Вся общая теория относительности в двух картинках

Feb 29, 2016 10:08


Пишу популярную статью про гравитационные волны и рисую к ней наглядные картинки. Задался вопросом: как наиболее просто и понятно представить искривление пространства-времени (возможно, в ущерб строгости).


Read more... )

Астрономия, Физика, Математика, Статьи

Leave a comment

alex_dvorak March 1 2016, 08:47:30 UTC
Не зарывайте свой талант в землю - пишите науч-поп книги.
У меня полная иллюзия, что всё Вами здесь написанное я а)осознал б)нахожу более чем разумным

Но, как обычно бывает, ответ порождает новые вопросы.
1) "Модель слияния черных дыр" наверняка имеет массу настроечных параметров, "играя" на которых можно "изобразить" и и арфу и скрипку и рояль, пользуясь Вашей аналогией. (с такими моделями в расчетах 3D турбулентности я сталкивался регулярно). Причем, это не фальсификация-подгонка, а именно настройка модели. Которую, в свою очередь, надо верифицировать, хоть на каких-то экспериментах, наблюдениях. Не думаю, чтобы кто-то как-то раньше пронаблюдал такое столкновение. И получается ситуация, что они друг друга "взаимно подтверждают" не имея никаких сторонних свидетельств в свою пользу? Но тогда и другие (альтернативные) модели (всякой сейсмоактивности-сейсмоупругости, например) тоже имеют право попытаться объяснить этот экспериментальный результат? Им хотя бы был предоставлен такой шанс?
2)"задержке сигнала определили конус" - как я понимаю, раствор этого конуса определяется задержкой и скоростью распространения возмущения. Эта скорость декларировалась, как равная скорости света, или в пользу такой гипотезы есть экспериментальные факты? Или существуют матмодели гравитации, в которых эта скорость сильно не совпадает с "цэ"?

И, да, еще раз спасибо. По-моему, популяризация - это Ваше.

Reply

al_pas March 1 2016, 09:48:07 UTC
1. Чёрные дыры - очень простые объекты. Эволюция двойной системы черных дыр до момента слияния занимает миллиарды лет, за это время их орбиты приближаются к круговым, и перед последним актом у нас остаются только два параметра: массы черных дыр. Продолжая аналогию с музыкальными инструментами, сумма (M₁ + M₂) определяет, что это за инструмент: скрипка, альт, виолончель или контрабас, а отношение (M₁/M₂) определяет, какая струна звучит. Генерируемый при слиянии всплеск гравитационного излучения очень характерен; вероятность спутать его с каким-то другим процессом существует, и для зарегистрированного события она оценивается порядка 10⁻⁸. Собственно, те месяцы, которые прошли с момента регистрации в сентябре до момента публикации в феврале, и были потрачены на анализ всевозможных альтернативных вариантов. Что-то похожее имело место, когда были открыты пульсары. Первой мыслью было, что зарегистрированы помехи от неисправного зажигания машины директора - частота и форма импульсов была очень характерна для такого процесса. И тогда тоже проверяли и перепроверяли несколько месяцев, прежде чем убедились, что сигнал имеет внеземное происхождение.

2. Решение ОТО для так называемых «слабых» гравитационных волн - а именно они излучаются в описанном процессе - даёт скорость c. Наличие временной задержки между записями двух детекторов накладывает ограничение на скорость распространения гравитационных волн. Конус рассчитан из предположения, что скорость гравитационных волн равна c. Если схлопнуть раствор конуса до нуля, то есть предположить, что волна пришла в направлении прямой, соединяющей детекторы, мы получим экспериментальное ограничение на скорость распространения волны сверху. Оно составит порядка 1,7 c.

Альтернативных теорий гравитации в настоящее время насчитывается несколько десятков, но у всех них есть трудности, зачастую существенно большие, чем у ОТО. Либо такие теории дают предсказания, ничем не отличающиеся от ОТО, и чаще всего являются математически эквивалентными ей, но содержащими более сложную математику, а значит, в их использовании нет практического смысла, либо они предсказывают ненаблюдаемые явления, которые могли бы быть обнаружены существующими средствами измерения.

То есть на сегодняшний день ОТО является наиболее простой в математическом отношении теорией гравитации, не противоречащей экспериментальным фактам. У неё имеются проблемы с квантованием, но это уже отдельный разговор.

И последнее, на что следует обратить внимание: в существовании гравитационных волн уже давно никто не сомневался, потому что за истекшие годы было открыто несколько космических объектов, например, двойных пульсаров, поведение которых полностью объясняется процессом излучения гравитационных волн. Вопрос стоял только в том, чтобы, наконец, поставить точку в этом вопросе, зафиксировав гравитационные волны в наземной лаборатории. Возвращаясь к аналогиям: ещё Галилей предсказывал отклонение снарядов силой Кориолиса (понятно, что он не называл её этим словосочетанием). Но кучность стрельбы тогдашних орудий и скорости ядер не позволяли экспериментально проверить это предсказание. Спустя сто лет уже никто не сомневался в существовании отклоняющей силы, но обнаружить ее экспериментально по-прежнему не удавалось. Когда же, наконец, это удалось, это было уже не открытие, а лишь формальное подтверждение давно признаваемого факта. Примерно то же самое и с обнаружением гравитационных волн.

Reply

alex_dvorak March 1 2016, 11:29:45 UTC
Спасибо.
Извините, повторюсь: популяризация - это Ваше.

Reply


Leave a comment

Up