الفلك

ما هي سرعة موجات الجاذبية؟

ما هي سرعة موجات الجاذبية؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

قرأت أن اثنين من الثقوب السوداء الضخمة اصطدمت أو اندمجت ، وبالتالي تسببت في موجات الجاذبية منذ مليار سنة ، لذلك نحن الآن قادرون على اكتشافها واكتشافها. إذن ما هي سرعة موجة الجاذبية؟ هل هو أسرع من الضوء؟ وهل هناك المزيد ليتم اكتشافه؟


تنتقل موجات الجاذبية بسرعة الضوء.

هناك العديد من المصادر المحتملة لموجات الجاذبية. ال اثنين الاكتشافات المؤكدة حتى الآن (14 سبتمبر 2016) تدمج الأنظمة الثنائية للثقب الأسود ، لكن مصادر موجات الجاذبية (القابلة للكشف) قد تشمل دمج النجوم النيوترونية ، وثنائيات الفترة القصيرة التي تحتوي على النجوم النيوترونية أو الأقزام البيضاء ، أو انفجار أشعة جاما أو المستعرات الأعظمية.

للحصول على مقدمة موجزة ، انظر مصادر الموجات الثقالية في موقع ALIGO.


9.1: سرعة الجاذبية

في الجاذبية النيوتونية ، يُفترض أن تنتشر تأثيرات الجاذبية بسرعة غير محدودة ، بحيث تتوافق ، على سبيل المثال ، المد والجزر القمرية في أي وقت مع موضع القمر في نفس اللحظة. من الواضح أن هذا يمكن أن يكون صحيحًا في النسبية ، لأن التزامن ليس شيئًا يتفق عليه المراقبون المختلفون. ليس فقط يجب أن تكون & ldqueed of gravity & rdquo محدودة ، ولكن يبدو من غير المعقول أن تكون أكبر من c في القسم 2.2 ، لقد جادلنا بناءً على مبادئ راسخة تجريبياً بأنه يجب أن يكون هناك أقصى سرعة للسبب والنتيجة. على الرغم من أن الحجة كانت قابلة للتطبيق فقط على النسبية الخاصة ، أي على الزمكان المسطح ، فمن المرجح أن تنطبق على النسبية العامة أيضًا ، على الأقل بالنسبة للموجات منخفضة السعة على خلفية مسطحة. في وقت مبكر من عام 1913 ، قبل أن يطور أينشتاين حتى النظرية الكاملة للنسبية العامة ، أجرى حسابات في حدود المجال الضعيف تظهر أن تأثيرات الجاذبية يجب أن تنتشر عند درجة حرارة c. سنقوم بعمل حجة لهذا الغرض (باستخدام أسلوب مختلف عن Einstein & rsquos) في القسم 9.2. يبدو هذا معقولاً إلى حد كبير ، لأنه (أ) من المحتمل أن يكون متسقًا مع السببية ، و (ب) G و c هما الثوابت الوحيدة مع الوحدات التي تظهر في معادلات المجال (محجوبًا باختيارنا للوحدات ، حيث G = 1 و c = 1) ، ومقياس السرعة الوحيد الذي يمكن بناؤه من هذين الثابتين هو c نفسه. 1

تحتاج موجات عالية السعة ليس تنتشر في ج. على سبيل المثال ، تتنبأ النسبية العامة بأن نبضة موجة ثقالية تنتشر على خلفية من الزمكان المنحني تطور حافة خلفية تنتشر عند أقل من c (Misner، Thorne، Wheeler، p. 957). يكون هذا التأثير ضعيفًا عندما يكون الاتساع صغيرًا أو يكون الطول الموجي قصيرًا مقارنة بمقياس انحناء الخلفية.

كما هو موضح في الجدول الزمني التالي ، كان من الصعب بشكل مدهش التحقق من تنبؤ أينشتاين و rsquos.

1913 يتوقع أينشتاين أن موجات الجاذبية تسافر عند نقطة c.
1982 نجم هالس-تايلور النابض (الأقسام 6.2 ، 9.2) يفقد الطاقة بالمعدل الذي تنبأت به النسبية العامة وتنبؤ rsquos للإشعاع الثقالي.
2016-2017 الكشف المباشر عن موجات الجاذبية والتحقق من انتشارها عند ج.

لماذا استغرقت هذه العملية أكثر من قرن؟ تشير الحجج الساذجة إلى أنه كان ينبغي أن يكون أسهل بكثير. قام العمال في وقت مبكر مثل نيوتن ولابلاس بالتحقيق في عواقب قوة الجاذبية التي انتشرت بسرعة محدودة. من السهل إظهار أنه إذا تم الاحتفاظ بالأفكار غير النسبية حول الزمكان ، فإن النتائج المتوقعة تكون دراماتيكية ولا تتوافق مع الملاحظة. على سبيل المثال ، مدار الأرض والقمر حول مركز كتلتهما المشترك ، والذي يقع داخل الأرض ولكنه يقابله مركز الأرض و rsquos. لنفترض أننا نحتفظ بأفكار نيوتن ورسكووس حول الزمكان ، لكننا عدلنا قانون نيوتن ورسكوس للجاذبية لدمج التأخير الزمني ، مع انتشار التغييرات في مجال الجاذبية بسرعة معينة. ستشير القوة المؤثرة على القمر إلى موقع الأرض و rsquos في وقت أبكر قليلاً ، وبالتالي سيكون لهذه القوة مكون موازٍ لاتجاه حركة القمر و rsquos. ستؤدي القوة عملاً موجبًا على القمر وتؤدي أيضًا إلى عزم دوران موجب ، والنتيجة هي أن القمر سوف يدور بعيدًا. هذا لا يتوافق مع حقيقة أن نظام الأرض والقمر ظل مستقرًا إلى حد ما لمليارات السنين ، إلا إذا اعتبرنا حجمًا كبيرًا جدًا. من خلال استقرار المدارات في النظام الشمسي ، قدر لابلاس u ( gtrsim ) 10 15 م / ث ، العديد من الرتب أكبر من ج. يبدو أن هذا يدعم الصورة النيوتونية ، حيث تعمل الجاذبية على الفور على مسافة. كان من السهل أيضًا اكتشاف التأخير الزمني في الزمكان النيوتوني بواسطة قياسات القرن العشرين باستخدام المسابير الفضائية وعلم الفلك الراديوي. 2

