Astronomiya

Hipotetik, iki bədənli bir kainatdakı cazibə qüvvəsi emissiyası ilə orbital tənəzzül

Hipotetik, iki bədənli bir kainatdakı cazibə qüvvəsi emissiyası ilə orbital tənəzzül

Fərz edək ki, içərisində iki cisimdən başqa heç bir şey olmayan bir kainat var. Bunlardan biri Ayın kütləsi ilə mükəmməl sferik olan hərəkətsiz bir cisimdir (təbii ki, heç bir atmosfer olmadan; ayrıca bu Bədəni də adlandıraq). Digər cəsəd, H bədəni A teleskopuna bənzəyən kiçik bir peykdir və B bədəninin səthindən 161 km yüksəklikdə dövr edir.

Peykin cazibə qüvvəsi ilə A Bədənə çırpılması nə qədər vaxt aparardı?


Təxminən birləşmə müddəti üçün bu tənliyi Wikipedia-dan istifadə etmək:

$$ frac {5} {256} frac {c ^ 5} {G ^ 3} frac {r ^ 4} {m_1m_2 (m_1 + m_2)}, $$

və Wikipedia-nın Ayın ekvatorial radiusu və kütləsi üçün dəyərləri və HST-nin başlama kütləsi üçün Google-da bu sorğudan istifadə edə bilərik:

((5/256) * (c ^ 5 / G ^ 3) * ((100 mil) + (1738.1 km)) ^ 4 / ((11110 kq) * (7.347631E22 kq) ^ 2))

hesablamanı həyata keçirmək.

Nəticə budur $ təqribən 3.4497 dəfə 10 ^ {46} $ saniyə və ya ətrafında 1.093 $ times 10 ^ {39} $ ildir, təxminən 7.93 $ times 10 ^ {28} $ kainatın mövcud yaşından qat-qat çoxdur.

Bu tənlik dairəvi bir orbit üçündür və yalnız cazibə şüalanması nəticəsində itən orbital enerjiyə əsaslanan xam bir təxmindir. Əsasən orbital radiusdakı dəyişikliyi nəzərə almır, çünki birləşmənin son mərhələsinə qədər bu olduqca kiçikdir.

Ümumi nisbi olaraq iki cisim problemində cazibə şüalanması səbəbindən orbital eksantrikliyin orbital açısal impuls və enerjidəki dəyişikliklərə təsiri haqqında bəzi məlumatlar var.


Orbit

Ortaq bir baryenterin ətrafında dövrə vuran kütlə fərqində bir az fərq olan iki cisim. Ölçülər və bu xüsusi orbit növü Pluto-Charon sisteminə bənzəyir.

Fizikada bir orbit bir cismin bir nöqtə və ya başqa bir cismin ətrafındakı cazibə əyri yoludur, məsələn bir ulduz ətrafında bir planetin cazibə orbitidir. & # 911 & # 93

Tarixən, planetlərin görünən hərəkəti əvvəlcə çoxsaylı dairəvi hərəkətlərin cəmləri olan epikllər baxımından başa düşülmüşdür. & # 912 & # 93 Johannes Kepler planetlərin hərəkətinin əslində eliptik hərəkətlər olduğunu göstərə bilənə qədər bu, planetlərin yolunu çox yaxşı proqnozlaşdırırdı. & # 91alıntıya ehtiyac var& # 93 Isaac Newton bunun tərs kvadrata, cazibə dediyi anında yayan qüvvəyə bərabər olduğunu sübut edə bildi. & # 91alıntıya ehtiyac var& # 93 Albert Einstein daha sonra cazibə qüvvəsinin yer-zaman əyriliyindən qaynaqlandığını və orbitlərin geodeziya üzərində olduğunu göstərə bildi.


Qs bütün qarışıq maddələr qara dəliklərdə olduqda qaranlıq maddə olur

Qaranlıq maddənin nəzərdən keçirilməsini tərk etdim, çünki bu barədə çox az şey məlumdur. Ümid edirəm buradakı PF-də kimsə aşağıdakı sualları müzakirə edə bilər.

SUALLAR
Bu müzakirə kontekstində sadəlik naminə fərz edək ki, çox uzaq bir gələcəkdə kainatdakı Samanyolu'nun cazibə hissəsinə aid olmayan bütün maddələr, kainatın genişlənməsinin cazibə qüvvəsi baxımından çox uzaq olması səbəbindən hərəkət etdi. Samanyolu məsələsidir. Yuxarıda göstərilən mövzuda bəhs edilən səbəbə görə (həm də bariyonik maddənin fotonlarla qarşılıqlı əlaqəsi, cazibə potensialının bir hissəsinin foton şüalanması ilə itirildiyi kimi), bütün Samanyolu baryonik maddələr bir çoxdan sonra zaman dövrü tək bir qara dəliyə çevrildi.

Qaranlıq maddə foton şüalanması ilə cazibə potensial enerjisini itirmədiyi üçün, bütün bariyonik maddənin tək bir qara dəlikdə olmasından sonra bir çox qaranlıq maddənin bu fərqli qara dəliyin xaricində qalacağını təxmin edirəm.


Planet orbitləri

Planet sistemi içərisində planetlər, cırtdan planetlər, asteroidlər və digər kiçik planetlər, kometalar və kosmik zibillər sistemin mərkəz mərkəzini eliptik orbitlərdə dövr edir. Barsenter ətrafında bir parabolik və ya hiperbolik orbitdə olan bir kometa cazibə baxımından ulduzla əlaqəli deyildir və bu səbəbdən də ulduzun planet sisteminin bir hissəsi hesab edilmir. Planet sistemindəki planetlərdən birinə cazibə qüvvəsi ilə bağlı olan cisimlər ya təbii, ya da süni peyklər, o planetin yaxınlığında və ya içərisində bir baryenter ətrafında olan orbitləri izləyirlər.

Qarşılıqlı cazibə narahatlıqları sayəsində planet orbitlərinin eksantrikliyi zamanla dəyişir. Günəş Sistemindəki ən kiçik planet olan Merkuri ən eksantrik orbitə sahibdir. İndiki dövrdə Mars ən böyük eksantrikliyə sahibdir, ən kiçik orbital eksantrikliklər isə Venera və Neptunla görülür.

