Koja je brzina gravitacije?

Padaju li teška tijela brže od lakših? (Lipanj 2019).

Anonim

Nakon što je izračunao orbitu jedinom kometu vidljivom golom oku koje bi dvaput letjelo kroz noćno nebo, Edmond Halley je izuzetno zainteresirao sila gravitacije. Kada se 1684. susreo s Newtonom kako bi razgovarao o dokazima Keplerovih zakona planetarnog gibanja, bio je zadivljen otkrićem da ih je Newton već riješio. Zapravo, Newton, sterilni polimetak koji je bio, dokazao je zakone 4 godine prije nego što je Halley čak zatražio njegovu pomoć. Na 22, on je samostalno izumio račun pod istim tempom kako ga naučimo u srednjoj školi i inženjeringu kako bi kasnije utvrdili zašto su planeti okrenuli oko sunca u eliptičnoj orbiti.

Zbunjen činjenicom da Newton nije ni razmotrio objavljivanje svojih dokaza, Halley je odlučio postati njegov zaštitnik. Newtonova Principia, koja će se spustiti kao jedno od najutjecajnijih djela u povijesti čovječanstva, objavljena je na Halleyevu trošku. Međutim, kritičari koji su bili nevjerni zbog tajanstvenog povlačenja gravitacije ispitivali su Newton o tome zašto su njegovi dokazi djelovali; zašto je gravitacija djelovala na način na koji je to učinio? Newtonov pristojan odgovor na njegove kritike " Ne podrazumijevam hipoteze " bio je priložen drugom izdanju njegove knjige.

Stoljećima kasnije Einstein nije samo razriješio ono što je uzrokovalo tajanstvenu povlačenjem gravitacije, već je i postavio gornju granicu do svojeg dosega. Newton je smatrao da gravitacija putuje istom brzinom kao što se vjeruje da je svjetlo za vrijeme arhaičnih vremena - beskrajno. Objasnio je da bi, ako bi Sunce iznenada nestalo iz središta Sunčevog sustava, svi bi planeti odmah bacali u svemir, u smjeru trenutne tangencijalne brzine. Einstein se, međutim, nije složio.

Problem s Newtonovom gravitacijom

Perihelion precesija žive

Prvi pokušaj izračuna brzine gravitacije bio je Laplace, koji je redefinirao gravitaciju kao polje ili tekućinu. Izračunava brzinu da bude najmanje 7 milijuna puta brzine svjetlosti. Međutim, brzina konačnosti gravitacije, bez obzira na njegovu egzorcijalnost, predstavljala je problem. Stabilna orbita između dva tijela mogla bi se postići jedino ako sila na jednom tijelu, recimo A, usmjerava izravno prema drugom tijelu, recimo B. Sila gravitacije između ova dva tijela trenutno će utjecati jedni na druge ako gravitacija putuje pri beskonačnoj brzini, čak i ako su tijela A i B odvojena zvjezdarnicom. Međutim, finitost bi uzrokovala kašnjenje.

Razmislite o sili gravitacije koju prenose dva tijela kao strelice koje su pucali dva strijelca. Ako strelice putuju s konačnom brzinom, strelice će propustiti svoje ciljeve jer će mete, koji su u stalnoj revoluciji, krenuti naprijed. To bi destabilizirala orbitu kao rezultatnu silu ovog sustava koji uključuje centrifugalnu silu tijela i gravitacijsko povlačenje bi odstupalo od njezine putanje, uzrokujući da tijela postupno spirale prema van, potencijalno uništavajući cijeli Sunčev sustav.

Problem s konačnom brzinom Newtonove gravitacije

Kako bi udario svoju metu, strijelac mora nadoknaditi kretanje pucajući malo naprijed. Ako se gravitacija ne smatra jednim strelicom, nego grlom strelica raspršenih u svim smjerovima, tada jedna od tih strelica koje putuju desno od tijela (pod pretpostavkom da kruže u smjeru kazaljke na satu), udari se u ciljnu glavu. Isto se može reći i za drugo tijelo. Kada su dvije suprotno okrenute strelice poravnate i okomite na odgovarajuće centrifugalne sile oba tijela, postiže se stabilna orbita, unatoč kašnjenju.

Gravitacijski valovi kao disperzirane strelice

Argument je iznijela prestižni astronom Tom Van Flandern, koji je brzinu brzine izračunao za 20 milijardi puta veću brzinu svjetlosti, što je fer da se percipira kao trenutačno. Međutim, Einstein je u svojoj općoj teoriji relativnosti tvrdio da je brzina ovog val strelica jednaka brzini svjetlosti - oko 186.000 milja u sekundi.

Zašto je brzina gravitacije jednaka brzini svjetlosti?

LIGO (Laser Interferometar Gravitational-Wave Observatory) (Foto Credit: ligo.caltech.edu)

Dok sam istraživao za ovaj članak, našao sam akademski rad objavljen 1998. godine, koji je započeo s "brzinom gravitacije nije mjereno izravno u laboratoriju", gravitacijska interakcija je preslaba, a takvo objašnjenje nadilazi postojeće tehnološke sposobnosti. "Sada, skoro 20 godina kasnije, istraživači LIGO-a otkrili su gravitacijske valove koji su nastali uslijed zvjezdanog sudara mrtvih jezgri dviju zvijezda, udaljenih 130 milijuna svjetlosnih godina u dalekoj galaksiji. Eksplozija je bila toliko devastating da zasljepljujuće svjetlo i tremor gravitacije putovali su preko kozmosa i mogli biti otkriveni čak i ovdje.

Ako je brzina gravitacije jednaka brzini svjetlosti, tada se oba signala moraju primiti istodobno. Ovo bi bila prva eksperimentalna potvrda da li je brzina gravitacije jednaka brzini svjetlosti, kako tvrdi Einstein, nešto što fizičari piju za njom otkako je prvi puta napravio svoju neosjetljivu tvrdnju. To bi značilo da bi, ako bi Sunce iznenada nestalo iz središta Sunčevog sustava, uništenje Zemlje započelo tek nakon 8 minuta, istu količinu vremena da sunčeva svjetlost dopre do Zemlje.

Međutim, to nije slučaj. Takav ogroman sudar emanira i druge oblike elektromagnetskog zračenja, poput gama zraka, koji ometaju eksperiment. Prema jednom dokumentu, kašnjenje između dolaska svjetla i gravitacije je samo sekunde, što je, kad uzmemo u obzir udaljenost koju su putovali, gotovo beznačajno. Eksperimenti sada su suzili brzinu gravitacije na 1% brzine svjetlosti! To je također označilo prvi put kad netko nije izgovarao riječi "Dobar posao, Einstein!" Sardonically.