एथन से पूछें: गुरुत्वाकर्षण तरंगें किस गति से यात्रा करती हैं?

आइंस्टीन की जनरल थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी की सबसे अप्रत्याशित भविष्यवाणियों में से एक केवल कणों के आधार पर न केवल पदार्थ, विकिरण और ऊर्जा के अन्य रूपों का अस्तित्व है, बल्कि गुरुत्वाकर्षण विकिरण का अस्तित्व भी है, जो अंतरिक्ष-समय के कपड़े पर एक मौलिक "लहर" है। यह समझने के लिए सबसे कठिन अवधारणाओं में से एक है, और हमारे पाठक इस विषय के बारे में अधिक जानना चाहते हैं:

गुरुत्वाकर्षण तरंगें c की गति से अंतरिक्ष-समय की यात्रा की गड़बड़ी हैं। हालांकि, अंतरिक्ष-समय का विस्तार और तेजी से अनुबंध हो सकता है। लेकिन विस्तार, संकुचन के बाद, वास्तव में, एक संपीड़न लहर की परिभाषा है। यह एक विरोधाभास प्रतीत होता है: गुरुत्वाकर्षण तरंगें गति सी के साथ चलती हैं, लेकिन उनके लिए यह अति-गति के आंदोलन की संभावना प्रतीत होती है। इसे कैसे हल करें?

शुरू करने के लिए, आइए इस विकिरण की अवधारणा से शुरू करें, और यह कैसे प्रकट होता है।



इलेक्ट्रोमैग्नेटिज़्म में, यहां तक ​​कि शास्त्रीय में, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की उपस्थिति के लिए केवल दो चीजें आवश्यक हैं: चार्ज और वह क्षेत्र जिसके माध्यम से यह चलता है। एक विद्युत आवेश धनात्मक (एक प्रोटॉन की तरह) और ऋणात्मक (इलेक्ट्रॉन की तरह) हो सकता है, और यदि यह एक चुंबकीय क्षेत्र में चलता है, तो यह इसे गति देगा और स्पिन करेगा, इसे चक्रीय या सर्पिल प्रक्षेपवक्र पर भेज देगा।

क्षेत्र जितना अधिक मजबूत होगा, गति उतनी ही अधिक होगी, और द्रव्यमान से आवेश का अनुपात जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक त्वरण (या गति में परिवर्तन) होगा।



लेकिन इस तरह की बातचीत में, ऊर्जा और गति को संरक्षित किया जाना चाहिए, इसलिए इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म में हर बार एक बाहरी क्षेत्र द्वारा एक चार्ज को त्वरित किया जाता है, इसे विकिरण का उत्सर्जन करना पड़ता है। यह फोटॉनों के रूप में प्रकट होता है, और कहा जाता है, घटना के मोड पर निर्भर करता है, ब्रेक (उसमें। ब्रेम्सस्ट्रॉलंग), साइक्लोट्रॉन या एक सिंक्रोटॉन विकिरण।

न्यूटनियन भौतिकी में, कोई गुरुत्वाकर्षण विकिरण नहीं होगा, लेकिन आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता सब कुछ बदल देती है। बड़े पैमाने पर स्रोत - जैसे कण - में गुरुत्वाकर्षण चार्ज का एक एनालॉग होता है, और घुमावदार स्थान गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का एक एनालॉग होता है। हर बार एक विशाल कण एक घुमावदार स्थान में चला जाता है, और इसे एक तारे के बगल में, एक सफेद बौना, एक न्यूट्रॉन स्टार या एक ब्लैक होल के साथ दृढ़ता से घुमावदार किया जा सकता है, यह विद्युत चुम्बकीय विकिरण के एक एनालॉग का उत्सर्जन करेगा: गुरुत्वाकर्षण विकिरण।



विकिरण का यह नया रूप एक फोटॉन या कुछ अन्य प्रकार का विकिरण नहीं होगा, लेकिन एक गुरुत्वाकर्षण लहर अंतरिक्ष के बहुत ही कपड़े में फैलती है। पृथ्वी के क्रम के द्रव्यमान के लिए, सूर्य के चारों ओर चक्कर लगाते हुए, गुरुत्वाकर्षण विकिरण इतना छोटा है कि कक्षा में एक ध्यान देने योग्य परिवर्तन लगभग 10 होना चाहिएब्रह्मांड के ¹⁴⁰ युग। हम इस पर कभी गौर नहीं करेंगे। लेकिन बड़े द्रव्यमान, कम दूरी और मजबूत क्षेत्रों के साथ सिस्टम के लिए, परिणाम अधिक गंभीर हैं: डबल पल्सर के लिए, हमारी आकाशगंगा के केंद्र में सुपरमासिव ब्लैक होल की परिक्रमा करना या ब्लैक होल का विलय करना। ऐसे मामलों में, कोई कक्षा में कमी का निरीक्षण कर सकता है, और ऊर्जा के संरक्षण की आवश्यकता के कारण, हम जानते हैं कि कुछ इसे दूर ले जाता है।