İki cisim bir-birinin ətrafında fırlandığı üçün periapsis, iki cismin bir-birinə ən yaxın olduğu nöqtə və apoapsis isə ən uzaq olduğu nöqtədir. (Xüsusi orqanlar üçün daha spesifik terminlər istifadə olunur. Məsələn, perigeeapogee Yer kürəsi ətrafında bir orbitin ən aşağı və ən yüksək hissələridir perihelionafelion Günəş ətrafında bir orbitin ən yaxın və ən uzaq nöqtələridir.)

Planetlərin bir ulduzun ətrafında dövr etməsi halında, ulduzun və bütün peyklərinin kütləsi barisenter adlanan tək bir nöqtədə olduğu hesablanır. Bütün ulduz peyklərinin yolları həmin baryenter ətrafında elliptik orbitlərdir. Bu sistemdəki hər bir peyk, bu ellipsin bir mərkəz nöqtəsində baryenter ilə öz eliptik orbitinə sahib olacaqdır. Orbitinin istənilən nöqtəsində, hər hansı bir peyk baryer mərkəzinə görə müəyyən bir kinetik və potensial enerjiyə sahib olacaq və bu enerji orbitinin hər nöqtəsində sabit bir dəyərdir. Nəticədə, bir planet periapsisə yaxınlaşdıqda, bir planet apoapsisə yaxınlaşdıqca potensial enerjisi azaldıqca planet sürətini artıracaq, potensial enerjisi artdıqca sürəti azalacaq.

Orbitləri anlamaq

Orbitləri anlamaq üçün bir neçə ümumi yol var:

  • Cazibə qüvvəsi kimi bir cisim düz bir xəttlə uçmağa çalışarkən bir cismani əyri bir yola çəkir.
  • Cisim kütləvi bədənə çəkildikdə, həmin bədənə doğru düşür. Lakin kifayət qədər tangensial sürətə sahibdirsə, bədənə düşməyəcək, əksinə bu cismin yaratdığı əyri trayektoriyanı sonsuza qədər izləməyə davam edəcəkdir. Daha sonra obyektin cəsəd ətrafında dövr etdiyi deyilir.

Bir planetin ətrafında bir orbitin təsviri olaraq, Newton'un top topu modeli faydalı ola bilər (aşağıdakı şəkilə baxın). Bu, hündür bir dağın zirvəsindəki bir topun topu üfüqi olaraq istənilən ağız sürətində atəş edə biləcəyi bir 'düşüncə təcrübəsi'. Hava sürtünməsinin top topuna təsirləri nəzərə alınmır (ya da bəlkə də dağ topun Yer atmosferinin üstündə olacağı qədər yüksəkdir, bu da eyni şeydir). & # 917 & # 93

Top topu aşağı başlanğıc sürətlə atırsa, topun trayektoriyası aşağıya doğru əyilir və yerə dəyir (A). Atəş sürəti artırıldıqca top topu topdan topa (B) daha uzağa dəyir, çünki top hələ yerə yıxılarkən yer getdikcə ondan uzaqlaşır (yuxarıdakı birinci nöqtəyə bax). Bütün bu hərəkətlər əslində texniki mənada "orbitlər" dir - ağırlıq mərkəzi ətrafında eliptik bir yolun bir hissəsini təsvir edirlər - ancaq orbitlər dünyaya vurularaq kəsilir.

Top topu kifayət qədər sürətlə atılırsa, yer topdan ən azı top düşdüyü qədər əyilir - buna görə top heç vaxt yerə dəymir. İndi fasiləsiz və ya dövr edən bir orbit deyilə bilən bir şeydir. Planetin cazibə mərkəzi və kütləsi mərkəzinin üstündəki hər hansı bir xüsusi hündürlüyün birləşməsi üçün dairəvi bir orbit yaradan bir spesifik atəş sürəti var (topun kütləsi, Yerin kütləsinə nisbətən çox kiçik olduğu güman edilir). , (C) də göstərildiyi kimi.

Atəş sürəti bundan da artdıqca fasiləsiz eliptik yörüngələr meydana gəlir (D). Əgər ilkin atəş göstərildiyi kimi Yer səthinin üstündə olarsa, daha yavaş atəş sürətində fasiləsiz eliptik orbitlər də olacaqdır ki, bunlar da orbitalın yarısının kənarında və atəş nöqtəsinin birbaşa qarşısında, aşağıda dünyaya ən yaxın olacaqdır. dairəvi orbit.

Planetin kütləsindən asılı olaraq qaçma sürəti adlanan xüsusi bir üfüqi atəş sürətində parabolik bir yola sahib olan açıq bir orbit (E) əldə edilir. Daha da yüksək sürətlərdə obyekt bir sıra hiperbolik traektoriyaları izləyəcək. Praktiki mənada, bu hər iki trayektoriya növü, obyektin planetin cazibəsindən "qurtulduğunu" və bir daha geri dönməmək üçün "kosmosa çıxma" mənasını verir.

Kütlə ilə hərəkət edən iki cismin sürət əlaqəsi, alt tiplərlə birlikdə dörd praktik sinifdə nəzərdən keçirilə bilər:

Orbit yoxdur Suborbital trayektoriyalar Kesilmiş eliptik yollar üçündür Orbital traektoriyalar (və ya sadəcə, orbitlər)

  • Atəş nöqtəsi ilə ən yaxın nöqtəsi olan eliptik yollar üçündür
  • Dairəvi yol
  • Atəş nöqtəsinə ən yaxın nöqtəsi olan eliptik yollar üçündür

Diqqətə çatdırmaq lazımdır ki, raketin atmosferdən yuxarı qaldırılması üçün (əvvəlcə sürtünmə sürüklənməsinə səbəb olur) əvvəlcə orbital raketlər şaquli olaraq atılır və sonra yavaş-yavaş yerdən qaldırılaraq orbit sürətinə çatmaq üçün raket mühərrikini atmosferə paralel atəşlə bitirir.

Orbitdə olduqdan sonra sürəti onları atmosferin üstündəki orbitdə saxlayır. Məsələn, eliptik bir orbit sıx havaya dalırsa, obyekt sürətini itirəcək və yenidən daxil olacaq (yəni düşmək). Bəzən bir kosmik gəmi, ümumiyyətlə aerobraking manevri olaraq adlandırılan bir hərəkətlə atmosferi qəsdən tutacaq.


