Keskustelua
johdatus lajittelee sekavaa jakso
ennen vanhaan.
en määrittele aikaa, tilaa, paikkaa ja liikettä, kuten kaikki hyvin tuntevat.
Isaac Newton, 1689.
Tervetuloa toinen paradigman muutos.
Space tells matter how to move. Materia kertoo avaruudesta, miten kaartaa.,
John Archibald Wheeler, 1973 (maksullinen linkki)
vastaavuusperiaate…
- koska painovoimakenttä (totta painottomuus) on mahdoton erottaa vapaan pudotuksen kiihtyvyys painovoimakenttä (näennäinen painottomuus).
- Nopeutettu motion koska painovoimakenttä (suhteellinen paino) on mahdoton erottaa unaccelerated liikkeen läsnäolo painovoimakenttä (todellinen paino). Painovoiman paikalliset vaikutukset ovat samat kuin kiihtyvässä viitekehyksessä olemisen.,
Periaatteessa
- Massa-energia-käyrät tila-aika — uusi versio Hooken laki.
- Esineet jäljittää ulos maailman linjat, jotka ovat geodesics (polkuja vähiten toiminta kaareva tila-aika), ellei toiminut niiden netto ulkoinen voima — uusi versio lain inertia.
Painovoima ei ole voima, se on kaarevuus aika-avaruuden aiheuttama läsnäolo massa-energiaa.,
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., Se, mikä näyttää yhdeltä yhtälöltä, on itse asiassa kymmenen kytketyn epälineaarisen osittaisdifferentiaaliyhtälön joukko. Päinvastaisessa adjektiivi, jotta nämä yhtälöt ovat ero, koska ne käsittelevät hinnat muutos (hinnat eri), osittain koska on olemassa useita muuttujia (useita osia), epälineaarinen, koska jotkut toiminnot ovat toistuvia (osuus muutos osuus muutos), ja yhdistettynä, koska niitä ei voida ratkaista erikseen (jokainen yhtälö on ainakin yksi ominaisuus löytyy toinen).
- selvitys ilmeisestä: näiden yhtälöiden ratkaiseminen osoittautuu vaikeaksi.,
- Selvitys mahtava: Nämä yhtälöt voidaan jakaa yksinkertaisempia yhtälöitä, joilla on paljon taitoa. Jotkut näistä yksinkertaisemmista yhtälöistä sopivat tämän kirjan tasolle, mikä tarkoittaa, että voit oppia tekemään jotain yleistä suhteellisuusteoriaa. Ne johdetaan kuitenkin mahdollisimman vähin todistein.
kosmologisen vakion
aika-Avaruus on enemmän kuin vain joukko arvoja tunnistaa tapahtumia. Aika-avaruus on asia itselle. Kosmologinen vakio on määrä, jota käytetään yleisessä suhteellisuusteoriassa kuvaamaan joitakin aika-avaruuden ominaisuuksia. Näin se menee.,
Ehkä painovoima on kaarevuus aika-avaruuden aiheuttama massa-energia-tavaraa sisällä sekä energia-tilaa itse.,>
| 8nG | Tµ |
| c4 |
kaarevuus
aika-avaruudessa
tilaa itse aika
Tai ehkä painovoima on kaarevuus aika-avaruuden aiheuttama massa-energia päälle kaarevuus aika-avaruuden itse.,td> Rµv − ½Rgµv
| 8nG | Tµv |
| c4 |
aika-avaruudessa
tilaa itse aika
stressi
Einstein on outoa valinta merkki saattaa tehdä enemmän järkeä, jos tekijä metrinen tensori vasemmalla puolella yhtälö., Kosmologinen vakio keksittiin keinoksi pidätellä painovoimaa, jotta staattinen maailmankaikkeus ei romahtaisi. (Tämä järkeily osoittautuu muuten virheelliseksi, mutta se on virhe, joka kannattaa lopulta.)