تكمن مشكلة مثل هذه الحجج في أنه عندما نستبدل الزمكان النسبي بالزمكان النيوتوني ، لم يعد من المتوقع أن يشير الحقل المتأخر بالزمن إلى الموقع المتخلف للمصدر. على سبيل المثال ، إذا تحركت الشحنة الكهربية بالقصور الذاتي ، وتم ملاحظتها في إطار تتحرك فيه ، فإن ثبات لورنتز يتطلب أن تكون خطوط المجال الكهربائي مستقيمة ، وتتقارب في موضع الشحنة و rsquos الحالي في ذلك الإطار. 3 لذلك تبين أن قياس سرعة الجاذبية أصعب بكثير مما كان يعتقده لابلاس.


ما هي سرعة موجات الجاذبية؟ - الفلك

ما هي موجات الجاذبية؟

محاكاة اندماج النجوم النيوترونية ، مصدر محتمل لانفجارات أشعة جاما. الائتمان: AEI / ZIB

موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الزمكان ناتجة عن بعض أقوى الأحداث الفيزيائية الفلكية - مثل انفجار النجوم وتصادم اثنين من الثقوب السوداء في مراكز المجرات. تنتقل موجات الجاذبية بسرعة الضوء عبر الكون ، دون عوائق من الكتلة المتداخلة - إلى موجات الجاذبية يكون الكون شفافًا. هذا هو السبب في أن موجات الجاذبية هي الرسل الكوني الذي يسمح لنا باستكشاف الجانب المظلم من الكون.

في سبتمبر 2015 ، أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية من قبل مراصد ليجو الأرضية أضاف إحساسًا جديدًا لتصورنا للكون: لأول مرة تمكنا من الاستماع إلى الكون لأن موجات الجاذبية تشبه في بعض النواحي موجات صوتية. ومن ثم فإن علم فلك الموجات الثقالية يكمل فهمنا للكون وتطوره.

ستسمح لنا موجات الجاذبية المقاسة بواسطة LISA ، وهي مهمة كبيرة في الفضاء ، على سبيل المثال تتبع تاريخ تكوين الثقوب السوداء الضخمة ونموها واندماجها. كما أنه سيمكننا من مواجهة النسبية العامة بالأرصاد ، وسيسبر الفيزياء الجديدة وعلم الكونيات بموجات الجاذبية.

قواعد الجاذبية

كشف ألبرت أينشتاين أن الجاذبية تحكم الكون. وفقًا لنظريته في النسبية العامة ، تحدد الجاذبية انحناء الزمكان - يعتمد تشوه الزمكان على موضع الكتل وعلى تسارعها. وبالتالي تخلق الكتل المتسارعة موجات جاذبية - تشوهات في الزمكان تتموج للخارج مثل الموجات في البركة.

في بيئة الجاذبية النقية ، تتبع جميع الكتل الزمكان على طول المسارات المستقيمة الممكنة من خلال هذه الساحة المنحنية. يسمى "الخط المستقيم" إلى الزمكان المنحني بـ "الجيوديسية". موجات الجاذبية هي موجات في نسيج الزمكان. يغيرون الجيوديسيا المتوازية تقريبًا ، ويدفعونهم معًا ثم يفصلونهم عن بعضهم البعض. ستختبر كتلتان حرتان في اختبار السقوط هذا كتغير متذبذب في المسافة النسبية لبعضهما البعض. وقد أثبتت بعثة اختبار التكنولوجيا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية "ليزا باثفايندر" (LPF) هذا التأثير.

موجات الجاذبية ضمن النسبية العامة

وضع أينشتاين من خلال نظرياته النسبية الأساس لكثير من الفيزياء الحديثة. الأفكار الأساسية لنظرياته هي:

  • سرعة الضوء ثابتة.
  • يرتبط المكان والزمان والجاذبية ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض.
  • المكان والزمان مرنان. إنها تتغير وفقًا للكتلة المحيطة: الكتلة الثابتة تغير الفضاء.
  • الكتل المتسارعة تخلق موجات جاذبية - تشوهات في الزمكان والتي تموج للخارج مثل الموجات في البركة.

في النسبية العامة ، لم تعد الجاذبية مجرد قوة تسحب التفاح الساقط إلى الأرض. بدلا من ذلك ، الجاذبية هي الهندسة. يغير وجود المادة هندسة المكان والزمان ، وتحدد الهندسة بدورها كيفية تحرك المادة والضوء. تنبأ أينشتاين في عام 1916 بأن الزمكان سيكون منحنيًا وأن المادة والضوء يتبعان انحناء الزمكان (الجيوديسيا). لوحظ هذا بشكل تجريبي في وقت مبكر من عام 1919 من قبل آرثر إدينجتون.


