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