qravitasiya təsiri yaşamalıyıq qabıq ətrafımızda da. Anladığım kimi, o zaman kainat son dərəcə sıx idi və bu hər istiqamətdə ətrafımızda gücləndirmək cazibə dərəcəsi.

Bu açıqlama, bəlkə də kainatın mövcud vəziyyəti ilə əlaqəli və Kosmik Mikrodalğalı Fon Radiasiyasının əslində nə olduğu barədə bəzi yanlış fikirlərin olduğunu göstərir (problem sahələrini müəyyənləşdirmək üçün əlavə edilən vurğulamalar). Beləliklə, soruşulan suala əsaslı bir cavab vermək üçün bu səhv düşüncələrə də toxunmaq lazımdır.


Big Bang modeli, Gözlənilən Kainatımızda gördüyümüz hər şeyin bir zamanlar sonsuzca kiçik, isti və sıx bir məkanda cəmləndiyini göstərir. Bununla birlikdə, Böyük Partlayış hər yerdə baş verdi və bunun ardınca Məkanın İnflyasiya adlı bir proses tərəfindən super luminal genişlənməsi oldu. Kainat hələ fotonların sərbəst gəzməsi üçün çox isti qaldı. Növbəti 380.000 ilə qədər genişlənməyə davam etdi və nəticədə ilk hidrogen atomlarının meydana gəlməsi üçün kifayət qədər soyuduldu. Bu işığın ilk göründüyü vaxtdır. Bu işığın qalığı, indi Kozmik Mikrodalğalı Fon Radiasiyası adlandırdığımız şeydir.

Yenə də qeyd etmək vacibdir ki, ilk işıq hər yerə yayıldıqda yer mümkün qədər bütün istiqamətlərdə genişlənirdi. Başqa sözlə, uzay vaxtının başladığı "sıx" bölgə, ümumilikdə nisbətən daha az sıx olmuşdu. Bütün bu illər ərzində bu genişlənmə dayanmadı və işığın ilk dəfə yayıldığı hər bölgə, indi böyük məsafələrə çəkildi (istənilən istiqamətdə 46 milyard işıq ili). Bütün bölgələr ulduzlara və planetlərə, qalaktikalara, qruplara və təsəvvür edilə bilən hər hansı digər səma cisimlərinə çevrilmək üçün daha da soyumuşdur.


Beləliklə, verilən sualları cavablandırmaq üçün (sadəlik üçün "kənar" olaraq CMB-yə yapışacağıq) ...

  • Var yox bizi əhatə edən Gözlənilən Kainatımızın xaricində yer beton qabıq. Daha dəqiq desək, bu, keçmişə nə qədər geri döndüyümüz və mövcud texnologiyalarımızla kosmosa nə qədər baxa biləcəyimizin bir məhdudiyyətidir. Bundan əlavə, bunun kainatın mövcud vəziyyəti ilə heç bir əlaqəsi yoxdur. Kainat homojen və izotropdur, yəni kainatdakı başqa bir yerə gedə bilərsən və hələ buradan olduğu kimi görünəcəksən - hər yerdə olan ulduzlar və qalaktikalar. Görmə nöqtəniz hansı qalaktikanın sizə uzaq bir damla kimi göründüyünü və kosmosun hansı bölgəsinin sadəcə CMB şüalanması kimi görünəcəyini müəyyənləşdirəcəkdir.

  • İndi 46 milyard işıq ili uzaqda olan QMİ olaraq gördüyümüz bölgələr həqiqətəndir kosmosun ən ucqar yerlərindən biri cazibə də daxil olmaqla hər hansı bir şeyin bizə təsir göstərə biləcəyi yerdən. İndiyə qədər QMİ olaraq gördüyümüz hər şey birləşərək səma cisimlərini meydana gətirəcəkdi. Ancaq bir ov var ... Unutmayın, əgər Günəş indi Günəş sistemindən yox olsaydı, Yerin öz orbitindən azad olması hələ təxminən 8 dəqiqə çəkərdi. Mənası, 8 dəqiqə əvvəl Günəşin vəziyyəti buna görə hansı cazibə hiss etdiyimizi müəyyənləşdirir İndi.

  • Beləliklə, QMİ-dən (46 milyard işıq ili uzaqlıqda) cazibə qüvvəsini hesablamaq üçün məsələnin 13.8 milyard il əvvələ aid olan 380.000 ili (QMİ-nin yayıldığı zaman) vəziyyətinə baxmaq lazımdır. Təxminən o dövrdə yalnız hər yerdə hidrogen atomu olduğunu düşünə bilərik. Bütün bu atomların ümumi kütləsi bərabərdir Gözlənilən Kainatın kütləsiyəni $ 10 ^ {53} kq $.

  • Amma yenə də QMİ hər yerə yayıldı və QMİ-nin izotrop təbiəti bizə vahidlikdən uzaqlaşmanın milyonda yalnız yeddi hissəyə qədər olduğunu söyləyir. Yəni QMİ 1380 milyard il çıxmaqla 380.000 il əvvəl çıxdıqda, Müşahidə oluna bilən Kainatın kütləsi demək olar ki, mümkün qədər hər tərəfə bərabər paylanmışdır. 46 milyard işıq ili məsafəsindən bu, çevrilir təxminən o vaxtdan bəri işığın (və cazibə qüvvəsinin) bizə çatdığı hər yerdən bərabər cazibə qüvvəsi. Beləliklə, -in cazibə qüvvəsi təsirləri maddə yəni bizdən 46 milyard işıq ili radiusunda bərabər şəkildə yayılmış (yəni) yerin mərkəzinə çatdıqda hiss etdiklərinə bərabər olacaqdır - yəni xalis bir qüvvə ilə demək olar ki, mükəmməl bir tarazlıq yaşayırıq sıfır.


PS: Yuxarıda hər hansı bir uyğunsuzluq olarsa, cavabı düzəltmək və ya yaxşılaşdırmaq üçün təklifləri ürəkdən qəbul edərdim.


Kainat boyu yarış: Kim kənarda? Force Vs. İşıq

& Qüvvət sürəti deyəndə nəyi nəzərdə tutursunuz? & Quot; Bir obyektin bir ucuna basdığınızı və digər ucun qüvvəni hiss etməsi üçün nə qədər vaxt lazım olacağını hesabladığınızı nəzərdə tutursunuz?

Əminəm ki, işıq sürətinə heç yaxın olmayan bu tərif altında səs sürəti ilə hərəkət edəcəkdir.

& heç bir şey işığdan daha sürətli getmir & quot vakumda.
Məsələn, suda elektronlar işığa nisbətən daha asan hərəkət edə bilər. Bu nüvə reaktorlarında mavi parıltı verir (cherenkov radiasiyası).
A-dan B-yə qədər olan ümumi vaxtın qayğısına qalırsınızsa, işıq üçün bir güzgü sistemini də nəzərdən keçirə bilərsiniz.

Hər halda, sualınız olduqca qaranlıqdır.

Bəli, sürət müqayisəsinin Kainatın kənarında irəlidə olduğu ilə eyni olduğunu səhv düşündüm .. Mənə güc & quot; c & quot = c, bu səbəbdən yeganə fərqin başın (işığa və ya gücə) sahib olmasıdır. başla, amma işığın bir qismi güclə (GR) necə tutula bildiyindən başqa bir şeyə səbəb olar .. cavab üçün təşəkkür edirəm

Sualı yenidən tərcümə etmək: Kainatımızın sərhədində nə var? Cazibə və ya radiasiya hiss etməli olduğumuz nədir?


Böyük partlayışı səhv anlamaq

Big Bang həqiqətən böyük deyildi. Həm də həqiqətən bir patlama deyildi. Əslində, kainatı və içindəki hər şeyi yaradan hadisə əksər insanlardan fərqli olaraq bir fenomen idi & # 8211 və ya ən azı, qeyri-fiziklərin & # 8211imagine.
& # 8220Big Bang & # 8221 adı da əvvəlcə konsepsiya ilk ortaya atıldığı zaman xoşuna gəlməyən bir elm adamı tərəfindən bişmişdi. Kainatın həmişə daha ləyaqətli və kökündən dəyişməz, sabit bir vəziyyətdə olduğu fikrinə üstünlük verdi.