أولاً ، لا أعتقد أن النصف الثاني من الجملة الأولى يتبعها على الإطلاق. لماذا تعتقد أن سرعة الجاذبية لها أي علاقة على الإطلاق بالتوسع المتسارع؟ بعد كل شيء ، يمكنك الحصول على نفس التوسع بالضبط من نموذج نيوتن لكون متوسع بثابت كوني ، والجاذبية النيوتونية لها سرعة انتشار لانهائية. إن سرعة الجاذبية ليست عاملاً في معادلات فريدمان على الإطلاق.

ثانيًا ، لماذا تعتقد أن موجات الجاذبية سيكون لها أي تأثير على الثابت الكوني؟

تبعد 1 مليار سنة ضوئية. قد يكون هذا كافيًا لرؤية التوسع الكلي ، لكن قياس تسارع هذا التمدد يحتاج إلى مسافات أكبر.

تم قياس تسارع التمدد بالإشعاع الكهرومغناطيسي. سيكون القياس الأقل حساسية عبر موجات الجاذبية أمرًا رائعًا ، لكنه لن يحسن فهمنا للكون.

لقد خطر لي أنه إذا كانت سرعة الجاذبية هي سرعة الضوء ، فلا بد أن الكون يتسارع بسبب الطاقة المظلمة ، ما سؤالي هو هل نعرف تردد إشعاع الجاذبية ، إذا فعلنا ذلك ، فإن أي ضغط أو توسع لهذه الموجات ستغير الثابت الكوني.

أشكركم على الردود الخاصة بك.

في الواقع أنت محق تمامًا. إذا حاولت حساب شدة الموجة الثقالية عند نقاط قريبة من الثقب الأسود ، فسيتم ملاحظة أنه كلما ابتعد المرء عن الثقب الأسود ، تنخفض شدته.

الآن إذا حاولت قياس تردد الموجة الثقالية ، فستحصل على إجابات خاطئة نظرًا لوجود عدد أكبر من الثقوب السوداء ، وبالتالي من خلال مبدأ التراكب ، ستتراكب الموجات لإعطاء التكرار الناتج بقيم عشوائية.


سرعة موجات الجاذبية قريبة جدًا من سرعة الضوء

جاء إثبات الموجات الثقالية في 14 سبتمبر 2015 ، عندما اكتشف جهازان ليزر عملاقان على شكل حرف L طولهما ميلين ، أحدهما تم إنشاؤه في مستنقع في لويزيانا والآخر في هانفورد ، واشنطن ، تموجًا صغيرًا في الفضاء ، "زقزقة" وصلت إلى الأرض من الاصطدام الهائل بين ثقبين أسودين قبل مليار سنة.

مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2017 إلى راينر فايس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، 85 عامًا ، كيب ثورن ، 77 عامًا ، وباري باريش ، 81 عامًا ، وكلاهما من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

قال فايس: "إنني أعتبر هذا شيئًا يعترف بعمل حوالي 1000 شخص ، وهو جهد متفاني حقًا".

على مدى أربعة عقود ، راهن الجمهور الأمريكي بحوالي مليار دولار على مشروع LIGO ، والذي يرمز إلى مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية. تم إنشاء خمسة مراصد ليجو حول العالم ، بناءً على الإيمان بأن أينشتاين كان على حق.

يعمل نيل كورنيش ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة ولاية مونتانا ، مع فرق من العلماء على طرق أخرى لاكتشاف موجات الجاذبية ، مثل مصفوفة توقيت النجوم والكاشفات الفضائية ، من أجل "صيد الثقوب السوداء الوحوش".

قال كورنيش: "هذه مجرد بداية لعلم فلك الموجات الثقالية". "الأمر يشبه عندما وجه جاليليو تلسكوبه إلى السماء لأول مرة.

إن ربط سرعة الجاذبية بسرعة الضوء له العديد من التداعيات المهمة على الفيزياء الأساسية وعلم الكونيات. أحد أكبر الآثار المترتبة على ذلك هو أن الحدود الضيقة توفر اختبارًا أكثر دقة للنسبية العامة وتستبعد البدائل المقترحة للنسبية العامة.

قال كورنيش: "تتنبأ العديد من النظريات البديلة للجاذبية ، بما في ذلك بعض النظريات التي تم استدعاؤها لشرح التوسع المتسارع للكون ، بأن سرعة الجاذبية تختلف عن سرعة الضوء". "تم الآن استبعاد العديد من هذه النظريات ، وبالتالي تقييد الطرق التي يمكن من خلالها تعديل نظرية أينشتاين بشكل معقول ، وجعل الطاقة المظلمة تفسيرًا أكثر احتمالية للتوسع المتسارع."

يمكن استخدام التأخير الزمني بين إشارات الموجات الثقالية التي تصل إلى أجهزة الكشف المنفصلة على نطاق واسع لوضع الحدود العليا والسفلى على سرعة انتشار موجة الجاذبية. باستخدام نهج بايزي الذي يجمع بين اكتشافات الموجات الثقالية الثلاثة الأولى التي تم الإبلاغ عنها بواسطة LIGO Scientific و Virgo Collaborations ، نقوم بتقييد سرعة انتشار موجات الجاذبية c gw إلى 90٪ فترة موثوقة 55٪ إلى 142٪ من سرعة الضوء في الفراغ. ستتحسن هذه الحدود مع إجراء المزيد من عمليات الاكتشاف ومع انضمام المزيد من أجهزة الكشف إلى الشبكة العالمية. من أجل 20 اكتشافًا بواسطة كاشفين LIGO ، ستقيد سرعة الجاذبية في حدود 20٪ من سرعة الضوء ، في حين أن خمسة اكتشافات فقط بواسطة شبكة LIGO-Virgo-Kagra ستقيد سرعة الجاذبية في حدود 1٪ من السرعة من الضوء.