| Rµv − (½R − Λ)gµv = | 8nG | Tµv |
| c4 |
Einstein olettaa, että universumi oli staattinen ja muuttumaton. Hän ajatteli tämän olevan totta, koska niin tähtitieteilijät silloin luulivat nähneensä, kun he katsoivat kaukoputkiinsa., Staattinen maailmankaikkeus olisi epävakaa, jos painovoima olisi vain houkutteleva. Jokainen pala asia olisi houkutella kaikki muut ja pienikin epätasapaino jakelu olisi pakottaisi koko asia lopulta sopimus alas itse. Einstein lisäsi kosmologisen vakion hänen yhtälöt (teknisesti, hän vähennetään sen skalaari kaarevuus) pitää takaisin painovoiman niin, että hänen alš on ratkaisu, jonka kanssa on sovittu staattinen malli.
Kirjoita lisää.
pimeä energia leviää täysin sujuvasti ympäri universumia.,
järjestäytymätön ajatuksia
- precession kiinni (ja avata) kiertoradat
- Vuonna 1859 Urbain Le Verrier (1811-1877) Ranska, johtaja Pariisin Observatorio julkaisi hänen havaintojen poikkeaman mercury kiertoradalla. Merkuriuksen perihelin Prekessio (lähimpänä Aurinkoa oleva kohta) oli Prekessio 574 kaarisekuntia vuosisadassa. Koska tämä johtui muiden planeettojen vaikutuksista, hän laski prekessionopeuden käyttäen Newtonin lakeja 531 sekunnissa vuosisadassa, jättäen 43 sekuntia kateissa. Osaatko sanoa ”pieni”?,
- painovoima taivutus valon
- Vahvistettu Arthur Eddington (1882-1944) Englannissa vuonna 1919. Yleinen suhteellisuusteoria korvaa Newtonin teorian universaalista gravitaatiosta täydellisimpänä gravitaatioteoriana. Newton ja Eddington olivat englantilaisia. Einstein oli saksalainen. Vuosi 1919 oli ensimmäinen vuosi ensimmäisen maailmansodan jälkeen.saksalaisvastaisuus oli edelleen korkealla Euroopassa. Eddingtonin vahvistus Einsteinin teorialle osoitti, että tiede oli kulttuurin ja politiikan yläpuolella. Einsteinista tuli julkkis.,
- Einstein rajat
- painovoiman lensing
- suurennus kaukaisia kohteita
- Gravity Probe A (1976)
- Fly atomi vety-maser on Scout raketti käynnistettiin korkeus 10000 km. Maser on kuin laser mikroaalloille. Se tuottaa mikroaallot, joiden taajuus on tarkka. Mittaa doppler-siirtymä painovoiman ja liikkeen ja verrata ennustettuja arvoja (virhe = 70 ppm = 0.007%)
- Gravity Probe B (2004-2005)
- Testattu runko vetämällä.
Avaruus ei koskaan tehnyt mitään Newtonilaisessa mekaniikassa., Avaruus oli juuri siellä. Einsteinin suhteellisuusteoriassa avaruudesta ja ajasta tuli asia — asia, joka pystyi tekemään juttuja, kuten laajentamaan, supistamaan, leikkaamaan ja poimimaan (tai taivuttamaan tai kaartamaan).
universumin evoluutio
Friedmannin yhtälö (1923). Kosmologian standardimalli. Yksi tavallinen differentiaaliyhtälö, joka tulee ulos kymmenen kytketty epälineaarinen osittainen differentiaaliyhtälöt Einstein.,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.,>
suurempi nopeus liikkuvan tarkkailijan, lähempänä suhde v2/c2 on yksi, lähempänä nimittäjä √(1 − v2/c2) on nollaa, sitä enemmän aikaa laajentaa, venyttää, laajentaa tai laajentaa., Vuodesta näkökulmasta paikallaan tarkkailija, kaikki tapahtumat viitekehys liikkuvat valon nopeudella ottaa ääretön määrä aikaa esiintyä. Tapahtumia ei voi siirtää. Mitään ei voi tapahtua. Aika lakkaa olemasta.