Ancaq ad ilişdi və bununla birlikdə hadisənin bir partlayışa bənzədiyi və içindəki cisimlərin partladılan bir bomba parçası kimi ayrıldığı üçün kainatın bu gün genişləndiyi kimi tamamilə səhv bir təəssürat gəldi.

Big Bang üçün bu intuitiv görüntünün demək olar ki, hər əsas cəhəti (adla ilişib qalırıq) səhvdir. Səbəbini anlamaq üçün Albert Einstein & # 8217s ümumi nisbilik nəzəriyyəsini başa düşməlisiniz. Yoxsa heç olmasa bunun bir hissinə sahib olmalısan. Bu qorxunc səslənə bilər, amma ümumi nisbi nisbət 20-ci əsrin ən inqilabi elmi irəliləyişidir və əsr bitmədən hamımız bunun üçün bir az hiss etməliyik.

Nə də olsa, Einşteynin nəzəriyyəsini irəli sürməsindən 82 il keçdi. Çoxlu sayda təcrübədə sınaqdan keçirildi və həmişə rənglərlə keçdi və cazibə qüvvəsinin necə işlədiyini anlamaq üçün ilk bələdçimiz olaraq möhkəm təsbit edildi. Üstəlik, Big Bang kosmologiyasının təməlinin bir hissəsidir. Və ümumi nisbiliyə görə Böyük Partlayışın partlayışa bənzər bir şey olmadığını (və hadisə hələ də davam etdiyini) bilirik.

Albert Einstein, məşhur nisbi nəzəriyyəsini cazibə qüvvəsinin təsirlərinə daxil etmək üçün ümumi nisbilik inkişaf etdirdi. Sir Isaac Newton & cazibə qüvvəsinin necə işlədiyini anlamaqdan daha yaxşı bir yoldur. Ac amoeba kimi, ümumi nisbi (ya da qısaca GR) həm Einşteynin yeni başlayan xüsusi nisbi nisbəti, həm də Newton fizikasını mənimsəmiş, bizə bu iki böyük nəzəriyyədən BÜTÜN proqnozları təkrarlamaq üçün imkan verirdi. tanış olmayan təcrübə sahələrinə. Bu aləmlərdən biri də Qara Delik idi. Digəri isə kainatın şəkli və təkamülü idi.

Big Bang kosmologiyası, kainatın 10 ila 20 milyard il əvvəl meydana gəldiyini və isti yoğun bir vəziyyətdən bəri genişləndiyini və soyuduğunu söylədi. Yenə də Big Bang kosmologiyası həssasdır. GR-nin zaman və məkanda böyük bir miqyasda dəqiq olmasına əsaslanır. Ümumi nisbilik nə qədər yaxşıdır? İndiyə qədər GR aşağıdakı spesifik proqnozları verdi:

1 & # 8230Bütün Merkuri orbiti günəşin yaxınlığındakı əyri həndəsə səbəbi ilə fırlanır. Hər əsrdə & # 8216perihelion dəyişikliyi & # 8217; nin miqdarı, Einşteynin 1915-ci ildə bunun üçün tam bir açıqlama verdiyi zaman yaxşı bilinirdi.

2 & # 8230Hər frekansdakı işıq cazibə qüvvəsi ilə eyni şəkildə bükülə bilər. Bu, 1919 Günəş tutulmasında Günəşin ətrafındakı ulduzları istifadə edərək optik işıq üçün təsdiqləndi və 1969-1975-ci illərdə Günəşin yaxınlığında da görünən ulduza bənzər kvazarlardan radio emissiyaları istifadə edildi. İşığın əyilməsi GR-nin proqnozlaşdırdığı kimi idi.

3 & # 8230Saat güclü cazibə sahələrində daha yavaş işləyir. Bunu 1959-cu ildə Harvard Universitetində Robert Pound və George Rebka, 1960 & # 8217 və 70 & # 8217; slərdə isə reaktiv təyyarələrdə və peyklərdə uçan yüksək dəqiqlikli hidrogen maser saatlarını istifadə edən Robert Vessot təsdiqlədi.

4 & # 8230Cazibə kütləsi və ətalət kütləsi eynidir. Bu yaxınlarda 1971-ci ildə Moskov Universitetində Vladimir Braginsky GR-lərin proqnozunu GR-nin tələb etdiyi tam bərabərliyin 1 trilyon hissəsində təsdiqlədi.

5 & ​​# 8230Qara dəliklər mövcuddur. Bu obyektlərin 1970-ci illərin əvvəllərində astronomlara ilk tanıdılmasından bəri mövcud olduğundan şübhələnilsə də, yalnız 1992-ci ildə astronomik cəmiyyətdə kritik bir qəbul həddini aşdı. Bundan sonra Hubble Kosmik Teleskop müşahidələri zamanı Messier 87, Messier 33 və NGC 4261 kimi yaxınlıqdakı qalaktikaların nüvələrində dəhşətli, milyard günəşli qara dəliklər aşkar edildi.

6 & # 8230 Cazibə enerjisi daşıya bilən öz radiasiya formasına malikdir. Russel Hulse və Joseph Taylor 1975-ci ildə bir-birinin ətrafında dövr edən iki pulsarı kəşf etdilər və sonrakı 20 il ərzində dəqiq nəbzlərini diqqətlə izləyərək, sistemin emissiya əsasında GR tərəfindən proqnozlaşdırmanın yüzdə 1-i səviyyəsində enerji itirdiyini təsdiqlədilər. cazibə şüalanmasının.

7 & # 8230Qravito-magnetism & # 8217 adlı yeni bir qüvvə var. Elektrik və maqnit sahələri bir-birinə bağlandığı kimi, GR-a görə, fırlanan bir cisim, qravitomaqnetizm adlanan maqnetizmə bənzər bir qüvvə yaradır. GR fırlanan cisimlərin yalnız məkanı və zamanı bükməməsini, həm də boş boşluğu fırlatmasını proqnozlaşdırır. Gravity Probe B adlı bir NASA peyki bu effektin olub olmadığını görmək üçün yaxın bir neçə ildə atılacaq. Bu bir qatildir. Tapılmazsa, GR digər uğurlarına baxmayaraq uzun müddət yaralanır.

8 & # 8230Kainat genişlənərkən boşluq uzana bilər. Bunu Edwin Hubble və 1929-cu ildə qalaktikaların tənəzzülünün aşkarlanması ilə təsdiqlədi. Bu yaxınlarda 1993-cü ildə Astronom Kenneth Kellerman, uzaq radio mənbələrinin açısal ölçülərinin minimuma endiyini, daha sonra genişlənmənin gözlənildiyi kimi daha böyük məsafələrdə artdığını təsdiqlədi. yer. Bu, həqiqi, fiziki bir fenomen olaraq məkanın genişlənməsini də əhatə etməyən başqa bir kosmoloji model tərəfindən proqnozlaşdırılmır.

İndi özümüzü bir küncə saldıq. GR-nin uğurlarını qəbul etsək, dünyanı və kosmosu onun gözləri ilə və yalnız gözləri ilə görmək məcburiyyətindəyik, çünki bu günə qədər bilinən bütün testləri təmin edən nəzəriyyədir.

Yaxşı, Big Bang haqqında necə düşünməliyik? Big Bang’in zehni & # 8216fireworks & # 8217 görüntüsü bu əsas elementləri özündə cəmləşdirir: 1) əvvəlcədən mövcud olan bir səma və ya partlayışdan fraqmentlərin yeridildiyi boşluq 2) partlayış zamanı qeyd etmək üçün istifadə edə biləcəyimiz əvvəlcədən mövcud bir vaxt. 3) Ortaq bir mərkəzdən kosmosda hərəkət edən fərdi mərmilər 4) Partlayışın baş verdiyi müəyyən bir an və 5) Böyük Partlayışa başlayan bir şey.

Böyük Partlayışı vizuallaşdırmağımızdakı bu elementlərin hamısı GR-ya görə tamamilə yanlışdır!

Əvvəlcədən mövcud yer?

