Про швидкості гравітації

Наука

Про швидкості гравітації

Вітаю, друзі, сідайте зручніше, наливайте кави і приготуйтеся отримати задоволення. Обговоримо швидкість поширення гравітації.Зміст рубрикиС точки зору спостережної астрономії — питання закрито.

Виявлення гравітаційних хвиль і спостереження електромагнітних (оптичних, радіо, рентегновских — не важливо) сигналів з того ж ділянки неба закриває питання: відстань до події обчислюється сотнями мільйонів світлових років: на таких дистанціях найменша різниця в швидкості виключила б одночасне спостереження двох сигналів (електромагнітного і гравітаційного). Ще 20 років тому з експериментальним матеріалом було дуже погано, але є ж ще і теорія. Я не впевнений, що існує узгоджена теорія гравітації, яка б допускала швидкість вище швидкості світла.

А якщо таку і вдалося б придумати, питання з експериментальним підтвердженням навряд чи вдалося б вирішити.Тепер до справи!У теорії Ньютона прийнято дальнодействие. І сама теорія виражена в термінах сил.

Так, на Землю діє сила, спрямована на Сонці, і відповідне прискорення змінює швидкість (за напрямом, в основному). Сила спрямована на Сонці, хоча до нього 8 світлових хвилин, і поки світло або гравітація летить до Землі, та встигне трохи зміститися.Але у Ньютона проблем немає, так як у нього припущення дальнодії.

У нього сила діє миттєво. Протиріччя Лаплас виявив, що в теорію на основі дальнодії ввів кінцеву швидкість поширення гравітації. Природно, він отримав несподіваний результат: швидкість гравітації вийшла велика, а то і нескінченна (інакше орбіти нестійкі і руйнуються).

Ньютон б схвалив: він-то відразу постулював дальнодействие.Лапласа часто згадують, намагаючись атакувати теорію відносності. Коли-то я просто знизував плечима: Лапласа, хоч і великий вчений, жив все-таки давно і наука з тих пір встигла трохи просунутися.

Тому посилатися на нього трохи наївно. Але потім мені стало все ясно, і я готовий з вами поділитися цією ясністю. Отже, прав чи Лапласа?Потім був ще американець Ван Фландерн, який майже наш з вами сучасник, і який не зовсім фрік: мав і нормальні наукові роботи.

Але він шукав особи на Марсі і ще якоюсь нісенітницею займався. Ще він повторив роботу Лапласа, уточнивши оцінки. Вийшло ще більше.

Чи мають рацію Лапласа і Ван Фландерн?І так, і ні! Вектор прискорення планети і справді спрямований прямо на зірку, якщо вона нерухома і рух планети не надто викривлено. Це дуже легко зрозуміти, якщо згадати, що в ЗТВ ніяких сил по суті немає: є викривлення простору-часу. Якщо нерухома зірка, то викривлення просто є, і планета рухається в цьому викривленому просторі.

Тут доречна не дуже точна аналогія з батутом і кулею для боулінгу на ньому. Куля лежить, батут викривлений. Жодних взаємодій більше не поширюється, поки куля в спокої.

Куля впливає на котяться предмети, але нічого не посилає! Батут міг прогинатися довго і повільно, але як тільки прогнувся — тепер все так і буде.І абсолютно незрозуміло, звідки береться уявлення, що Сонце в кожен момент щось посилає до Землі. Зміни — так, але при статиці Сонце перебуває там, де воно знаходиться, і вся кривизна вже розподілилася як треба, давним-давно.

Ось зміни цього поля кривизни, вони поширюються зі швидкістю світла. Наприклад, подвійна зірка випромінює гравітаційні хвилі (якщо відстань зменшується, але це зокрема). Якщо б хтось вжух! і начарував нову зірку, то вона б витратила частину своєї маси на викривлення, і воно зі швидкістю світла поширилося.

А потім — все. Є кривизна, і готово.Ще можна міркувати так: теорія Ньютона виходить як межа з КОЖНИМ, якщо маси не дуже величезні і швидкості не надто великі.

Тому в ОТО орбіти дуже близькі до Ньютоновым в цьому випадку. Отже, повинен бути механізм, що компенсує затримку. І такий механізм дійсно існує.

Ван Фландерн міг би зробити такий висновок і думати далі, а він вибрав більш простий і хайповый шлях. Ну що ж, свою славу він отримав.Тут дуже важливо не змішувати теорії.

