Kas yra erdvėlaikio raibuliavimas?
Trumpas atsakymas: Erdvėlaikio raibuliavimas yra kitas gravitacinės bangos pavadinimas. Tai keliaujantis erdvės ir laiko audinio trikdis, kurį sukelia judančios masės, ypač labai sunkūs, greiti objektai.
Išsamesnis paaiškinimas
Erdvė ir laikas kartu sudaro savotišką keturmatį audinį, vadinamą erdvėlaikiu. Masyvūs objektai, tokie kaip žvaigždės ir planetos, lenkia tą audinį, ir mes jaučiame tą lenkimą kaip gravitaciją. Kai didelės masės staiga pajuda arba greitai skrieja viena aplink kitą, jos audinyje sukuria raibulius, tarsi akmuo, įmestas į tvenkinį.
Tie raibuliai sklinda šviesos greičiu ir šiek tiek ištempia bei suspaudžia erdvę, praskriedami pro šalį. Poveikis kasdieniams objektams yra neįtikėtinai mažas, todėl mes jų nepastebime. Jautrūs instrumentai, tokie kaip lazeriniai interferometrai, gali aptikti nedidelį tempimą ir suspaudimą.
Šie raibuliai suteikia mums naują būdą sužinoti apie smurtinius įvykius visatoje, tokius kaip susidūrimai su juodosiomis skylėmis.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Gravitacinės bangos, numatytos Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos.
Bendrasis reliatyvumas apibūdina gravitaciją kaip erdvėlaikio išlinkimą, kurį sukelia masė ir energija. Kai masyvūs objektai greitėja – ypač nesimetriškai, pavyzdžiui, dvi kartu spirališkai besisukančios juodosios skylės – kintantis išlinkis sukuria bangas, kurios sklinda į išorę per erdvėlaikį. Šios gravitacinės bangos neša energiją ir priverčia atstumus pasikeisti labai maža dalimi; fizikai šį pokytį apibūdina bematiniu skaičiumi, vadinamu deformacija.
Stipriausios bangos sklinda iš labai masyvių, kompaktiškų objektų, judančių beveik šviesos greičiu. Norėdami jas aptikti, mokslininkai naudoja lazerinius interferometrus, kurie lygina statmenų vijų ilgį su dalimis, kurių dydis yra 10^21 arba mažesnis, ieškodami būdingo tempimo ir suspaudimo modelio.
Kaip mes tai žinome: Astronomai pamatė netiesioginių įrodymų, kai dvinario pulsaro orbita susitraukė tiksliai tiek, kiek prognozavo gravitacinių bangų prarasta energija . Tiesioginiai antžeminių detektorių aptikimai (pirmą kartą pranešti 2015 m.) užfiksavo signalus iš susijungiančių juodųjų skylių, patvirtindami prognozę .
Kasdieniai pavyzdžiai
- Dvi juodosios skylės, susijungiančios ir skleidžiančios stiprias gravitacines bangas
- Dvi neutroninės žvaigždės, besisukančios kartu, skleisdamos ir gravitacines bangas, ir šviesą
- Greitai besisukanti, šiek tiek gumbuota neutroninė žvaigždė, skleidžianti silpnas ištisines bangas
- Branduolio kolapsą sukelianti supernova, galinti sukelti trumpus, sudėtingus bangų pliūpsnius
Praktinis bandymas
Raibuliavimas ant paklodės
Sauga: Naudokite laisvą grindų plotą, kad niekas neužkliūtų.
Priemonės
- didelė elastinga paklodė
- keli maži kamuoliukai arba marmurai
- stalas arba du žmonės paklodei laikyti
Žingsniai
- Du žmonės laiko paklodę už priešingų kraštų ir įtempia ją kaip būgno membraną.
- Padėkite rutulį centre, kad jis pavaizduotų sunkų daiktą; atkreipkite dėmesį, kaip paklodė įdubsta.
- Paprašykite vieno žmogaus pajudinti kraštą arba greitai pajudinti centrinį rutulį, kad sukurtų bangas per paklodę.
- Stebėkite, kaip raibuliavimas juda į išorę ir kaip kiti maži rutuliukai šiek tiek pasislenka, bangoms sklindant. Ką tai rodo: Tai imituoja, kaip judanti masė sukuria raibuliavimą, kuris sklinda per lankstų erdvėlaikio pavidalo paviršių.
Svarbūs žodžiai
- Erdvėlaikis: Trys erdvės ir laiko matmenys, sudarantys Visatos sceną.
- Gravitacija: Masės ir energijos išlinkimo erdvėlaikyje poveikis.
- Gravitacinė banga: Raibuliavimas erdvėlaikyje, sklindantis į išorę nuo greitėjančių masių.
- Interferometras: Prietaisas, kuris lazerio šviesos takus naudoja mažiems atstumo pokyčiams matuoti (naudojamas gravitacinėms bangoms aptikti).
Trumpi klausimai
Ar gravitacinės bangos gali pakenkti žmonėms?
Ne – kol jos pasiekia Žemę, jos būna per silpnos, kad paveiktų žmones.
Ar galime jas pamatyti teleskopais?
Ne įprastais šviesos teleskopais; gravitacinės bangos aptinkamos specialiais prietaisais, nors kai kurie įvykiai taip pat leidžia matyti šviesą.
Ar gravitacinės bangos sklinda amžinai?
Jos sklinda šviesos greičiu, bet silpnėja sklistant ir prarandant energiją.