GR riyaziyyatı xüsusi və birmənalı şəkildə 3 ölçülü məkanın Big Bang-in özündə, hər şeylə birlikdə & # 8216Time Zero & # 8217-də yaradıldığını bildirir. Hər yerdə olan bütün hissəciklər arasındakı ayrılığın itib getdiyi & # 8216singular & # 8217 hadisə idi. Bu, tanış olduğumuz 3 ölçülü məkanın itdiyini söyləməyin başqa bir yolu. Hər şey nəzəriyyəsi üçün müxtəlif prototipləri öyrənən nəzəriyyəçilər bu ifadəni yalnız bir qədər dəyişdirmişlər. Kainat ilk anlarında 4 ölçüdən çox ola bilən və ya bəlkə də ümumiyyətlə olmayan, demək olar ki, anlaşılmaz bir vəziyyətdə mövcud ola bilər. İlk anlardakı bu nəzəriyyələrin bir çoxu öz kainatımızı yaradan bir & # 8216 ana məkan zamanını & # 8217; fərziyyə edir, ancaq eyni zamanda həm Böyük Patlamanın baş verdiyini izləmək üçün həm Ana Ananın içində, həm də kainat ətrafında uçan maddəni görmək. Bu, atəşfəşanlıq modelinin tələb etdiyiniz şeydir.

Əvvəlcədən mövcud olan vaxt?

Bunlardan heç biri yox idi!

Yenə də GR & # 8217s riyaziyyatı həm məkanı, həm də vaxtı bölünməz olan & # 8216space-time & # 8217 adlı bir obyekt kimi qəbul edir. Time Zero plus bir anında zaman adlanan yaxşı bir kəmiyyətə sahib oldunuz. Zaman Zero sıfıra çıxdıqda, eyni miqdar riyaziyyatdakı xüsusiyyətini dəyişdirdi və & xəyal & # 8217 oldu. Bu, bildiyimiz kimi zamanla çox gözlənilməz bir şeyin baş verdiyi riyazi xəbərdarlıq bayraqlarıdır. Einstein'ın məşhur bir sitatında, & # 8220 & # 8230 zaman və məkan düşündüyümüz rejimlərdir, yaşadığımız şərtlər deyil & # 8221. Steven Hawking, yeni meydana gələn Kvant Cazibə Nəzəriyyəsinin fizikasından istifadə edərək bu dövlətin riyaziyyatına baxdı və Big Bang-də zamanın təsəvvür edildiyi şəkildə ən yaxşı şəkildə öldürüldüyünü təsdiqlədi. Riyaziyyatın təklif etdiyi kimi görünən bir başqa & # 8216 sonsuz & # 8217 boyut ölçüsü & # 8230-a çevrilmiş ola bilər.

Fərdi obyektlər ortaq bir mərkəzdən hərəkət edir?

GR xüsusi olaraq kosmosun maddənin rəqs etdiyi pasif bir mərhələ olmadığını, əksinə aktyor heyətinin üzvü olduğunu söyləyir. Həm qalaktikaları, həm də zaman-zamanı birlikdə müalicə etdiyiniz zaman, baş verənlər üçün ayrı-ayrılıqda davranmağınızdan fərqli olaraq çox fərqli bir cavab alırsınız, bu da instinktiv olaraq həmişə etdiyimiz şeydir. Əyri məkan hissəciklərin yollarını bəzən çox dramatik şəkildə pozur. Bir kosmik gəmiyə qədəm qoyub kainatın kənarına səyahət edib o tərəfə baxmağa çalışsaydınız, mümkünsüz olardı. Qapalı bir kainatda nə qədər və ya nə qədər sürətlə getməyinizdən asılı olmayaraq, yalnız bir kainatın ehtimal olunan & # 8220geçmişinə çata bilməzdiniz. Məkanın əyriliyi, sizi qərbə uçarsanız və yerinizi heç dəyişdirməmisinizsə, Yerin əyriliyi sizi evinizə gətirəcək şəkildə bir şəkildə geri qaytaracaqdı. Başqa sözlə, kainatın kosmosda bir kənarı yoxdur. Ən uzaq ulduzdan kənar bir şey yoxdur.

Zehni bir çapa olaraq, bir çoxu genişlənən balonu genişlənən kainata bənzətmə olaraq istifadə etdi. Balon səthindəki hər hansı bir nöqtədən göründüyü kimi, balon şişirdildiyi üçün bütün digər ləkələr ondan uzaqlaşır. Böyük Partlayışın mərkəzi olaraq seçilən şarın Səthində genişlənmənin heç bir mərkəzi yoxdur. Bu, genişlənən külək buludu üçün dramatik, ortaq bir mərkəzə sahib olan atəşfəşanlıq nümayişindən çox fərqlidir. Balon bənzətməsi isə mükəmməl deyil, çünki balonu seyr edərkən nöqtəmiz hələ GR-nin əsl kainat üçün əsla mövcud olmadığını söyləyən əvvəlcədən mövcud olan daha böyük bir arenada.

Böyük Partlayışın mərkəzi məkanda bir nöqtə yox, zamanın bir nöqtəsi idi! Balonun parçasında deyil, dördüncü ölçüsü boyunca kənarda bir mərkəzdir. Bu nöqtəni kainatımızdakı məkanın içindəki uzaq qalaktikalara doğru baxdığımız yerdə görə bilmərik. Bundan sonra vaxt görə bilməzsiniz! Bunu ancaq müşahidə edə biləcəyimiz ən uzaq cisimlərdən aldığımız qədim görüntülərə zamanla nəzər saldıqda görə bilərik. Bu şəkillərdə kainatın çox dəyişmiş, erkən tarixini görürük, ancaq kosmosda onlar üçün bənzərsiz bir mərkəz yoxdur.

Məhz bu məqamda sağlam düşüncə avtobusdakı yerindən imtina etməli və GR tərəfindən verilən anlayışlara tabe olmalıdır. Və məhz bu nöqtədə bu qədər fizik olmayan bu qədər nəzakətli olmaqdan imtina edir. Onları kim günahlandıra bilər? Ancaq gələcəkdə daha çox şey var.

Kosmosda hərəkət edən mərmilər?

GR yenə də bu barədə çox narahat bir şey söyləyir. Milyonlarla ildir Afrika qitəsindəki və digər yerlərdəki təcrübələrimizdən kosmosda hərəkət edə biləcəyimizi öyrəndik. Magistral yoldan aşağıya doğru irəlilədikdə yol kənarındakı işarələr arasındakı məsafəni qət edərkən nələrin baş verdiyinə şübhə etmirik. Bu bilik o qədər ilkindir ki, bu barədə çox şübhə etmək iqtidarında deyilik. Ancaq elm qərəzlərimizi təsdiqləmək deyil. İşlərin əslində necə olduğunu açıqlamaqdan ibarətdir.

Sizə evinizdən və Washington Anıtı ilə olan məsafəni hələ də davam etdirə və yalnız kosmosla məsafəni uzaqlaşdırmağa icazə verərək azalda biləcəyinizi söylədimsə? GR tam olaraq bu yeni fenomeni proqnozlaşdırır və kainat bu gün təbii olaraq meydana gəldiyi bildiyimiz yeganə arenadır. Əbədi sabit enlik və boylam nöqtələrində şarın səthinə yapışdırılmış ləkələr kimi, zaman keçdikcə aralarındakı boşluq genişlənərkən qalaktikalar olduğu yerlərdə qalırlar. Bu cür hərəkəti intuitiv hesab etməyimiz üçün heç bir səbəb yoxdur.

Məkan belə uzanırsa, bir andan digərinə yeni milyonlarla kub işıq ili haradan gəlir? GR-də cavab budur ki, onlar həmişə orada olublar. Bunun necə baş verə biləcəyini görmək üçün kainatımızın şəklini bir & # 8220Cosmic Watermellon & # 8221 kimi düşünməyi sevirəm. Bunun yalnız & # 8216qapalı & # 8217 sonlu kainatın forması olması yalnız bir texniki cəhətdir. Sonlu qarpızların alınması da sonsuz olanlardan daha ucuzdur.