aika kulkee myös hitaammin painovoimakentässä. Tämä on seurausta Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta, ja se tunnetaan gravitaatioajan laajenemisena., Se toimii näin…
| t’ = | t |
| √(1 − 2Vg/c2) |
missä Vg on painovoiman potentiaalia liittyvät painovoimakentässä jossakin paikassa.,
Tämä yhtälö sanoo, että mitä lähempänä tapahtuma on kehon kallistuessa, sitä hitaammin aika kulkee; suurempi massa kallistuessa kehon, sitä hitaammin aika kulkee; vahvempi painovoima on, sitä hitaammin aika kulkee.,
pienillä korkeusmuutoksilla, joissa gravitaatiokenttä on kohtuullisen vakio, tämä approksimaatio toimii hyvin.
| t’ ≈ | t |
| √(1 − 2g∆h/c2) |
Ja tämä jopa enemmän arvioitu approksimaatio on melko hyvä, liian.,hieman ylempänä
- Kellot lentokoneissa kokeilu
Ennustus Tiivistelmä: Aikana päivänä lokakuuta 1971, neljä cesium palkki atomikellojen lennettiin säännöllisesti tahtiin kaupallinen jet lennot ympäri maailmaa kahdesti, kerran itään ja kerran länteen, testata Einsteinin suhteellisuusteoria, jossa makroskooppinen kellot., Todellinen lentoreittejä jokaisen matkan, teoria ennustaa, että flying kellot, verrattuna viittaus kellot US Naval Observatory, olisi menettänyt 40 ± 23 nanosekuntia aikana itään matka, ja olisi saanut 275 ± 21 nanosekuntia aikana länteen matka. Tulokset Tiivistelmä: Neljä cesium palkki kellot lentänyt ympäri maailmaa kaupallisen jet-lennot lokakuun aikana 1971, kun itään ja kerran länteen, kirjataan suunnatusti riippuvainen aika-erot, jotka ovat hyvässä sopusoinnussa ennusteita perinteisten suhteellisuusteoria teoriassa. Suhteessa Yhdysvaltain atomiajan asteikkoon., Merivoimien Observatorio, flying kellot menettänyt 59 ± 10 nanosekuntia aikana itään matkan ja sai 273 ± 7 nanosekuntia aikana länteen matka, jossa virheet ovat vastaavat keskihajonnat. Nämä tulokset tarjoavat yksiselitteisen empiirisen resoluution kuuluisasta kelloparadoksista makroskooppisilla kelloilla. - kello, joka nostettiin 33 cm — kolmannes metristä, hieman yhdysvaltalaista jalkaa korkeampi, noin kaksi askelta ylös tyypillisellä portaikolla. Ennustettu murto-osa muutos 3,6 × 10-17. Mitattu murto-osa (4,1 ± 1,6) × 10-17., Tuon eron kasautuminen sekuntiin veisi noin miljardi vuotta.,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 ja Snyder. Jefferson Physical Laboratory, Harvard. Vahvistettu kokeessa tehty hissi(?) shaft Harvardin yliopistossa Robert Poundin (1919-2010) ja Glen Rebkan (1931-2015) johdolla vuonna 1959. Kuilun yläosaan sijoitettiin gammasäteiden lähde ja pohjaan ilmaisin. Lähde tuotti tarkan taajuuden gammasäteitä ja ilmaisin oli suunniteltu havaitsemaan vain gammasäteitä kyseisellä taajuudella. ”Putoamisen” aikana akselia pitkin gammasäteet siirtyivät sinisiksi suuremmalle taajuudelle. Pound ja Rebka laittoivat lähteen tärisevälle kaiuttimelle., Kun kaiutin liikkui oikealla nopeudella, painovoiman sininen muutos peruuntui punasiirtymällä ja ilmaisin havaitsi gammasäteet. Liiku millä tahansa muulla nopeudella ja huomiointi havaitaan. Mittaa nopeuden lähde, paikallisen painovoimakentän, korkeus tunnistin edellä aiheuttaja, ja valon nopeus; laittaa numerot yhtälöön; tarkistaa, jos molemmat osapuolet yhtä rajoissa kokeellinen virhe (~10%, Punta ja Suominen vähentää tätä ~1% vuonna 1964).