Newtonun hərəkət qanunları

Newtonun cazibə qanunu və iki bədən problemi üçün hərəkət qanunları

Bir çox vəziyyətdə nisbi təsirlər laqeyd edilə bilər və Newton qanunları hərəkətin son dərəcə dəqiq təsvirini verir. Hər cismin sürətlənməsi, üzərində olan cazibə qüvvələrinin cəminə bərabərdir və kütlələrinə bölünür və cismlərin hər cütü arasındakı cazibə qüvvəsi kütlələrinin məhsulu ilə mütənasibdir və aralarındakı məsafənin kvadratı ilə tərs olaraq azalır. . Bu Nyuton yaxınlaşmasına görə, yalnız qarşılıqlı cazibə qüvvəsindən (iki cisim problemi) təsirlənən iki nöqtə kütlə və ya sferik cisimlər sistemi üçün orbitlər tam olaraq hesablana bilər. Ağır cisim kiçikdən daha çox kütləlidirsə, məsələn, bir planetin ətrafında fırlanan peyk və ya kiçik bir ay və ya Yerin Günəş ətrafında dövr etdiyi üçün, ağır bədən üzərində mərkəzləşmiş koordinat sistemində hərəkəti təsvir etmək dəqiq və rahatdır. və daha yüngül gövdənin daha ağır ətrafdakı orbitdə olduğunu söyləyirik. İki cismin kütlələrinin müqayisə edilə biləcəyi bir vəziyyət üçün, koordinat sistemini ikisinin kütləsinin mərkəzinə yerləşdirərək dəqiq olmayan bir Nyuton həlli mövcuddur və keyfiyyətcə bənzər olmayan kütlələrə bənzəyir.

Cazibə potensial enerjisinin tərifi

Enerji cazibə sahələri ilə əlaqələndirilir. Başqasından uzaq bir hərəkətsiz cism, ona tərəf çəkildiyi təqdirdə xarici iş edə bilər və bu səbəblə cazibə qüvvəsinə sahibdir potensial enerji. Cazibənin çəkilməsinə qarşı iki cismin ayrılması üçün iş tələb olunduğundan, cazibə potensial enerjisi ayrıldıqca artır və bir-birinə yaxınlaşdıqda azalır. Nöqtə kütlələri üçün cazibə enerjisi sıfır ayrılmaya yaxınlaşdıqca sərhədsiz azalır və potensial enerjini sonsuz bir məsafədə olduqda sıfır, daha kiçik sonlu məsafələr üçün mənfi (sıfırdan azaldığından) götürmək rahat və şərti olur .

Orbital enerjilər və orbit şəkilləri

İki cismlə bir orbit konik bir hissədir. Sistemin ümumi enerjisindən (kinetik + potensial enerjidən) asılı olaraq orbit açıq ola bilər (buna görə cisim heç vaxt qayıtmır) və ya qapalı (qayıdan) ola bilər. Açıq bir yörüngədə, orbitin hər hansı bir mövqeyindəki sürət ən azı bu mövqe üçün qaçış sürətidir, qapalı bir yörüngədə həmişə azdır. Kinetik enerji heç vaxt mənfi olmadığından, potensial enerjinin sonsuz ayrılmada sıfıra qəbul edilməsinin ümumi konvensiyası qəbul edilərsə, bağlı orbitlər mənfi ümumi enerjiyə, parabolik trayektoriyalar ümumi enerjiyə sıfır və hiperbolik orbitlər müsbət ümumi enerjiyə sahibdirlər.

Açıq bir orbit bir hiperbola (sürət qaçış sürətindən böyük olduqda) və ya bir parabola (sürət tam olaraq qaçış sürəti olduqda) şəklindədir. Cəsədlər bir müddət bir-birlərinə yaxınlaşırlar, ən yaxınlaşdıqları müddətdə bir-birlərinin ətrafında əyilir və sonra yenidən sonsuza qədər ayrılırlar. Bəzi kometaların günəş sisteminin xaricindən gəlməsi halında belə ola bilər.

Qapalı bir orbit bir ellips şəklindədir. Orbitdəki cismin həmişə mərkəzdən eyni məsafədə olması xüsusi vəziyyətdə, eyni zamanda bir dairə şəklidir. Əks təqdirdə, orbitdəki cismin Yerə ən yaxın olduğu nöqtə, orbit Yerdən başqa bir cismin ətrafında olduğunda periapsis (daha az düzgün, "perifokus" və ya "pericentron") adlandırılan perigeydir. Peykin Yerdən ən uzaq olduğu nöqtəyə apogee, apoapsis və ya bəzən apifocus ya da apocentron deyilir. Periapsisdən apoapsisə çəkilən bir xətt apsidlər. Bu, ellipsin əsas oxudur, ən uzun hissəsindən keçən xəttdir.

Kepler qanunları

Qapalı orbitlərdə dövr edən cisimlər sabit bir müddətdən sonra yollarını təkrarlayırlar. Bu hərəkət, Keplerin riyazi olaraq Newton qanunlarından əldə edilə bilən empirik qanunları ilə təsvir olunur. Bunlar aşağıdakı kimi formalaşdırıla bilər:

  1. Günəşin ətrafındakı bir planetin orbiti bir ellipsdir, Günəş ellipsin mərkəz nöqtələrindən birindədir. [Bu fokus nöqtəsi, həqiqətən, bu izahın Günəş kütləsinin o planetinkindən sonsuz böyük olduğunu düşündüyü sadəlik üçün Günəş-planet sisteminin baryenteridir.] Orbit, bir müstəvidə uzanır. orbital təyyarə. Cazibədar bədənə ən yaxın olan orbitdəki nöqtə periapsisdir. Cazibədar bədəndən ən uzaq nöqtəyə apoapsis deyilir. Günəş ətrafında dövrə vuran şeylərin perihelion və aphelyon, Yer ətrafında fırlanan şeylərin perigee və apogee, Ayın ətrafında fırlanan şeylərin perilune və apolune (və ya müvafiq olaraq periselene və aposelene) var. Yalnız Günəş deyil, hər hansı bir ulduz ətrafında olan bir orbitdə periastron və apastron vardır.
  2. Planet müəyyən bir müddət ərzində öz orbitinin ətrafında hərəkət edərkən, Günəşdən planetə doğru olan xətt, bu müddət ərzində planetin hansı hissəsini izlədiyindən asılı olmayaraq, orbital müstəvinin sabit bir sahəsini süpürür. Bu o deməkdir ki, planet öz perihelionu yaxınlığında apheliyasına nisbətən daha sürətli hərəkət edir, çünki kiçik məsafədə eyni ərazini əhatə etmək üçün daha böyük bir qövs izləmək lazımdır. Bu qanun ümumiyyətlə "bərabər vaxtda bərabər sahələr" olaraq ifadə edilir.
  3. Verilmiş bir orbit üçün yarı böyük oxunun kubunun dövrün kvadratına nisbəti sabitdir.