GR, kainatın bütün keçmişini, bu gününü və gələcəyini bir anda proqnozlaşdırır və bütün 4 ölçülü formasını proqnozlaşdırır. Kosmik zaman xəttinin bir ucundakı 4 ölçülü, Kosmik Su qarışığını dilimlədiyimiz zaman, Böyük Partlayışdan qısa müddət sonra 3 ölçülü məkanı və içindəkiləri görürük. Uzaq gələcəkdə Kosmik Watermellon'un digər ucunda, Big Crunch-dan əvvəl kosmos və maddənin çökməsini görürük. Ancaq arada dilimlərimiz yerin formasını (qapalı, sferik həcmlər) və qalaktikaların yerlərini (sabit yerlərdə) göstərir, çünki yer bir həddindən digərinə genişlənir.

Adi bir qarpızdan xüsusi bir dilim olaraq, ətinin hər zaman tam qarpızda olduğunu görərik. Ət davamlı bir vasitə kimi mövcuddur və heç vaxt müəyyən bir dilimdəki ətin haradan gəldiyini soruşmuruq. Kozmoloji baxımdan GR bizdən 3 ölçülü məkanı eyni şəkildə düşünməyimizi xahiş edir. Kosmos, qarpızın əti kimi, həmişə 4 ölçülü kainatın tam şəklində mövcud olmuşdur. Ancaq kainatın tam şəkli yalnız 4 ölçüdə ortaya çıxır. Şüurumuzun kainatı hər an bir dəfə yaşamaqda israrlı olduğu və bu səbəbdən də kosmosun harada gəldiyi paradoksu ilə başa çatdığımız bir sirrdir. Həqiqətən heç bir paradoks yoxdur.

Məkan Einşteynə görə & heç bir şey deyil, kainatın cazibə sahəsi üçün başqa bir addır. Einstein bir dəfə dedi: & # 8220Space-time varlığı təkbaşına deyil, yalnız [cazibə] sahəsinin struktur keyfiyyəti olaraq iddia edir & # 8221. Cazibə qüvvəsini təcrübə ilə bir açarla söndürə bilsəydiniz, yer-zaman itəcəkdi. Bu, fizikaya məlum olan, ətraf mühitə təsir bəyanatının verilməli olduğu son dağıtma təcrübəsidir.

Bir andakı cazibə sahəsi, bir sonrakı anda özünə bir sürüdəki arılar kimi cazibə sahəsini özü təşkil edən saysız-hesabsız hissəciklərin aramsız kvant çırpıntıları ilə gətirilir. Bu köpüklənmə təlatümündə cazibə sahəsi, kvant kvantla, bəlkə də daha çox elementar bina bloklarından birləşdirilir və bəlkə də kainatın genişlənməsi və kosmosun sehrli uzanması üçün son mənşəyi tapacağıq. Ümid edirik ki, çox gözlənilən Hər şey Nəzəriyyəsi bu barədə daha çox şey söyləyəcək, amma əslində bu nəzəriyyəni sınamaq üçün xəyal edə biləcəyimiz texnologiyalar və insan resursları tələb oluna bilər.

Böyük partlayış üçün müəyyən bir an varmı?

GR, kainatımızın sonsuz bir sıxlıqdan, sıfır boşluqdan və Time Zero'da ortaya çıxdığını təxmin etməkdən tamamilə məmnundur, lakin fiziklər bu anın istənilən miqdarda kvant mexaniki təsiri ilə qarışdırıldığını çox güclü hiss edirlər, buna görə də biz Böyük Partlayışdan təxminən 10 ^ -43 saniyədən əvvəl heç vaxt danışa bilməz. Gertrude Stein bir vaxtlar məmləkətim Oakland, Kaliforniya haqqında “10 & -898 saniyədə & quot; yoxdur & # 8221; 10 ^ -43 saniyədə təbiət bizə Big Bang’dən əvvəl bunu söyləyə bilər & # 8220 & # 8216Nə də orada olsanız & # 8221 Bu an qəribə bir kvant dumanına qərq olur və Steven Hawkingin fərziyyə etdiyi kimi, zaman əslində məkanın yeni bir ölçüsünə bükülə bilər və bu vəziyyətdə artıq müəyyən edilə bilməz. Adi GR bu vəziyyəti təsvir edə bilmir və yalnız GR və kvant mexanikasını darayan bəzi gələcək nəzəriyyələr bizə daha çox məlumat verə biləcəkdir. Biz umid edirik.

Böyük partlayışa bir şey başladı!

Nəhayət, müasir kosmologiyanın ən çətin məsələsinə gəldik. Atəşfəşanlıqda partlayışa qədər gedən hadisələri barıt yaradan və partlayıcıları bükən kimyaçılara qədər izləyə bilərik. Bununla birlikdə, GR bizə Böyük Partlayışa qədər gedən ekvivalent mərhələlər haqqında heç nə deyə bilməz və əslində ən güclü ifadələri arasında zamanın özü olmaya biləcəyini söyləyən açıqlamalar var. Elə isə hadisəni & # 8220Bu əvvəl oldu & bundan sonra bu & # 8230təhvə kerpowie! & # 8221 kimi çərçivəyə salmağımıza icazə verilmədiyi təqdirdə bütün şebangı başlatan bir şərt və ya proses barədə necə danışırıq və düşünürük? Bu, Big Bang-in əsas sirri olaraq qalır və onu təsvir etmək üçün yarada biləcəyimiz hər riyazi təsviri həqiqi mənada aşan kimi görünür.

Bildiyimiz bütün məntiqi çərçivələr hadisələrin və ya halların zəncirlərinə əsaslanır. Fiziki dünyadakı bu cür zəncirlərlə əlaqəli bütün təcrübələrimiz vaxtında sifariş edilmişdir. Riyaziyyat və nəzəriyyə bizə 'Böyük Partlayışa başlamazdan əvvəl nə baş verdi?' Dedikdə belə, məntiqli və ya qanuni bir sual deyilsə də, bunu təbiətdən soruşmaq üçün lazımlı bir sual olaraq görməyimizdə israrlıyıq və bir qəti cavab. Fəqət bu əsrdə fiziki dünya haqqında öyrəndiklərimiz kimi bir çox şey kimi, fiziki dünyamızın həddini aşdığımız zaman sualların qəti cavabları verməli olduğumuz bağırsaq instinktlərimiz də səhv olur.

Bu yazını Hava və Kosmos Muzeyində yeni IMAX sənədini görmədən əvvəl yazdım & # 8216Cosmic Journey & # 8221, indiyə qədər gördüyüm ən gözəl və qəhrəman filmlərdən birinə qədər. Ancaq əlbəttə ki, Big Bang'i havai fişəng olaraq göstərdi. Fərqi yoxdur. Big Bang-in tarixin möhtəşəm bir an olması həqiqətini qəbul etmək üçün bir roket aliminə ehtiyac yoxdur. Şaşırtıcı olanı budur ki, insanların cəsarətli cəsarəti onlardan bəzilərini məhv etmiş və təsəvvür edə biləcəyi qədər çox qəribə bir kainat ortaya qoydu.

Yenə də minilliklər boyu toplanan qarmaqarışıq və intuisiyamız bizi təəccübləndirir və indi araşdırdığımız daha böyük fiziki dünyadan uzaq şəraitdə. Təəccüblü deyil ki, hamısı bu qədər yad və dəli dərəcədə mürəkkəb görünür.


Ethan-a soruşun: Qravitasiya dalğaları özlərini cazibə qüvvəsindən təsirləndirirlərmi?

Hər hansı bir uzaq cazibə mənbəyi cazibə dalğaları çıxara bilər və deformasiya edən bir siqnal göndərir. [+] cazibə cazibəsi kimi özünü göstərən məkan parçası. Ancaq bu deformasiya yalnız işıq məsafəsindəki sürətlə gedərsə, bu qüvvəni hiss etməzdən əvvəl uzun müddət gözləməlidir.