- 1976 Scout Rocket Experiment. Smithsonian Astrofysikaalinen Observatorio., Ensimmäinen tällainen kokeilu oli National Aeronautics and Space Administration/Smithsonian Astrophysical Observatory (NASA-SAO) Raketti Punasiirtymä Kokeilu, joka pidettiin kesäkuussa 1976. Vetymaserikello lennätettiin raketilla noin 10 000 kilometrin korkeuteen ja sen taajuus verrattuna vastaavaan maassa olevaan kelloon. Tällä korkeudella kellon pitäisi juosta 4,5 osaa vuonna 1010 nopeammin kuin maan päällä., Aikana kaksi tuntia vapaa-pudota sen suurin korkeus, raketti lähetetään pulsseja ajoitus kohteesta maser oskillaattori, joka on toiminut kuin kello ja joka oli verrattuna samanlainen kello kentällä. Tämä tulos vahvisti gravitaatioajan laajenemissuhteen 0,01 prosentin tarkkuudella.
tapahtuma horisontti
Mitä tekee 2Gm/rc2 lähestymistapa yksi, tekee dominator √(1 − 2Gm/rc2) lähestymistapa nolla, ja tekee aika tapahtuma venyttää ulos äärettömään., Näin tapahtuu, kun tapahtuma on lähestyy seuraavat etäisyys kallistuessa kehon…
rs = 2Gm c2 Tämä etäisyys kutsutaan Schwarzschildin säde., Toinen tapa kirjoittaa yhtälö painovoiman aika dilataatio on kannalta tämä numero.
t’ = t √(1 − rs/r) Schwarzschildin säde jakaa aika-avaruuden kahteen alueet, joita erottaa event horizon. Maan päällä oleva horisontti jakaa maan pinnan kahteen alueeseen — joista toinen voidaan nähdä ja toinen ei., Tapahtumahorisontti jakaa aika-avaruuden kahteen alueeseen-ulkopuolelle, jossa informaatio virtaa mihin suuntaan tahansa ja sisälle, jossa informaatio voi virrata sisään mutta ei ulos. Maan päällä horisontti yhdistetään tarkkailijaan. Aika-avaruudessa tapahtumahorisontti liittyy äärimmäisen gravitaation lähteeseen.,> rs
t’ = bi t sisällä aika on matemaattisesti kuvitteellinen, aika muuttuu tila-kuten, tilaa tulee aika-kuten (bi on kuvitteellinen numero, joka koostuu todellinen kerroin on b kerrottuna kuvitteellinen yksikkö i, missä i2 = -1) r = 0 t’ = 0 singularity aikaa ei ole merkitystä, kaikki tapahtumat tapahtuu samanaikaisesti, uusi fysiikka on tarpeen Useimmat esineet eivät ole tapahtuma horisontissa., Se on etäisyys, jota ei voi olla olemassa. Kaikki esineet, joita kohtaamme jokapäiväisessä elämässämme ja suurin osa maailmankaikkeuden esineistä ovat huomattavasti suurempia kuin niiden Schwarzschild säde. Et voi päästä niin lähelle maata, että aika loppuisi. Sen Schwarzschildin säde on 9 mm, kun taas sen todellinen säde on 6400 km. Et voisi pysäyttää aikaa kaivamalla tunnelia maan ytimeen. Painovoima Maan sisällä vähenee nollaan sen keskellä. Et ole lähempänä maata sen keskellä, vaan sen sisällä., Kun olet maan pinnalla kuten nyt, painovoima vetää sinut alas. Jos voisit mennä maan keskipisteeseen, painovoima vetäisi sinut ulospäin kaikkiin suuntiin, mikä on sama kuin ei mitään suuntaa. Painovoima ei vedä mihinkään suuntaan ei voi olla vahva.
