Yerçekimi dalgası nedir, ne kadar hızlıdır, ışık hızını aşabilir mi?
Einstein'ın genel görelilik teorisindeki en şaşırtıcı tahminlerden biri, yalnızca parçacık biçiminde madde, radyasyon ve diğer enerjilerin değil, aynı zamanda yerçekimsel radyasyonun veya uzay-zamanın yapısında temel "dalgalanmaların" var olduğudur. Bu anlaşılması en zor şeylerden biri. Patronun destekçisi Robert Hanson şu konularda daha fazla bilgi edinmek istiyor:
Yerçekimi dalgaları, ışık hızında hareket eden küçük uzay-zaman bozukluklarıdır. Ancak zaman ve uzay, ışık hızından daha hızlı genişleyebilir ve daralabilir. Sıkıştırma dalgasının tanımı, daralmayı takiben genişlemenin ürettiği dalgadır. Bu bir paradoks yaratıyor gibi görünüyor: yerçekimi dalgaları ışık hızında hareket ediyor, ancak ışık hızından daha hızlı oldukları konusunda bir anlayış var gibi görünüyor Bu bariz paradoks nasıl açıklanmalı?
İlk olarak, bu radyasyonun kavramıyla (ve nasıl üretildiğiyle) başlayalım.
Resim kaynağı: NASA ve Hubble Legacy Ekibi (Uzay Teleskobu Enstitüsü / Üniversite Astronomi Araştırma Ortak Organizasyonu), yüklü parçacıkların hızlanmasıyla üretilen M87 galaksisinden göreli bir jettir.
Elektromanyetik teoride - klasik elektromanyetik teoride bile - elektromanyetik radyasyonun üretilmesi sadece iki koşul gerektirir: biri yüklü bir parçacık, diğeri içinden geçtiği manyetik alandır. Parçacık, pozitif yüklü (proton gibi) veya negatif yüklü (elektron gibi) olabilir.Manyetik bir alandan geçerse, manyetik alan parçacığı hızlandırarak dairesel veya spiral bir yol boyunca hareket etmesine neden olur.
Manyetik alan ne kadar güçlüyse, parçacığın başlangıç hızı ne kadar büyükse ve yük-kütle oranı ne kadar büyükse parçacığın ivmesi (veya hareketindeki değişiklik) o kadar büyük olur.
Görüntü kaynağı: Avrupa Güney İstasyonu / Sol. Casada, ikili yoldaşının yörüngesinde dönen, uzay-zamanda yerçekimi dalgaları (veya yerçekimi dalgaları) üreten bir pulsar
Ancak bunun gibi bir etkileşim enerjiyi ve ivmeyi korumayı gerektirir. Etki sürecinde yük dış manyetik alan tarafından hızlandırıldığı sürece kesinlikle radyasyon yayacaktır Elektromanyetizma bu şekilde çalışır. Bu (elektromanyetik) radyasyon, fotonlar şeklinde görünür ve üretilme şekline göre sönümleme, siklotron veya senkrotron radyasyonu olarak ikiye ayrılabilir.
Newton klasik fiziğinde nötr radyasyon diye bir şey yoktur, ancak Einstein'ın genel görelilik teorisi tüm bunları değiştirdi. Büyük radyasyon kaynakları -parçacıklar gibi şeyler- kütleçekimsel yüklere benzer, ancak uzayın kavisli yapısı bir yerçekimi alanına benzer. Yıldızların, beyaz cücelerin, nötron yıldızlarının veya kara deliklerin varlığında, ne zaman büyük bir parçacık kavisli bir uzaydan geçse, uzay ciddi bir şekilde kıvrılabilir ve elektromanyetik radyasyona benzer bir şey yayar: yerçekimi radyasyonu.
Resim kaynağı: Todd Stromeier (Goddard Uzay Uçuş Merkezi), deflasyonist halka açık zincir sistemi, Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi-İllüstrasyon: Dana Berry (deflasyonist halka açık zincir sistemi).
Bu yeni radyasyon biçimi ne foton ne de başka herhangi bir parçacık radyasyonu biçimi değil, uzay yapısının kendisinde oluşan bir dalgadır: yerçekimi dalgaları. Güneşin yörüngesinde dönen Dünya kadar büyük bir gezegen için, kütleçekimsel radyasyon üretir, o kadar küçüktür ki, yörüngesini önemli ölçüde değiştirmek yaklaşık 10 ^ 140 kozmik yıl alır, bu yüzden onu asla göremeyeceğiz. Ancak daha büyük kütlelere, daha yakın mesafelere ve daha güçlü alanlara sahip sistemler için etkiler daha da büyük olacaktır: Atarca ikili sistemler, Samanyolu galaksimizin merkezinde dönen süper kütleli kara delikler ve hatta birleşen kara delik sistemleri gibi. Bu durumlarda yörünge çürümesi gözlemlenebilir ve enerjinin korunumu nedeniyle belirli bir maddenin yayılması gerektiğini biliyoruz.