بعد يومين فقط (وبعد أن كتب الفيزيائيون المذكورين أعلاه ورقتهم) ، نُشرت ورقة أخرى في The Astrophysical Journal Letters بواسطة تعاون LIGO و Virgo ، التي ينتمي مؤلفوها إلى ما يقرب من 200 مؤسسة حول العالم. باستخدام البيانات من موجات الجاذبية المنبعثة من اندماج نجمي نيوتروني ثنائي تم اكتشافه في أغسطس ، تمكنوا من تقييد الفرق بين سرعة الجاذبية وسرعة الضوء بشدة.

سبب هذه القفزة الهائلة في الدقة هو أن حدث النجم النيوتروني لم يبعث فقط موجات الجاذبية ، ولكن أيضًا الإشعاع الكهرومغناطيسي على شكل أشعة جاما. سمح الانبعاث المتزامن لكل من موجات الجاذبية والضوء من نفس المصدر للعلماء بوضع حدود لسرعة الجاذبية التي تكون أكثر صرامة بكثير من تلك التي يمكن ضبطها باستخدام إشارات موجات الجاذبية وحدها.

قام العلماء بقياس تأخير وصول قدره بضع ثوانٍ فقط بين الإشارات التي قطعت مسافة تزيد عن مائة مليون سنة ضوئية. مثل هذا التأخير الصغير عبر هذه المسافة لا يعتبر شيئًا تقريبًا.

في 17 أغسطس 2017 ، لوحظ حدث الموجة الثقالية GW170817 بواسطة كاشفات LIGO و Virgo المتقدمة ، ولوحظ انفجار أشعة غاما (GRB) GRB 170817A بشكل مستقل بواسطة Fermi Gamma-ray Burst Monitor و Anti-Coincidence Shield. لمقياس الطيف لمختبر الفيزياء الفلكية بأشعة جاما الدولية. احتمال حدوث المراقبة الزمنية والمكانية شبه المتزامنة لـ GRB 170817A و GW170817 بالصدفة هو 5.0 X 10 ^ -8. لذلك نؤكد أن اندماجات النجوم الثنائية النيوترونية هي سلف لنماذج GRBs قصيرة. يوفر اتحاد GW170817 و GRB 170817A رؤية جديدة في الفيزياء الأساسية وأصل GRBs القصيرة. نستخدم التأخير الزمني الملحوظ (+ 1.74 0.05 ثانية) بين GRB 170817A و GW170817 من أجل:

(1) تقييد الفرق بين سرعة الجاذبية وسرعة الضوء ليكون بين 3X 10 ^ -15 و 7 X 10 ^ -16 ضعف سرعة الضوء ،

(2) وضع حدود جديدة لانتهاك ثبات لورنتز ،
(3) تقديم اختبار جديد لمبدأ التكافؤ من خلال تقييد تأخير شابيرو بين الإشعاع الثقالي والإشعاع الكهرومغناطيسي. نستخدم أيضًا التأخير الزمني لتقييد حجم عامل لورينتز وحجمه في المنطقة التي تنبعث منها أشعة جاما. GRB 170817A هو أقرب GRB قصير بمسافة معروفة ، ولكنه أقل نشاطًا بين 2 و 6 أوامر من حيث الحجم من رشقات نارية أخرى مع انزياح أحمر محسوب. سيكون من الضروري وجود جيل جديد من أجهزة الكشف عن أشعة جاما ، وعمليات البحث الفرعية في أجهزة الكشف الحالية ، لاكتشاف رشقات نارية قصيرة مماثلة على مسافات أكبر. أخيرًا ، نتوقع معدل اكتشاف مشترك لجهاز Fermi Gamma-ray Burst وكاشفات LIGO و Virgo المتقدمة بمعدل 0.1-1.4 سنويًا خلال تشغيل المراقبة 2018-2019 و 0.3-1.7 سنويًا عند حساسية التصميم.

بريان وانج هو رائد الفكر المستقبلي ومدون علمي شهير لديه مليون قارئ شهريًا. صنفت مدونته Nextbigfuture.com على المرتبة الأولى في مدونة أخبار العلوم. ويغطي العديد من التقنيات والاتجاهات التخريبية بما في ذلك الفضاء ، والروبوتات ، والذكاء الاصطناعي ، والطب ، والتكنولوجيا الحيوية لمكافحة الشيخوخة ، وتكنولوجيا النانو.

معروف بتحديد أحدث التقنيات ، وهو حاليًا أحد مؤسسي شركة ناشئة وجمع التبرعات لشركات المرحلة المبكرة ذات الإمكانات العالية. وهو رئيس قسم الأبحاث للتخصيصات للاستثمارات التكنولوجية العميقة ومستثمر ملاك في Space Angels.

متحدث متكرر في الشركات ، كان متحدثًا في TEDx ومتحدثًا بجامعة Singularity وضيفًا في العديد من المقابلات للإذاعة والبودكاست. إنه منفتح على التحدث أمام الجمهور وتقديم المشورة.