Newtonun cazibə qanununun məhdudiyyətləri

Bir nöqtə kütləsi ətrafında və ya Newtonian cazibə sahəsi olan bir sferik cismin ətrafında əlaqəli orbitlər eyni yolu dəqiq və qeyri-müəyyən bir şəkildə təkrarlayan qapalı elips olduğuna diqqət yetirin, sferik olmayan və ya Nyuton olmayan təsirlər (səbəb olduğu kimi, məsələn, Yerin cüzi oblatlığı və ya relyativistik təsirlər nəticəsində cazibə sahəsinin davranışını məsafə ilə dəyişdirmək) orbit formasının Newtonian iki bədən hərəkətinə xas olan qapalı elipslərdən uzaqlaşmasına səbəb olacaqdır. İki bədənli həllər 1687-ci ildə Newton tərəfindən Principia-da nəşr edilmişdir. 1912-ci ildə Karl Fritiof Sundman üç bədən problemini həll edən yaxınlaşan sonsuz bir sıra inkişaf etdirdi, lakin çox istifadə üçün çox yavaş birləşir. Laqranj nöqtələri kimi xüsusi hallar xaricində, dörd və ya daha çox cismə sahib bir sistem üçün hərəkət tənliklərini həll edən heç bir metod məlum deyil.

Çox bədən problemlərinə yanaşmalar

Bunun əvəzinə, bir çox cismə sahib olan orbitlər özbaşına yüksək dəqiqliklə təqrib edilə bilər. Bu təxminlər iki formada olur:

Bir forma saf eliptik hərəkəti əsas götürür və çoxlu cisimlərin cazibə təsirini nəzərə almaq üçün narahatlıq şərtlərini əlavə edir. Bu, astronomik cisimlərin mövqelərini hesablamaq üçün əlverişlidir. Ayların, planetlərin və digər cisimlərin hərəkət tənlikləri böyük dəqiqliklə bilinir və səmavi naviqasiya üçün cədvəllər yaratmaq üçün istifadə olunur. Yenə də post-Nyuton metodları ilə həll edilməli olan dünyəvi hadisələr var. Diferensial tənlik forması elmi və ya missiya planlaşdırma məqsədləri üçün istifadə olunur. Newton qanunlarına görə, bütün qüvvələrin cəmi sürətlənmə kütləsinə bərabər olacaqdır (F = ma). Bu səbəbdən sürətlənmə mövqelərlə ifadə edilə bilər. Narahatlıq şərtlərini bu formada izah etmək daha asandır. İlkin dəyərlərdən sonrakı mövqeləri və sürətləri proqnozlaşdırmaq ilkin dəyər probleminin həllinə uyğundur. Ədədi metodlar gələcəkdə obyektlərin mövqelərini və sürətlərini qısa müddətdə hesablayır, sonra hesablamanı təkrarlayır. Lakin kompüter riyaziyyatının məhdud dəqiqliyindən kiçik hesab səhvləri məcmu olur və bu yanaşmanın dəqiqliyini məhdudlaşdırır.

Çox sayda cisim olan diferensial simulyasiyalar kütlə mərkəzləri arasında hiyerarşik cütlük şəklində hesablamalar aparır. Bu sxemdən istifadə edərək qalaktikalar, ulduz qrupları və digər böyük obyektlər simulyasiya edilmişdir. [ alıntıya ehtiyac var ]


Einşteyn nəzəriyyəsinin nəticələri

Ümumi nisbilik bir sıra fiziki nəticələrə malikdir. Bəziləri birbaşa nəzəriyyənin aksiomalarından çıxış edir, digərləri isə yalnız Eynşteynin ilk nəşrindən sonra gələn uzun illər davam edən araşdırmalar nəticəsində aydın olur.

Cazibə vaxtının genişlənməsi və tezlik dəyişməsi

Ekvivalentlik prinsipinin qüvvədə olduğunu düşünsək, [50] cazibə zaman keçməsinə təsir göstərir. Bir cazibə quyusuna göndərilən işıq mavi rəngə çevrilir, əks istiqamətdə göndərilən işıq (yəni cazibə quyusundan çıxmaq) kollektiv olaraq yenidən dəyişdirilir, bu iki təsir cazibə tezliyi dəyişikliyi olaraq bilinir. Ümumiyyətlə, kütləvi bir cismə yaxın proseslər, daha uzaqda gedən proseslərlə müqayisədə daha yavaş axır, bu təsir qravitasiya vaxtının genişlənməsi kimi tanınır. [51]

Qravitasiya qırmızı sürüşmə laboratoriyada [52] və astronomik müşahidələrdən istifadə edilərək ölçülmüşdür. [53] Yerin cazibə sahəsindəki cazibə vaxtının genişlənməsi atom saatları istifadə edilərək dəfələrlə ölçülmüşdür, [54] isə davamlı təsdiqləmə Qlobal Mövqe Yerləşdirmə Sisteminin (GPS) işinin yan təsiri kimi təmin edilmişdir. [55] Daha güclü cazibə sahələrində testlər ikili pulsarların müşahidəsi ilə təmin edilir. [56] Bütün nəticələr ümumi nisbi ilə uyğun gəlir. [57] Ancaq mövcud dəqiqlik səviyyəsində bu müşahidələr ümumi nisbi ilə ekvivalentlik prinsipinin etibarlı olduğu digər nəzəriyyələri ayırd edə bilməz. [58]

