Yerçekiminin etkisi anında mı?


25

Üniversitedeyken, astronomi profesörüme bir süredir aklımı şaşırtan bir düşünce deneyi verdim: “Güneş'teki tüm maddeler sihirli bir anda ortadan kalkarsa, yerçekiminin etkisi üzerinde durması ne kadar sürer? bize?" Onun yanıtı, yerçekimi kuvvetinin, anlık görünen ışığın hızından farklı olarak anında olmasıdır.

Benim büyük sorum şu: "Anında olduğunu biliyor muyuz?" Doppler benzeri bir fenomen yaratıp yaratmadığını (veya yaratmadığını) ölçmek için yeterince hızlı bir şekilde fark edilebilir bir çekimsel etkiye sahip olacak bir nesneyi hareket ettiremeyiz.

Eğer hatalıysa, bunun olmadığını nasıl bilebiliriz?


3
Bildiğim kadarıyla, anlık değil. Yerçekimi nedeniyle de dahil olmak üzere her bilgi, en fazla ışık hızında hareket eder. Örnek için bakınız: en.wikipedia.org/wiki/Action_at_a_distance#Gravity
Takku

Hayır, ışık hızında hareket eder. Güneş büyülü bir şekilde kaybolursa, Dünya yerçekimini hissetmeyi bırakıncaya kadar 9 dakika sürer.
Fattie

Yanıtlar:


28

Belirtildiği gibi ilk soru oldukça önemsiz bir cevaba sahiptir:

“Güneş sihirli bir şekilde kaybolursa, anında ve tüm etkileriyle birlikte yerçekiminin bizim için etkisinin kesilmesi ne kadar sürer?”

Güneşin kütlesi etkilerinin arasında olduğu için, anında bir etkisi olmaz. Bu sadece büyülü durumun bir parçası ve hiçbir fizik içermiyor. Biraz daha ilginç, kalın kısmı olmayan bir sorudur.

Genel görelilik, yerçekimi alanındaki değişiklikler ışık hızında yayılır. Bu nedenle, Güneş'in büyülü ve aniden ortadan kaybolmasının dünyayı yaklaşık sekiz dakika etkilemeyeceği beklenebilir, çünkü Güneş'ten gelen ışığın Dünya'ya ulaşması bu kadar uzun sürer.

Bununla birlikte, bu durum yanlıştır çünkü Güneş'in kendiliğinden ortadan kaybolması, Einstein alan denklemi elektromanyetizmadaki manyetik alanın ayrışmamasına benzer bir stres stresi enerji tensörü üzerinde bir tür yerel koruma kanunu uyguladığından genel göreceliği ihlal eder : Herhangi bir zaman diliminin küçük bir mahallesinde, hiçbir yerel kaynak veya stres-enerji batması yoktur; bir yerden gelip bir yere gitmeli. Güneş'in büyülü ani ortadan kaybolması, genel göreliliği ihlal ettiği için, böyle bir durumda ne olacağını tahmin etmek için bu teoriyi kullanmak mantıklı değildir.

Bu nedenle, Güneş'in yerçekimi Dünya üzerindeki herhangi bir etkiyi anında durdurursa, herhangi bir zaman gecikmesine sahip olmak gibi genel görelilikle de tutarlıdır. Ya da kesin olmak gerekirse, artık tutarsız değil.

Şimdi büyük sorum şu: "Anında olduğunu nasıl bilebiliriz?"

Anlık değil, ama bu şekilde görünebilir.

Doppler benzeri bir fenomen yaratıp yaratmadığını (veya yaratmadığını) ölçmek için yeterince hızlı bir şekilde fark edilebilir bir çekimsel etkiye sahip olacak bir nesneyi hareket ettiremeyiz.

Yapmamız gerekmiyor: güneş sistemi dinamikleri yeterince hızlı. On dokuzuncu yüzyılın başlarında Laplace nedeniyle yapılan basit bir hesaplama, yerçekimi saptığında, Dünya'nın yörüngesinin yaklaşık dört yüzyıllık bir zaman diliminde Güneş'e çarpacağı sonucuna vardı. Böylece yerçekimi aberrate kayda değer değildir - daha dikkatli analizler Newton çerçevesinde, yerçekimi hızı fazla olması gerektiği sonucuna varmıştır ışık hızı sapmalarını gözlenen eksikliği ile tutarlı olması için.2x1010

cÜcretler: Elektrik alanı, üzerinde bir etkisi olmazsa değişimin nerede olacağını "öngörür". Şarj hızı yeterince yavaş değişirse, gerçekte olmasa bile elektromanyetizma anında görünür.

