diskuse
zavedení druhů pro neuspořádanou sekci
v dávných dobách.
nebudu definovat čas, prostor, místo a pohyb, jak je dobře známo všem.
Isaac Newton, 1689
Vítejte v dalším posunu paradigmatu.
prostor říká, jak se pohybovat. Hmota říká prostoru, jak se křivit.,
John Archibald Wheeler, 1973 (placený odkaz)
princip ekvivalence.
- absence gravitačního pole (pravda beztíže) je k nerozeznání od volného pádu zrychlení v gravitačním poli (zdánlivý stav beztíže).
- Zrychlený pohyb v nepřítomnosti gravitačního pole (zdánlivý hmotnosti), je k nerozeznání od neakcelerovaném pohybu v přítomnosti gravitačního pole (pravda hmotnosti). Místní účinky gravitace jsou stejné jako účinky zrychlení referenčního rámce.,
v podstatě …
- Mass-energy curves space-time-nová verze Hookeho zákona.
- Objekty obkreslit světě řádky, které jsou geodesics (cesty na řadě akcí v zakřiveném prostoru-času), pokud jednal čisté vnější síly — nová verze zákona setrvačnosti.
gravitace není síla, je to zakřivení časoprostoru způsobené přítomností hmotnostní energie.,
where…
| Rμν = | Ricci tensor curvature |
| R = | Ricci scalar curvature |
| gμν = | metric tensor |
| Tμν = | stress-energy tensor |
| c = | speed of light in a vacuum |
| G = | universal gravitational constant |
| π = | the famous constant from geometry |
That’s right, I used the plural form — equations., To, co vypadá jako jedna rovnice, je vlastně sada deseti spřažených nelineárních parciálních diferenciálních rovnic. V opačném adjektivum aby tyto rovnice jsou diferenciální, protože se vypořádat s míry změn (ceny se liší), částečné, protože tam jsou více proměnných (více částí), nelineární, protože některé operace jsou opakované (rychlost změny a rychlost změny), a spolu, protože nemohou být řešeny samostatně (každá rovnice má alespoň jeden rys našel v jiném).
- prohlášení o zřejmé: řešení těchto rovnic se ukáže být těžké.,
- prohlášení o úžasné: tyto rovnice mohou být rozděleny do jednodušších rovnic těmi, kteří mají spoustu dovedností. Některé z těchto jednodušších rovnic jsou vhodné pro úroveň této knihy, což znamená, že se můžete naučit, jak udělat nějakou obecnou relativitu. Budou však odvozeny s minimálním až žádným důkazem.
kosmologická konstanta
časoprostor je více než jen soubor hodnot pro identifikaci událostí. Časoprostor je věc sama pro sebe. Kosmologická konstanta je množství používané v obecné relativitě k popisu některých vlastností časoprostoru. Takhle to chodí.,
možná gravitace je zakřivení časoprostoru způsobené hmotnostní energií věcí v něm plus energií samotného prostoru.,>
| 8nG | Tµ |
| c4 |
zakřivení
v čase
samotný časoprostor
Nebo možná, že gravitace je zakřivení časoprostoru způsobené hmoty-energie na vrcholu zakřivení samotného časoprostoru.,td> Rµv − ½Rgµv
| 8nG | Tµv |
| c4 |
v čase
samotný časoprostor
napětí
Einstein je zvláštní volba označení by mohlo dávat větší smysl, pokud vytknete metrický tenzor na levé straně rovnice., Kosmologická konstanta byla vynalezena jako způsob, jak zadržet gravitaci, aby se statický vesmír nezhroutil. (Mimochodem, tato linie uvažování se ukáže být vadná, ale je to chyba, která se nakonec vyplatí.)
| Rµv − (½R − Λ)gµv = | 8nG | Tµv |
| c4 |
Einstein předpokládal, že vesmír je statický a neměnný. Myslel si, že je to pravda, protože to bylo to, co si astronomové v té době mysleli, že viděli, když se podívali do svých dalekohledů., Statický vesmír by byl nestabilní, kdyby gravitace byla jen atraktivní. Každý kus hmoty by přitahoval každého druhého a jakákoli mírná nerovnováha v distribuci by donutila celou věc nakonec uzavřít smlouvu do sebe. Einstein dodal kosmologické konstanty do svých rovnic (technicky, odečetl ji od skalární křivost) držet zpátky gravitace tak, že jeho rovnice bude mít roztok, který souhlasil s statický model.
napište více.