Avropa Qravitasiya Rəsədxanası, Lionel BRET / EUROLIOS

Kainatda səyahət edərkən yalnız boş yerlərdə sərbəst gəzmək deyil. Bu barədə tez-tez düşünməməyinizə baxmayaraq, hər şeyin varlığından qaynaqlanan qüvvələr var və bu qüvvələr böyük rol oynayır. Elektrik yükləri, nüvə qüvvələri və kosmos vaxtının özünün cazibə təhrifi - görünən Kainatda mövcud olan bütün kütlələr və enerji formaları səbəbiylə hərəkətinizi təsir edir. Bəs atomlardan olmasaydınız, bunun əvəzinə bir cazibə dalğası olsaydınız? Hələ həmin qüvvələri eyni şəkildə yaşayacaqsınız? Patreon tərəfdarı Darren Redfernin sualı budur, soruşan:

Qravitasiya dalğalarının özləri cazibə qüvvəsinə tabedir? Yəni bir cazibə dalğası bir qalaktika dəstəsinin yanından keçsəydi, onun forması pozulmuş olar (dalğa özü də yer-zamanın təhrifi olsa da)? Mənim bir tərəfim cazibə dalğalarının bir enerji növü olduğunu, buna görə cazibə qüvvəsindən təsirlənməməli olduğunu deyir. Qarşı tərəfim "Nah - bunun sadəcə mənası yoxdur!"

Kainat məna vermək məcburiyyətində deyil. Ancaq riayət etməli olduğu qaydalar var. Gəlin görək nə deyirlər.

Boş, boş, 3B ızgara yerinə kütlənin aşağı salınması 'düz' olmağa səbəb olur. [+] əvəzinə müəyyən bir miqdarda əyri olan sətirlər. Ümumi Nisbilikdə biz məkana və zamana davamlı yanaşırıq, ancaq kütlə daxil olmaqla məhdudlaşmayan bütün enerji formaları məkan əyriliyinə kömək edir.

Şəbəkə Christopher Vitale və Pratt İnstitutu

Ümumi Nisbilik dedikdə, cazibə anlayışı, mövcud olan hər hansı bir alternativdən bəlkə də asandır. Kardinal qayda budur: maddə və enerji kosmos vaxtına əyri uzay vaxtının necə əyilməsini izah edir, maddə və enerjinin necə hərəkət etdiyini təyin edir. Mənə hissəciklərin, hissəciklərin və digər enerji ehtiva edən varlıqların nə olduğunu desəniz, prinsipcə Kainatın toxumasının cavab olaraq necə əyri olduğunu söyləyə bilərəm.

Müxtəlif kütlələr və enerji formaları bir-birinə nisbətən hərəkət etdikdə - ya da özünüz bir müşahidəçi olaraq hərəkət etdikdə - boşluq müddəti cavab olaraq təhrif ediləcəkdir. Zamanın istənilən anında bu əyri uzay vaxtı Kainatda necə hərəkət etdiyinizi və sürətlənməyinizi müəyyən edəcəkdir. Ümumi Nisbilik belə işləyir.

Kütlə içərisində hərəkət edərkən boşluq zamanının necə reaksiya verdiyinə dair cizgi baxışı tam olaraq necə göstərilməsinə kömək edir. [+] keyfiyyətcə, sadəcə bir parça təbəqə deyil. Bunun əvəzinə, bütün kosmos özü Kainatdakı maddənin və enerjinin varlığı və xüsusiyyətləri ilə əyri olur.

Biraz əksdir, amma əslində hansı hissəcik olduğunuzun heç bir əhəmiyyəti yoxdur. İstər kütlə, istər kütlə olsun, istər maddə, istərsə də antimaddə olsun, istər təməl, bölünməz hissəcik olsun, istərsə də qarışıq bir şey olsun, heç bir əhəmiyyəti yoxdur. Kainatın parçası əyri və hər şeyin Kainat boyunca necə hərəkət etdiyini təyin edən əyrilikdir.

O zaman açıq və qapalı bir dava kimi görünür. Uzaq bir qalaktika dəstəsinə baxdığımızda, kütləsinin məkanın toxumasını təhrif etdiyini bilirik. Uzaq cisimlərdən gələn və ya həmin qalaktika dəstəsinin içərisində və ya xaricində gələn işığa baxdığımızda, işığın kütləsiz olmasına baxmayaraq bu əyri məkanın təyin etdiyi yolu izlədiyini bilirik (və müşahidə edirik).

Rəsədxana kvazar, qalaktika və ya qalaktika dəstəsi kimi güclü bir kütlə mənbəyinə baxdıqda, edə bilər. [+] tez-tez yerin ön kütlə tərəfindən bükülməsi səbəbindən linzalı, böyüdülmüş, təhrif olunmuş arxa mənbələrin çoxsaylı şəkillərini tapın. Uzay vaxtının əyriliyi yalnız kütlələri deyil, qrupun yaxınlığında səyahət edən kütləsiz fotonları da təsir edir.

ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL. JOEL JOHANSSON

Qravitasiya dalğalarının oxşar davranacağını gözləməyə hər səbəb var.

Fotonlarla bir sıra xüsusiyyətləri bölüşürlər, bunlar:

  • kütləsizlər,
  • işıq sürəti ilə hərəkət edirlər,
  • və bəlkə də ən əsası enerji daşıyırlar.

Enerji daşımaqla əlaqəli bu son hissə çox vacibdir, çünki əyri məkana cavab verən budur.

Cazibə dalğaları bir istiqamətdə yayılır, növbə ilə genişlənir və içəridə sıxışdırır. [+] cazibə dalğasının qütbləşməsi ilə təyin olunan qarşılıqlı dik istiqamətlər. Cazibə dalğalarının özləri, bir cazibə kvant nəzəriyyəsində, cazibə sahəsinin fərdi kvantlarından hazırlanmalıdırlar: cazibə qüvvələri.

İşıq kimi, cazibə dalğaları da dalğa uzunluğuna malikdir. İşıq kimi, dalğa boyu və intensivliyi / amplitüdü ilə təyin olunan bir enerji daşıyırlar. Kainat genişləndikcə işıq kimi dalğa uzunluğu da uzanır.

Bu son hissə nəzəri aləmdən müşahidə sahəsinə keçməyimizə imkan verir. Son sayda LIGO: 11 sayəsində bir sıra fərqli cazibə dalğaları müşahidə etdik. Bunların hamısı bir-birinə yaxınlaşan, 100 milyon işıq ilindən uzaq olan birləşdirilmiş, kütləvi, kompakt obyektlərə uyğundur. İşıq-səyahət dövrləri (və ya cazibə qüvvəsi-dalğa-səyahət dövrləri) ilə Kainatın genişlənməsi vacibdir və Yerdən keçən dalğaları ölçdükdə, təsirlərin qəti şəkildə uzandıqlarını görə bilərik. Kainatın genişlənməsi.

A still image of a visualization of the merging black holes that LIGO and Virgo have observed so . [+] far. As the horizons of the black holes spiral together and merge, the emitted gravitational waves become louder (larger amplitude) and higher pitched (higher in frequency). The black holes that merge range from 7.6 solar masses up to 50.6 solar masses, with about 5% of the total mass lost during each merger. The frequency of the wave is affected by the expansion of the Universe.

Teresita Ramirez/Geoffrey Lovelace/SXS Collaboration/LIGO-Virgo Collaboration

This tells us, unambiguously, that gravitational waves, as they travel through the Universe, are affected by the warping, curvature, and stretching of space.

There's another piece of evidence, too. The kilonova event of 2017, where we observed the merging of two neutron stars in both gravitational waves and in electromagnetic light, had these two signals arrive nearly simultaneously: with less than a 2.0 second difference between them. Traveling from a distance of over 100 million light years (and given that there are over 30 million seconds in a year), we can state that the speed of light and the speed of gravity are equal to within better than 1 part in a quadrillion (10 15 ).

All massless particles travel at the speed of light, including the photon, gluon and gravitational . [+] waves, which carry the electromagnetic, strong nuclear and gravitational interactions, respectively. Massless particles can carry energy, and they should all be affected by the curvature of spacetime equally.

NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet

This tells us another important piece of the puzzle: whatever time delays take place for photons as they travel through the Universe owing to the curvature of space also occur for gravitational waves. Whenever you enter or leave an area where gravitation is strong, you have to follow the path set forth by the curvature of space. Around a massive galaxy, for example, like the one we observed the kilonova in, space is curved, and all massless particles have to climb out of that potential well.

The fact that photons and gravitational waves arrived simultaneously tell us that they had to experience the same effects as one another from the curved space they passed through.

An illustration of gravitational lensing showcases how background galaxies — or any light path — is . [+] distorted by the presence of an intervening mass, but it also shows how space itself is bent and distorted by the presence of the foreground mass itself. If a gravitational wave and a photon arrive at the same time and were emitted at the same time, that implies they experience the same effects due to spacetime curvature as one another.

