Krónika-topik az egyik legnagyobb tudományos felfedezésről.
Az "Én nem tudom elfogadni a relativitáselméletet"-mondanivalójú szurkolókat kérjük a szomszédos pályákon drukkolni.
A fő probléma a jel gyengesége, nem pedig a zavaró tényezők. Például a kvantum hatásokat (határozatlanság) egyszerűen a próbatestek tömegének növelésével lehet visszaszorítani.
A gravitációs hullámnak, mint minden hullámnak, van amplitudója. Ez jól definiált, a leírását megtalálod a wikin.
Ami sokkal érdekesebb az, hogy honnan ered ez az amplitudó?
Vegyük az Einstein egyenletek Schwarzschild megoldását. Itt találunk egy rádiuszra vonatkozó egyenletet.
Ez az egyenlet adja meg fekete-lyuk sugarának a nagyságát.
Van egy érdekes megközelítés arra, hogyan lehet elképzelni ezt a sugarat. Képzeljük el, hogy az ezen sugáron belül levő térrész nem létezik. Kivágták az univerzumból.
Ha most két egymás körül keringó fekete-lyukat veszünk, akkor nem nehéz elképzelni hogyan kelt hullámot a téridőben ez a hiányzó rész. Minha két buborék forogna egymás körül a víz alatt.
Azt is könnyű belátni hogy a keringési sebesség is számít.
És tényleg, itt az egyenlete a gravitációs hullám amplitudójának:
h=R1(schwarzscild)*v1/c * R2(schwarzscild)*v2/c
azt hiszem van még egy kettes szóró, de majd a levezetés után kitisztul az egyenlet
"A leírásból nekem az derül ki, hogy az egymásba olvadó fekete lukak egymást kerülgetve, innen látszó egymáshoz képesti helyzetük változásai miatt tömegükkel egy pulzáló gravitációjú jelenséget mutattak adott irányszög alatt"
Nem egészen. A téridőben jön létre hullám.
A gravitációs hullám amplitudója a távolsággal egyenes arányban csökken.
A közönséges gravitációs hatások mint tudjuk nem ilyen mértékben gyengülnek.
„Minden változás a világegyetembeli tömeg és/vagy energia megváltozásában, amelyben legalább a kvadrupolmomentum az időben megváltozik, gravitációs hullámok kibocsátásához vezet.” Wikipédia
A gravitációs hullámokat a gyorsuló tömegek keltik, amely a téridő különböző mértékű deformációját jelenti.
A gravitációs hullámok nem árnyékolhatók, vagyis nem veszítik el az energiájukat.(egy zárt nem táguló halmazban ez megmaradó mennyiség)
A téridő tágulásával azonban csökken a gravitációs hullámok frekvenciája és energiája.
A gravitáció a leggyengébb kölcsönhatás, amit csak a legnagyobb tömegek, (FLY, neutroncsillag) gyorsulása esetén tudunk mérhető hullámok formájában detektálni.
A tömegek között fellépő, úgynevezett árapály jelenség, amely periodikus mozgásba, rezgésbe hozza a testeket, megbontva azok összetartó erejét, tulajdonképpen a gravitációnak a taszító erejét is felmutatja.
Még az a szerencsénk, hogy tágul a világegyetem, mert ellenkező esetben minden testet szétmorzsolna a (kvadrupolmomentum), vagyis a téridőnek a soha nem gyengülő hullámzása és csak porfelhők kavargása töltené ki az űrt.
* ... Ez a jelenség formailag az elektromágneses sugárzáshoz hasonló, de lényeges különbség a kettő között, hogy negatív tömeg jelenlegi tudásunk szerint nincs. Emiatt nincs gravitációs dipólus, hanem a gravitációs sugárzás kvadrupól sugárzás. ...*
Természetesen annak kell indokolni, aki állításokat tesz. Én azonban arra kérdeztem rá, hogy lehetséges e az, amit laikus módon feltételezek.
„Az infláció alatt nem voltak fotonok és tömeges részecskék se, az összes energiát az inflációt hajtó skalármező hordozta, amit inflatonnak is neveznek.”
Az inflaton nevű skalármező nem a téridőnek egy állapota?
