Позволявам си да пусна нова тема, с идеята да се дискутират новооткритите гравитационни вълни.
Задавам си въпроси, свързани с това явление, и някои от тях сигурно са много смислени, но все пак -
Може ли да се дефинира нещо като скорост на разпространение на тези вълни, и ако да, каква е тя? Как би могла да бъде измерена, след като доколкото разбирам по същността си тези вълни представляват разпространяваща се в пространството промяна в структурата на пространствовремето.
Може би е добре първо да се изясни какво е пространствовреме или времепространство.

За мен тези въпроси са интересни, доколкото е възможно да разбера без да се задълбочавам прекалено, тъй като свободното ми време не го позволява.

По-нататък е интересно да се изясни какъв е характерът на тези вълни - дали те са вълни, разпространяващи се в среда, или не, и дали пространствовремето може да се разглежда като такава среда. Ако да, защо тази среда не може да се разглежда като среда и за ЕМВ каквато е светлината.

Дали тези гравитационни вълни са плоски, сферични или други, дали са напречни или надлъжни спрямо посоката си на разпространение.
Каква е амплитудата и спектралния им състав? Взаимодействат ли си различни гравитационни вълни, които се пресичат? Получава ли се някаква интерференчна картина при това?

Очевидно след като има разпространение на някакъв вид вълна, тя пренася и някаква енергия със себе си, която идва от източника. Какъв е произходът на тази енергия, и доколко изчерпва източника, примерно неговата кинетична енергия?

Какво е значението на тези вълни за бъдещето на физиката? Твърди се, че това е епохално събитие.

Може би са много, може би малко въпросите ми, но това се сещам в момента.

Редактирано от Tom_cat на 15.02.16 13:35.

Ти задаваш на куп много въпроси, на които хич не е лесно да се отговори изчерпателно и то на общообразователно ниво...

Да почнем с пространство-времето. За целта първо трябва да имаш идея що е пространство и що е време. Tака, пространството е система от отношения (между материалните обекти) на протяжност и отстояние. Времето пък е система от отношения, изразяващи координацията на сменящите се едно друго състояния (явления) - тяхната последователност и продължителност. Тези определения са философски, и въвеждат двете понятия. Физиката допълнително е наложила количествената рамка, дефинирайки измерването на протяжностите и продължителностите.

Това което се вижда е, че и пространството, и времето отразяват някакви качества на материята. Специалната теория на относителността въвежда ново, неинтуитивно свойство - пространството и времето не са независимо едно от друго. Всяко пространствено описание изисква и допълнителен параметър - времето, за да се постигне пълнота. От тук неща които си чувал - в бързо движеща се отправна система обектите се скъсяват, но интервалите време се удължават. Едното не може без друго.

Та, полученият комплекс се нарича пространство-време или времепространство (един мой учител настояваше за второто, не било същото като първото а изразявало повече неща :). В терминологията пространство-време светът е четиримерен, и се описва доста просто, за разлика от някой конкретен срез на разделени пространство и време. Както схващаш, до тук говорим основно за геометрични отношения, като намесваме времето като равноправна геометрична координата.

От тук може да се достигне до опростен наглед - пространство-времето като една четиримерна плоскост, на която е нахлузена и една координатна мрежа, за удобство. Такова пространство-време се нарича плоско, или евклидово, по аналогия на класическата евклидова геометрия, описваща нещата в плоскост, с координатни оси прави линии (декартова система). Предполагам, до отук всичко трябва да е ясно.

Освен евклидова геометрия обаче, има и други геометрии, които са по-сложни, и са удобни за различни типове задачи. Например Римановата геометрия описва геометрията върху сфера (за разлика от евклидовата, описваща я върху равнина). Тази геометрия има други свойства, сборът на ъглите на един триъгълник в нея е над 180 градуса например. Правата линия в такова пространство (произволен меридиан) има крайна дължина, две успоредни прави линии се пресичат в две точки, и т.н.

Общата теория на относителността прави важна стъпка. Тя твърди, че нашето реално пространство (и времето към него) не се описват с евклидова, а в общия случай с Риманова геометрия. Представи си сега и времето като част от тази геометрия... Характерът на тази геометрия се определя от разположението и движението на материята в пространство-времето, както и обратното - тя определя това движение. Всъщност това е смисълът на знаменитите уравнения на Айнщайн, описващи гравитацията. Гравитацията в случая се определя от "изкривеността" на пространство-времето по отношение на едно близко "допирателно" евклидово пространство, ако мога така образно да се изразя. Тоест гравитацията е отлонението на геометрията от евклидовостта.