İşığın sapması və cazibə vaxtının gecikməsi

Ümumi nisbilik, işıq yolunun cazibə qüvvəsi içərisində əyildiyini, kütləvi bir cisimdən keçən cismə doğru əyildiyini proqnozlaşdırır. Bu təsir Günəşdən keçərkən ulduzların və ya uzaq kvazarların işığını müşahidə edərək təsdiqlənmişdir. [59]

Bu və əlaqəli proqnozlar, işığın işığa bənzər və ya sıfır geodeziya deyilənləri izləməsi - klassik fizikada işığın hərəkət etdiyi düz xətlərin ümumiləşdirilməsindən qaynaqlanır. Bu cür geodeziya xüsusi nisbi nisbətdə işıq sürətinin dəyişməzliyinin ümumiləşdirilməsidir. [60] Müvafiq model uzay vaxtlarını araşdırarkən (ya xarici Schwarzschild həlli ya da tək bir kütlə üçün Newton sonrası genişlənmə), [61] cazibə qüvvəsinin işığın yayılmasına təsirləri ortaya çıxır. İşığın əyilməsini sərbəst düşmənin universallığını genişləndirməklə də əldə etmək mümkün olsa da, [62] bu cür hesablamalar nəticəsində yaranan əyilmə bucağı ümumi nisbiliklə verilən dəyərin yalnız yarısını təşkil edir. [63]

İşığın sapması ilə yaxından əlaqəli olan cazibə vaxtının gecikməsi (və ya Shapiro gecikməsi), işıq siqnallarının bir cazibə sahəsi boyunca bu sahənin olmadığı müddətdən daha çox hərəkət etməsi fenomenidir. Bu proqnozun çoxsaylı uğurlu sınaqları olmuşdur. [64] Parametrləşdirilmiş Newton sonrası formalizmdə (PPN) həm işığın əyilməsinin, həm də cazibə vaxtının gecikməsinin ölçüləri yerin həndəsəsinə cazibə qüvvəsinin təsirini kodlayan γ adlı bir parametri təyin edir. [65]

Cazibə dalğaları

Zəif sahə cazibəsi ilə elektromaqnetizm arasındakı bir neçə bənzətmədən biri də budur ki, elektromaqnit dalğalarına bənzər şəkildə cazibə dalğaları mövcuddur: fəza metrikində işıq sürətində yayılan dalğalar. [66] Bu cür dalğanın ən sadə növü sərbəst üzən hissəciklər üzüyünə təsiri ilə görünə bilər. Belə bir üzükdən oxucuya doğru yayılan bir sinus dalğası, üzüyü xarakterik, ritmik bir şəkildə təhrif edir (sağdakı cizgi şəkli). [67] Einşteyn tənlikləri qeyri-xətti olduğundan, özbaşına güclü cazibə dalğaları xətti superpozisiyaya tabe olmur və təsvirlərini çətinləşdirir. Lakin zəif sahələr üçün xətti bir yaxınlaşma edilə bilər. Bu cür xəttli cazibə dalğaları, yer üzündə uzaq kosmik hadisələrdən gəlməsi gözlənilən həddən artıq zəif dalğaları təsvir etmək üçün kifayət qədər dəqiqdir ki, bu da adətən nisbi məsafələrin artması və azalması ilə nəticələnir. və ya daha az. Məlumat analiz metodları bu xətti dalğaların Fourier parçalana biləcəyindən müntəzəm olaraq istifadə edirlər. [68]

Bəzi dəqiq həllər heç bir yaxınlaşma olmadan cazibə dalğalarını təsvir edir, məsələn, boşluqda hərəkət edən bir dalğa qatarı [69] və ya Gowdy kainatları deyilən, cazibə dalğaları ilə genişlənən bir kosmos çeşidləri. [70] Ancaq iki qara dəliyin birləşməsi kimi astrofiziki cəhətdən əlaqəli vəziyyətlərdə meydana gələn cazibə dalğaları üçün ədədi metodlar bu anda uyğun modellər qurmağın yeganə yoludur. [71]

Orbital effektlər və istiqamətin nisbiliyi

Ümumi nisbilik, klassik mexanikadan orbitə cismləri ilə bağlı bir sıra proqnozlarla fərqlənir. Planet orbitlərinin ümumi bir fırlanmasını (presessiyasını), eləcə də cazibə dalğalarının yayılması və istiqamətin nisbiliyi ilə əlaqəli təsirlərin səbəb olduğu orbital çürüməni proqnozlaşdırır.

Apsidlərin presessiyası

Ümumilikdə nisbi olaraq hər hansı bir orbitin apsidləri (orbitdəki cismin sistemin kütlə mərkəzinə ən yaxın yanaşma nöqtəsi) öndə olacaq - orbit bir elips deyil, fokusunda dönən və bir güllə nəticələnən bir ellipsə bənzəyir. əyri bənzər forma (şəkilə bax). Einşteyn bu nəticəni əvvəlcə Nyuton həddini təmsil edən təxmini bir metrik istifadə edərək və orbit cisminə bir test zərrəsi kimi baxaraq əldə etdi. Onun üçün nəzəriyyəsinin, əvvəllər Urbain Le Verrier tərəfindən 1859-cu ildə kəşf etdiyi Merkuri planetinin anomal perihelion yerdəyişməsini açıq şəkildə izah etməsi, nəhayət, cazibə sahəsi tənliklərinin düzgün formasını müəyyənləşdirdiyinin vacib sübutu idi. [72]

Təsir ya dəqiq Schwarzschild metrikasından (kürə kütləsi ətrafında boşluq vaxtını təsvir etməklə) istifadə edilə bilər [73] ya da daha ümumi Newton sonrası formalizm. [74] Bu, cazibə qüvvəsinin kosmos həndəsəsinə təsiri və öz enerjisinin cismin cazibəsinə töhvəsi (Eynşteyn tənliklərinin qeyri-xətti ilə kodlanmışdır) ilə əlaqədardır. [75] dəqiq prekresiya ölçmələrinə imkan verən bütün planetlərdə (Merkuri, Venera və Earth) nisbi prekursiya, [76], eyni zamanda ikiqat pulsar sistemlərində beş əmrlə daha böyük olduğu müşahidə edilmişdir. [77]