temná energie se šíří naprosto hladce po celém vesmíru.,
neorganizované myšlenky
- precese uzavřen (a otevřít) oběžné dráhy
- V roce 1859 Urbain Le Verrier (1811-1877) Francie, ředitel Pařížské Observatoře publikoval své pozorování anomálie v oběžné dráze merkuru je. Precese Merkurova perihelionu (bod nejbližšího přiblížení ke Slunci) byla předběžná na 574 sekund oblouku za století. Myslel si, že to bylo kvůli účinkům ostatních planet, vypočítal míru precese pomocí Newtonových zákonů na 531 sekund za století a nechal 43 sekund nezvěstných. Můžete říct „malý“.,
- gravitační ohyb světla
- potvrdil Arthur Eddington (1882-1944) v roce 1919. Obecná relativita nahrazuje Newtonovu teorii univerzální gravitace jako nejúplnější teorii gravitace. Newton a Eddington byli Angličané. Einstein byl Němec. 1919 byl první rok po první světové válce.Anti-německý sentiment byl v Evropě stále vysoký. Eddingtonovo potvrzení Einsteinovy teorie ukázalo, že věda je nad kulturou a politikou. Einstein se stal celebritou.,
- kříž Einstein
- gravitační čočkování
- zvětšení vzdálených objektů
- Gravity Probe A (1976)
- Létat atomové vodíkový maser na Scout raketa vypuštěná do výšky 10 000 km. Maser je jako laser pro mikrovlnné trouby. Produkuje mikrovlny přesné frekvence. Změřte dopplerův posun v důsledku gravitace a pohybu a porovnat s předpokládanými hodnotami (error = 70 ppm = 0.007%)
- Gravity Probe B (2004-2005)
- Testováno na rám tažením.
prostor v newtonovské mechanice nikdy nic neudělal., Právě tam byl prostor. V Einsteinově teorii relativity se prostor a čas staly věcí-věcí, která by mohla dělat věci jako expandovat, smlouva, smyk a warp (nebo ohyb nebo křivka).
vývoj vesmíru
Friedmannova rovnice (1923). Standardní model kosmologie. Jedna obyčejná diferenciální rovnice, která vychází z deseti spřažených nelineárních parciálních diferenciálních rovnic Einsteina.,e universe (+1 closed, 0 flat, −1 open)
Hubble constant, Hubble parameter, expansion rate
| H = | da/dt |
| a |
The Friedmann equation again.,“2″>⎛
⎜
⎝
⎟
⎠
⎜
⎝
⎟
⎠
| H2 = | 8πGρ | + | Λc2 | − | kc2 |
| 3 | 3 | a2 |
Critical density.,
| ρc = | 3H2 |
| 8πG |
Density parameter.
| Ω = | ρ |
| ρc |
Big bang. Georges Lemaître.
2nd Friedmann equation.,
| 1 | d2a | = − | 4πG | ⎛ ⎜ ⎝ |
ρ + | 3p | ⎞ ⎟ ⎠ |
+ | Λc2 | ||
| a | dt2 | 3 | c2 | 3 |
time dilation
Time runs slower for a moving object than a stationary one.,>
větší rychlost pohybu pozorovatele, blíže poměr v2/c2 je jedno, čím blíže jmenovatele, √(1 − v2/c2) je k nule, tím více času rozšiřuje, táhne, rozšiřuje nebo rozšiřuje., Z pohledu stacionárního pozorovatele trvají všechny události v referenčním rámci pohybující se rychlostí světla nekonečné množství času. Žádné události se nemohou projevit. Nic se nemůže stát. Čas přestává existovat.
čas také běží pomaleji v gravitačním poli. To je důsledek Einsteinovy obecné teorie relativity a je známý jako gravitační dilatace času., Funguje to takhle…
| t‘ = | t |
| √(1 − 2Vg/c2) |
kde Vg je gravitační potenciál spojený s gravitační pole v určitém místě.,
Tato rovnice říká, že čím blíže se k události dojde k tíhne tělo, pomalejší čas běží; větší hmotnost tíhne tělo, pomalejší čas běží; silnější je gravitace, tím pomaleji čas běží.,
u malých výškových změn, kde je gravitační pole přiměřeně konstantní, tato aproximace funguje v pořádku.