Yerçekimi bunu daha da iyi yapar: üniform bir şekilde hızlanan bir kütlenin kütleçekim alanı mevcut konumuna doğru. Bu nedenle, yerçekimi, kütlenin sadece mevcut hıza değil, aynı zamanda hızlanmaya dayanacağı “öngörmeyi” sağlar. Bu nedenle, koşullar çekim kuvvetli cisimlerin hızlanmasının yavaş yavaş değişeceği şekilde gerçekleşirse (güneş sisteminde olduğu gibi), çekim ağırlık anında görünecektir. Ancak bu sadece hızlanma yavaş değişirse yaklaşık olarak doğrudur - bu güneş sisteminin koşullarında çok iyi bir yaklaşımdır. Ne de olsa Newton yerçekimi iyi çalışıyor.

Bunun ayrıntılı bir analizi, Steve Carlip'in Sapmaları ve Yerçekimi Hızı , Phys.Lett.A 267 : 81-87 (2000) [arXiV: gr-qc / 9909087 ] 'de bulunabilir.

Eğer hatalıysa, bunun olmadığını nasıl bilebiliriz?

Genel görelilik hakkında çok fazla kanıtımız var, ancak yerçekimi radyasyonunun GTR'nin dediği gibi davrandığını gösteren en iyi kanıt, Hulse-Taylor ikilisi . Ancak, henüz yerçekimsel radyasyonun doğrudan bir gözlemi yoktur. EM radyasyonunun dipol yapısı ve yerçekimi radyasyonunun dörtlü yapısı ile bağlantısı dahil olmak üzere hem elektromanyetizma ve yerçekimindeki hıza bağlı etkilerin görünür iptal derecesi arasındaki bağlantı Carlip'in makalesinde de bulunabilir.


Üzgünüm, "bütün etkileriyle birlikte" derken, yerçekimi kuyusu ya da olduğu yerde hiçbir şey kalmayacaktı. Etkilerinin sihirli bir şekilde tüm evrenden kaldırılacağını kastetmedim.
Supuhstar

Bunu doğru anlarsam, Güneşin şimdi olduğu noktaya yönelmiş bir çekim kuvveti yaşıyormuş gibi görünüyoruz (8 dakika önce olduğu yerde değil). Fakat eğer Güneşin çekirdeği aniden çöktü ve sonuçta ortaya çıkan yerçekimi dalgalarını tespit edebilseydik, olaydan 8 dakika sonra ve görünür yerçekimi yönünden değil , Güneş'in görünür pozisyonuyla eşleşen bir yönden tespit ettik. Kuvvet. Bu doğru mu?
Keith Thompson

3
@KeithThompson evet, doğru değil, küçük uyarılar. Güneş'in dörtlü anı yaklaşık 8 dakika sonra çöküşte şiddetli bir şekilde değişirse yerçekimi dalgalarını saptardık. (Böyle şeyler ifade ediyorum çünkü, örneğin, küresel olarak simetrik bir çekirdek çökmesi yerçekimsel olarak yayılmayacaktı.)
Stan Liou

8
Cevabınızı yerçekimi dalgalarının doğrulamasını LIGO ile güncellemeniz mümkün mü?
Tanenthor

1
@Tanenthor "hızla değişen" tam olarak doğru olmadığını biliyorum, ancak en son sonuçları hesaba katmadığını belirtmek için bu yazıya yazabileceğim en iyi not.
voyage denir

7

Aslında "anlık" yerçekimi, Newton'un yerçekimi teorisinin bir parçasıydı. Şimdi, “yerçekimi hızının”, genel göreliliğe göre ışığın hızına eşit olduğu anlaşılmaktadır. http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_gravity

Bu açıkça son zamanlarda onaylandı ve burada daha ayrıntılı olarak açıklandı: https://medium.com/starts-with-a-bang/what-is-the-speed-of-gravity-8ada2eb08430#.kgnvcvxo2


Güzel! Öyleyse, Dünya benim senaryomda, kim olduğunu bilmeden önce ~ 8 dakika boyunca hiçbir şey etrafında yörüngede dolaşmaya devam edecek.
Supuhstar

Evet, bunun olacağına inanıyorum. Bununla birlikte, güneşin ~ 8 dakika işaretine kadar kaybolduğunu farketmezdik çünkü ışık bize de yapmazdı. Güneş giderse, yaklaşık 8 dakika sonrasına kadar (genel görelilik haklıysa) farketmezdik (ışık ya da yerçekimi).
Jonathan,

1
Hala titremesi gereken küçük bir oda var: “Gerçek rakamları ışık hızının 1,06 katıydı, ancak artı ya da eksi 0,21 hatası vardı.”
Wayfaring Stranger

İkinci bağlantı koptu ve bu yüzden de bu cevap. Yalnızca bağlantı yanıtları önerilmez.
Rob Jeffries,

4

Güncelleme Tarihi: 2018: @Stan Liou'nun cevabı mükemmel, ancak o cevabı yazdığından beri, yerçekimi dalgalarının hızını doğru bir şekilde ölçtük ve çok yüksek bir hassasiyet derecesine kadar vakumda ışık hızı olduğunu doğruladık.