Orbital çürümə

Ümumi nisbiliyə görə ikili sistem cazibə dalğaları yayacaq və bununla da enerjisini itirəcəkdir. Bu itkiyə görə iki orbitə cismi arasındakı məsafə azalır və orbital dövrü də azalır. Günəş sistemi içərisində və ya adi cüt ulduzlar üçün təsiri müşahidə edilə bilməyəcək qədər kiçikdir. Yaxın ikili pulsar üçün biri deyil, biri pulsar olan iki orbitdə olan neytron ulduz sistemidir: pulsardan yerdəki müşahidəçilər son dərəcə dəqiq bir saat rolunu oynaya biləcək müntəzəm bir radio impulsları seriyası alır. orbital dövrünün dəqiq ölçülərinə imkan verir. Neytron ulduzları həddən artıq yığcam olduğundan, qravitasiya şüası şəklində əhəmiyyətli miqdarda enerji yayılır. [79]

Qravitasiya dalğalarının yayılması səbəbindən orbital dövrdə azalmanın ilk müşahidəsi 1974-cü ildə kəşf etdikləri ikili pulsar PSR1913 + 16-dan istifadə edərək Hulse və Taylor tərəfindən aparıldı. Bu, dolayı da olsa, cazibə dalğalarının ilk aşkarlanması idi. fizika üzrə 1993 Nobel mükafatına layiq görülmüşlər. [80] O vaxtdan bəri bir neçə başqa ikili pulsar tapıldı, xüsusən də hər iki ulduzun pulsar olduğu ikiqat pulsar PSR J0737-3039. [81]

Geodeziya proseduru və çərçivə süründürmə

Bir neçə nisbi effekt birbaşa istiqamət nisbiliyi ilə əlaqəlidir. [82] Bunlardan biri geodeziya presessiyasıdır: əyri fəzada sərbəst düşmədə giroskopun ox istiqaməti, məsələn, uzaq ulduzlardan alınan işığın istiqaməti ilə müqayisə edildikdə dəyişəcək - baxmayaraq ki, belə bir giroskop bir istiqamət tutmağın yolunu təmsil edir. mümkün qədər stabil ("paralel nəqliyyat"). [83] Ay-Yer sistemi üçün bu təsir Ay lazerinin köməyi ilə ölçülmüşdür. [84] Bu yaxınlarda, Gravity Probe B peykinin üzərindəki test kütlələri üçün% 0,3-dən yaxşı bir dəqiqlik ölçülmüşdür. [85] [86]

Dönən bir kütlənin yaxınlığında qravitomaqnit və ya çərçivə sürükləyən təsirlər var. Uzaq bir müşahidəçi kütləyə yaxın obyektlərin "süründürülməsini" müəyyənləşdirəcək. Bu, erqosfer olaraq bilinən zonaya daxil olan hər hansı bir obyekt üçün fırlanmanın qaçınılmaz olduğu dönən qara dəliklər üçün ən həddidir. [87] Bu cür təsirlər, sərbəst payızda giroskopların istiqamətləndirilməsinə təsirləri ilə yenidən sınaqdan keçirilə bilər. [88] Relyativistik proqnozu təsdiqləyən LAGEOS peyklərindən istifadə edərək bir qədər mübahisəli testlər aparıldı. [89] Ayrıca Mars ətrafında Mars Global Surveyor sondası istifadə edilmişdir. [90] [91]


Cavablar və cavablar

Müəlliflərdən ikisinin Söhbətdə yuxarıdakı məqalədən bir az daha çox dinləyiciyə yönəlmiş gözəl bir məqaləsi var. https://theconversation.com/where-are-the-missing-gravitational-waves-47940
Məqalədən:

Ancaq bir təsbit olmamağımızın çox açıq olmasını istəyirik deyil Einşteynin nisbilik nəzəriyyəsinin səhv olduğunu, cazibə dalğalarının mövcud olmadığını da nəzərdə tutur. Həqiqi həll yolunu bilməsək də, bir sıra fikirlərimiz var.

Bəlkə də kainatdakı hər qalaktikada böyük bir qara dəlik yoxdur. Modellərdə supermassive qara dəliklərə ev sahibliyi edən qalaktikaların hissəsinin azaldılması cazibə dalğa fonunun proqnozlaşdırılan amplitüdünü azaldır və müşahidələrimiz tərəfindən potensial olaraq aşkarlanmaz hala gətirir.

Bəlkə də ev sahibi qalaktikanın kütləsi ilə qara dəliyin kütləsi arasındakı əlaqəni başa düşmürük. İkincisini təyin etmək üçün qalaktika ilə qara dəlik kütlələri arasındakı empirik əlaqələrdən istifadə edirik. Bunların yerli kainatda möhkəm olduğuna inanırıqsa da, bu empirik münasibətlər haqqında anlayışımızın tamamlandığı yerdən bizdən milyardlarla işıq ili içində olmağımıza ən həssas olan qara dəlik birləşmələri.

Bəlkə də birləşmələri şərtləndirən proseslə bağlı fərziyyələrimizdən biri çox sadədir. Məsələn, qalaktika mərkəzlərində əhəmiyyətli miqdarda qaz varsa, əlavə sürtünmə qüvvəsi kimi hərəkət edə bilər və qara dəliklərin bir-biri ilə gözləniləndən daha tez birləşməsinə səbəb olur. Bu da cazibə dalğa fonunun gözləniləndən daha kiçik bir amplitüdünə səbəb ola bilər.

Hazırda bu ssenarilərin hər biri eyni dərəcədə inandırıcıdır. Pulsarların davamlı müşahidələri, eləcə də böyük optik teleskoplarla uzaq kainatın müşahidələri tezliklə bu fikirləri ayırd etməyə imkan verə bilər. Və bir gün nəhayət axtardığımız cazibə dalğalarının mövcudluğuna dair birbaşa sübutları tapa bilərik.

xəbər mediası, GR-nin proqnozlaşdırdığı kimi indiyə qədər cazibə dalğalarının aşkarlanmadığını açıqladı. məsələn Parkes Pulsar Zamanlama Array 11 il sonra heç bir şey tapmadı.

Qravitasiya dalğaları yoxdursa, GR səhvdir. qravitonlar üçün ümumi bir dəlil budur ki, cazibə dalğaları var, buna görə dalğa hissəciklərinin ikililiyinə görə qravitonlar olmalıdır

indiyə qədər aşkarlanmadıqları üçün cazibə dalğaları olmasa, cazibə, GR, simlər, döngələr, QG necə dəyişdirilə bilər?

klassik GR-nin bütün sınaqlarından keçən, lakin cazibə dalğaları olmayan alternativ cazibə nəzəriyyələri varmı?