Uzayda benzersiz: İki nötron yıldızı ortak bir ağırlık merkezi etrafında dönmeye başladığında, yerçekimi dalgaları yayarlar (solda). Bu, iki nötron yıldızının sürekli olarak yörünge enerjilerinin bir kısmını kaybetmesine neden olacağından, birbirlerine yavaşça spiral bir yörüngede yaklaşırlar ve yörünge süresi kısalır. Sağdaki resim çift pulsar PSR j0737-3039 için bazı koşulları göstermektedir.
"Madde" kütleçekimsel radyasyondur (yerçekimi dalgaları olarak da bilinir) ve pulsar ikili sisteminin gözlemlenmesi nedeniyle, yerçekimsel radyasyon hızının ışık hızına eşit olması gerektiğini biliyoruz, bu da% 0,2 oranında doğru olabilir! Başka bir deyişle, yerçekimi dalgalarının dalgaları uzayda fotonlarla aynı hızda hareket eder. İkisi arasındaki temel fark şudur: Kütleçekimsel radyasyon durumunda, bu dalgalanmalar uzay yapısının kendisinde mevcuttur.
Hızlı yörüngede dönen yıldızların (nötron yıldızları, beyaz cüceler veya kara delikler) ürettiği uzay ve zamandaki dalgacıklar. Resim kaynağı: Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi.
Öyleyse, Robert'ın ilk sorusuna dönecek olursak, bu dalgalanmalar (neredeyse) statik uzayda değil, genişleyen bir evrende üretildiğinde ne olur? Cevap şu: fotonlar gibi esnetilecekler ve evrenin genişlemesinden etkilenecekler.
Fotonlar genişleyen evrende seyahat ederken, uzayın yapısı genişledikçe dalga boyları da genişler. Sayıları (ve enerji) yoğunlukları seyrelecek ve her zaman ışık hızında hareket etmelerine rağmen, emitör ile gözlem alıcısı arasındaki mesafe değişecektir. Örneğin, yaklaşık 13,8 milyar yıl önce, Büyük Patlama'nın başlangıcında, genişlemenin bitiminden 10 ^ -33 saniye sonra:
Bugün bize ulaşan fotonlar, 13.8 milyar yıl önce bizden sadece 100 metre uzaktaydı.
Genişleyen evrende 13,8 milyar ışıkyılı bir yolculuktan sonra, bu foton 13,8 milyar yıl yol alacak ve dalga boyunu yaklaşık 28 büyüklük mertebesine uzatacak.
Bugün bize ulaşan fotonlar 46,1 milyar ışıkyılı uzaklıktan yayılacak.
Çılgın mı geliyor? Aynısı yerçekimi dalgaları için de geçerli! Yerçekimi dalgaları da genişleyen evrenden geçmeli ve ışık hızıyla uzaydan geçmelidir (uzayın genişlemesi, daralması veya durması fark etmez) ve dalga boyunun gerilmesi fotonlarınki ile tamamen aynıdır. Yerçekimi dalgaları, tıpkı su dalgalarının suyun yüzeyini "kontrol etmesi" gibi, uzaysal yapıyı "kontrol eder"; bir kaya bir nehre düşerse, dalgacıklar yalnızca radyal olarak dışarıya doğru hareket etmekle kalmaz, aynı zamanda aşağı akış yönünde de hareket ederler.
Resim kaynağı: c.c.-2.0'ın jenerik ticari markası olan Romanya'dan Baggio.
Uzay yapısındaki yerçekimi dalgaları bir şekilde benzerdir: dalgacıklar ortamda kendi doğal hızlarında (yani ışık hızında c) hareket eder, ancak bazen ortamın kendisi de hareket eder. Ancak bu, yerçekimi dalgalarının hızının ışık hızını aştığı veya fotonların hızından daha hızlı olduğu anlamına gelmez.Aslında, 13,8 milyar yıl geçtiğinde, başlangıç noktalarından yalnızca 46 milyar ışık yılı yol almışlardır; yerçekimi dalgalarının hızı gerçekten de o kadar hızlıdır. İnsanların hayal ettiği gibi. Lütfen bunu sıkıştırmayla karşılaştırmak ve sonra seyrekleştirmek için çok, çok iyi bir form olduğunu unutmayın. Yayılan yerçekimi dalgaları, uzay yapısını (ve içindeki tüm madde / parçacıkları) çok özel bir şekilde gerecek ve sıkıştıracak, böylece uzay yapısını bozacaktır.
Bununla birlikte, uzay yapısının kendisi ne olursa olsun: genişleme, daralma veya hareketsiz kalma, evrende ışık hızında yayılmanın en hızlı yoludur. Paradoksun açıklaması şudur: Yerçekimi dalgalarının içinden geçtiği uzayın yapısını nasıl değiştirirseniz değiştirin, hepsi ışık hızında hareket eder!
Referans
1. WJ Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. forbes- DondurulmuşC
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
