La gravedad no está de moda

Hay muchos artículos y libros científicos populares sobre la gravedad, que hablan sobre la curvatura del espacio-tiempo y proporcionan imágenes con una hoja prensada (trampolín, colchoneta). ¡Vamos a romper este orden de cosas juntos! Debajo del corte, encontrará una descripción de la gravedad bastante estándar pero no de moda.

El emperador Sarlac Grant Scenticus III era muy aficionado a la geometría. Y su amor era tan fuerte que un día decidió el sacrilegio, para probarlo experimentalmente. Esto era algo inaudito: ¿es una broma, cómo puede la geometría, la creación perfecta de la lógica pura, ensuciarse con algunos experimentos mundanos? El gran geómetra Haffleath mismo vino a ver esto.

Temprano en la mañana, Grant envió a los dos mejores planeadores en diferentes direcciones, diciéndoles estrictamente que vuelen exactamente cien kilómetros (de hecho, la distancia era igual a ciento treinta esqueletos, pero esto no es muy diferente de cien kilómetros) sin girar a ninguna parte, estrictamente en línea recta, fusionándose pintura de tanques unidos a planeadores en el camino.

Como probablemente ya entendiste, de esta manera quería verificar el teorema sobre la suma de los ángulos de un triángulo. El punto de partida de los dos planeadores y sus destinos se convertirían en los vértices de este triángulo.

Sin alargar la historia, inmediatamente pasamos al clímax: la suma de los ángulos resultó ser más de 180 grados.

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Debe haber una descripción muy artística y larga del choque general.

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Halfclit estaba tan sorprendido por el resultado del experimento que decidió mirar el triángulo de dolor con sus propios ojos y pasó cursos de vuelo acelerados en el planeador. Veamos una imagen de lo que vio, amablemente proporcionado por un satélite de observación, lanzado a la órbita de Sarlak por la civilización Ptaagh, cuyas ideas sobre cuál debería ser la imagen del satélite son algo diferentes a las nuestras.

"¡Malditos volantes!" - exclamó Halfclit, "¡ni siquiera podían soportar el rumbo exactamente!" Sin embargo, en una reunión convocada en el Palacio de Grant con motivo de la apertura de Hefclit, los "malditos volantes" declararon que no se habían desviado del curso, e incluso mostraron cintas garabateadas con instrumentos, lo que dejó en claro que no giraban. Y luego el filósofo Niu-Tan dio una voz.

"Obviamente", dijo, "que tanto los volantes como la geometría están bien". Supongo que las líneas de vuelo fueron curvas debido al hecho de que una fuerza desconocida estaba actuando sobre los planeadores, llevándolos al centro del triángulo.

Por lo tanto, el honor de la geometría se salvó y se encontró una nueva fuerza. Y en la mente de Grant, nacieron muchas ideas de nuevos experimentos.

Quizás aquí es donde podríamos terminar la historia. Pero, veamos una más de las imágenes del satélite Ptaagh:

¿Ver? ¿Lo ves? Sí, lo has adivinado, ninguno de los habitantes de Sarlak sabía que vivía en la superficie de la pelota (y, bastante pequeño). Y la curvatura de las líneas se explicaba solo por el hecho de que la superficie misma en la que estaban dibujadas era una curva. Sin embargo, si no sabe acerca de la curvatura, la mejor explicación posible (con la excepción de las ilusiones ópticas y la inexperiencia de los voladores) es la presencia de una cierta fuerza que dobla las trayectorias de los planeadores (y todo lo demás). Tenga en cuenta que esta fuerza afectará a todos los cuerpos. Además, actuará igualmente en todos estos cuerpos .

Bueno, tenemos uno de esos poderes a la vista. Actúa sobre todo, es imposible esconderse de él, y su efecto en todos los cuerpos (es decir, la aceleración que le da a los cuerpos) es el mismo. Como el título de la publicación nos dice intrusivamente, es, por supuesto, la gravedad. Afortunadamente, nos dimos cuenta a tiempo de que la gravedad es solo una manifestación del hecho de que el espacio es curvo. Albert Einstein, un modesto empleado de la oficina de patentes en Suiza y uno de los más grandes científicos de la humanidad, nos ayudó a darnos cuenta de esto (sin duda, el joven y talentoso filósofo Han-Shtan también explicará el poder inventado por Niu-Tan a través de la curvatura en algún momento de Sarlak).
Veamos visualmente esta curvatura en el ejemplo de guijarros volando cerca de un planeta enano (gracias Ptaagh):

Ptaagh notó amablemente las posiciones iniciales de las piedras y dibujó sus rutas. Retorcido. Además del promedio, que es directo. Algo está mal.