kokeillaan isompaa kohdetta, jossa on isompi painovoima — aurinko. Auringon Schwarzschildin säde on 3 km, mutta sen todellinen säde on 700 000 km. Se ei ole paljon parempi. Kokeile painavinta tunnettua tähteä-RMC 136a1. Se on 315 kertaa massiivisempi, mutta vain 30 kertaa suurempi., Sen Schwarzschildin säde on 930 km, joka on edelleen paljon pienempi kuin sen säde.
ongelma (joka oikeastaan ei ole ongelma) on, että kaikki esineet ympärillämme ja suurin osa taivaankappaleita kuten planeetat, kuut, asteroidit, komeetat, sumuja, ja tähdet voi olla tehty riittävän tarpeeksi pieni. Aurinko kuolee jonain päivänä ja sen ydin kutistuu miljardien vuosien kuluessa maan kokoiseksi, mutta siihen se päättyy. Maa saattaa räjähtää kuolevasta auringosta karkaamalla kaasua, mutta sitä ei koskaan murskata symmetrisesti kuulalaakeriin., Ei pohjimmiltaan ole mitään keinoa saada Auringon säde 3 km tai Maa on 9 mm. RMC 136a1 on eri juttu kuitenkin.
tähdet ovat kappaleen mukaan hehkuvan plasman miasmoja. Ne kuumenevat sisältä fuusioimalla kevyitä alkuaineita raskaammiksi. Kuumuus pitää ne tietyssä mielessä täytettyinä. Kun he kuluttavat polttoaineensa, he menettävät lämmön ja alkavat kutistua. Auringon kaltaisille tähdille vety sulautuu heliumiksi ytimessä, jossa paineet ovat riittävän korkeat., Kun kaikki ydin on muuttunut heliumiksi, tähti menettää tarvittavan energian pitääkseen sen pumpattavana ja se alkaa kutistua.
aurinko kutistuu, kunnes atomien välit ovat niin pienet kuin ne voivat saada. Tällaista tähteä kutsutaan valkoiseksi kääpiöksi. Kuvittele, että aurinko kutistuisi maan kokoiseksi. Olemme edelleen 1000 kertaa tai 3 kertaluokkaa liian suuria tapahtumahorisontin muodostamiseksi.
kutistuessaan aurinko karistaa myös hyvän osan uloimmista kerroksistaan. Joka tuottaa epämääräinen pilvi hehkulamppu kaasu ympäröivä valkoinen kääpiö core kutsutaan planetaarinen sumu., Se on valitettava termi, koska sillä ei ole mitään tekemistä planeettojen muodostumisen kanssa.
isommilla tähdillä on monimutkaisemmat elämäntavat. Osa niistä voi jatkaa ydinenergian talteenottoa yhdistämällä kolme heliumytintä muodostaen yhden hiiliytimen. Jotkut tack ylimääräisiä heliumytimiä tämä hiili muodostaa hapen, neon -, magnesium -, pii, rikki -, argon-ja niin edelleen, kaikki tavalla jopa rautaa. Tällaiset tähdet voivat kuolla kahdella tavalla. Molempiin liittyy ytimen romahtaminen ja ulompien kerrosten irtoaminen., Tällaista kuolevaa tähteä kutsutaan supernovaksi ja sen prosessiksi, joka tapahtuu paljon nopeammin kuin auringon kaltaisten tähtien kuolema — tunteina vuosituhansien sijaan. Jäännösydin voisi muodostaa valkoisen kääpiön, jos liikaa pintamateriaalia sinkoutuisi, mutta todennäköisempi lopputulos on neutronitähti tai musta aukko.
