Скорость гравитации
Скорость гравитации — скорость распространения гравитационных воздействий, возмущений и волн.
Скорость гравитации в физических теориях
Классическая физика
В теории гравитации Ньютона скорость гравитации не входит ни в одну формулу, считаясь бесконечно большой. В своих трудах по небесной механикеЛаплас показал, что если гравитационное взаимодействие между двумя телами не действует мгновенно (что равнозначно введению потенциала, зависящего от скоростей), то в системе движущихся планет не будет сохраняться импульс — часть импульса будет передаваться гравитационному полю, аналогично тому, как это происходит при электромагнитном взаимодействии зарядов в электродинамике. С ньютоновой точки зрения, если гравитационное воздействие передаётся с конечной скоростью и не зависит от скоростей тел, то все точки планеты должны притягиваться к точке, где Солнце было несколько раньше, а не к одновременному его месторасположению. На этом основании Лаплас показал, что эксцентриситет и большие полуоси орбит в задаче Кеплера с конечной скоростью гравитации должны расти со временем — испытывать вековые изменения. Из верхних пределов на изменения этих величин, следующих из устойчивости Солнечной системы и движения Луны, Лаплас показал, что скорость распространения гравитационного ньютонова взаимодействия не может быть ниже 50 миллионов скоростей света.
Сообщается ли притяжение от одного тела к другому мгновенно? Время передачи, если бы оно было для нас заметно, обнаружилось бы преимущественно вековым ускорением в движении Луны. Я предлагал это средство для объяснения ускорения, замеченного в упомянутом движении, и нашёл, что для удовлетворения наблюдениям должно приписать притягательной силе скорость в семь миллионов раз большую, чем скорость светового луча. А так как ныне причина векового уравнения — Луны хорошо известна, то мы можем утверждать, что притяжение передаётся со скоростью, по крайней мере в пятьдесят миллионов раз превосходящей скорость света. Поэтому, не опасаясь какой либо заметной погрешности, мы можем принимать передачу тяготения за мгновенную.
— П. С. Лаплас Изложение системы Мира Париж, 1797.
Метод Лапласа корректен для прямых обобщений ньютоновой гравитации, но может быть не применим к более сложным моделям. Так, например, в электродинамике движущиеся заряды притягиваются/отталкиваются не от видимых положений других зарядов, а от положений, которые они занимали бы в настоящее время, если бы двигались от видимых положений равномерно и прямолинейно — это является свойством потенциалов Лиенара — Вихерта. Аналогичное рассмотрение в рамках общей теории относительности приводит к такому же результату с точностью до членов порядка 
[нет в источнике].
Общая теория относительности и другие релятивистские теории
В Общей теории относительности (ОТО) в пустом пространстве предельная скорость гравитации равна скорости света. В ОТО потенциалами гравитационного поля выступают компоненты метрического тензора, так что гравитационное поле отождествляется в сущности с метрическим полем.
В квантовых теориях гравитации под скоростью гравитации подразумевают скорость гравитонов как наименьших частиц (квантов) поля. Обычно она очень близка к скорости света или совпадает с ней.
Во многих альтернативных теориях гравитации скорость её распространения может существенно отличаться от скорости света, так что непосредственное измерение скорости гравитации представляет собой проверку на работоспособность этих теорий.
Эксперименты по определению скорости гравитации
Скорость гравитации можно определить по скорости передачи влияния гравитационного поля на результаты каких-либо измерений. Этот путь может быть использован в высокоточных экспериментах по измерению времени задержки прохождения света и радиосигналов в гравитационном поле какого-либо движущегося массивного тела.
Так, в 2002 году на основе радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой, в котором излучение от далёкого квазара QSO J0842+1835, проходящее вблизи массивного тела — Юпитера, регистрировалось цепью радиотелескопов на Земле.
Вследствие периодического движения Юпитера по орбите вокруг Солнца со средней скоростью 13,1 км/с, в точках отсчёта Солнечной системы происходит периодическое изменение гравитационного поля. Изменение метрики (как за счёт изменения местоположения планеты, так и за счёт скорости её движения) происходит с опозданием, связанным с ограниченной скоростью гравитации. Учёт данного запаздывания при анализе эксперимента даёт скорость гравитации, близкую по величине к скорости света, с точностью порядка 20 %. Полученный результат требует независимого подтверждения, так как не все физики-релятивисты согласны с интерпретацией эксперимента.