Забележи, ОТО е чисто геометрична теория, тя вкарва геометричният подход във физиката - обяснява физически отношение чрез качествата на геометрията. Тоест гравитацията не е сила.

В една такава геометрия правите линии (наричат се геодезични) се определят по стандартен начин - това са траекторията на пробно тяло, оставено само на себе си, на което не му действат външни сили (а гравитацията не е сила!). Тоест орбитите на планетите около слънцето в този смисъл са геодезични линии, прави линии в тази геометрия. Може да ти изглежда странно, но така стоят нещата. Причината орбитите да не са правите, които си представяме под "права линия" е изкривеността на геометрията, и по-точно "изкривяването" на геометричната ос за времето в случая. Времето не върви както трябва, и това е причината за формата на планетните орбити (и наистина, при гравитация ходът на времето се определя от гравитационният потенциал, който е различен по орбитата на планетите).

До тук трябва да ти е станало ясно, че разпределението на масите определя геометрията на пространство-времето.

Сега, какво ще стане, ако тези маси се раздвижат рязко? Геометрията очевидно трябва да се промени, тя зависи от тяхното разположение и движение. Уравненията на Айнщайн сочат, че промените в геометрията имат поведението на вълна, която се отдалечава от мястото на промяната със скоростта на светлината. Но няма материална среда, в която да се разпространява тази вълна, тя е вълна на геометрията.

За разлика от електромагнетизма обаче, гравитационните вълни не са линейни - сумата от две еднакви вълни не дава удвоената амплитуда. Това дава възможност гравитационна вълна да взаимодейства с друга гравитационна вълна, да се разсейват една на друга. Но това е ефект, характерен само за много силните вълни. По-слабите с много добро приближение имат поведението на електромагнитните вълни. Ние, на такова разстояние от източниците, имаме работа с изключително слаби вълни.

По отношение на формата на фронта - зависи. Гравитационните вълни в далечната зона на някакви локални колизии са сферични. Гравитационните вълни, породени от Големият взрив, трябва да са практически плоски. Слабите вълни са напречни с две възможни поляризации, силните вследствие на своята нелинейност имат доста сложни характеристики в това отношение...

Въпросът с енергията на вълните е интересен. Естествено, енергията им се взема от източниците. Но тук опираме до един по-дълбок въпрос. Добре, вълните са вълни на геометрията, която в случая е едно материално отношение, изразено чрез пространство-времето. Обаче щом пренасят енергия, те могат да се разглеждат и като някакъв материален носител. Каква по-пряка връзка има между геометрия и материя, която прозира в случая? Това е интересен въпрос, който за сега няма отговор. Айнщайн е работил 30 години, за да получи този отговор, безуспешно. Той се е опитвал чрез пространствени конструкции да конструира такава геометрия, която да има поведение на материален обект, частица, за да покаже липсващата връзка. Първият опит за единна теория на полето, безуспешен.

А доколко гравитационнте вълни изчерпват източника? Зависи. Енергията, отнасяна от вълната е пропорционална на масата на квадрат на гравитиращите тела, докато енергията на всяко тяло е пропорционална само на масата му (по известната формула на Айнщайн за връзката с енергията и масата). Тоест при достатъчно тежки и бързо въртящи се тела излъчваният поток гравитационна енергия нараства бързо и нелинейно. Оценките за регистрираният от LIGO случай е, че пр сблъскващи се маси всяка от порядъка на 30 слънчеви, излъчената енергия се е равнявала на 3-5 слънчеви маси, което е страшно много. Именно за това в последният етап на сблъсъка се увеличава честотата на въртене, защото се губи енергия и обектите се сближават прогресивно. Това явление вече е наблюдавано при няколко двойни пулсара, за първият от тях има и

Съдържаниет е скрито
Влезте за да го видите

Както винаги перфектно и много подредено и разбираемо изложение - поздравления и благодарности.