So gravitational waves, observationally:

  • experience the stretching effects of the expansion of the Universe,
  • follow the same paths as photons do (to the best of our ability to detect it),
  • suffer the same time dilation and time delay effects as other massless particles,
  • and experience the same changes in energy as they move into and out of regions of severe gravitational curvature.

This carries with it an implication that's quite profound, although it might not be intuitive. At some level, we fully expect that there is a quantum theory of gravity governing the Universe, and that the graviton is the particle responsible for the gravitational interaction.

Quantum gravity tries to combine Einstein’s general theory of relativity with quantum mechanics. . [+] Quantum corrections to classical gravity are visualized as loop diagrams, as the one shown here in white. Whether space (or time) itself is discrete or continuous is not yet decided, as is the question of whether gravity is quantized at all, or particles, as we know them today, are fundamental or not.

SLAC National Accelerator Lab

If gravitational waves experience gravity, that means that gravitons don't just interact with the energy-carrying particles of the Standard Model, but there is a graviton-graviton interaction as well.

Two different gravitational waves, in Einstein's relativity, should interfere when they meet. But they can't simply pass right through one another General Relativity itself is a nonlinear theory, meaning that the gravitational waves must interact and scatter off of each other at some level. This tells us there's a subtle application to quantum gravity: there's a chance of having a graviton-graviton scattering interaction.

Gravitons, the particles responsible for the gravitational force, don't only mediate interactions between the particles of the Standard Model. There's a chance that they can collide with one another, and what possibly happens when they do is a puzzle that only quantum gravity will be able to solve.

The effects of quantum gravity are anticipated to become important on very small (Planck-sized) . [+] distance scales, and very close to extremely large masses. However, if our understanding of gravitons is correct and to be consistent with the behavior of gravitational waves, there must be a graviton-graviton cross-section. We do not know what the exact consequences of that interaction will be a quantum theory of gravity is required for that.

Although it might seem counterintuitive that gravitation would affect gravitational waves, this is one of those wonderful times where theory and observation line up perfectly. They demonstrate that gravitational waves must follow the curved paths set by the presence of mass and energy in the Universe that they see their wavelengths stretch as the Universe expands that they obey the rules of time dilation that they follow the same paths that photons do, minus the interactions with matter.

This realization also carries with it some consequences for a quantum theory of gravity, which may constrain or even rule out some possible scenarios that would otherwise be incredibly interesting. In our quest to understand the Universe, gravitational wave astronomy truly is taking us to the next frontier!


Can We Test Gravitational Waves For Wave-Particle Duality?

The General Relativity picture of curved spacetime, where matter and energy determine how these . [+] systems evolve over time, has made successful predictions that no other theory can match, including for the existence and properties of gravitational waves: ripples in spacetime. If quantum theory is right, these ripples must have a particle analogue, as wave-particle duality must apply to all quanta.

Back in February of 2016, LIGO made an announcement that changed our picture of the Universe forever: from more than a billion light-years away, two massive black holes, of 36 and 29 solar masses, had inspiraled and merged. The result of that merger was a single black hole of 62 solar masses, with the remaining 3 solar masses converted into pure energy via Einstein's E = mc 2 , rippling throughout the Universe in the form of gravitational waves.

Since that time, LIGO has risen into the double digits with the number of detections it's made, as gravitational waves are now undoubtedly real and teaching us an incredible amount about our Universe. But all of this is still information about our Universe according to our classical theory of gravity: General Relativity. If quantum physics is right, then wave-particle duality is real, even for gravitational waves. Here's what that means.

This diagram, dating back to Thomas Young's work in the early 1800s, is one of the oldest pictures . [+] that demonstrate both constructive and destructive interference as arising from wave sources originating at two points: A and B. This is a physically identical setup to a double slit experiment.

Wikimedia Commons user Sakurambo

It's no stretch to claim that wave-particle duality is one of the strangest quantum phenomena ever uncovered. It started out simply enough: matter was made of particles, things like atoms and their constituents, and radiation was made of waves. You could tell something was a particle because it would do things like collide and bounce off of other particles, stick together, exchange energy, become bound, etc.

Similarly, you could tell something was a wave because it would diffract and interfere with itself. Newton got this one wrong about light, thinking it was made of particles, but others such as Huygens (his contemporary) and then the early-1800s scientists like Young and Fresnel showed definitively that light exhibited properties that couldn't be explained without considering it a wave.

The most obvious phenomena appear when you pass light through a double slit: the pattern that shows up on a background screen shows that the light interferes both constructively (leading to bright spots) and destructively (leading to dark spots).

The wave pattern for electrons passing through a double slit, one-at-a-time. If you measure “which . [+] slit” the electron goes through, you destroy the quantum interference pattern shown here. While this experiment requires some sophisticated equipment, there are many ways to see the effects of our quantum Universe right at home, and works just as well for photons as for electrons.

Dr. Tonomura and Belsazar of Wikimedia Commons

This phenomenon, of interference, is uniquely a product of waves. The double slit experiment, and subsequent, more sophisticated analogues, established that light was a wave. But this got more confusing in the early 1900s, with the discovery of the photoelectric effect. When you shone light on a certain material, occasionally electrons would get "kicked off" by the light.

If you made the light redder (and hence, lower energy) — even if you made the light arbitrarily intense — the light wouldn't kick off any electrons. But if you kept the bluer (and hence, higher energy) light, even if you turned the intensity way, way down, you'd still kick off electrons. Shortly thereafter, we were able to discover that light is quantized into photons, and that even individual photons could act like particles, ionizing the electrons if they were of the right energy.

This graph, of photon energy as a function of electron energy for an electron bound in a zinc atom, . [+] establishes that below a certain frequency (or energy), no photons are kicked off of a zinc atom. This is irrespective of intensity. However, above a certain energy threshold (at short enough wavelengths), photons always kick electrons off. As you continue to increase the photon energy, the electrons are ejected with increasing velocities.

Wikimedia Commons user Klaus-Dieter Keller, created with Inkscape

Even stranger realizations came in the 20th century, as we discovered that:

  • Single photons, when you passed them through a double slit one-at-a-time, would still interfere with themselves, producing a pattern consistent with a wave nature.
  • Electrons, known to be particles, exhibited this interference and diffraction pattern as well.
  • If you measured which slit a photon or electron goes through, you don't get an interference pattern, but if you don't measure it, you do get one.

It seems that every particle we've ever observed can be described as both a wave and a particle. Moreover, quantum physics teaches us that we need to treat it as both under the proper circumstances, or we won't get the outcomes that agree with our experiments.

The gravitational wave signal from the first pair of detected, merging black holes from the LIGO . [+] collaboration. The raw data and the theoretical templates are incredible in how well they match up, and clearly show a wave-like pattern.

B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)

Now, at last, we're ready to consider gravitational waves. These are sort of unique as far as physics is concerned, because we've only seen the wave-like part of them, never the particle-based part.

However, just like water waves are waves that are made of particles, we fully expect that gravitational waves are made of particles, too. Those particles ought to be gravitons (instead of water molecules), the particle that mediates the force of gravity under all known ideas that can give you a quantum theory of gravity. Gravitons are fully expected to emerge as a consequence of gravity being an inherently quantum force in nature, and gravitational waves ought to be made out of them.

A series of particles moving along circular paths can appear to create a macroscopic illusion of . [+] waves. Similarly, individual water molecules that move in a particular pattern can produce macroscopic water waves, and the gravitational waves we see are likely made out of individual quantum particles that compose them: gravitons.

Dave Whyte of Bees & Bombs

Because it's a wave, and because that wave has been observed to behave exactly as General Relativity predicts, including:

  • during the inspiral phase,
  • during the merger phase, and
  • during the ringdown phase,

we can safely infer that it will continue to do all the wave-like things that General Relativity predicts. They're a little different in detail than the other waves we're used to: they're not scalar waves like water waves, nor are they even vector waves like light, where you have in-phase, oscillating electric and magnetic fields.

Instead, these are tensor waves, which causes space to contract and rarify in perpendicular directions as the wave passes through that area.