Dəlil olmaması, yoxluğun güclü bir dəlili deyil. Cazibə dalğaları incə olmalıdır və mövcud alətlərin mütləq onları aşkarlaya biləcəyinə dair həqiqətən möhkəm bir nəzəri proqnoz görmədim. Nəzəri olaraq proqnozlaşdırılan siqnal əksər hallarda son dərəcə zəifdir. Bir nəzəriyyəni təkzib etmək üçün sadəcə bir siqnalın aşkarlanmamasına deyil, nəzəriyyədən siqnalın görüləcəyinə dair açıq bir nəzəri proqnoza ehtiyacınız var.

Bu nöqtədə, hələ qalaktikaları kəşf etməmiş 16-cı əsr astronomlarına bənzər bir vəziyyətdəyik. Çılpaq gözdən daha çox şey görə bilən ibtidai alətlərə sahib idilər, ancaq əvvəlcədən təxmin etdiklərini bilsələr də, qalaktikanı olduğu üçün görə biləcək qədər güclü bir şey yox idi.

Cazibə dalğalarının bu qədər çətin görünməsinin əsas səbəbi, cazibə qüvvəsinin üç SM qüvvəsinə (elektromaqnetizm, zəif qüvvə və güclü qüvvə) nisbətən bu qədər zəif olması və böyük məsafələrdə işləməsi və böyük kütlələrin əhəmiyyətli cazibə qüvvələri yaratmasını tələb etməsidir. Beləliklə, arxa planı çox pozan cazibə dalğalarını müşahidə etmək üçün ehtiyac duyduğumuz böyük nüvə kütlələrini birdən-birə əhəmiyyətli dərəcədə hərəkət edə bilmərik. Bunun əvəzinə, kainatdakı bir şeyin baş verə biləcəyi yerləri axtarmalı və bunu çox dəqiq ölçməliyik. Başqa bir bənzətmə kimi, suyun hələ də olduğu bir yerdə su dalğaları görməyə çalışmaq kimidir, çünki gelgit olmadığına görə yaxından görməmiş bir gözlə külək olmur.

GR ilə Nyuton cazibə qüvvəsi arasındakı əsas fərqlərdən biri, cazibə qüvvəsinin ani deyil, işıq sürəti ilə yayılmasıdır. Yer cazibəsinin ani deyil, işıq sürətində yayılması mexanizmi olmadığı təqdirdə, taxyonik cazibə yayılması işıq konusları xaricindəki məlumatları bir anda bütün kainata çatdırdıqca kainat qanunlarının səbəb quruluşu sıradan çıxacaqdı. Bu həqiqi bir qarışıqlıq ola bilər və taxyonik cazibə üçün heç bir dəlil yoxdur. Kainatın görünən son yaşı bir çoxları arasında dolayısı ilə cazibənin ani deyil, sonlu bir sürətlə yayıldığını irəli sürən səbəblərdən biridir.

Məsələn, düz xətt şüaları deyil, dalğaların və ya qravitonların proqnozlaşdırılmasının səbəblərindən biri də yönə əlavə olaraq bir cazibə qüvvəsinin gücünü bilməli olması və dalğanın tezliyinin bir dərəcə azadlıq təmin etməsidir. which to embed that information, and because the wave/bosonic particle duality model works for all of the other forces in Nature and physicists aren't all that original. But, GR doesn't say much about the frequency of gravitational waves (as far as I know this is still an unsolved issue upon which there are competing views although I would welcome corrections from anyone who knows better), which also makes it harder to know what you are looking for.

One could image that gravity fairies or gravity mosquitoes instead of waves or gravitons carried the gravitational force, but one would expect them to act pretty much like hypothetical gravitons in order to match precision solar system observations and other astronomy observations, so that might be a distinction without a difference.

There is serious investigation of the possibility that gravity may be conveyed not by a massless spin-2 graviton, but by a spin-2 graviton with infinitessimal mass, which is called "massive gravity" and would imply among other things, that gravitons, like neutrinos, propagate extremely fast, but not quite at the speed of light. (There are other consequences too).

While both string theory and LQG don't rule out trajectories of particles (bosons or fermions) that seem non-local, in both cases this is possible in theory only because the topology of space-time may not be as continuous, smooth and local as it seems and may have points that are connected to other points that we perceive as non-local, either via a wormhole or the emergent nature of locality, when they really aren't (the book "A Wrinkle In Time" talks about this concept in language an elementary school student can understand). Neither predicts the instant propagation of gravitational signals.

QG is a kind of theory, not a particular theory, so it doesn't predict anything, but any theory modeled on quantum mechanics is going to adopt Lorenz invariance, which pretty much implies gravitational waves, as a fundamental law just as it is in other aspects of quantum mechanics.


Stellar accelerations and the galactic gravitational field

< m m,s>^<-2>$ , resulting in velocity changes of a few centimetres per second over a decade. Measurements of these accelerations would permit direct tests of the applicability of Newtonian dynamics on kiloparsec length scales and could reveal significant small-scale inhomogeneities within the galaxy, as well increasing the sensitivity of measurements of the overall mass distribution of the galaxy. Noting that a reasonable extrapolation of progress in exoplanet hunting spectrographs suggests that centimetre per second level precision will be attainable in the coming decade(s), we explore the possibilities such measurements would create. We consider possible confounding effects, including apparent accelerations induced by stellar motion and reflex velocities from planetary systems, along with possible strategies for their mitigation. If these issues can be satisfactorily addressed, it will be possible to use high-precision measurements of changing stellar velocities to perform a ‘blind search’ for dark matter, make direct tests of theories of non-Newtonian gravitational dynamics, detect local inhomogeneities in the dark matter density, and greatly improve measurements of the overall properties of the galaxy.


Relationship with quantum theory [ edit ]

If general relativity were considered to be one of the two pillars of modern physics, then quantum theory, the basis of understanding matter from elementary particles to solid state physics, would be the other. 𖐧] However, how to reconcile quantum theory with general relativity is still an open question.