محاضرة عامة حول علم فلك الموجات الثقالية يلقيها البروفيسور راينر فايس (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)

مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) هو تجربة فيزيائية واسعة النطاق مصممة لاكتشاف موجات الجاذبية. هذه الموجات هي "تموجات" في الزمكان التي تنبأ بها ألبرت أينشتاين لأول مرة في عام 1916. ويتألف ليجو من مرصدين يقعان في موقع هانفورد ، وواشنطن ، وليفينجستون ، لويزيانا ، ويديرهما معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بدعم من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. مؤسسة العلوم الوطنية.

في عام 2016 ، أبلغ تعاون LIGO مع شريك Virgo الشريك عن أول اكتشاف لحدث موجة الجاذبية الذي وقع في 14 سبتمبر 2015. يتوافق الحدث مع العملية المذهلة لدمج اثنين من الثقوب السوداء ، كل منهما بحوالي 30 ضعفًا. كتلة الشمس ، والتي تسارعت حتى 50٪ من سرعة الضوء خلال مرحلة "الحلقة" من الاندماج. وقع هذا الحادث المذهل على بعد 1.4 مليار سنة ضوئية من الأرض. مع هذا الإعلان ، بدأ العصر الجديد لعلم فلك الموجات الثقالية.

يسر قسم الفيزياء في جامعة ولاية فلوريدا أن يرحب بالبروفيسور راينر فايس لتقديم محاضرة عامة بعنوان بداية علم فلك الموجات الثقالية: الحالة الحالية وبعضها عن المستقبل. سيقدم الحديث ما هي موجات الجاذبية وكيف يتم اكتشافها. فتحت مراقبة الموجات من تصادمات الثقب الأسود الثنائي في عام 2015 المجال الذي تلاه في عام 2017 مراقبة الموجات من تصادم نجمي نيوتروني ثنائي والذي لاحظه أيضًا العديد من علماء الفلك بأدوات مختلفة. حتى الآن تم فهرسة أكثر من 30 نظامًا ثنائيًا مضغوطًا. يتم تحسين أجهزة الكشف للسماح بالبحث عن مصادر أبعد وكذلك تحسين البحث عن أنواع مختلفة من مصادر موجات الجاذبية. سيتم مناقشة تطوير أدوات لإدخال علم فلك الموجات الثقالية في علم الكونيات.

ستقام المحاضرة يوم الاثنين 19 أكتوبر 2020 الساعة 7:30 مساءً، كندوة عبر الإنترنت لـ Zoom (انظر معلومات الاتصال أدناه). أنتم مدعوون للانضمام والمشاركة في هذا الحدث الرائع.

البروفيسور راينر فايس فيزيائي رائد مشهور بإسهاماته الرائدة في فيزياء الجاذبية والفيزياء الفلكية. على وجه الخصوص ، قدم مساهمات حاسمة في بناء مقاييس التداخل بالحساسية المطلوبة لاكتشاف موجات الجاذبية. حصل البروفيسور فايس مع كيب ثورن وباري باريش على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2017 "للمساهمات الحاسمة في كاشف LIGO ومراقبة موجات الجاذبية."


في نظرية أينشتاين والنسبية العامة ، حيث يتشابك المكان والزمان والجاذبية في نظرية واحدة متسقة ذاتيًا ، من المتوقع أن تتولد موجات الجاذبية المماثلة للضوء في الكهرومغناطيسية. إن مصطلحي موجات الجاذبية وإشعاع الجاذبية قابلان للتبادل بنفس طريقة الإشعاع الكهرومغناطيسي والموجات الكهرومغناطيسية.

لكن ما الذي يصدر موجات الجاذبية؟ لإصدار موجات الجاذبية ، يجب أن يكون الجسم متسارعًا بالنسبة إلى مصدر آخر ، وفي حالة الدوران ، يجب أن يتغير توزيع الكتلة مع مرور الوقت. لذا فإن الأجسام مثل الكرات الكاملة التي تدور لا تصدر موجات ثقالية ، ولكن أشياء مثل النجوم الثنائية تفعل ذلك. يشرح الفيزيائيون هذا من خلال & # 8220a العزم الرباعي المتغير بمرور الوقت & # 8221 ، والذي يتجاوز نطاق الكون بقليل.

قوة إشعاع الجاذبية

الطاقة المنبعثة من موجات الجاذبية للأشياء اليومية لا تذكر على الإطلاق. حتى الطاقة الكلية المنبعثة من موجات الجاذبية من قبل المشتري أثناء دورانه حول الشمس ليست سوى بضعة كيلووات! في الواقع ، لا يوجد سوى عدد قليل من الأنظمة الثنائية حيث يوجد دليل على انبعاث موجات الجاذبية. المثال الأكثر شهرة هو النجم الثنائي PSR B1913 + 16 ، والذي تم عرضه عبر تقنيات توقيت النجم النابض لتقليص مداره بمقدار 3 ملليمترات لكل فترة مدارية بسبب انبعاث موجات الجاذبية. لهذا الإنجاز ، مُنح هولس وتايلور جائزة نوبل في الفيزياء عام 1993.

القوة دي / دينار المنبعثة من نظام ثنائي للجماهير م1 و م2 في مدار دائري على مسافة ص من بعضها البعض في موجات الجاذبية:

أين ج هي سرعة الضوء و جي هو ثابت الجاذبية لنيوتن.