11 февраля 2016 года было объявлено об экспериментальном открытии гравитационных волн коллаборациями LIGO и VIRGO. Анализ влияния события GW150914 на дисперсию гравитационных волн в зависимости от частоты не противоречит гипотезе о нулевой массе гравитона и совпадении его скорости со скоростью света для гипотетических расширений ОТО (оценка сверху на массу гравитона: mg ≤ 1,2 × 10−22 eV/c2, соответствует оценке снизу на скорость для частоты 35 Гц: vg/c ≤ 1 — 10−18)
Другой способ измерения скорости гравитации связан с фиксацией гравитационных волн от далёких звёздных источников одновременно со световым сигналом. Первое такое измерение получили для гравитационной волны GW170817. Судя по этому событию, отклонение скорости гравитационных волн от скорости света, если такое отклонение существует, лежит в пределах от −3×10−15 до +0,7×10−15. Так как ожидаемая разница коэффициентов преломления и дисперсии межгалактической среды незначительна, то, в пределах погрешности, не обнаружено отличий от скорости света.
Примечания
- P. S. Laplасе Mecanique celeste, 4, livre X Paris, 1805.
- Богородский А. Ф. Глава 2 // Всемирное тяготение. — Киев: Наукова думка, 1971.
- Цитируется по книге: Борис Николаевич Воронцов-Вельяминов. Лаплас. — М.: Жургазоб'единение, 1937.
- Фейнман разбирает эту проблему в 6 томе Фейнмановских лекций по физике, глава 21, § 1.
- Богородский А. Ф. Глава 2, § 9 // Всемирное тяготение. — Киев: Наукова думка, 1971. Архивировано 27 октября 2023 года.
- А. Н. Темчин. Разд. 7.1. Волны и характеристические поверхности, скорости распространения волн метрики // Уравнения Эйнштейна на многообразии. — М.: Едиториал УРСС, 1999. — С. 98—102. — 160 с. — ISBN 5-88417-173-0.
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10 т. Т. II. Теория поля. — 8-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — 536 с. — ISBN 5-9221-0056-4 (Т. II). — § 109. Сильная гравитационная волна.
- Yvonne Choquet-Bruhat. General Relativity and the Einstein Equations (англ.). — Oxford University Press, 2009. — P. 170. — 812 p. — (Oxford Mathematical Monographs). — ISBN 978-0199230723.
- Измерена скорость гравитации Архивная копия от 17 апреля 2008 на Wayback Machine https://archive.today/20141130041003/http://www.membrana.ru/particle/4690 date=2014.11.30 }} // membrana, 8 января 2003
- Фундаментальный предел скорости гравитации и его измерение, С.М. Копейкин. Дата обращения: 18 октября 2014. Архивировано 8 октября 2014 года.
- Fomalont E. B., Kopeikin S. M. The Measurement of the Light Deflection from Jupiter: Experimental Results (2003), Astrophys. J., 598, 704. (astro-ph/0302294)
- Обзор на сайте университета Сент-Луиса Архивная копия от 11 сентября 2008 на Wayback Machine (англ.)
- GRAVITATIONAL WAVES DETECTED 100 YEARS AFTER EINSTEIN’S PREDICTION (англ.). VIRGO. Дата обращения: 11 февраля 2016. Архивировано 16 февраля 2016 года.
- Emanuele Berti. Viewpoint: The First Sounds of Merging Black Holes (англ.). Physical Review Letters (11 февраля 2016). Дата обращения: 11 февраля 2016. Архивировано 12 февраля 2016 года.
- B. P. Abbott (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) et al. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2016. — Vol. 116, no. 6. — doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. Архивировано 12 февраля 2016 года.
- Abbott, Benjamin P. Tests of general relativity with GW150914. LIGO (11 февраля 2016). Дата обращения: 12 февраля 2016. Архивировано 24 декабря 2018 года.
- Abbott B. P. et al. (LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, Fermi Gamma-ray Burst Monitor, and INTEGRAL). Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A // The Astrophysical Journal. — 2017. — Vol. 848. — P. L13. — doi:10.3847/2041-8213/aa920c.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Скорость гравитации, Что такое Скорость гравитации? Что означает Скорость гравитации?