Quantum field theory in curved spacetime [ edit ]

Ordinary quantum field theories, which form the basis of modern elementary particle physics, are defined in flat Minkowski space, which is an excellent approximation when it comes to describing the behavior of microscopic particles in weak gravitational fields like those found on Earth. 𖐨] In order to describe situations in which gravity is strong enough to influence (quantum) matter, yet not strong enough to require quantization itself, physicists have formulated quantum field theories in curved spacetime. These theories rely on general relativity to describe a curved background spacetime, and define a generalized quantum field theory to describe the behavior of quantum matter within that spacetime. 𖐩] Using this formalism, it can be shown that black holes emit a blackbody spectrum of particles known as Hawking radiation leading to the possibility that they evaporate over time. 𖐪] As briefly mentioned above, this radiation plays an important role for the thermodynamics of black holes. 𖐫]

Quantum gravity [ edit ]

The demand for consistency between a quantum description of matter and a geometric description of spacetime, 𖐬] as well as the appearance of singularities (where curvature length scales become microscopic), indicate the need for a full theory of quantum gravity: for an adequate description of the interior of black holes, and of the very early universe, a theory is required in which gravity and the associated geometry of spacetime are described in the language of quantum physics. 𖐭] Despite major efforts, no complete and consistent theory of quantum gravity is currently known, even though a number of promising candidates exist. 𖐮] 𖐯]

Attempts to generalize ordinary quantum field theories, used in elementary particle physics to describe fundamental interactions, so as to include gravity have led to serious problems. 𖐰] Some have argued that at low energies, this approach proves successful, in that it results in an acceptable effective (quantum) field theory of gravity. 𖐱] At very high energies, however, the perturbative results are badly divergent and lead to models devoid of predictive power ("perturbative non-renormalizability"). 𖐲]

One attempt to overcome these limitations is string theory, a quantum theory not of point particles, but of minute one-dimensional extended objects. 𖐳] The theory promises to be a unified description of all particles and interactions, including gravity 𖐴] the price to pay is unusual features such as six extra dimensions of space in addition to the usual three. 𖐵] In what is called the second superstring revolution, it was conjectured that both string theory and a unification of general relativity and supersymmetry known as supergravity 𖐶] form part of a hypothesized eleven-dimensional model known as M-theory, which would constitute a uniquely defined and consistent theory of quantum gravity. 𖐷]

Another approach starts with the canonical quantization procedures of quantum theory. Using the initial-value-formulation of general relativity (cf. evolution equations above), the result is the Wheeler–deWitt equation (an analogue of the Schrödinger equation) which, regrettably, turns out to be ill-defined without a proper ultraviolet (lattice) cutoff. 𖐸] However, with the introduction of what are now known as Ashtekar variables, 𖐹] this leads to a promising model known as loop quantum gravity. Space is represented by a web-like structure called a spin network, evolving over time in discrete steps. 𖐺]

Depending on which features of general relativity and quantum theory are accepted unchanged, and on what level changes are introduced, 𖐻] there are numerous other attempts to arrive at a viable theory of quantum gravity, some examples being the lattice theory of gravity based on the Feynman Path Integral approach and Regge Calculus, 𖐮] dynamical triangulations, 𖐼] causal sets, 𖐽] twistor models 𖐾] or the path integral based models of quantum cosmology. 𖐿]

All candidate theories still have major formal and conceptual problems to overcome. They also face the common problem that, as yet, there is no way to put quantum gravity predictions to experimental tests (and thus to decide between the candidates where their predictions vary), although there is hope for this to change as future data from cosmological observations and particle physics experiments becomes available. 𖑀]


Current status

General relativity has emerged as a highly successful model of gravitation and cosmology, which has so far passed many unambiguous observational and experimental tests. However, there are strong indications the theory is incomplete. [ 186 ] The problem of quantum gravity and the question of the reality of spacetime singularities remain open. [ 187 ] Observational data that is taken as evidence for dark energy and dark matter could indicate the need for new physics. [ 188 ] Even taken as is, general relativity is rich with possibilities for further exploration. Mathematical relativists seek to understand the nature of singularities and the fundamental properties of Einstein's equations, [ 189 ] and increasingly powerful computer simulations (such as those describing merging black holes) are run. [ 190 ] The race for the first direct detection of gravitational waves continues, [ 191 ] in the hope of creating opportunities to test the theory's validity for much stronger gravitational fields than has been possible to date. [ 192 ] More than ninety years after its publication, general relativity remains a highly active area of research. [ 193 ]


Cosmological tests

Tests of general relativity on the largest scales are not nearly so stringent as solar system tests. ⏖] The earliest such test was prediction and discovery of the expansion of the universe. ⏗] In 1922 Alexander Friedmann found that Einstein equations have non-stationary solutions (even in the presence of the cosmological constant). ⏘] ⏙] In 1927 Georges Lemaître showed that static solutions of the Einstein equations, which are possible in the presence of the cosmological constant, are unstable, and therefore the static universe envisioned by Einstein could not exist (it must either expand or contract). ⏘] Lemaître made an explicit prediction that the universe should expand. ⏚] He also derived a redshift-distance relationship, which is now known as the Hubble Law. ⏚] Later, in 1931, Einstein himself agreed with the results of Friedmann and Lemaître. ⏘] The expansion of the universe discovered by Edwin Hubble in 1929 ⏘] was then considered by many (and continues to be considered by some now) as a direct confirmation of general relativity. ⏛] In the 1930s, largely due to the work of E. A. Milne, it was realised that the linear relationship between redshift and distance derives from the general assumption of uniformity and isotropy rather than specifically from general relativity. ⏗] However the prediction of a non-static universe was non-trivial, indeed dramatic, and primarily motivated by general relativity. ⏜]

Some other cosmological tests include searches for primordial gravitational waves generated during cosmic inflation, which may be detected in the cosmic microwave background polarization or by a proposed space-based gravitational-wave interferometer called the Big Bang Observer. Other tests at high redshift are constraints on other theories of gravity, and the variation of the gravitational constant since big bang nucleosynthesis (it varied by no more than 40% since then).<< safesubst:#invoke:Unsubst||date=__DATE__ |$B= <<#invoke:Category handler|main>><<#invoke:Category handler|main>> [ alıntıya ehtiyac var ] >>


Videoya baxın: Fizika yeni test toplusu 2019 CAVABLAR 1-ci hissə. HD (Sentyabr 2021).