एथन से पूछें: यदि द्रव्यमान अंतरिक्ष-समय को मोड़ता है, तो यह वापस कैसे सीधा होता है?

किसी भी भारी वस्तु के पास अंतरिक्ष-समय की वक्रता द्रव्यमान और दूरी के द्रव्यमान के केंद्र से निर्धारित होती है। गति, त्वरण और अन्य ऊर्जा स्रोतों जैसे अन्य मापदंडों को ध्यान में रखना आवश्यक है।

पदार्थ अंतरिक्ष को मोड़ने का तरीका बताता है, और घुमावदार स्थान पदार्थ को स्थानांतरित करने का तरीका बताता है। यह आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता का मूल सिद्धांत है, जिसने पहली बार एक घटना को अंतरिक्ष-समय और सापेक्षता के साथ गुरुत्वाकर्षण से जोड़ा है। ब्रह्मांड में कहीं भी द्रव्यमान रखें, और इसके चारों ओर का स्थान वक्रता द्वारा प्रतिक्रिया करेगा। लेकिन अगर आप द्रव्यमान को हटाते हैं या इसे स्थानांतरित करते हैं, तो अविभाजित स्थिति मानने के लिए अंतरिक्ष-समय "जगह में गिरना" का कारण बनता है? ऐसा प्रश्न हमारे पाठक द्वारा पूछा जाता है:

हमें सिखाया जाता है कि द्रव्यमान अंतरिक्ष-समय को विकृत करता है, और द्रव्यमान के चारों ओर अंतरिक्ष-समय की वक्रता गुरुत्वाकर्षण को समझाती है - उदाहरण के लिए, पृथ्वी के चारों ओर कक्षा में एक वस्तु वास्तव में घुमावदार अंतरिक्ष-समय में पड़ी एक सीधी रेखा में चलती है। माना कि यह समझ में आता है, लेकिन जब एक द्रव्यमान (जैसे पृथ्वी) अंतरिक्ष-समय से गुजरता है और झुकता है, तो अंतरिक्ष-समय घुमावदार क्यों नहीं होता? जब मास चलता है तो क्या तंत्र अंतरिक्ष-समय के इस खिंचाव को सीधा करता है?

इस प्रश्न के साथ बहुत सारी दिलचस्प चीजें जुड़ी हुई हैं, और उत्तर वास्तव में आपको यह समझने में मदद कर सकते हैं कि गुरुत्वाकर्षण कैसे काम करता है।


अंतरिक्ष की वक्रता, जो हमारे सौर मंडल में ग्रहों और सूर्य द्वारा दी गई है, को किसी भी अवलोकन की प्रक्रिया में ध्यान में रखना चाहिए जो एक अंतरिक्ष यान या अन्य वेधशाला बना सकता है। सामान्य सापेक्षता के प्रभाव, यहां तक ​​कि सबसे छोटे, को भी नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है।

आइंस्टीन से सैकड़ों साल पहले, न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण का हमारा सबसे अच्छा सिद्धांत था। न्यूटन से ब्रह्मांड की अवधारणा सरल, सीधी और दार्शनिक रूप से कई को संतुष्ट नहीं करती थी। उन्होंने कहा कि ब्रह्मांड के किसी भी दो जन, उनके स्थान और दूरी की परवाह किए बिना, एक दूसरे को तुरंत एक आपसी बल की मदद से आकर्षित करते हैं, जिसे गुरुत्वाकर्षण के रूप में जाना जाता है। प्रत्येक शरीर जितना विशाल होता है, उतना ही अधिक बल, और आगे वे स्थित होते हैं, कम बल (दूरी के वर्ग के साथ कम)। यह ब्रह्मांड की सभी वस्तुओं पर लागू होता है, और न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम , अन्य सभी मौजूदा विकल्पों के विपरीत, आदर्श रूप से टिप्पणियों के साथ मेल खाते हैं।


आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत द्वारा प्रतिस्थापित न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम, कुछ ही दूरी पर बलों की तात्कालिक कार्रवाई पर आधारित थे