„A Planck időszakban történteket nem tudjuk magyarázni, de olyan modellt kell találni rá, ami indokolja az inflatongerjesztés megjelenését. Ezzel még egy lépéssel közelebb kerülünk a kezdethez. Nyilván ott még mindig maradnak majd nyitott kérdések, és lehet, hogy az idő további finomabb felosztása már értelmetlennek fog bizonyulni, lehet, hogy a tér és az idő valami alapvetőbb struktúrából alakult ki, csak valami emergens jelenség.”
Lehet az, hogy a tér-idő kvantum, egy olyan alapvető struktúra, amelynek végtelen halmaza minden további energia módosulat kiváltója, egy lokális szimmetriasértés következtében? Ez nem állítás, hanem feltételezés. Egy tér-idő kvantum a Planck méret alatti struktúra, amely a kiterjedés nélküli pont és a kiterjedt állapot között fluktuál, mint egy emergens jelenség.
Én úgy tapasztaltam, először az szokott indokolni, aki egy új koncepcióval áll elő. De legalábbis igyekszik beilleszteni annak elemeit a már ismert modellek fogalmi keretébe. Ennek hiányában én nem tudom, mi az a "tömeg nélküli téridő", hogyan lehet azt "túlgerjeszteni", Milyen az a "bezáródott görbületű halmaz", mit tisztelhetünk a sötét anyag meg az EM töltések "kicsapódásában"? Nem folytatom, ezeket neked kellene tartalommal felruházni.
A Kozmofórumon DGY említette a „sötét foton” lehetőségét, mint a sötét anyag közvetítő bozonját. Lehetséges e, hogy a fényes és sötét foton együtt alkotja a tömegnélküli téridőt, amiből egy-egy lokálisan túlgerjesztett, bezáródott görbületű halmazból kicsapódik a tömeget képviselő sötétanyag, illetve az EM töltések? Ezek a halmazok alkotják az Anyagot és az Antianyagot tartalmazó univerzumokat, amíg azok össze nem találkoznak. Ez a pukkanás gerjeszti újra a téridőt és kezdődik, előröl az univerzumok fejlődési folyamata. :)
Tényleg, az elektromágneses hullámok miért terjedhetnek épp a téridő háttér deformációinak sebességével? Mert a foton tömege nulla. (A magerők W és Z gyenge kölcsönhatási bozonjai például nem ilyenek.) S ha majd egyszer találnak valami újabb kölcsönhatást, mondjuk a sötét anyag részecskéinek kölcsönhatását, amihez mondjuk szintén nulla tömegű kvantum tartozik, akkor az a "sötét foton" alighanem szintén c-vel fog terjedni.
A gravitációs hullámok létezésében nem kételkedtek a fizikusok a közvetlen kimutatás előtt se. De még ennél is biztosabbak voltak abban, hogy ha léteznek, akkor csakis c-vel terjedhetnek. Az áltrelben ugyanis a "c" definíció szerint épp a téridő hullámainak terjedési sebessége. Inkább az a különös, hogy egy kölcsönhatási mező (úgy mint az elektromágnesség) hullámai szintén ezzel a sebességgel terjednek. Pedig itt nem maga a téridő hullámzik, hanem csak a téridő színpadán fellépő egyik jelenség.
Persze a felismerés történeti sorrendje fordított volt, s a "c"-t ez okból nevezik fénysebességnek. Maxwell a XIX-sz.ban jött rá arra, hogy az elektrodinamika általa felállított alaptörvényeinek két konstansából (a vákuum dielektromos állandójából és mágneses permeabilitásából) egy sebesség dimenziójú szám jön ki, ráadásul épp ez szerepel a fázissebesség helyén abban az egyenletben, amit le tudott vezetni, ami valamiféle hullámok terjedését írja le. Megkockáztatta hát a feltevést, hogy az elektromos és a mágneses jelenségek képesek hullámszerűen tovaterjedni, vagyis leválnak a forrásukról és önálló életre kelve, láncszerűen egyre újabb és újabb térrészeken gerjesztik egymást. Mivel pedig a kérdéses sebesség közel esett a fény akkoriban már elég pontosan megmért sebességéhez, azzal a bizarr gondolattal is előállt, hogy a fény egy elektromágneses hullám.