Това, което може да се добави, е по-скоро коментар към последното изречение. Проекти за гравитационни телескопи в космоса е имало, при това в съвсем напреднала фаза. За съжаление покрай кризите и спестяванията най-напредналия и значим е спрян в недалечното минало, а в последствие е планиран наново в редуциран вариант, при това за сравнително по-далчното бъдеще. Може и за добро да е било - кой знае?

За любопитните:

Съдържаниет е скрито
Влезте за да го видите

Съдържаниет е скрито
Влезте за да го видите

Съдържаниет е скрито
Влезте за да го видите

Любопитното е, че има цял клас теории, които конкурират ОТО и за ред експерименти дават сходни с нея резултати, така че не могат да бъдат изключени лесно. Различните експерименти отсяват някои от тези теории, последният отся теориите дето не предсказваха гравитационни вълни. Но има още такива, и всеки експеримент е ценен и с този си принос.

Съдържаниет е скрито
Влезте за да го видите

В една такава геометрия правите линии (наричат се геодезични) се определят по стандартен начин - това са траекторията на пробно тяло, оставено само на себе си, на което не му действат външни сили (а гравитацията не е сила!). Тоест орбитите на планетите около слънцето в този смисъл са геодезични линии, прави линии в тази геометрия. Може да ти изглежда странно, но така стоят нещата.

Това го има из разни сайтове и т.н. популяризации. Дотук добре.;)

Причината орбитите да не са правите, които си представяме под "права линия" е изкривеността на геометрията, и по-точно "изкривяването" на геометричната ос за времето в случая. Времето не върви както трябва, и това е причината за формата на планетните орбити (и наистина, при гравитация ходът на времето се определя от гравитационният потенциал, който е различен по орбитата на планетите).

Това не го казват, ако е вярно.;) Как "времето не върви както трябва"!? Както знаеш, за пълен буквалист, какъвто представлявам, това звучи ужасно!:) И защо пък само времето, а не и другите измерения?

"при гравитация ходът на времето се определя от гравитационния потенциал, който е различен по орбитата на планетите" - как така е различен по орбитата, ми това е кръгова или права, още по-добре, еднаква във всяка своя точка всеки случай траектория, ако има такава, де, в пространствовремето, че там май движение няма!

Дотук трябва да ти е станало ясно, че разпределението на масите определя геометрията на пространство-времето.

Бе то ясно, ама има ли движение там, пак да питам, че да се размества тая геометрия и да тръгват вълни?

Сега успях да намеря време да го прочета на спокойствие, затова сега отговарям.

Благодаря, че си направи труда да ми отговаряш на въпросите, които знам, че са много и са трудни.
Честно казано не всичко ми стана ясно, а и допълнителни въпроси възникнаха в движение, но засега ще се опитам да смеля това, и може би ще потърся някъде повече и по-подробно написано, защото успя да събудиш интереса ми в голяма степен.

Все пак, не се сдържам и тук да попитам още и да коментирам -

Сега, какво ще стане, ако тези маси се раздвижат рязко?
При положение, че времето е част от тази геометрия, при това равнопоставена с пространството, кое определя "рязкостта" на раздвижването? Нали "рязко" означава някаква промяна да се случи за много кратко време.

За разлика от електромагнетизма обаче, гравитационните вълни не са линейни - сумата от две еднакви вълни не дава удвоената амплитуда.
Електромагнитните вълни могат спокойно да се разглеждат в декартова координатна система и евклидова геометрия. Те са линейни (важи принципът за суперпозицията само ако са във вакуум, ако се разпространяват в някаква среда, много зависи от свойствата на средата). А удвояване на амплитуда може да има само при съвпадение по честота и фаза. Може би някакъв вид спектрален и корелационен анализ би бил полезен, но нещо ми подсказва, че ще бъде твърде усложнен заради тази нелинейност за която говориш.

В случая цялата постановка с тази геометрия ми е много мътна, и не мога да разбера кое определя нелинейността на вълните. Може би най-лесният отговор е - самата Риманова геометрия, но това звучи леко рекурсивно.

И сега всъщност най-интересния въпрос - как въобще могат да се регистрират такива вълни с апаратура, която също така се намира в пространство-времето и следователно също така се "изкривява" заедно с вълните. А следователно по простата логика не би трябвало да може да усети нещо.

На последния въпрос отговорът сякаш е най-лесен - променя се пътя между две точки, което може да се засече с достатъчно прецизна апаратура.