مشتق الفترة المدارية بسبب انبعاث موجة الجاذبية لجسمين من الكتلتين م1 و م2 مع فترة مدارية صب في مدار غريب الأطوار ه هو:

الكشف المباشر
موجات الجاذبية مستقطبة ويظل اكتشافها المباشر واحدًا من موجات الجاذبية الكأس المقدسة الفيزياء. تحاول أدوات مثل مرصد موجات الجاذبية LIGO الكشف عن الإشارة المأخوذة من عشرات الملي ثانية الكارثية من أزواج النجوم النيوترونية الملهمة باستخدام مقاييس التداخل الليزرية. يستخدم علماء الفلك أيضًا النجوم النابضة بالمللي ثانية للبحث عن تموج الزمكان بسبب ثنائيات الثقوب السوداء الهائلة.

دراسة علم الفلك عبر الإنترنت في جامعة سوينبرن
جميع المواد محفوظة لشركة Swinburne University of Technology باستثناء ما تم تحديده.


ما هي سرعة موجات الجاذبية؟ - الفلك

هل تم قياس سرعة الجاذبية؟

في عام 2002 ، اقترح سيرجي كوبيكين أنه يمكن استخدام قياس انحراف الضوء من الكوازار بواسطة كوكب المشتري لقياس سرعة تفاعل الجاذبية. وقال إنه نظرًا لأن المشتري يتحرك بالنسبة إلى النظام الشمسي ، وبما أن الجاذبية تنتشر بسرعة محدودة ، فإن مجال الجاذبية الذي يمر به شعاع الضوء يجب أن يتأثر بسرعة الجاذبية ، نظرًا لأن المجال الذي نختبره هنا الآن يعتمد على موقع الجاذبية. المصدر قبل وقت قصير ، اعتمادًا على مدى سرعة انتشار الجاذبية. وفقًا لحساباته ، يجب أن يكون هناك تصحيح صغير لمعادلة النسبية العامة العادية للانحراف ، والتي تعتمد على سرعة المشتري وسرعة الجاذبية (تقنيًا ، إنه مصطلح إضافي في تأخير `` شابيرو '' في وصول الموجات إلى تلسكوب لاسلكي). في 8 سبتمبر 2002 ، مر كوكب المشتري تقريبًا أمام نجم كوازار ، وبالتعاون مع إد فومالونت من المرصد الراديوي الفلكي الوطني ، تم إجراء قياسات دقيقة لتأخير شابيرو ، مع دقة توقيت البيكو ثانية. جادل Kopeikin و Fomalont بأن النتائج كانت متوافقة مع تنبؤات GR لهذا التأثير الضئيل ، بدقة تبلغ حوالي 20٪. سيكون هذا تأكيدًا جديدًا مثيرًا للاهتمام للموارد الجينية ، وإن كان بدقة متواضعة.

السؤال هو:
هل يخبرنا هذا بأي شيء عن سرعة انتشار الجاذبية؟

الإجماع بين النسبيين لا!

أوراق Kopeikin تدعي أن هذا يختبر سرعة الجاذبية

  • اختبار التأثير النسبي لانتشار الجاذبية من خلال قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا، S. Kopeikin ، Astrophys. J. 556 (2001) L1-L5 (gr-qc / 0105060)
  • نموذج نسبي عام للقياس التجريبي لسرعة انتشار الجاذبية بواسطة VLBI، S. Kopeikin and E. Fomalont، Proceedings of the 6th European Network VLBI Network Symposium، Ros، E.، Porcas، R.W.، Zensus، J.A. (محرران) ، من 25 إلى 28 يونيو 2002 ، بون ، ألمانيا ، ص. 49 (gr-qc / 0206022)
  • المعالجة ما بعد النيوتونية لتجربة VLBI في 8 سبتمبر 2002، S. Kopeikin ، فيز. بادئة رسالة. A312 (2003) 147 (gr-qc / 0212121)
  • قياس انحراف الضوء عن المشتري: نتائج تجريبية، E.B Fomalont، S. M. Kopeikin، Astrophys. J. 598 (2003) 704 (astro-ph / 0302294)
  • قياس انحراف الضوء عن المشتري: التفسير النظري، S. Kopeikin، (astro-ph / 0302462)
  • سرعة الجاذبية في النسبية العامة والتفسير النظري لتجربة انحراف جوفيان، S. Kopeikin ، كلاس. الجاذبية الكمية. 21 (2004) 3251 (gr-qc / 0310059)
  • حول سرعة الجاذبية وتصحيحات v / c النسبية لتأخير وقت Shapiro، S. Kopeikin و E.B Fomalont ، Phys. بادئة رسالة. A 355 (2006) ، 163 (إصدار عبر الإنترنت) (gr-qc / 0310065)
  • الانحراف وسرعة الجاذبية في تجربة انحراف جوفيان، S. Kopeikin و E.B Fomalont ، أسس فيز. DOI: 10.1007 / s10701-006-9059-7 (2006) (نسخة عبر الإنترنت) (astro-ph / 0311063)
  • تعليقات على & quot عن سرعة الجاذبية وقياس المشتري / الكوازار & quot بقلم س. صموئيل، S. Kopeikin ، كثافة العمليات. J. وزارة الدفاع. فيز. D 15 (2006) ، 273 (إصدار عبر الإنترنت) (gr-qc / 0501001)
  • الجاذبية المغناطيسية وسرعة الجاذبية، S. Kopeikin ، كثافة العمليات. J. وزارة الدفاع. فيز. D 15 (2006) ، 305 (gr-qc / 0507001)
  • علق على "الاعتماد على النموذج لتأخير وقت شابيرو و & quot سرعة الجاذبية / سرعة الضوء & مثل الجدل"، S. Kopeikin ، كلاس. الجاذبية الكمية. 22 (2005) 5181 (gr-qc / 0510048)
  • المغناطيسية الجاذبية وانحراف الجاذبية في تجارب انحراف أشعة الضوء الثقالي، S. Kopeikin and E.B Fomalont (gr-qc / 0510077)
  • ملاحظة حول العلاقة بين سرعة الضوء والجاذبية في نظرية الجاذبية ثنائية المتر ، S. Kopeikin (gr-qc / 0512168
  • اختبارات قياس التداخل الراديوي للنسبية العامة، E. B. Fomalont and S. Kopeikin، Proc. ندوة IAU رقم 248 ، محرران جين وآخرون. (2007) ، ص 383.