neutronitähti on jäänne tähtien ydin tarpeeksi massaa että sen painovoimakenttä on tarpeeksi vahva voittamaan electron degeneraatio paine — kvanttimekaniikan vastaa vastenmielinen sähköstaattinen voima välillä elektroneja., Tämä murskaa kiertävät elektronit ytimeen, jossa ne yhtyvät protonien kanssa muodostaen neutroneja. Tällainen tähti on tehokkaasti jättimäinen neutronipallo. Kuvittele tähtien ydin 2 tai 3 kertaa Auringon massa murskattuna kaupungin kokoon, vaikkapa 10 kilometrin säteellä. Schwarzschildin säde 3 auringon massaesineelle on 9 km. Olemme melkein perillä.,
Kun joku todella suuri tähdet romahtaa, niiden jäännös ytimet sisältävät tarpeeksi massaa että painovoima voittaa lopulta neutroni degeneraatio paine — osa vahva vuorovaikutus, joka pitää neutronien ja protonien kunnioitettavan matkan päässä toisistaan. Nyt ei ole enää mitään toimia painovoimaa vastaan ja ydin murskaa itse nollaan säde ja tilavuus. Ei vain kovin pieni, vaan todellinen matemaattinen nolla. Tällaista kohdetta kutsutaan mustaksi aukoksi, koska mikään, ei edes valo, ei voi paeta sen gravitaatiorytmiä.
Takaisin RMC 136a1?,
Muista, että osassa tämän kirjan tekemisissä painovoiman potentiaalienergia, että oli miten Schwarzschildin säde oli johdettu — kuin etäisyys massiivinen kompakti kohde, jossa pakonopeus olisi yhtä suuri kuin valon nopeus. Tähän lisäsimme juuri toisen ominaisuuden. Se on paikka, jossa aika pysähtyy.,
gravitaatioaaltoja
- binary pulsareja raju toisiinsa
- epäsuora näyttö
- Joseph Taylor ja Russell Hulse
- keskeytetty alumiini sylinteri
- vääriä positiivisia
- löysi todellisen vuonna 2015, raportoitu vuonna 2016
- interferometri
- LIGO (Laser-Interferometri Gravitational Wave Observatory), Advanced LIGO
Laser-Interferometri Gravitational-Wave Observatory (LIGO) on laitos omistettu tunnistamiseen kosmisen gravitaatioaaltoja ja valjastaa nämä aallot tieteellinen tutkimus., Se koostuu kahdesta toisistaan erillään laitosten sisällä yhdysvalloissa — yksi Hanford, Washington ja muut Livingston, Louisiana toimivat yhdessä yhtenä observatorio - Neitsyt, Advanced Neitsyt
Neitsyt ilmaisin gravitaatioaaltoja koostuu lähinnä Michelson laser-interferometri koostuu kahdesta ortogonaaliset aseiden jokainen 3 km pitkä. Kunkin varren ääripäissä sijaitsevien peilien väliset useat heijastukset pidentävät kunkin varren tehokasta optista pituutta jopa 120 kilometriin., Neitsyt sijaitsee sivuston EGO, Euroopan Painovoiman Observatorio, joka perustuu Cascina, lähellä Pisa Arno-joen tasanko. Neitsyen taajuusalue ulottuu 10-6 000 Hz: n välille. Tämä alue sekä korkea herkkyys pitäisi sallia havaitseminen painovoiman säteily tuotetaan supernovat ja yhtyminen binary järjestelmiä, Linnunradan ja ulko-galaksit, esimerkiksi Neitsyt klusterin., - LISA (Laser-Interferometri Tilaa Antenni) ehdotti julkaisupäivä 2018~2020
LISA koostuu kolmesta identtisiä avaruusalus, joiden kannat merkki tasasivuisen kolmion viisi miljoonaa km: n puolella, kiertoradalla Auringon ympäri. Lisaa voi pitää jättimäisenä Michelson-interferometrinä avaruudessa. Avaruusaluksen erottaminen asettaa GW-taajuuksien vaihteluvälin, jonka LISA voi havaita (0,03 millihertsistä yli 0,1 Hertsiin). Lisan kolmion keskellä on ekliptikan tasossa Maan kaltainen kiertorata, yksi tähtitieteellinen yksikkö auringosta, mutta 20 astetta maan takana., Kolmion taso kallistuu 60 asteessa ekliptikkaan. Luonnollinen vapaan pudotuksen radat kolme avaruusalus Auringon ympäri säilyttää tämän kolmion muodostumista, kolmio esiintyy kiertää sen center kerran vuodessa.
- LIGO (Laser-Interferometri Gravitational Wave Observatory), Advanced LIGO
Vastaa