| t‘ ≈ | t |
| √(1 − 2g∆h/c2) |
A to ještě více přiblížit, přiblížení je taky docela dobrý.,z trochu vyšší
- Hodiny na letadla experiment
Predikce Abstrakt: Během října 1971, čtyři cesium paprsek atomové hodiny byly letěl na pravidelné komerční tryskové lety po celém světě dvakrát, jednou na východ a poté na západ, k testování Einsteinovy teorie relativity makroskopické hodiny., Od skutečné dráhy letu, každé cesty, tato teorie předpovídá, že létající hodiny, ve srovnání s referenční hodiny na US Naval Observatory, by měl mít o 40 ± 23 nanosekundách, během výlet na východ, a měl by získali 275 ± 21 nanosekundách, během výlet na západ. Výsledky Abstrakt: Čtyři cesium paprsku hodiny letěl kolem světa na komerční tryskové lety v průběhu října 1971, jednou na východ a poté na západ, zaznamenal směrově závislé časové rozdíly, které jsou v dobré shodě s předpovědí konvenční teorie relativity. Vzhledem k atomové Časové škále USA., Námořní Observatoř, létající hodiny ztratily během cesty na východ 59 ± 10 nanosekund a během cesty na západ získaly 273 ± 7 nanosekund, kde chyby jsou odpovídající standardní odchylky. Tyto výsledky poskytují jednoznačné empirické rozlišení slavných hodin „paradox“ s makroskopickými hodinami. - hodiny, které byly zvednuty 33 cm-třetina metru, o něco vyšší než americká noha, asi dva kroky nahoru na typickém schodišti. Předpokládaná zlomková změna 3,6 × 10-17. Naměřená frakční změna (4,1 ± 1,6) × 10-17., Trvalo by asi miliardu let, než by se tento rozdíl nahromadil na jednu sekundu.,td>Vg
f0 c2 Δf ≈ ΔVg f0 c2 f ≈ 1 − Gm f0 c2r f ≈ 1 − g∆h f0 c2 - 1959 Harvard Tower Experiment., Pound, Rebka a Snyder. Jefferson Physical Laboratory, Harvard. Potvrzeno v experimentu provedeném ve výtahu (?) na Harvardově univerzitě Robertem Poundem (1919-2010) a Glenem Rebkou (1931-2015) v roce 1959. Zdroj gama paprsků byl umístěn v horní části hřídele a detektor ve spodní části. Zdroj produkoval gama paprsky přesné frekvence a detektor byl navržen tak, aby detekoval pouze gama paprsky s touto konkrétní frekvencí. V procesu „pádu“ dolů po hřídeli byly gama paprsky modré posunuty na vyšší frekvenci. Pound a Rebka umístili zdroj na vibrační reproduktor., Když se reproduktor pohyboval správnou rychlostí, gravitační modrý posun byl zrušen pohybovým červeným posunem a detektor detekoval gama paprsky. Pohyb s jinou rychlostí a zaznamenávání je detekován. Měření rychlosti zdroje, místní gravitační pole, výška detektoru nad emitor, a rychlost světla; dát čísla do rovnice; zkontrolujte, pokud se obě strany rovnají v mezích experimentální chyby (~10%, Libra a Snider snížila na ~1% v roce 1964).
- 1976 Scout Rocket Experiment. Smithsonian Astrofyzikální Observatoř., První takový experiment byl Národní úřad pro letectví a vesmír/Smithsonian Astrophysical Observatory (NASA-SAO) Rocket Redshift Experiment, který se konal v červnu 1976. Vodík-maser hodiny byl letecky převezen na raketě do výšky asi 10 000 km a její frekvence ve srovnání s podobným hodiny na zemi. V této výšce by měly hodiny běžet 4, 5 dílů v roce 1010 rychleji než jeden na Zemi., Během dvou hodin volného pádu z maximální výšky, rakety přenášených impulzů časování od maser oscilátor, který působil jako hodiny a která byla ve srovnání s podobným hodiny na zemi. Tento výsledek potvrdil vztah gravitační dilatace času do 0,01%.