أوراق كتبها مؤلفون يدعون أن القياس ليس حساسًا لسرعة الجاذبية

  • تأثير الضوء المخروطي على تأخير وقت شابيرو، H. Asada، Astrophys. J. 574 (2002) L69 (astro-ph / 0206266)
  • سرعة انتشار الجاذبية والتأخير الزمني النسبي، سي إم ويل ، أستروفيز. 590 (2003) 683 (astro-ph / 0301145)
  • حول سرعة الجاذبية وتصحيحات v / c لتأخير وقت Shapiro، S. Samuel، Phys. القس ليت. 90 (2003) 231101 (astro-ph / 0304006)
  • لم يتم قياس سرعة الجاذبية من التأخير الزمني، J. Faber (astro-ph / 0303346)
  • تعليقات على & quot قياس سرعة الجاذبية بواسطة VLBI & quot، H. Asada ، Proc. & quot؛ علم الكونيات الفيزيائية & quot، The XVth Rencontres de Blois، 15-20 June 2003 (astro-ph / 0308343)
  • الاعتماد على نموذج تأخير وقت شابيرو و & quot سرعة الجاذبية / سرعة الضوء & quot الجدل ، S. Carlip ، Class.Quantum Gravit. 21 (2004) 3803 (gr-qc / 0403060)
  • سرعة الجاذبية والجاذبية المغناطيسية، J.-F. Pascual-S & aacutenchez، Int.J.Mod.Phys. D 13 (2004) 2345 (gr-qc / 0405123)
  • حول سرعة الجاذبية وقياس المشتري / الكوازار، S. Samuuel، Int. J. وزارة الدفاع. فيز. D 13 (2004) 1753 (astro-ph / 0412401)

أوراق أخرى تعلق على التأثير

  • الانحراف بفعل عدسات الجاذبية المتحركة، S. Frittelli، MNRAS 344، L85 (2003) (astro-ph / 0311189)
  • انحناء الضوء الجزئي للثانية القوسية بواسطة كوكب المشتري، إم تي كروستا و إف مينارد ، كلاس. الجاذبية. 23 (2006) 4853 (أسترو فتاه / 0512359)
  • الانحناء الثقالي للضوء بواسطة أقطاب الكواكب المتعددة وقياسه بمقاييس التداخل الفلكية بالميكرو ثانية، S. Kopeikin و V. Makarov ، Phys. Rev. D 75 (2007)، 062002 (astro-ph / 0611358)

تبدو الفكرة طبيعية. ما الخطأ فى ذلك؟

  • في جميع حسابات تأثيرات سرعة الانتشار المحدودة (الديناميكا الكهربائية ، موجات الجاذبية) ، بالنسبة للمصادر التي تتحرك ببطء ، تظهر التأثيرات غير التافهة الأولى بالترتيب (v / c) ^ 2 ، NOT في المرتبة الأولى (v / c) ، والتي هو ما ادعى Kopeikin
  • إذا كنت تعمل على الترتيب الأول فقط في v / c ، فكل ما يهم هو الحركة المنتظمة للكوكب ، كوكب المشتري (تسارعه حول الشمس يساهم في ترتيب أعلى ، وتأثير ضئيل بشكل لا يمكن قياسه). ولكن إذا كان الأمر كذلك ، فإن مبدأ النسبية يقول إنه يمكنك مشاهدة الأشياء من الإطار الباقي لكوكب المشتري. لكن في هذا الإطار ، مجال جاذبية المشتري ثابت ، وسرعة انتشار الجاذبية غير ذات صلة.
  • تم إجراء حساب مفصل للتأثير بواسطة كليفورد ويل (هنا) ، في نموذج الجاذبية الذي يمكن أن تختلف فيه سرعة الجاذبية عن سرعة الضوء ، وأظهر بوضوح أنه في الترتيب الأول في (v / c) ، تأثير يعتمد على سرعة ضوءوليست سرعة الجاذبية بما يتماشى مع الحدس.
  • جادل ستيوارت صموئيل (هنا) أيضًا بأن التجربة لم تكن حساسة حتى للتصحيح النسبي العام (v / c) ، إذا فسر المرء الصيغ بشكل صحيح.

كيف يمكننا حقاً قياس سرعة انتشار الجاذبية؟

  • إذا تمكنا من قياس التأثيرات على تأخير Shapiro للطلب (v / c) ^ 2 ، فيمكننا اختبار سرعة الجاذبية. لكن هذه التأثيرات ستكون عند جزء من الألف من مستوى البيكو ثانية ، وهي صغيرة بشكل ميؤوس منه.
  • الطريقة الحقيقية لقياس سرعة الجاذبية هي اكتشاف ودراسة موجات الجاذبية. بمقارنة وصول إشارة موجة ثقالية بإشارة كهرومغناطيسية من مصدر فيزيائي فلكي ، يمكن للمرء أن يقارن سرعة الجاذبية إلى سرعة الضوء بأجزاء في 10 ^ (17).