लेकिन उन्होंने एक ऐसा विचार पेश किया, जिसे उस समय के कई महान दिमाग स्वीकार नहीं कर सकते थे: एक दूरी पर कार्रवाई की अवधारणा। ब्रह्मांड के विभिन्न सिरों पर स्थित दो पिंड अचानक और तुरंत एक दूसरे को कैसे प्रभावित कर सकते हैं? वे इतनी बड़ी दूरी पर कैसे बातचीत कर सकते हैं ताकि उनके बीच कुछ भी न हो? डेसकार्टेस इस अवधारणा को स्वीकार नहीं कर सके, और इसके बजाय दूसरे को तैयार किया, जिसमें एक ऐसा वातावरण था जिसके माध्यम से गुरुत्वाकर्षण का प्रसार हुआ। उन्होंने दावा किया कि ब्रह्मांड किसी प्रकार के पदार्थ से भरा है, और जब द्रव्यमान इसके माध्यम से आगे बढ़ता है, तो यह पदार्थ को विस्थापित करता है और भंवर बनाता है - यह ईथर का प्रारंभिक संस्करण था। यह सिद्धांत एक लंबी पंक्ति में पहला था जिसे बाद में गुरुत्वाकर्षण के यांत्रिक (या गतिज) सिद्धांत कहा जाएगा।


डेसकार्टेस के गुरुत्वाकर्षण के संस्करण में, अंतरिक्ष ईथर से भर गया था, और केवल इसका विस्थापन गुरुत्वाकर्षण की व्याख्या कर सकता था। इस विचार से गुरुत्वाकर्षण का निर्माण नहीं हुआ, जो प्रेक्षणों के साथ मेल खाता था।

बेशक, डेसकार्टेस की अवधारणा गलत निकली। भौतिक सिद्धांत की उपयोगिता प्रयोग के साथ संयोग को निर्धारित करती है, न कि कुछ सौंदर्यवादी मानदंडों के प्रति हमारी पूर्वाभास को। जब GTR दिखाई दिया, तो उसने न्यूटन के नियमों द्वारा खींची गई तस्वीर को मौलिक रूप से बदल दिया। उदाहरण के लिए:

• अंतरिक्ष और समय हर जगह पूर्ण और समान नहीं थे, लेकिन अलग-अलग स्थानों पर अलग-अलग गति से घूमने वाले पर्यवेक्षकों के लिए अलग-अलग तरीके से जुड़े और व्यवहार किए गए थे।
• गुरुत्वाकर्षण तुरंत कार्य नहीं करता है, लेकिन एक सीमित गति से चलता है - प्रकाश की गति से।
• गुरुत्वाकर्षण का निर्धारण सीधे द्रव्यमान और स्थिति से नहीं, बल्कि अंतरिक्ष की वक्रता से होता है, जो ब्रह्मांड में सभी द्रव्यमान और ऊर्जा द्वारा निर्धारित होता है।

दूरी पर कार्रवाई दूर नहीं हुई है, लेकिन न्यूटन के "अभी भी अंतरिक्ष के माध्यम से एक अनंत दूरी पर काम करने वाले बल" को अंतरिक्ष-समय की वक्रता से बदल दिया गया था।


अंतरिक्ष-समय की वक्रता का मतलब है कि गुरुत्वाकर्षण कुएं में गहरी स्थित घड़ियां - और, इसलिए, अधिक दृढ़ता से घुमावदार स्थान में - कम गहरी, कम घुमावदार जगह में स्थित घड़ियों से अलग गति से संचालित होती हैं।

यदि सूर्य अचानक ब्रह्मांड से गायब हो जाता है, तो कुछ समय के लिए हमें इसके बारे में नहीं पता होगा। पृथ्वी सीधी रेखा में नहीं बहती; यह सूर्य के स्थान के चारों ओर 8 मिनट और 20 सेकंड तक घूमता रहेगा। गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान से नहीं, बल्कि अंतरिक्ष की वक्रता से निर्धारित होता है, जो कि सभी पदार्थ और ऊर्जा के योग से निर्धारित होता है।

यदि आप सूर्य को हटा देते हैं, तो अंतरिक्ष घुमावदार अवस्था से समतल अवस्था में चला जाएगा, लेकिन यह परिवर्तन तुरंत नहीं होता है। स्पेस-टाइम एक फैब्रिक है, और संक्रमण को किसी तरह की तेज गति के रूप में बहुत बड़ी तरंगों को भेजना चाहिए - गुरुत्वाकर्षण - ब्रह्मांड के माध्यम से, जो एक तालाब की सतह पर लहर की तरह इसके माध्यम से प्रचारित करता है।


माध्यम या निर्वात में प्रसार करने वाली प्रत्येक तरंग में एक प्रसार वेग होता है। कोई अनंत गति नहीं है, और, सिद्धांत रूप में, गुरुत्वाकर्षण तरंगों के प्रसार की गति को यूनिवर्स में अनुमत अधिकतम गति के साथ मेल खाना चाहिए: प्रकाश की गति।