Skorost gravitacii skorost rasprostraneniya gravitacionnyh vozdejstvij vozmushenij i voln Skorost gravitacii v fizicheskih teoriyahKlassicheskaya fizika V teorii gravitacii Nyutona skorost gravitacii ne vhodit ni v odnu formulu schitayas beskonechno bolshoj V svoih trudah po nebesnoj mehanikeLaplas pokazal chto esli gravitacionnoe vzaimodejstvie mezhdu dvumya telami ne dejstvuet mgnovenno chto ravnoznachno vvedeniyu potenciala zavisyashego ot skorostej to v sisteme dvizhushihsya planet ne budet sohranyatsya impuls chast impulsa budet peredavatsya gravitacionnomu polyu analogichno tomu kak eto proishodit pri elektromagnitnom vzaimodejstvii zaryadov v elektrodinamike S nyutonovoj tochki zreniya esli gravitacionnoe vozdejstvie peredayotsya s konechnoj skorostyu i ne zavisit ot skorostej tel to vse tochki planety dolzhny prityagivatsya k tochke gde Solnce bylo neskolko ranshe a ne k odnovremennomu ego mestoraspolozheniyu Na etom osnovanii Laplas pokazal chto ekscentrisitet i bolshie poluosi orbit v zadache Keplera s konechnoj skorostyu gravitacii dolzhny rasti so vremenem ispytyvat vekovye izmeneniya Iz verhnih predelov na izmeneniya etih velichin sleduyushih iz ustojchivosti Solnechnoj sistemy i dvizheniya Luny Laplas pokazal chto skorost rasprostraneniya gravitacionnogo nyutonova vzaimodejstviya ne mozhet byt nizhe 50 millionov skorostej sveta Soobshaetsya li prityazhenie ot odnogo tela k drugomu mgnovenno Vremya peredachi esli by ono bylo dlya nas zametno obnaruzhilos by preimushestvenno vekovym uskoreniem v dvizhenii Luny Ya predlagal eto sredstvo dlya obyasneniya uskoreniya zamechennogo v upomyanutom dvizhenii i nashyol chto dlya udovletvoreniya nablyudeniyam dolzhno pripisat prityagatelnoj sile skorost v sem millionov raz bolshuyu chem skorost svetovogo lucha A tak kak nyne prichina vekovogo uravneniya Luny horosho izvestna to my mozhem utverzhdat chto prityazhenie peredayotsya so skorostyu po krajnej mere v pyatdesyat millionov raz prevoshodyashej skorost sveta Poetomu ne opasayas kakoj libo zametnoj pogreshnosti my mozhem prinimat peredachu tyagoteniya za mgnovennuyu P S Laplas Izlozhenie sistemy Mira Parizh 1797 Metod Laplasa korrekten dlya pryamyh obobshenij nyutonovoj gravitacii no mozhet byt ne primenim k bolee slozhnym modelyam Tak naprimer v elektrodinamike dvizhushiesya zaryady prityagivayutsya ottalkivayutsya ne ot vidimyh polozhenij drugih zaryadov a ot polozhenij kotorye oni zanimali by v nastoyashee vremya esli by dvigalis ot vidimyh polozhenij ravnomerno i pryamolinejno eto yavlyaetsya svojstvom potencialov Lienara Viherta Analogichnoe rassmotrenie v ramkah obshej teorii otnositelnosti privodit k takomu zhe rezultatu s tochnostyu do chlenov poryadka v c 3 displaystyle v c 3 net v istochnike Obshaya teoriya otnositelnosti i drugie relyativistskie teorii V Obshej teorii otnositelnosti OTO v pustom prostranstve predelnaya skorost gravitacii ravna skorosti sveta V OTO potencialami gravitacionnogo polya vystupayut komponenty metricheskogo tenzora tak chto gravitacionnoe pole otozhdestvlyaetsya v sushnosti s metricheskim polem V kvantovyh teoriyah gravitacii pod skorostyu gravitacii podrazumevayut skorost gravitonov kak naimenshih chastic kvantov polya Obychno ona ochen blizka k skorosti sveta ili sovpadaet s nej Vo mnogih alternativnyh teoriyah gravitacii skorost eyo rasprostraneniya mozhet sushestvenno otlichatsya ot skorosti sveta tak chto neposredstvennoe izmerenie skorosti gravitacii predstavlyaet soboj proverku na rabotosposobnost etih teorij Eksperimenty po opredeleniyu skorosti gravitaciiSkorost gravitacii mozhno opredelit po skorosti peredachi vliyaniya gravitacionnogo polya na rezultaty kakih libo izmerenij Etot put mozhet byt ispolzovan v vysokotochnyh eksperimentah po izmereniyu vremeni zaderzhki prohozhdeniya sveta i radiosignalov v gravitacionnom pole kakogo libo dvizhushegosya massivnogo tela Tak v 2002 godu na osnove radiointerferometrii so sverhdlinnoj bazoj v kotorom izluchenie ot dalyokogo kvazara QSO J0842 1835 prohodyashee vblizi massivnogo tela Yupitera registrirovalos cepyu radioteleskopov na Zemle Vsledstvie periodicheskogo dvizheniya Yupitera po orbite vokrug Solnca so