Често по книжките дават нагледен пример с двумерното пространство. Ако имаш един лист хартия, както и да го кривиш пътят между две точки си остава един и същ. Но ако замениш листа с някаква материя, която се деформира лесно - например обозначиш две точки на балон, то някои деформации, като надуването, ще променят пътя между двете точки. В първия случай няма начин от самия лист да се определи дали нещо се променя, но във втория деформацията може да се установи чрез измервания на най-различни геометрични аномалии, наблюдаеми в самото двумерно пространство на повърхността на балона.

Мисля, че в основата на експериментите в момента е пускането на светлина по два предварително известни пътя и когато единия от тях се удължи или скъси спрямо другия, това може да бъде отчетено. На Земята е бая трудно, защото трябва да се елиминират доста фактори, но с напредването на технологиите явно са намерили адекватни решения на повечето от проблемите. Като изкарат сателитите ще е много по-лесно, защото ще се елиминира поне най-грубата сеизмична активност, а и там разстоянията ще са от порядъка на един милион километра, което дава възможност за измерване на сравнително по-малки деформации. Предполагам, че именно космическия гравитационен телескоп ще е уреда, който ще даде първоначалните отговори и на по-сложните въпроси, които си засегнал. Към момента по-скоро човечеството разполага с индикатор, не толкова с измервателен уред.

Звучи лесно и логично, но не съм сигурен, че е точно така просто както го описваш.
Ако да речем в дадено направление пространството се скъсява, то съответно няма ли времето да се забави, като "компенсация", и в крайна сметка да не може да се отчете така лесно промяната в скоростта?
Или, ако дадено тяло с достатъчно големи физически размери попадне на място, където преминават тези вълни, няма ли и самото тяло да бъде "развълнувано" в смисъл и неговите размери да бъдат съответно моментно променени, тъй като телата се намират в пространството, съответно би следвало и самите тела да променят размерите си заедно с пространството.

Грубо казано, представи си, че имаме някакъв достатъчно голям обект, да речем с дължина няколко километра или ако щеш хиляди километра. И си представи, че искаме да му измерим единия линеен размер с гигантска ролетка или гигантски шивашки метър. Съответно ролетката или шивашкия метър също ще променят размерите си заедно с пространството в което се намират, и няма да може да се отчете никаква промяна.

Или, ако щеш си представи лист хартия, обаче разтегателна в някакви граници като ластик.
На листа е начертана фигура с някакви размери. Сега ако почнем да разтягаме хартията, ще започне да се "разтяга" и фигурата, и да си променя размерите тъй като за тази фигура пространството е листа. И трябва да има нещо извън пространството на фигурата, с което да може "обективно" да се измерят нейните линейни размери. Но в пространството на листа няма такъв "обективен" метър. Всякакъв "метър" начертан на листа би се разтегнал заедно с него.

А може би нещата не стоят изобщо по този начин, имайки предвид Римановата геометрия, за която писа Гери. Доколкото схващам, това е една доста крива геометрия, и доста различна от нашето всекидневно разбиране за нещата.
Представи си, че трябва да решаваш ученическите или кандидатстудентски задачи в които участват известните теореми и зависимости с триъгълници, подобие, еднаквост, ъгли, медиани и т.н., но вече сборът от ъглите в триъгълника не е 180 градуса и тригонометричните функции не са това, което са.
Доста объркващо звучи. Все едно си попаднал в стая с криви огледала, и нищо не можеш да разбереш.

Редактирано от Tom_cat на 16.02.16 08:40.

Разбирам те много добре, защото аз също много съм се чудил и съм се ровил. Това, което аз лично разбрах е, че при деформация на пространството има доста начини да се измери това чисто геометрично - не само чрез разстояния, но и чрез ъгли, чрез успоредно пренасяне на вектори и т.н.

Аз лично не мисля, че LIGO използва точно времето за да установи деформацията, а използва промяната на разликата в пътищата, установена чрез аномалиите, които възникват в самата геометрия в две различни направления. Когато вълната премине, евентуално едното едното направление ще покаже различни аномалии от другото. По този, вероятно, няма толкова голямо значение колко е изкривено и времето.

Ето един линк

Съдържаниет е скрито
Влезте за да го видите