These waves do a lot of the same things you'd expect from any sort of wave, including that

  • they propagate at a specific speed through their medium (the speed of light, through the fabric of space itself),
  • they interfere with any other ripples in space both constructively and destructively,
  • these waves "ride" on top of whatever other spacetime curvature is already present,
  • and if there were some way to cause these waves to diffract — perhaps by traveling around a strong gravitational source like a black hole — they would do exactly that.

In addition, as the Universe expands, we know these waves will do what all waves in the expanding Universe do: to stretch and expand as the background space of the Universe expands, too.

As the fabric of the Universe expands, the wavelengths of any radiation present will get stretched . [+] as well. This applies just as well to gravitational waves as it does to electromagnetic waves any form of radiation has its wavelength stretched (and loses energy) as the Universe expands.

E. Siegel / Beyond The Galaxy

So the real question is, then, how do we test the quantum part of this? How do we look for the "particle" nature of a gravitational wave? In theory, a gravitational wave is similar to the earlier image that shows an apparent wave arising from many particles that move around: those particles are the gravitons and the overall apparent wave is what LIGO detected. There's every reason to expect we've got a series of gravitons on our hands, that are:

  • spin-2 particles,
  • that are massless,
  • that propagate at the speed of light,
  • and that only interact through the gravitational force.

The constraints from LIGO on the second one — the masslessness — are extremely good: if the graviton does have a mass, it's less than 1.6 x 10 -22 eV/c 2 , or some

10 28 times lighter than the electron. But until we figure out a way to test quantum gravity using gravitational waves, we won't know whether the "particle" part of wave-particle duality holds for gravitons.

We've actually got a few chances for this, although LIGO is unlikely to succeed at any of them. You see, quantum gravitational effects are strongest and most pronounced where you have strong gravitational fields in play at very tiny distances. What better tool could there possibly be to probe this regime than merging black holes?

When two singularities merge together, these quantum effects — which should be departures from General Relativity — will show up at the moment of the merger, and just before (at the end of the inspiral) and just after (at the start of the ringdown) phases. Realistically, we're looking at probing picosecond timescales rather than the micro-to-millisecond timescales LIGO is sensitive to, but this might not be impossible.

Beginning with a low-power laser pulse, you can stretch it, reducing its power, then amplify it, . [+] without destroying your amplifier, and then compress it again, creating a higher-power, shorter-period pulse than would otherwise be possible. We have, as of the 2010s, transitioned from femtosecond (10^-15 s) lasers to attosecond (10^-18 s) laser physics.

©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

We've developed laser pulses that work in the femtosecond or even attosecond (10 -15 s to 10 -18 s) time ranges, and so it's conceivable that we could be sensitive to tiny departures from relativity if we have enough of these interferometers going at once. It would take a tremendous leap in technology, including a large number of interferometers, and a significant reduction in noise and increase in sensitivity. But it's not technically impossible it's just technologically difficult!

For a little more information, I once gave a video talk on gravitational waves, LIGO and what we learned from it to the Lowbrow Astronomers at the University of Michigan, and the full talk is currently online, with the last question touching on exactly this point.

Bu illüstrasiya zamanlama massivində izlənilən neçə pulsarın bir cazibə qüvvəsini aşkar edə biləcəyini göstərir. [+] wave signal as spacetime is perturbed by the waves. Similarly, a precise enough laser array could, in principle, detect the quantum nature of gravitational waves.

David Champion / Max Planck Institute for Radio Astronomy

Although we have every reason to believe that gravitational waves are simply the quantum analog of electromagnetic waves, we have, unlike the electromagnetic photon, not yet risen to the technological challenges of directly detecting the gravitational particle that's the counterpart of gravitational waves: the graviton.

Theorists are still calculating the uniquely quantum effects that should arise and are working together with experimentalists to design tabletop tests of quantum gravity, all while gravitational wave astronomers puzzle over how a future-generation detector might some day reveal the quantum nature of these waves. Although we expect gravitational waves to exhibit wave-particle duality, until we detect it, we cannot know for certain. Here's hoping that our curiosity compels us to invest in it, that nature cooperates, and that we find out the answer once and for all!


Cavablar və cavablar

no its not real velocity. that galaxy may not be moving at all. its space itself that is expanding and causing the redshift

The distant galaxy thinks we are the ones receeding at great velocity. Distant objects are severely redshifted, but, not frozen in time. It's like the product of 1/n. It never quite reaches zero.

it never reaches zero within the müşahidə edilə bilər kainat

I don't know about the expansion of space, but if the galaxy were traveling away at literal speeds at nearly 100% of the speed of light, then Lorentz factor affects how it ages in our reference frame.

With a high enough Lorentz factor, you wouldn't expect the distant galaxy to be a galaxy at all it's time is going so slow, it wouldn't have formed yet. Perhaps you would see a slow-motion plasma the material of the galaxy long before it formed, as it was just after hydrogen recombination. You should, in fact, expect to see a continuous background of finite intensity if you assumed that there were galaxies flying away from us at such speeds in every direction from a singular event.

Not an expert, but I do know that there is a difference between a galaxy moving through space at close to the speed of light and the space between two galaxies expanding at close to the speed of light.

If the galaxy were moving through space at some large fraction of c, then yes, all the usual relativistic coolness applies.
However, if galaxies are pretty close to stationary and the space between them is expanding at some decent percentage of c, then there are no weird relativistic effects that are going to be going on.

The galaxies we observe 10+ billion light years away are not moving away from us through space at speeds close to c, rather they are pretty close to stationary and the space between us is expanding at a fast rate.

I'm just going to throw this out there as well: the universe has no "edge". Otherwise, see previous answers.

Here's a puzzler: If the Big Bang is all about the rapid expansion of space, causing all objects to move away from each other at speeds greater than can be achieved through space itself, why isn't this the only motion we see? Why should any galaxy collide with another in a Universe dominated by superluminal expansion?

Also, independent of expansion, how fast can a galaxy move through space. I'm guessing nowhere near c. If they are pretty close to stationary and only gravity pulls them together at speeds well below c, does this mean that expansion is weaker than local gravity? Is expansion a force? Is there an expanitron?

I'm no scientist, but I think I can answer that one.

if space itself is expanding, then that means the further apart two objects are, the faster the space between them is growing. If two galaxies are pretty close by (relatively speaking) then they are not being separated extremely quickly by the universe's expansion, heck if they are close enough their gravitational attraction will actually bring them together (make them collide).

Moreover, it's only on really huge scales that the universe's expansion distances things. My nose doesn't fly off my face because of this expansion, nor do planets or galaxies get ripped apart. The force of gravity is enough to hold things together vs the expansion (at least for now).

Basically, the space between us and the farthest things in the observable universe is growing really quickly when compared to say the space between us and the andromeda galaxy (because there's less space that is undergoing expansion between us and the andromeda galaxy, and the gravitational attraction between us is much stronger than say the gravitational attraction between us and something 10 billion light years away, since the gravitational attraction scales with respect to the square of the distance between two objects. Two times farther away = 1/4 the force, 3 times farther = 1/9, 4 times = 1/16 the force).


Is the age of the universe influenced by time dilation?

In other words, we perceive the universe to be 13+ billion years old but could there be other regions in spacetime that would perceive the age of the universe to be much younger/older?

Also could this influence how likely it is to find intelligent life if, for example, regions that experience time much faster than other regions might be more likely to have advanced intelligent life than regions that experience time much more slowly? Not saying that areas that experience time much more slowly than us cannot be intelligent, but here on earth we see the most evolution occur between generations. If we have had time to go through many generations then we could be more equipped than life that has not gone through as many evolution cycles.

Edit: Even within our own galaxy, is it wrong to think that planetary systems closer to the center of the galaxy would say that the universe is younger than planetary system on the outer edge of the galaxy like ours?

Edit 2: Thanks for the gold and it's crazy to see how many people took interest in this question. I guess it was in part inspired by the saying "It's 5 Oɼlock somewhere". The idea being that somewhere out there the universe is probably always celebrating its "first birthday". Sure a lot of very specific, and hard to achieve, conditions need to be met, but it's still cool to think about.

4 2 & 7 More

Your basic idea is right, but it turns out to be such a small effect that it doesn't matter very much.

The age of the universe does depend on your frame of reference. Time dilation from gravity and from moving close to the speed of light can change how old the universe looks to you. There is no universal age of the universe. We have to pick a frame of reference, and we choose the frame where the cosmic microwave background appears stationary as our frame of reference.

