Vad är gravitationshastigheten?

Anonim

Efter att ha beräknat omloppet av den enda kometen som är synlig för det blotta ögat som kan dyka över natthimlen två gånger under en livstid, blev Edmond Halley väldigt fascinerad av tyngdkraften. När han träffade Newton i 1684 för att diskutera bevisen på Keplers planetariska lagar, var han förvånad över att upptäcka att Newton redan hade löst dem. Faktum är att Newton, den sterlinga polymat han var, hade bevisat lagarna 4 år innan Halley bad om sin hjälp. Vid 22 hade han självständigt uppfunnit kalkylen i samma takt som vi lärde oss det i gymnasiet och teknik för att sedan bestämma varför planeterna roterades runt solen i en elliptisk bana.

Skrämmt av att Newton inte ens hade övervägt att publicera sina bevis, bestämde Halley sig för att bli sin beskyddare. Newtons Principia, som kommer att gå ner som ett av de mest banbrytande arbetena i mänsklighetens historia, publicerades på Halleys bekostnad. Däremot ifrågasatte kritikerna otroligt om det mystiska dragets gravitation Newton om varför hans bevis verkade; varför arbetade gravitationen som det gjorde? Newtons smug svar på hans kritik " Jag ramar inte hypoteser " bifogades den andra upplagan av hans bok.

Centuries senare, debuterade Einstein inte bara vad som orsakade det mystiska drag av gravitationen, men han satte också en övre gräns för sin räckvidd. Newton trodde att gravitationen reste i samma hastighet som vilket ljus som trodde var under arkaiska tider - oändligt. Han förklarade att om solen skulle plötsligt försvinna från solsystemets centrum skulle alla planeter omedelbart kastas i rymden i riktning mot deras momentana tangentiella hastighet. Einstein var emellertid oenig.

Problemet med Newtonian gravitation

Perihelion Precession of Mercury

Det första försöket att beräkna gravitationens hastighet gjordes av Laplace, som omdefinierade gravitation som ett fält eller en vätska. Han beräknade hastigheten att vara minst 7 miljoner gånger ljusets hastighet. Graden av gravitationens hastighet, oavsett dess exorbitans, utgjorde emellertid ett problem. En stabil omlopp mellan två kroppar kan bara uppnås om kraften på en kropp, säger A, pekar direkt mot den andra kroppen, säger B. Tyngdkraften mellan dessa två kroppar kommer att påverka varandra omedelbart om gravitationen färdas i oändlig hastighet, även om kropparna A och B är åtskilda av ett astronomiskt avstånd. Ändamålsenligheten skulle dock orsaka en fördröjning.

Tänk på tyngdkrafterna som överförs av två kroppar som pilar som skottats av två bågskyttar. Om pilarna reser i en ändlig hastighet, kommer pilarna att missa sina mål eftersom målen, som är i ständig revolution, kommer att gå vidare. Detta skulle destabilisera en bana eftersom den resulterande kraften i detta system involverar en kropps centrifugalkraft och gravitationstrycket skulle avvika från dess bana, vilket medför att kropparna gradvis spiral utåt, vilket potentiellt förstör hela solsystemet.

Problemet med en begränsad hastighet av Newtons gravitation

För att slå sitt mål måste bågskytten kompensera för rörelsen genom att skjuta lite framåt. Om tyngdkraften inte anses vara en enda pil, utan snarare en pilpulsa spridda i alla riktningar, kommer en av dessa pilar att röra sig mot höger om kroppen (förutsatt att de kretsar medurs) kommer att slå sitt mål på huvudet. Samma kan sägas för den andra kroppen. När de två motsatta pilarna är inriktade och vinkelräta mot motsvarande centrifugalkrafter hos båda kropparna, åstadkommes en stabil omlopp trots fördröjningen.

Gravitationsvågor som dispergerade pilar

Argumentet framlades av den prestigefyllda astronomen Tom Van Flandern, som beräkna pilens hastighet till 20 miljarder gånger ljusets hastighet, vilket är rättvist att uppfattas som omedelbart. Einstein i sin allmänna relativitetsteori hävdade emellertid att hastigheten hos denna våg av pilar är lika med ljusets hastighet - ungefär 186 000 mil per sekund.

Varför är gravitationshastigheten lika med ljusets hastighet?

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) (Foto Kredit: ligo.caltech.edu)

Samtidigt som jag forskat på den här artikeln hittade jag ett akademiskt dokument som publicerades 1998 och började med att graden av tyngdkraften inte har uppmätts direkt i laboratoriet. Gravitationsinteraktionen är för svag, och en sådan förklaring är bortom nuvarande tekniska möjligheter. Nu, nästan 20 år senare upptäckte forskare vid LIGO gravitationella vågor som berodde på en stellär kollision av dödkärnor av två stjärnor 130 miljoner ljusår bort i en avlägsen galax. Explosionen var så förödande att det bländande ljuset och tremor av gravitationen reste sig över kosmos och kunde detekteras även här.

Om tyngdgraden är lika med ljusets hastighet, måste båda signalerna tas emot samtidigt. Detta skulle vara den första experimentella bekräftelsen om gravitationens hastighet verkligen är lika med ljusets hastighet, som Einstein har hävdat, har något fysiker varit påkallad för, eftersom han först gjorde sitt förhoppliga påstående. Detta skulle innebära att om solen skulle plötsligt försvinna från solsystemets centrum skulle jordens förstörelse bara inledas efter 8 minuter, samma tid det tar solens ljus att nå jorden.

Detta är dock inte fallet. En sådan enorm kollision utspelar också andra former av elektromagnetisk strålning, såsom gammastrålar, vilka stör experimentet. Enligt ett papper är förseningen mellan ljusets och gravitationens ankomst några sekunder, vilket, när vi betraktar det avstånd de reste, är praktiskt taget irrelevant. Experiment har nu minskat tyngdkraften till inom 1% av ljusets hastighet! Detta markerade också första gången när någon inte uttryckte orden "Bra jobb, Einstein!" Sardinalt.