الآراء المعبر عنها في هذه الصفحة هي آراء كليفورد ويل ، ولا ينبغي تفسيرها على أنها تمثل السياسة الرسمية لجامعة واشنطن أو قسم الفيزياء بها ، أو أي كيان أو منظمة أخرى.


يبشر الاكتشاف الثاني بعصر علم فلك الموجات الثقالية

في وقت سابق من هذا العام ، أعلن فريق مكون من أكثر من 1000 عالم من جميع أنحاء العالم عن أول اكتشاف لموجات الجاذبية وأول ملاحظة على الإطلاق للثقوب السوداء المتصادمة.

نشر هذا الفريق نفسه الآن ملاحظة ثانية لموجة الجاذبية من دوامة موت أخرى للثقب الأسود الكارثي ، تم اكتشافها في يوم الملاكمة ، 26 ديسمبر 2015. ولكن ما أهمية هذا الاكتشاف الثاني ، وما هو تأثيره على علم الفلك؟

تنبأ ألبرت أينشتاين بأن موجات الجاذبية هي تموجات صغيرة في نسيج الزمكان ناتجة عن أجسام ثقيلة جدًا تتسارع بسرعات عالية جدًا. أول اكتشاف لموجات الجاذبية من قبل LIGO Scientific Collaboration جاء من ثقبين أسودين ، يزن كل منهما حوالي 30 مرة أكثر من شمسنا ، ويسير بسرعة 60٪ تقريبًا من سرعة الضوء قبل اصطدامهما.

هذا النظام الجديد مشابه للنظام الأول. كانت الثقوب السوداء التي أعلنت اندماجها في يوم الملاكمة يزن كل منها حوالي 10 أضعاف وزن الشمس. وقع الاصطدام الكارثي على بعد أكثر من مليار سنة ضوئية من الأرض ، وأطلق كتلة شمسية واحدة من الطاقة في موجات الجاذبية.

أي أن كمية طاقة موجة الجاذبية المنبعثة أثناء الاندماج كانت تعادل محو الشمس وتحويلها إلى طاقة نقية. حتى أن دارث فيدر ورسكووس ديث ستار لا يقارنان!

من اللافت للنظر أن هذه الكمية الهائلة من الطاقة تسببت فقط في تذبذب أجهزة كشف LIGO بأقل من ألف من حجم نواة الذرة.

الثقوب السوداء وفيرة

تشير ملاحظة الاندماج الثاني للثقب الأسود إلى وجود عدد أكبر من الثقوب السوداء في الكون مما توقعه معظم العلماء سابقًا.

يكون عدم اليقين في معدل اندماج الثقب الأسود كبيرًا جدًا عندما يكون لديك حدث واحد فقط ، لذلك نحن نعلم الآن أننا لم ن & rsquot & ldquoget lucky & rdquo مع الاكتشاف الأول.

سيكون هناك الكثير منهم. This is fantastic news for gravitational-wave astronomers.

First and foremost, it tells us that the future of gravitational-wave astronomy will be rich with scientific discoveries. Calculations suggest that we are likely to detect tens to hundreds of black hole mergers in the next two to three years, and thousands of mergers in the years to follow.

Ongoing technological advancements will continue to enhance the instrument&rsquos sensitivity. Planned technology upgrades will enable us to see these mergers to greater distances, increasing the detection rate by a factor of about 30.

But technology development will not stop there. Teams around the globe, including in Australia, are already working on next-generation technology to be implemented in future LIGO upgrades, resulting in even more detections.

More black holes than you can poke a stick at

Are we just being greedy? Now that we&rsquove observed two black hole mergers, what more could we want?

Well, it turns out that these first observations have raised as many questions as they&rsquove answered. Some questions we can only begin to attack by studying large populations of black hole mergers.

For example, we don&rsquot know how these systems form. It could be that both black holes are born separately in giant supernova explosions, and then find one another as they embark upon their cosmic wander in dense clusters of stars.

Alternatively they could be born together in binary star systems. This currently open question could be answered once we have seen enough mergers.

Another exciting possibility is to use black holes to study the evolution of the universe as whole. When Australia&rsquos Brian Schmidt and colleagues won the Nobel Prize for showing that the expansion of the universe is accelerating, they did so using observations of supernovae in the distant universe.

Observations of populations of merging black holes with future instruments will be able to measure the expansion of the universe with unprecedented accuracy.

And if these potential discoveries aren&rsquot exciting enough, it turns out that spacetime has memory.

After a gravitational wave passes, spacetime is permanently deformed. That is, the distance between any two objects does not return to its original length &ndash your body is permanently squeezed and stretched after the passage of a gravitational wave.

New calculations show that it will be possible to measure memory using future LIGO observations.

Before the first gravitational-wave discovery, we had never tested Einstein&rsquos relativity using such strong gravitational fields. Observing more black holes will allow us to test Einstein&rsquos theory and maybe detect a crack in his hitherto impenetrable armour.

This list of future developments is just scratching the surface of discovery space that is now open to us. Gravitational waves will reveal many more secrets of the universe in the coming years.

So the future of gravitational wave astronomy is bright and Australian scientists are fortunate to be part of this brand new and exciting field of discovery.

Continuing to invest in technology, infrastructure and data analysis development will further allow us to unveil other secrets of the universe be it through observations of neutron star collisions, mountains on neutron stars, or even of the first moments of the universe itself.

Dr Paul Lasky is from the School of Physics and Astronomy, in the Faculty of Science.


شاهد الفيديو: Mediterreense Herinnering. Mediterranean Memory - Christo Venter (أغسطس 2022).