However, this only matters if you need your numbers to be very precise. Most objects in space (stars, planets, galaxies) move at 10s to 1000s of km/s relative to each other. The speed of light is

300,000 km/s, and you really need to be above like 90% of the speed of light for time dilation to really get noticeable, so stars and planets don't have strong time dilation relative to each other. The only things that move really really fast are jets of magnetised ionised gas blasting out from rapidly rotating accretion discs around black holes, but you can't live in a thin magnetised plasma.

Gravitational time dilation is similarly weak in almost all situations. It only really gets strong when you are really right on top of the event horizon of a black hole. So, if you had a planet that was almost touching the event horizon - which is an implausible but not technically impossible orbit - then yes, any aliens on that planet will have a very different view of the age of the universe. But the Milky Way's gravity is too gentle to have a significant effect between the central bulge and the outer spiral.


Gravitational waves the topic of 2016 Robert M. Walker Distinguished Lecture

Predicted by Einstein 100 years ago they were first detected this year.

Gabriela González, the spokesperson for the science collaboration that detected gravitational waves in spacetime passing over Earth for the first time this year, will deliver the ninth annual Robert M. Walker Distinguished Lecture at 7 p.m. Thursday, Nov. 17.

The talk, hosted by the McDonnell Center for the Space Sciences, will take place in Whitaker Hall, Room 100, on the Danforth Campus of Washington University in St. Louis. It is free and open to the public.

González in front of LIGO, an instrument designed to detect ripples in spacetime.

González is a professor in the department of physics and astronomy at Louisiana State University, where a large group of scientists works on the detection of gravitational waves. The university is only 30 miles away from the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) Livingston Lab, one of two U.S. gravitational wave detectors funded by the National Science Foundation (NSF). The other is in Hanford, Wash.

González, who was born in Cordoba, Argentina, obtained her PhD from Syracuse University in 1995. She became a member of the LIGO Scientific Collaboration in 1997 and was elected its spokesperson 2011. She is featured in the documentary about gravitational waves produced by the LIGO Collaboration and the NSF, Einstein’s Messengers.

Albert Einstein’s theory of general relativity meant that gravitational waves should exist, but he doubted they would ever be detected because they alternately stretch and compress the fabric of spacetime by such tiny amounts.

This is why it was such big news when, on Sept. 14, 2015, two LIGO detectors in Hanford and Livingston registered a strong gravitational wave signal. The waves were created by the merger of two black holes, one about 29 times the mass of the sun and the other about 36 times its mass, 1.3 billion years ago, before there was even multi-cellular life on Earth.

In this violent cataclysm, three suns’ worth of mass was transformed into energy over a period of two-hundredths of a second, and it was this release of energy that shook the fabric of spacetime.

González in her lecture will describe: the detection of this distant cataclysm, the elegant instruments that were able to measure changes in distance a thousandth the diameter of a proton, and the window on the universe offered by the new field of gravitational-wave astronomy.

The lecture is sponsored by the McDonnell Center for Space Sciences in memory of Robert M. Walker, PhD, the center’s inaugural director from 1975 to 1999.

Walker was a pioneering physicist who shaped research in the space sciences worldwide. The Walker lecture series was established in 2008 by Ramanath Cowsik, the James S. McDonnell Professor of Space Sciences and director of the McDonnell Center.

The McDonnell Center, established in 1975 through a gift from aerospace pioneer James S. McDonnell, is a consortium of Washington University faculty, research staff and students primarily from the departments of Earth and Planetary Sciences and Physics, both in Arts & Sciences, who are working on the cutting edge of space research.


Mündəricat

In this example, four separate objects are in the space above a planet, positioned in a diamond formation. The four objects follow the lines of the gravitoelectric field, [6] directed towards the celestial body's centre. In accordance with the inverse-square law, the lowest of the four objects experiences the biggest gravitational acceleration, so that the whole formation becomes stretched into a line.

These four objects are connected parts of a larger object. A rigid body will resist distortion, and internal elastic forces develop as the body distorts to balance the tidal forces, so attaining mechanical equilibrium. If the tidal forces are too large, the body may yield and flow plastically before the tidal forces can be balanced, or fracture, producing either a filament or a vertical line of broken pieces.

In the gravity field due to a point mass or spherical mass, for a uniform rod oriented in the direction of gravity, the tensile force at the center is found by integration of the tidal force from the center to one of the ends. This gives F = μ l m / 4r 3 , where μ is the standard gravitational parameter of the massive body, l is the length of the rod, m is rod's mass, and r is the distance to the massive body. For non-uniform objects the tensile force is smaller if more mass is near the center, and up to twice as large if more mass is at the ends. In addition, there is a horizontal compression force toward the center.

For massive bodies with a surface, the tensile force is largest near the surface, and this maximum value is only dependent on the object and the average density of the massive body (as long as the object is small relative to the massive body). For example, for a rod with a mass of 1 kg and a length of 1 m, and a massive body with the average density of the Earth, this maximum tensile force due to the tidal force is only 0.4 μN.

Due to the high density, the tidal force near the surface of a white dwarf is much stronger, causing in the example a maximum tensile force of up to 0.24 N. Near a neutron star, the tidal forces are again much stronger: if the rod has a tensile strength of 10,000 N and falls vertically to a neutron star of 2.1 solar masses, setting aside that it would melt, it would break at a distance of 190 km from the center, well above the surface (a neutron star typically has a radius of only about 12 km). [note 1]

In the previous case, objects would actually be destroyed and people killed by the heat, not the tidal forces - but near a black hole (assuming that there is no nearby matter), objects would actually be destroyed and people killed by the tidal forces because there is no radiation. Moreover, a black hole has no surface to stop a fall. Thus, the infalling object is stretched into a thin strip of matter.

The point at which tidal forces destroy an object or kill a person will depend on the black hole's size. For a supermassive black hole, such as those found at a galaxy's center, this point lies within the event horizon, so an astronaut may cross the event horizon without noticing any squashing and pulling, although it remains only a matter of time, as once inside an event horizon, falling towards the center is inevitable. [8] For small black holes whose Schwarzschild radius is much closer to the singularity, the tidal forces would kill even before the astronaut reaches the event horizon. [9] [10] For example, for a black hole of 10 Sun masses [note 2] the above-mentioned rod breaks at a distance of 320 km, well outside the Schwarzschild radius of 30 km. For a supermassive black hole of 10,000 Sun masses, it will break at a distance of 3200 km, well inside the Schwarzschild radius of 30,000 km.


Gravitational lens

Our editors will review what you’ve submitted and determine whether to revise the article.

Gravitational lens, matter that through the bending of space in its gravitational field alters the direction of light passing nearby. The effect is analogous to that produced by a lens.

One of the most remarkable predictions of Einstein’s theory of general relativity is that gravity bends light. That effect was first demonstrated during a total solar eclipse in 1919, when the positions of stars near the Sun were observed to be slightly shifted from their usual positions—an effect due to the pull of the Sun’s gravity as the stars’ light passed close to the Sun. In the 1930s Einstein predicted that a mass distribution, such as a galaxy, could act as a gravitational “lens,” not only bending light but also distorting images of objects lying beyond the gravitating mass. If some object is behind a massive galaxy, as seen from Earth, deflected light may reach Earth by more than one path. Operating like a lens that focuses light along different paths, the gravity of the galaxy may make the object appear stretched or as though the light is coming from multiple objects, rather than a single object. The object’s light may even be spread into a ring. The first gravitational lens was discovered in 1979, when two quasars were discovered very close to each other in the sky and with similar distances and spectra. The two quasars were actually the same object whose light had been split into two paths by the gravitational influence of an intervening galaxy.

Rings or distinct multiple images of an object appear when the lens is extremely massive, and such lensing is called strong lensing. However, often the intervening lens is only strong enough to slightly stretch the background object this is known as weak lensing. By studying the statistical properties of the shapes of very distant galaxies and quasars, astronomers can use the effects of weak lensing to study the distribution of dark matter in the universe.

This article was most recently revised and updated by Robert Lewis, Assistant Editor.


Videoya baxın: Evrenin Ucuna Yolculuk Bir Baş Yapıt (Sentyabr 2021).