horizontu událostí
Co dělá 2Gm/rc2 přístup, dělá dominator √(1 − 2Gm/rc2) blížit k nule, a je čas na akci protáhnout do nekonečna., To se stane, když událost se blíží následujících vzdálenost od tíhne tělo…
r = 2Gm c2 Tato vzdálenost je známo jako Schwarzschildův poloměr., Další způsob, jak napsat rovnici pro gravitační dilatace času je, pokud jde o to číslo…
t‘ = t √(1 − r/r) Schwarzschildův poloměr rozděluje prostor-čas do dvou oblastí odděleny horizont událostí. Horizont na Zemi rozděluje povrch země na dvě oblasti — jednu, kterou lze vidět, a tu, která nemůže., Horizont událostí rozděluje časoprostor na dva regiony-vnější, kde informace proudí v libovolném směru a uvnitř, kde informace mohou proudit, ale ne ven. Na Zemi je horizont spojen s pozorovatelem. V časoprostoru je horizont událostí spojen se zdrojem extrémní gravitace.,> rs
t‘ = bi t uvnitř času je matematicky imaginární, čas se stává prostorem-jako prostor se stává čas-jako (bi je imaginární číslo složené z reálné koeficient b násobí imaginární jednotky i, kde i2 = -1) r = 0 t‘ = 0 jedinečnost čas nemá žádný význam, všechny události se dějí současně, nová fyzika je potřeba Většina objektů nemá horizont událostí., Je to vzdálenost, která nemůže existovat. Všechny objekty, které se setkáváme v našem každodenním životě, a většina objektů ve vesmíru jsou výrazně větší než jejich Schwarzschildův poloměr. Nemůžete se dostat tak blízko k zemi, že by se čas zastavil. Jeho poloměr Schwarzschild je 9 mm, zatímco jeho skutečný poloměr je 6 400 km. Nemyslete si, že byste mohli zastavit čas tunelováním dolů k zemskému jádru. Gravitace v zemi klesá na nulu ve svém středu. Nejste blíže k zemi v jejím středu, jste uvnitř., Když jste na povrchu země, jako jste teď, gravitace vás celkově táhne jednou cestou dolů. Pokud byste mohli jít do středu Země, gravitace vytáhnout směrem ven ve všech směrech, což je stejné, jako žádný směr. Gravitace, která netáhne žádným směrem, nemůže být silná.
zkusme větší objekt s větší gravitací-slunce. Schwarzschildův poloměr Slunce je 3 km, ale jeho skutečný poloměr je 700 000 km. To není o moc lepší. Vyzkoušejte nejtěžší známou hvězdu-RMC 136a1. Je to 315krát masivnější, ale jen 30krát větší napříč., Jeho poloměr Schwarzschild je 930 km, což je stále mnohem menší než jeho poloměr.
problém (což opravdu není problém) je to, že všechny předměty kolem nás a většina nebeských těles, jako jsou planety, měsíce, asteroidy, komety, mlhoviny a hvězdy, nemůže být dostatečně dostatečně malé. Slunce jednoho dne zemře a jeho jádro se během miliard let zmenší na velikost Země, ale tam to skončí. Země může být vyhozen do vzduchu unikající plyn z umírajícího slunce, ale to bude nikdy být rozdrcen symetricky do kuličkového ložiska., V podstatě neexistuje způsob, jak dostat poloměr Slunce na 3 km nebo země na 9 mm. RMC 136a1 je však jiný příběh.
hvězdy jsou miasmy žhavé plazmy, jak jde píseň. Zahřívají se zevnitř fúzí lehkých prvků do těžších. To teplo je v jistém smyslu udržuje nafouknuté. Když vyčerpají palivo, ztratí to teplo a začnou se zmenšovat. U hvězd, jako je Slunce, se vodík spojí do helia v jádru, kde jsou tlaky dostatečně vysoké., Když všechny jádra se obrátil na helium, hvězda ztrácí energii potřebné k napumpovaly a začíná zmenšovat.
slunce se zmenší, dokud nebudou mezery mezi atomy tak malé, jak se mohou dostat. Taková hvězda se nazývá bílý trpaslík. Představte si, že se slunce zmenšilo na velikost Země. Jsme stále 1000 krát nebo 3 řády příliš velké na to, aby se vytvořil horizont událostí.
v procesu smršťování bude Slunce také zbavovat velkou část svých vnějších vrstev. To vytváří mlhavý oblak žhavého plynu obklopujícího bílé trpasličí jádro zvané planetární mlhovina., To je nešťastný termín, protože nemá nic společného přímo s planetární formací.
větší hvězdy mají složitější životní styl. Některé z nich mohou pokračovat v extrakci jaderné energie spojením tří jader helia, aby vytvořily jedno uhlíkové jádro. Někteří na tento uhlík připnou další jádra helia, aby vytvořili kyslík, neon, hořčík, křemík, síru, argon a tak dále až do železa. Takové hvězdy mohou zemřít jedním ze dvou způsobů. Oba zahrnují kolaps jádra a vylučování vnějších vrstev., Taková umírající hvězda se nazývá supernova a její proces, který se děje mnohem rychleji než smrt hvězd jako Slunce — v hodinách spíše než tisíciletí. Zbytkové jádro by mohlo tvořit bílého trpaslíka, pokud by bylo vysunuto příliš mnoho povrchového materiálu, ale pravděpodobnějším výsledkem je neutronová hvězda nebo černá díra.