Amikor Einstein megkonstruálta az energia-impulzus tenzort, igazából már nem is a mechanikai kölcsönhatások feszültségtenzorából indult ki, hanem a Maxwell-féle feszültségtenzorból, ami az elektromágnesség körébe tartozik. Mert míg egyszerű esetekben a Lorenz-féle képlet alapján ki lehet számolni, milyen erő hat egy ponttöltésre elektromos és mágneses mezőben, bonyolultabb szituációkban a dolog így már áttekinthetetlen lenne. De nem baj, mert Maxwell idejében úgy képzelték, hogy ezeket az erőket az éternek nevezett közeg közvetíti, és ő a valódi anyagi közegekben terjedő rugalmas erőhatások mintájára ki is dolgozta a számítási módjukat. Ma már nem hiszünk az éterben, de a helyébe került téridő abból a szempontból ugyanúgy működik, ebben sincs pillanatnyi távolhatás, hanem egy meghatározott véges sebességgel terjednek az elektromágneses kölcsönhatások. Nem csak a hullámok, hanem például a statikus töltések hatásai és állandó mágnesek hatásai is. Maxwell ráadásul olyan ügyes általános szinten ragadta meg az éter közvetítő szerepének tárgyalását, (ideálisan rugalmas erők révén terjedő impulzusokkal), hogy az teljes egészében átvihető a speciális relativitáselmélet téridejére. Így az egész elektrodinamika eredendően megfelelt a relativitás követelményeinek, még annak megszületése előtt. Sőt egyenesen ez inspirálta a felfedezését.
A tenzorszorzat azt ragadja meg, amikor egy mennyiség több mennyiségtől lineárisan függ. Pl. ha az u,v,w vektorok tenzorszorzata u*v*w, akkor a 3u,4v,5w vektorok tenzorszorzata ennek 3*4*5=60-szorosa, azaz 60(u*v*w). A 2u1+3u2, 4v1+5v2, w vektorok tenzorszorzata pedig "a szokásos műveleti szabályoknak megfelelően"
(2u1+3u2)*(4v1+5v2)*w =
= (8u1*v1+10u1*v2+12u2*v1+15u2*v2)*w =
= 8u1*v1*w + 10u1*v2*w + 12u2*v1*w + 15u2*v2*w
Röviden, a tenzorszorzat pontosan úgy viselkedik a vektorösszeadásra (és a skálázásra) nézve, mint a szokásos szorzat a szokásos összeadásra (és a skálázásra) nézve. Valójában a tenzorszorzat a számok szorzásának az általánosítása vektorokra (hiszen a számokat fel lehet fogni 1-dimenziós vektoroknak).
Ha a három térdimenziós feszültségi tenzort kiegészítjük az idő dimenzióval, akkor a megjelenő új elemek az energiasűrűség és az energiaáram három komponense, valamint az impulzussűrűség három komponense. Az már meglévő 9 feszültségi komponens, pedig éppen az impulzusáramot adja. Ami leánykori nevén ugyanis impulzusátadás, tehát erő. Ha pedig az impulzussűrűség áramlásáról beszélünk, akkor erősűrűség, azaz feszültség. Két indexük azt jelzi, milyen irányú erő dolgozik milyen irányú felületen. Ahogy a feszültségi tenzor szimmetrikus (mert a belső erőpárok nem eredményezhetnek perdületváltozást) a teljes energia-impulzus tenzor is szimmetrikus lesz, ami annyit jelent, hogy a 7 új komponens közül csak 4 független, egész pontosan, az energiaáram három komponense éppen megegyezik a három impulzuskomponens c^2 -szeresével. Kérdezhetnénk, miként tudna egy impulzus energiaáram lenni? Mi áramlik az impulzusban? Hát a tömeg, épp azzal a sebességgel, ami az impulzus képletében szerepel. Így a szimmetria hátterében az E=mc^2 áll.
Az anyagok deformációs tenzora pedig a görbült geometriák metrikus tenzorának előképe.
Ám mindezek csak másodrendű (kétindexes) tenzorok. A Riemann geometriában és így az áltrelben sok mindent csak harmad és negyedrendű tenzorokkal lehet kifejezni, így például a görbületet a negyedrendű Riemann tenzorral. Szerencsére ez is többféle szimmetriával rendelkezik, így 256 komponense közül csak 20 független, vagyis ennyi számra van szükség, ha egy pontban le akarjuk írni a görbület összes bugyrát.