तरंगों के प्रसार की गति उसी तरह से निर्धारित की जाती है जैसे सापेक्षता के सिद्धांत में हर चीज की गति निर्धारित की जाती है: उनकी ऊर्जा और द्रव्यमान। चूंकि गुरुत्वाकर्षण तरंगों में कोई द्रव्यमान नहीं होता है, लेकिन उनमें परिमित ऊर्जा होती है, उन्हें प्रकाश की गति से चलना चाहिए। और इसका मतलब यह है कि पृथ्वी वास्तव में सीधे अंतरिक्ष में सूर्य के स्थान से जुड़ी नहीं है - यह उस जगह से बंधा है जहां सूर्य 8 मिनट पहले थोड़ा अधिक था।


गुरुत्वाकर्षण विकिरण हर बार दिखाई देता है जब एक द्रव्यमान एक दूसरे के चारों ओर एक कक्षा में घूमता है, इसलिए कक्षा एक लंबे समय के लिए कम हो जाती है। भविष्य में कभी-कभी, पृथ्वी एक सर्पिल में गिर जाएगी, जो सूर्य के अवशेषों में है, यदि इससे पहले किसी भी शरीर ने इसे कक्षा से बाहर नहीं फेंका है। पृथ्वी उस स्थान से जुड़ी हुई है जहां सूर्य लगभग 8 मिनट पहले था, और उस समय नहीं जहां वह था।

यह अजीब है, और संभावित रूप से एक समस्या है, क्योंकि हमने सौर मंडल का काफी अध्ययन किया है। यदि पृथ्वी सूर्य के स्थान से बंधी होती, जिस पर वह's मिनट पहले न्यूटन के नियमों के अनुसार कब्जा कर लेता था, तो ग्रहों की परिक्रमाएँ अवलोकनों के साथ मेल नहीं खाती थीं। हालांकि, जीआरटी एक और पहलू में भिन्न है। गणना के लिए, सूर्य के चारों ओर कक्षा में घूमने वाले ग्रह की गति को ध्यान में रखना आवश्यक है।

उदाहरण के लिए, पृथ्वी, चूंकि यह चलती है, एक तरह से अंतरिक्ष के माध्यम से यात्रा करने वाली इन तरंगों पर "सवारी" करती है, गिरते हुए नहीं जहां इसे पहले उठाया गया था। जीआर में दो नई घटनाएं हैं जो इसे न्यूटनियन से दृढ़ता से अलग करती हैं: गुरुत्वाकर्षण की वस्तु की धारणा प्रत्येक वस्तु की गति से प्रभावित होती है, साथ ही साथ गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में परिवर्तन भी होता है।


अंतरिक्ष-समय का कपड़ा, लहरों और विकृतियों के साथ, जो कि आम जनता की उपस्थिति के कारण होता है। अंतरिक्ष का कपड़ा, निश्चित रूप से घुमावदार है, लेकिन जब द्रव्यमान बदलते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से गुजरता है, तो बहुत सारी दिलचस्प चीजें होती हैं।

यदि आप अंतरिक्ष के किसी भी बिंदु पर अंतरिक्ष-समय की वक्रता की गणना करना चाहते हैं, तो जीआर आपको ऐसा करने की अनुमति देता है, लेकिन आपको पहले पता होना चाहिए। आपको न्यूटन की मांग के अनुसार ब्रह्मांड के सभी द्रव्यमानों के स्थान, परिमाण और वितरण को जानना होगा। इसके अलावा, आपको निम्नलिखित पर जानकारी चाहिए:

• ये जनता कैसे आगे बढ़ती है
• ऊर्जा के अन्य सभी प्रकार जो द्रव्यमान से संबंधित नहीं हैं, वितरित किए जाते हैं,
• जिस वस्तु से आप बदलते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में चालें देख रहे हैं, वह कैसे
• और समय के साथ अंतरिक्ष की वक्रता कैसे बदलती है।

और केवल इस अतिरिक्त ज्ञान के साथ हम अंतरिक्ष और समय में एक निश्चित बिंदु पर अंतरिक्ष की वक्रता की गणना कर सकते हैं।


अंतरिक्ष-समय का विकास और गुरुत्वाकर्षण का काम न केवल जनता की स्थिति और परिमाण द्वारा निर्धारित किया जाता है, बल्कि यह भी कि वे एक दूसरे के सापेक्ष कैसे बदलते हैं और बदलते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में तेजी लाते हैं।