El sabio Albert también entendió que el espacio y el tiempo son inseparables. Solo hay un único espacio-tiempo. Y no solo el espacio es curvo, sino también el tiempo. "¡Pero!" Dices, lector, "¿cómo puede ser torcido el tiempo?" No profundizaremos en la naturaleza y solo diremos una cosa. Nosotros observamos la curvatura del tiempo como aceleración . En intervalos de tiempo iguales, nuestras piedras viajarán más y más distancia. Volvemos una vez más al satélite Ptaagh:

Aquí las rutas no se representan continuamente, sino en forma de segmentos separados, el vuelo de cada uno de ellos toma el mismo tiempo. Albert tiene razón!

Sin embargo, somos conscientes de otro caso en el que los cuerpos se mueven con respecto a nosotros con la misma aceleración. Esto sucede si nosotros mismos nos movemos rápido. Desde nuestro punto de vista, todo alrededor se moverá con la misma aceleración (por lo tanto, con la que nos movemos, pero dirigida en la dirección opuesta). Esta similitud fue notada por Einstein y mencionó el principio de equivalencia . ¿Cómo distinguir la curvatura real del espacio-tiempo de la aparente causada por nuestro movimiento acelerado?

Ptaagh colocó cuatro piedras en los vértices de un rombo cerca de la superficie del planeta, las liberó y tomó dos imágenes en un cuadro en diferentes momentos (estroboscopía):

El rombo se extendió en la dirección de la "fuerza gravitacional" y se contrajo en la transversal. Esto se debe al hecho de que las aceleraciones se dirigen no paralelas entre sí, sino hacia el centro del planeta. Y la aceleración aumenta a medida que nos acercamos al planeta. Como resultado de esto, los cuerpos que están más cerca del planeta se mueven más rápido, y los cuerpos en los lados convergen hacia el medio.

Tal efecto, estirar el cuerpo en la dirección de la gravedad y comprimir en la transversal, se llama fuerzas de marea . Las fuerzas de marea son la verdadera manifestación de la gravedad.

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Cuando la gravedad de un cuerpo o sistema de cuerpos cambia rápidamente (como, por ejemplo, cuando dos agujeros negros giran alrededor de un centro común), la "imagen" de la curvatura del espacio-tiempo no tiene tiempo para suavizarse cuando ya se forma uno nuevo. En el espacio-tiempo hay una "onda". A esta onda la llamamos ondas gravitacionales. La influencia de las ondas gravitacionales se manifiesta en forma de tensión periódica y compresión del espacio-tiempo en dos direcciones mutuamente transversales, es decir, en forma de fuerzas de marea. Al mismo tiempo, se separan dos polarizaciones diferentes de ondas gravitacionales: (+) y (×).

Así es como (+) -

 

HS polarizados aparecen: Y así - (×) -polarizado:

 

la cuadrícula azul aquí representa el espacio.

Ahora pensemos: ¿podemos de alguna manera "sentir" estas olas? La respuesta es sí, podemos.

Imagina una bola de hierro. Cuando el espacio en el que se encuentra comienza a encogerse y estirarse, los átomos en los que está compuesto comienzan a converger en una dirección y a alejarse en la otra. Sin embargo, las fuerzas entre ellos les impiden moverse tan libremente como deberían. Como resultado de esto, la deformación de la bola va un poco por detrás de la deformación del espacio-tiempo. En cuanto al espacio-tiempo, la pelota comienza a vibrar, contraerse y estirarse. Y tales vibraciones pueden hacernos saber que ahora GW pasa a través de la pelota. Desafortunadamente, las deformaciones son muy pequeñas: el cambio relativo en el tamaño bajo la influencia del GW registrado en septiembre de 2015 es de diez a menos veintiuno grados. Escribiré este número:

0.000000000000000000001

Si la bola fuera 3 veces más pequeña que la Tierra, un cambio en su tamaño sería igual al diámetro de un protón. Por lo tanto, la idea de detectores integrales de HV no es exitosa.

Ahora, en lugar de bolas sólidas, se utilizan "letras G" huecas, con rayos láser en su interior. Así es como funciona el famoso LIGO. Los cambios en las dimensiones de los "manguitos" del detector se manifiestan en forma de cambios en las fases de los rayos láser, que pueden determinarse como resultado de la adición de dos rayos. Con más detalle sobre esto, puedo escribir algún día más tarde. Y para aquellos que no pueden esperar, recomiendo este artículo de Shkaff , que, entre otras cosas, describe en detalle cómo funciona LIGO.

Source: https://habr.com/ru/post/es386953/