यह गुरुत्वाकर्षण विकिरण होना चाहिए (यह भी गुरुत्वाकर्षण तरंगें हैं), और दोहरे पल्सर के अवलोकन के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि इस विकिरण की गति 0.2% की सटीकता के साथ प्रकाश की गति के बराबर होनी चाहिए! दूसरे शब्दों में, तरंगें अंतरिक्ष में फोटॉन के समान गति से चलती हैं। मुख्य अंतर यह है कि गुरुत्वाकर्षण विकिरण के मामले में, ये तरंगें अंतरिक्ष के कपड़े का एक अभिन्न अंग हैं।



तो क्या होता है अगर ये तरंगें, जैसा कि पाठक के सवाल में बताया गया है, स्थैतिक अंतरिक्ष में नहीं बनाई गई हैं, लेकिन एक विस्तारित ब्रह्मांड में? वे फोटॉनों की तरह खिंचाव और विस्तार करते हैं।

एक विस्तार ब्रह्मांड में यात्रा करने वाले फोटॉन की तरंग दैर्ध्य अंतरिक्ष के विस्तार के साथ-साथ फैलती है। इन कणों की एकाग्रता और ऊर्जा कम हो जाती है, और हालांकि वे हमेशा प्रकाश की गति से प्रचार करते हैं, स्रोत और पर्यवेक्षक के बीच की दूरी बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, हॉट बिग बैंग की शुरुआत में, १३. of बिलियन साल पहले, महंगाई के ^{१०-३३} सेकंड के बाद:
• आज जो फोटॉन हमारे पास पहुंचा, वह हमसे १३. billion बिलियन साल पहले सिर्फ १०० मीटर था।
• वह विस्तार ब्रह्मांड में 13.8 बिलियन वर्ष और 13.8 बिलियन प्रकाश-वर्ष की यात्रा करेगा, और परिमाण के 28 आदेशों से उसकी तरंगदैर्ध्य में वृद्धि होगी।
• आज जो फोटॉन का स्रोत हमारे पास पहुंचा, वह हमसे 46.1 बिलियन प्रकाश वर्ष होगा।



ध्वनि पागल? यह वही पागलपन गुरुत्वाकर्षण तरंगों के साथ हो रहा है! गुरुत्वाकर्षण तरंगों का विस्तार ब्रह्मांड के माध्यम से भी होना चाहिए, यह भी प्रकाश की गति (विस्तार या नहीं) की गति से अंतरिक्ष में चलती है, और इसकी तरंग दैर्ध्य फोटॉनों की तरह फैलती है। गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष के कपड़े पर उसी तरह "सवारी" करती हैं जैसे पानी की लहरें पानी की सतह पर "सवारी" करती हैं। यदि आप एक पत्थर को नदी में गिराते हैं, तो लहर सिर्फ त्रिज्या के साथ बाहर की ओर नहीं फैलेगी। यह बाहर की ओर फैलेगा, और साथ ही इसे नदी के किनारे ले जाया जाएगा।



अंतरिक्ष के कपड़े पर गुरुत्वाकर्षण तरंग लगभग उसी तरह से व्यवहार करते हैं: तरंगें उस गति से चलती हैं जिसके साथ वे हमेशा मध्यम में चलते हैं - प्रकाश की गति से c - लेकिन कभी-कभी माध्यम भी गति करता है। इसका मतलब यह नहीं है कि वे प्रकाश की गति को पार कर जाते हैं, ठीक उसी तरह जब फोटॉन उस समय से अधिक नहीं होते हैं जब वे उस स्रोत से 46 बिलियन प्रकाश वर्ष होते हैं, जहां से उन्होंने 13.8 बिलियन साल पहले अपनी यात्रा शुरू की थी। गुरुत्वाकर्षण तरंगों का व्यवहार वैसा ही होना चाहिए जैसा कि उन्हें होना चाहिए। संपीड़न और विस्तार के प्रतिरूप वास्तव में बहुत अच्छे हैं। एक गुजरती लहर अंतरिक्ष के कपड़े को विकृत करती है, और इसमें सभी चीजें और कण, एक निश्चित तरीके से उन्हें खींच और संकुचित करते हैं।



लेकिन यह प्रकाश की गति से ब्रह्मांड के माध्यम से फैलता है और यह ध्यान में रखता है कि अंतरिक्ष का कपड़ा कैसे व्यवहार करता है: फैलता है, सिकुड़ता है, या स्थिर रहता है। यह विरोधाभास का समाधान है: लहरें एक गति सी पर यात्रा करती हैं, इस बात की परवाह किए बिना कि पर्यावरण किस माध्यम से गुजरता है!

Source: https://habr.com/ru/post/hi401307/