srednej skorostyu 13 1 km s v tochkah otschyota Solnechnoj sistemy proishodit periodicheskoe izmenenie gravitacionnogo polya Izmenenie metriki kak za schyot izmeneniya mestopolozheniya planety tak i za schyot skorosti eyo dvizheniya proishodit s opozdaniem svyazannym s ogranichennoj skorostyu gravitacii Uchyot dannogo zapazdyvaniya pri analize eksperimenta dayot skorost gravitacii blizkuyu po velichine k skorosti sveta s tochnostyu poryadka 20 Poluchennyj rezultat trebuet nezavisimogo podtverzhdeniya tak kak ne vse fiziki relyativisty soglasny s interpretaciej eksperimenta 11 fevralya 2016 goda bylo obyavleno ob eksperimentalnom otkrytii gravitacionnyh voln kollaboraciyami LIGO i VIRGO Analiz vliyaniya sobytiya GW150914 na dispersiyu gravitacionnyh voln v zavisimosti ot chastoty ne protivorechit gipoteze o nulevoj masse gravitona i sovpadenii ego skorosti so skorostyu sveta dlya gipoteticheskih rasshirenij OTO ocenka sverhu na massu gravitona mg 1 2 10 22 eV c2 sootvetstvuet ocenke snizu na skorost dlya chastoty 35 Gc vg c 1 10 18 Drugoj sposob izmereniya skorosti gravitacii svyazan s fiksaciej gravitacionnyh voln ot dalyokih zvyozdnyh istochnikov odnovremenno so svetovym signalom Pervoe takoe izmerenie poluchili dlya gravitacionnoj volny GW170817 Sudya po etomu sobytiyu otklonenie skorosti gravitacionnyh voln ot skorosti sveta esli takoe otklonenie sushestvuet lezhit v predelah ot 3 10 15 do 0 7 10 15 Tak kak ozhidaemaya raznica koefficientov prelomleniya i dispersii mezhgalakticheskoj sredy neznachitelna to v predelah pogreshnosti ne obnaruzheno otlichij ot skorosti sveta PrimechaniyaP S Laplase Mecanique celeste 4 livre X Paris 1805 Bogorodskij A F Glava 2 Vsemirnoe tyagotenie Kiev Naukova dumka 1971 Citiruetsya po knige Boris Nikolaevich Voroncov Velyaminov Laplas M Zhurgazob edinenie 1937 Fejnman razbiraet etu problemu v 6 tome Fejnmanovskih lekcij po fizike glava 21 1 Bogorodskij A F Glava 2 9 Vsemirnoe tyagotenie Kiev Naukova dumka 1971 Arhivirovano 27 oktyabrya 2023 goda A N Temchin Razd 7 1 Volny i harakteristicheskie poverhnosti skorosti rasprostraneniya voln metriki Uravneniya Ejnshtejna na mnogoobrazii M Editorial URSS 1999 S 98 102 160 s ISBN 5 88417 173 0 Landau L D Lifshic E M Teoreticheskaya fizika Ucheb posob Dlya vuzov V 10 t T II Teoriya polya 8 e izd stereot M FIZMATLIT 2003 536 s ISBN 5 9221 0056 4 T II 109 Silnaya gravitacionnaya volna Yvonne Choquet Bruhat General Relativity and the Einstein Equations angl Oxford University Press 2009 P 170 812 p Oxford Mathematical Monographs ISBN 978 0199230723 Izmerena skorost gravitacii Arhivnaya kopiya ot 17 aprelya 2008 na Wayback Machine https archive today 20141130041003 http www membrana ru particle 4690 date 2014 11 30 membrana 8 yanvarya 2003 Fundamentalnyj predel skorosti gravitacii i ego izmerenie S M Kopejkin neopr Data obrasheniya 18 oktyabrya 2014 Arhivirovano 8 oktyabrya 2014 goda Fomalont E B Kopeikin S M The Measurement of the Light Deflection from Jupiter Experimental Results 2003 Astrophys J 598 704 astro ph 0302294 Obzor na sajte universiteta Sent Luisa Arhivnaya kopiya ot 11 sentyabrya 2008 na Wayback Machine angl GRAVITATIONAL WAVES DETECTED 100 YEARS AFTER EINSTEIN S PREDICTION angl VIRGO Data obrasheniya 11 fevralya 2016 Arhivirovano 16 fevralya 2016 goda Emanuele Berti Viewpoint The First Sounds of Merging Black Holes angl Physical Review Letters 11 fevralya 2016 Data obrasheniya 11 fevralya 2016 Arhivirovano 12 fevralya 2016 goda B P Abbott LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration et al Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger angl Physical Review Letters journal 2016 Vol 116 no 6 doi 10 1103 PhysRevLett 116 061102 Arhivirovano 12 fevralya 2016 goda Abbott Benjamin P Tests of general relativity with GW150914 neopr LIGO 11 fevralya 2016 Data obrasheniya 12 fevralya 2016 Arhivirovano 24 dekabrya 2018 goda Abbott B P et al LIGO Scientific Collaboration Virgo Collaboration Fermi Gamma ray Burst Monitor and INTEGRAL Gravitational Waves and Gamma Rays from a Binary Neutron Star Merger GW170817 and GRB 170817A The Astrophysical Journal 2017 Vol 848 P L13 doi 10 3847 2041 8213 aa920c ispravit
