Plūdmaiņas spēki nes gravitācijas viļņu matemātisko parakstu

gravitācijas viļņi Getty

2016. gada februārī starptautiska fiziķu komanda paziņoja par pirmo tiešo gravitācijas viļņu novērojumu. Viļņus radīja gigantiska sadursme starp melnajiem caurumiem, katrs aptuveni 30 reizes pārsniedza Saules masu — tik katastrofāls trieciens, ka tas radīja viļņus cauri telpas laika audumam.

Šis atklājums bija fizikas kopienas triumfs. Viņi jau sen zināja, ka Einšteina vispārējās relativitātes teorija liek domāt, ka ir iespējama telpas laika viļņošanās. Šie viļņi izspiež un izstiepj telpu attālumos, kas ir mazāki par protona platumu. Lai tos pamanītu, fiziķi izveidoja ļoti jutīgu detektoru tīklu, kas maksāja vairāk nekā miljardu dolāru. Tātad pirmo viļņu atklāšana 2016. gadā bija gan atvieglojums, gan nozīmīgs panākums.

Tagad divi fiziķi saka, ka gravitācijas viļņi visu laiku ir bijuši redzami. Rituparno Goswami KwaZulu-Natal Universitātē un Džordžs Eliss Keiptaunas Universitātē, abi Dienvidāfrikā, šodien izmanto dažus matemātiskus burvjus, lai parādītu, ka paisuma spēki ir gravitācijas viļņi. Tie ir tie paši spēki, kas izraisa jūras līmeņa celšanos un kritumu, Mēnesim pārvietojoties ap Zemi. Viņi saka, ka plūdmaiņu spēki patiesībā ir slēpta gravitācijas viļņu forma.

Vispirms nedaudz fona. Ņūtona gravitācijas teorija balstās uz domu, ka visas masas rada pievilcīgu gravitācijas spēku, kas izskaidro dažādas parādības: krītoša ābola trajektoriju, planētu kustību ap sauli utt.

Ņūtona teorija arī izskaidro plūdmaiņas. Tas ir rezultāts tam, kā gravitācijas spēki mainās atkarībā no attāluma: tā Zemes puse, kas ir vērsta pret Mēnesi, piedzīvo nedaudz spēcīgāku gravitācijas pievilkšanos nekā tā puse, kas ir vērsta prom. Rezultāts ir sava veida stiepšanās, kas velk okeānus šurpu turpu, Zemei griežoties.

Gosvāmi un Eliss sāk, norādot, ka Ņūtona teorija neņem vērā svarīgu fizikas likumu — ka nekas nevar pārvietoties ātrāk par gaismas ātrumu, pat ne gravitācijas spēki. Tāpēc ir nepieciešams laiks, lai Mēness gravitācijas spēki sasniegtu Zemi. Fiziķi saka, ka neviena ietekme nevar virzīties ātrāk par gaismas ātrumu: plūdmaiņu ietekme nevar būt momentāna.

Einšteins pirmo reizi formulēja šo kosmiskā ātruma ierobežojumu savā īpašajā relativitātes teorijā un vēlāk iekļāva to savā vispārējā teorijā, kas slaveni apraksta gravitāciju kā sava veida izkropļojumu telpas laika struktūrā. Tas uzreiz radīja domu, ka šis audums varētu atbalstīt viļņiem līdzīgus viļņus.

Gosvāmi un Eliss saka, ka plūdmaiņu spēki ir gravitācijas starojuma veids. Bet, lai tie būtu viļņi, tiem ir jāmainās laikā īpašā veidā, ko nosaka vispārējā relativitātes teorija. Fiziķi turpina matemātiski parādīt, ka plūdmaiņu spēkiem ir tieši šīs īpašības, lai gan daudz mazākā mērogā nekā viļņiem, ko rada melno caurumu sadursmes. Rezultāts ir kaut kas tehnisks, bet tomēr interesants.

Būtībā Gosvāmi un Eliss saka, ka paisuma spēki ir zemas frekvences gravitācijas viļņi. Šī teorija sniedz dažas prognozes, kas atšķiras no Ņūtona gravitācijas aromāta. Piemēram, Gosvāmi un Eliss norāda, ka plūdmaiņu spēkiem no Mēness uz Zemi ir jāpaiet 1,3 sekundēm. Un, ja okeāns būtu vienmērīgi dziļš visur bez kontinentiem, plūdmaiņas un plūdmaiņas atpaliktu no Mēness pozīcijas debesīs par 0,66 loka sekundēm, viņi saka. Tas ir apmēram santīma platums, skatoties no divu kilometru attāluma.

Šāda ietekme var būt izmērāma, lai gan Gosvami un Eliss nepaplašina savu analīzi, lai ieteiktu, kā to izdarīt. Bet tas nozīmē, ka gravitācijas viļņu ietekmi ir daudz vieglāk pamanīt, nekā kāds varētu iedomāties. Diena jūrmalā, kāds?

Atsauce: arxiv.org/abs/1912.00591 : Paisuma spēki ir gravitācijas viļņi

paslēpties