Tanyakan Ethan No. 61: seberapa jauh gravitasi terjadi?
Terlepas dari reputasi kekuasaan dengan serangkaian tindakan tanpa batas, situasi nyata di Semesta memaksakan pembatasan padanya.
Dalam mimpi dan penglihatan saya, saya melihat garis, di sisi lain terdapat ladang hijau, bunga-bunga indah, wanita kulit putih yang cantik mengulurkan tangan mereka kepada saya melalui garis ini, tetapi saya tidak dapat menjangkau mereka. Saya selalu jatuh sebelum saya sampai di garis.
- Harriet Tabmen
Dan lagi, akhir minggu, yang berarti saya memilih pertanyaan dari yang Anda kirim. Salah satu pembaca saya yang telah mengikuti publikasi saya sejak 2008, ketika saya memulai blog ini, Frank Barge, bertanya:Jika Semesta tidak terbatas, bagaimana dengan kisaran gaya gravitasi dan elektromagnetik?Pertanyaan yang sangat sulit, jika Anda memikirkannya. Pertama mari kita lihat apa yang kita ketahui tentang gravitasi dan elektromagnetisme.
Kami menganggap bukan besarnya gaya, atau sifat daya tarik / tolakan, tetapi kenyataan bahwa pada jarak yang jauh kekuatan ini berubah sesuai dengan hukum kuadrat terbalik, yaitu, ketika jarak antara dua objek digandakan, kekuatan interaksi mereka berkurang 4 kali. Ini adalah hubungan khusus, yang tidak hanya mematuhi gravitasi dan elektromagnetisme, tetapi juga sifat fisik penting lainnya - seperti cahaya, suara, dan radiasi.Mengapa begitu istimewa? Pertimbangkan bagaimana salah satu sifat fisik - misalnya, cahaya bintang - merambat saat Anda menjauh dari sumber.
Mereka menyebar secara radial ke luar, membentuk bola, oleh karena itu dorongan - dari cahaya yang sama, misalnya - merambat dalam cangkang bola yang terus berkembang. Apa yang istimewa dari ini? Faktanya adalah bahwa permukaan bola dianggap oleh rumus A = 4πr 2 , di mana "r 2 " adalah bagian penting .Lagi pula, jika area mengembang sebagai r 2 , dan gaya turun sebagai r -2, maka fenomena fisik akan memiliki ruang lingkup yang tak terbatas. Kita dapat menggambar bola dengan ukuran berapa pun dengan pusat di objek - sumber gravitasi (massa), sumber listrik (muatan), sumber cahaya (bintang), dll. - dan jumlah total zat tertentu yang berpartisipasi dalam interaksi di permukaan bola, apakah itu gaya atau aliran, akan sama jika kita meringkas semua bagian bola. Ini tetap berlaku tidak hanya untuk seluruh bola, tetapi juga untuk setiap sudut yang solid!
Inilah yang dimaksud dengan rentang kekuatan yang tak terbatas.Tetapi Semesta - setidaknya bagian yang terlihat dapat diakses oleh kita - sama sekali tidak terbatas. Sebaliknya, terlepas dari kenyataan bahwa kita melihat cahaya dari miliaran galaksi, ini bukan jumlah yang besar. Pandangan itu indah dan menakjubkan (serius, meluangkan waktu untuk melihatnya). Tetapi terlepas dari segala kemegahannya, seseorang tidak boleh membingungkan luasnya dengan tak terbatas.
Tentu saja, semua ini terlihat sangat besar. Tetapi jika Anda memikirkannya, ada miliaran kali lebih banyak butiran pasir di pantai-pantai di Bumi daripada galaksi di Alam Semesta yang dapat diamati - dan kemudian itu tidak lagi tampak begitu besar. Karena fakta bahwa Alam Semesta tidak abadi, tetapi hanya ada 13,8 miliar tahun sejak Ledakan Dahsyat, kita tidak dapat melihat lebih dari yang kita lihat - cahaya (dan gravitasi) tidak mencapai kita.
Lebih tepatnya, saya tidak berhasil menempuh jarak yang lebih jauh, menyebar secara bulat dari sumbernya. Hal yang sama terjadi pada kita - gravitasi dari setiap partikel tubuh, dari planet, dari galaksi, menyebar secara spherikal dengan kecepatan gravitasi (sama dengan kecepatan cahaya) dengan gaya yang jatuh secara proporsional ~ 1 / r 2 (tetapi menjalar dengan area yang bertambah ~ r 2 ) dengan sejak awal "alam semesta kita."
Jangan membingungkan bagian yang dapat diamati dari Alam Semesta - yang dapat dicapai dengan cahaya, gravitasi, fenomena lain dengan kecepatan terbatas - dari keseluruhan Semesta, besar (mungkin tidak terbatas), termasuk bagian yang tidak termasuk dalam yang dapat diamati.
Titik merah di sebelah kiri adalah bagian yang diamati dari alam semesta segera setelah inflasi. Di sebelah kanan adalah seluruh Semesta pada saat yang sama (bidang merah).Kami memiliki setiap alasan untuk percaya bahwa seluruh Alam Semesta jauh lebih besar daripada bagian yang diamati, tetapi sinyal kami tidak akan mencapainya, karena kami memancarkannya selama periode waktu yang terbatas, dan kecepatan propagasi mereka juga terbatas.Tapi ini bukan bug Semesta, tapi fitur!
Bayangkan jika sinyal menyebar cepat tanpa batas, atau kita bisa merasakan gravitasi, melihat cahaya, atau entah bagaimana melihat benda-benda yang jauh lebih besar daripada yang bisa kita lihat sekarang.Kami akan, dan memang banyak bagian dari Semesta, serentak tersentak ke arah yang berbeda, ditarik oleh kekuatan yang tidak bisa dipahami. Langit malam penuh akan diisi dengan sumber cahaya yang seharusnya tidak mencapai mata kita.
Kita sendiri akan mengeluarkan lebih banyak kekuatan daripada yang diizinkan dalam fisika. Hukum fisika akan pecah, GR tidak akan menggambarkan dunia kita, bencana akan terjadi karena kelebihan kepadatan energi di Semesta, dan - berkat energi terikat gravitasi - Semesta akan cepat runtuh.
Mengutip Egan dari The Ghostbusters: "Itu akan buruk."Alih-alih, gravitasi, elektromagnetisme, dan semua kekuatan lain dari "aksi tak terbatas" dapat bertindak pada jarak sedemikian rupa yang mereka tempuh, bepergian dengan kecepatan cahaya di Alam Semesta yang berusia 13,8 miliar tahun, berkembang sesuai dengan sejarah unik kita 46 miliar tahun cahaya. . Dan ini - karena kecepatan gravitasi dan cahaya identik - persis sama dengan ukuran Alam Semesta yang diamati di semua arah.Itulah bagaimana gaya gravitasi dan elektromagnetik meluas. Terima kasih atas pertanyaan yang sulit namun menarik, dan jika Anda ingin jawaban atas pertanyaan Anda, kirimkan kepada saya .Source: https://habr.com/ru/post/id395419/
All Articles