neutronová hvězda je pozůstatek hvězdného jádra s dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitační pole je dostatečně silné k překonání tlaku elektronové degenerace — kvantově mechanický ekvivalent odpudivé elektrostatické síly mezi elektrony., To rozdrtí obíhající elektrony dolů do jádra, kde se spojují s protony a vytvářejí neutrony. Taková hvězda je účinně obří koule neutronů. Představte si hvězdné jádro 2 nebo 3 krát hmotnost Slunce rozdrcené na velikost města, řekněme 10 km v poloměru. Schwarzschildův poloměr objektu o 3 sluneční hmotě je 9 km. Už tam skoro jsme.,
Když nějaké opravdu velké hvězdy zhroutí, jejich pozůstatek jádra dostatečnou hmotnost, aby gravitace bude nakonec překonat neutronové degenerace tlak — aspekt silná atomová síla, která drží neutrony a protony slušné vzdálenosti od sebe. Nyní není nic, co by působilo proti gravitaci a jádro se rozdrtí na nulový poloměr a objem. Nejen velmi malá, ale skutečná matematická nula. Takový objekt se nazývá černá díra, protože nic, ani světlo, nemůže uniknout jeho gravitačnímu držení.
zpět na RMC 136a1?,
Připomeňme si, že v části knihy zabývající se gravitační potenciální energie, která byla, jak Schwarzschildův poloměr byl odvozen — jako vzdálenost od masivní kompaktní objekt, kde je úniková rychlost rovna rychlosti světla. K tomu jsme přidali další funkci. Je to místo, kde se čas zastaví.,
gravitační vlny
- binární pulsary spirále do sebe
- nepřímé důkazy
- Joseph Taylor a Russell Hulsei
- pozastaveno hliníkový válec
- falešně pozitivní
- objevil pro real v roce 2015, oznámil v roce 2016
- interferometr
- LIGO (Laser Interferometer Gravitačních Vln Observatoř), Advanced LIGO
Laserový Interferometr Gravitační-Wave Observatory (LIGO) je zařízení specializované na detekci kosmických gravitačních vln a využití těchto vln pro vědecký výzkum., Skládá se ze dvou široce oddělených zařízení ve Spojených Státech — jeden v Hanfordu, Washington a další v Livingston, Louisiana provozovaných v souzvuku jako jediné středisko - Panna, Pokročilé Panna
Panna detektor gravitačních vln se skládá hlavně v Michelsonův laserový interferometr se skládá ze dvou ortogonálních paže se každé 3 kilometry dlouhá. Vícenásobné odrazy mezi zrcadel umístěných na koncích každého ramene rozšířit efektivní optická délka každého ramene až 120 kilometrů., Panna se nachází v místě EGO, Evropské gravitační observatoře, se sídlem v Cascině, poblíž Pisy na řece Arno plain. Frekvenční rozsah Panny se pohybuje od 10 do 6 000 Hz. Tento rozsah a vysoká citlivost by měly umožnit detekci gravitačního záření produkovaného supernovami a koalescence binárních systémů v Mléčné dráze a ve vnějších galaxiích, například ze shluku Panny., - LISA (Laser Interferometer Space Antenna) navrhované datum zahájení 2018~2020
LISA se skládá ze tří identických kosmické lodi, jejíž pozice označit vrcholy rovnostranného trojúhelníku pět milionů km na stranu, na oběžné dráze kolem Slunce. Lisu lze považovat za obří michelsonův interferometr ve vesmíru. Oddělení kosmických lodí nastavuje rozsah frekvencí GW, které může LISA pozorovat (od 0,03 milihertzu do výše 0,1 hertzu). Střed trojúhelníku sleduje zemskou oběžnou dráhu v ekliptické rovině, jednu astronomickou jednotku od Slunce, ale 20 stupňů za zemí., Rovina trojúhelníku je nakloněna na 60 stupňů k ekliptice. Přírodní volně padající oběžné dráhy tří kosmických lodí kolem Slunce udržují tuto trojúhelníkovou formaci, přičemž trojúhelník se zdá, že se otáčí kolem svého středu jednou ročně.
- LIGO (Laser Interferometer Gravitačních Vln Observatoř), Advanced LIGO
Napsat komentář