Лаплас змішав — і отримав відповідний результат. Ми теж уявляємо собі потік гравітонів від Сонця — а це не те щоб невірно, але У це не потрібно. Сонце посилає Землі сигнал “повертай”, воно искривило простір-час і йому немає ніякої потреби когось посилати.

Аналогічно, до речі, і з Кулоном! Його закон вірний незважаючи на Максвелла, що швидкість взаємодії обмежив.Можна виписати метрику Шварцшильда, отримати рівняння геодезичних, замінити параметр на час: це рівняння орбіт. І подивіться, куди спрямований вектор прискорення! Так, це складно, але відповідати на такі питання треба через рівняння, а не правдоподібні затвердження.

Власне, рівняння близькі до Ньютоновым, і тому і висновки теж близькі.Ще одне просте міркування, яке приводить Ван Фландерн, але робить неправильний висновок. Неприємності пов’язані з порушенням закону збереження моменту імпульсу, звідси і руйнування орбіти.

Це ясно. Але він робить висновок, що “все неправильно”, а треба подивитися: чи виконаний цей закон в ОТО? Для системи двох тіл — виконаний. А раз виконаний, то вектор спрямований куди слід, і затримка тут не при чому.

Взагалі, локальний закон збереження енергії-імпульсу (в тому числі і моменту) в ОТО завжди виконаний; не завжди можна взяти інтеграл по всьому простору (щоб ця величина зберігалася), тобто може бути відсутній глобальний закон збереження; але не тому, що імпульс береться з нізвідки або зникає в нікуди, а тому що немає такої штуки, як “сумарний імпульс по всьому простору в один момент часу”. Якщо ж інтеграл по області береться, то відповідна величина зберігається (якщо немає потоку за межі області).В роботі [1] все сказане проробляється, до загального задоволення.

Я обов’язково розберу цю статтю для тих, хто не читає англійською або хоче простіше. Перекладаю з введення:Хоча гравітація поширюється зі швидкістю світла в ОТО, передбачувана аберація майже повністю скорочується доданками, що залежать від швидкості. Хоча це скорочення може здатися дивним”, воно може бути пояснено з перших принципів зверненням міркування Ван Фландерна: збереження енергії та кутового моменту, разом з квадрупольний природою гравітації, вимагають наявності такого скорочення в будь-якій теорії.

Тобто, навіть і для прискореної маси таке скорочення має місце, а залишковий ефект малий і він цілком може спостерігатися. Заодно в [1] і закон Кулона обговорюється: там подібна “проблема”.До речі Пуанкаре знав про проблему і припускав наявність залежних від швидкості взаємодій, які в ОТО чудово з’явилися.

Ще один нюанс. Насправді, можна взяти теорію Ньютона, ввести кінцеву швидкість поширення взаємодії І перетворення Лоренца. Ну справді, як одне без іншого? І саме Лоренц служить тим фактором, який компенсує затримку.

Все сходиться! Може бути, пізніше ми і розберемо це. Відсилаю зацікавлених до роботи [2].Про проблему знав Еддінгтон, і написав про неї, і Ван Фландерн цитує Еддінгтона.

.. обриваючи цитату перед фразою “.

..проте це міркування неправильне”.

Еддінгтон і дав пояснення, хоча і неповне і дуже короткий. Його спробували відновити автори роботи [2]. Пуанкаре теж це міркування отримав і вказав, що поправка буде порядку квадрата v/c, а не просто v/c.

Тепер трохи емоцій. До Лапласу я маю непідробне повагу: він проробив відмінну роботу, а чого не знав — тоді ніхто не знав. Ван Фландерн повинен був знати хоча б те, що знаю я; а якщо не знав, то повинен був перш за все засумніватися в собі і шукати причину своїх результатів, а не йти найлегшим шляхом.

Наші шановні сучасники, поминающие Лапласа і Ван Фландерна не до місця і стверджують, що ніхто Лапласа досі не спростував — вони навіть не спробували пошукати трохи? Зараз же не потрібно сидіти годинами в бібліотеці, гортаючи пожовклі книги. [1] S. Carlip, “Aberration and the Speed of Gravity,” Physics Letters A, Vol.

267, No. 2, 2000, pp. 81-87.

Є на ArXiv.[2] Marsh G. E.
, Nissim-Sabat Ch. Comment on “The speed of gravity” // Physics Letters A 262 (1999) 257-260.Путівник по каналу

Related posts

Leave a Comment