Ağustos 2017’de LIGO, bir nötron yıldızı inspiral olan GW170817'yi gözlemledi. Yörüngedeki X-ışını gözlemcilerinde çarpışmadan en fazla 2 saniye farkla çarpışmadan x-ışınları tespit edildi, bu nedenle ışık hızı == yerçekimi hızı doğrulandı. İşte sonuçların iyi bir özeti.


Bunun için teşekkürler! Çok tartışmaya ekler. Daha güçlü bir cevap haline getirmek için bazı kaynaklardan alıntı yapabilir misiniz?
Supuhstar

3

Hiçbirimiz Güneş'in yaklaşık sekiz dakikalık nokta geçene kadar ortadan kaybolduğunu bilmiyorduk. Bu noktada, hepimiz çok hızlı bir şekilde çığlık atıyorduk ve aniden tüm normal gün ışığının yerini alacak mutlak ve tamamen karanlıkta panik yapıyorduk. Kütleçekimsel kaygılar, endişelerimizin en küçüğüdür, sanırım.

Geceleri olsaydı, suni ışıkta olan bizler bu sürprizi kısaca koruyacaktı. Dışarıdakiler Ay'ın neden birdenbire gözünü kırptığını merak ediyor olabilirler ... gözler tüm karanlığa alıştığında, gökyüzünün açık bölgelerindeki yıldızlar, görünür olan her yerde, her yerde olurlardı.

Dünya donuyor, PDQ; uzun sürmeyecektik.


Randall Munroe'ye sormadım; "Güneş kaybolursa ne olur" cevabı istemiyorum, ancak verilen "yerçekiminin nasıl olduğunu biliyoruz" cevabı. -1, cevabınızla sohbete hiçbir şey eklemediğiniz için.
Supuhstar

5
@Supuhstar, yeni bir kullanıcının görevden almak yerine daha iyi yanıtlar vermesine yardımcı olmak için biraz daha yararlı ve öğretici olabilir. Kendine göre oldukça yenisindir. Bir karşılaştırma noktası olarak, sorunuz daha önce yapılan araştırmalarda çok az gösterdiği ve doğru olmayan kişisel bir anlayışı sorduğu için 'iyi' bir soru değildi. Lütfen nasıl iyi sorular soracağınızla ilgili SSS bölümünü kontrol edin.
Jeremy

1
@ Jeremy ile aynı fikirdeyim; Supuhstar, bu cevap açıkça göründüğü kadar berbat değil. Aslında ona oy verdim.
HDE 226868

@ Jeremy, kendime daha iyi yardım ettiğim için teşekkür ederim: 3
Supuhstar

0

Son birkaç yıldır yerçekimi dalgaları tespit edildi ve bunlar sadece ışık hızında yayılan yerçekimi alanlarındaki dalgalanmalar. Işık hızında yayıldıklarını biliyoruz, çünkü LIGO gibi yerçekimi dalgası detektörleri bu şekilde çalışır ve yerçekimi sinyallerinin bir kısmını aynı anda gelen ışık sinyalleriyle ilişkilendirdik.

https://www.ligo.caltech.edu/page/press-release-gw170817


Cevabınız için teşekkür ederim, ama aynı görünüyor Mark Olson en
Supuhstar

-3

Gelgitlerde ayın yerçekimine bakarsanız, gelgitin ayın dört saat gerisinde olduğunu not edersiniz, bu nedenle yerçekiminin anlık olmadığını varsayabilirsiniz.


1
Buradaki diğerleri ışık hızında gittiğini söylüyor. Ondan çok daha yavaş, daha çok sese benziyor?
Supuhstar

3
Gecikmenin nedeni (her zaman 4 saat değildir ve bazen ayın önündedir) gelgitlerin su akışları olması ve suyun akması zaman alır. “Yerçekimi hızı” nın bununla hiçbir ilgisi yok.
James K,

Gelgitlerin ayın arkasında değil ilerisinde hareket ettiğinden eminim ve bu, Dünya'nın Ay yörüngelerine göre daha hızlı dönmesi nedeniyle ve 4 saat değil, yaklaşık 3 derece. Daha fazla bilgi için bu soruya göz atın: astronomy.stackexchange.com/questions/16769/… Bu cevap muhtemelen yanlış olduğundan silinmelidir.
userLTK

: Gelgit kuvvetin iyi bir açıklama wiki bulunabilir en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force
Oleg Muir Lou Goff
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.