यह वक्रता और सीधा उनकी लागत है। गतिमान पृथ्वी बिना परिणाम के सूर्य के बदलते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में बस नहीं जा सकती। वे मौजूद हैं, हालांकि छोटे हैं, और मापा जा सकता है। न्यूटन के सिद्धांत के विपरीत, जिसके अनुसार पृथ्वी को सूर्य के चारों ओर घूमते हुए एक बंद दीर्घवृत्त का वर्णन करना चाहिए, जीआर भविष्यवाणी करता है कि इस दीर्घवृत्त को समय के साथ पूर्वताप से गुजरना चाहिए, और कक्षा धीरे-धीरे कम हो जाएगी। समय अंतराल जिसके दौरान ऐसा होगा, ब्रह्मांड की वर्तमान आयु से अधिक हो सकता है, लेकिन, फिर भी, एक मनमाना समय के लिए कक्षा स्थिर नहीं रहेगी।

इससे पहले कि हम गुरुत्वाकर्षण तरंगों को मापते, गुरुत्वाकर्षण की गति को मापने के लिए यह मुख्य तरीका था। पृथ्वी के उदाहरण पर नहीं, बल्कि चरम मापदंडों के साथ एक प्रणाली के उदाहरण पर, जिसमें कक्षा में परिवर्तन को आसानी से देखा जा सकता है: एक करीबी कक्षा में दो वस्तुओं की एक प्रणाली, जिसमें से कम से कम एक न्यूट्रॉन स्टार है।


इस आशय को देखने का सबसे आसान तरीका यह है कि एक भारी वस्तु एक मजबूत और बदलते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में तेजी से बदलती गति के साथ चलती है। और ऐसी स्थितियाँ हमें न्यूट्रॉन सितारों की बाइनरी स्टार सिस्टम देती हैं! इनमें से एक या दो घूमने वाले तारे उन आवेगों का उत्सर्जन करते हैं जो पृथ्वी पर हर बार दिखाई देते हैं, तारे की धुरी दृष्टि की रेखा से गुजरती है। आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत की भविष्यवाणियां प्रकाश की गति के प्रति अत्यंत संवेदनशील हैं, इतना ही नहीं कि बहुत पहले पल्सर, PSR 1913 + 16 बाइनरी सिस्टम का अवलोकन करने के बाद भी, 1980 के दशक ( Hals-Taylor बाइनरी सिस्टम ) में खोजा गया, हमने गुरुत्वाकर्षण की गति पर प्रतिबंध लगा दिए, जो केवल 0.2% की माप त्रुटि के भीतर प्रकाश की गति के साथ मेल खाता है!


एक डबल पल्सर की कक्षा में कमी की दर दृढ़ता से गुरुत्वाकर्षण की गति और बाइनरी सिस्टम के कक्षीय मापदंडों पर निर्भर करती है। हमने गुरुत्वाकर्षण की गति को सीमित करने और 99.8% की सटीकता के साथ प्रकाश की गति के बराबर करने के लिए बाइनरी पल्सर डेटा का उपयोग किया

केवल इन दोहरे पल्सर के उदाहरण से हमें पता चला कि गुरुत्वाकर्षण का वेग 2.993 × 10 ⁸ - 3.003 × 10 ⁸ m / s की सीमा में है। यह GTR की पुष्टि करता है और न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण और अन्य विकल्पों को बाहर करता है। लेकिन एक तंत्र यह समझाता है कि जब किसी स्थान पर द्रव्यमान उसे छोड़ता है तो अंतरिक्ष क्यों नहीं झुकता; जीआर इसके लिए स्पष्टीकरण नहीं है। एक बदलते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के माध्यम से त्वरण के साथ एक द्रव्यमान ऊर्जा को विकीर्ण करेगा, और यह ऊर्जा तरंगें होंगी, जिसे गुरुत्वाकर्षण तरंगों के रूप में जाना जाता है, अंतरिक्ष-समय के मामले से गुजरते हैं। एक संतुलन, अविभाजित स्थिति में वापसी स्वाभाविक रूप से होती है। इसे आगे स्पष्टीकरण की आवश्यकता नहीं है, जीआर सब कुछ है। [ जब न्यूटन से गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति के बारे में पूछा गया, तो उन्होंने जवाब दिया: मैं एक परिकल्पना / लगभग नहीं करता हूं। ट्रांस। ]