Gravidade não está na moda

Existem muitos artigos científicos e livros populares sobre gravidade, que falam sobre a curvatura do espaço-tempo e fornecem fotos com uma folha prensada (cama elástica, esteira). Vamos quebrar essa ordem de coisas juntos! Sob o corte, você encontrará uma descrição bastante padrão, mas não elegante, da gravidade.

O imperador Sarlac Grant Scenticus III gostava muito de geometria. E seu amor era tão forte que um dia ele decidiu sacrilégio - testá-lo experimentalmente. Isso era algo inédito: é uma piada, como pode a geometria, a ideia perfeita da lógica pura, se sujar com alguns experimentos mundanos? O grande geômetro Haffleath veio ver isso.

No início da manhã, Grant enviou os dois melhores planadores em direções diferentes, dizendo-lhes estritamente para voar exatamente cem quilômetros (na verdade, a distância era igual a cento e trinta esqueletos, mas isso não é diferente de cem quilômetros) sem virar para lugar nenhum, estritamente em linha reta, fundindo-se pintar de tanques presos a planadores ao longo do caminho.

Como você provavelmente já entendeu, dessa maneira ele queria verificar o teorema da soma dos ângulos de um triângulo. O ponto de partida dos dois planadores e seus destinos seriam os vértices deste triângulo.

Sem arrastar a história, voltamos imediatamente para o clímax: a soma dos ângulos acabou por ser superior a 180 graus.

***

Deve haver uma descrição altamente artística e longa do choque geral.

***

Halfclit ficou tão chocado com o resultado do experimento que decidiu olhar para o triângulo da tristeza com seus próprios olhos e passou por cursos de vôo acelerado no planador. Vejamos uma imagem do que ele viu, gentilmente fornecido a nós por um satélite de observação, lançado na órbita de Sarlak pela civilização Ptaagh, cujas idéias sobre como deveria ser a imagem de satélite são um pouco diferentes das nossas.

"Malditos folhetos!" - exclamou Halfclit, "eles nem conseguiam aguentar o curso exatamente!" No entanto, em uma reunião convocada no Palácio de Grant por ocasião da abertura do Hefclit, os "malditos folhetos" afirmaram que não haviam se desviado do curso e até exibiram fitas rabiscadas com instrumentos, o que deixou claro que não viravam. E então o filósofo Niu-Tan deu uma voz.

"Obviamente", disse ele, "que tanto os folhetos quanto a geometria estão bem." Suponho que as linhas de vôo tenham sido curvas devido ao fato de que alguma força desconhecida estava atuando nos planadores, puxando-os para o centro do triângulo.

Assim, a honra da geometria foi salva e uma nova força foi encontrada. E na mente de Grant, muitas idéias de novos experimentos nasceram.

Talvez seja aqui que possamos terminar a história. Mas, vejamos mais uma das imagens do satélite Ptaagh:

Vejo? Você vê? Sim, você adivinhou, nenhum dos habitantes de Sarlak sabia que eles vivem na superfície da bola (e, bem pequeno). E a curvatura das linhas era explicada apenas pelo fato de que a própria superfície na qual elas eram desenhadas era uma curva. No entanto, se você não conhece a curvatura, a melhor explicação possível (com exceção das ilusões ópticas e da inexperiência dos folhetos) é a presença de uma certa força que curva as trajetórias dos planadores (e tudo o mais). Observe que essa força afetará todos os corpos. Além disso, atuará igualmente em todos esses órgãos .

Bem, temos um desses poderes à vista. Ele age sobre tudo, é impossível se esconder dele, e seu efeito em todos os corpos (a saber, a aceleração dada por ele aos corpos) é o mesmo. Como o título da publicação nos diz intrusivamente, é claro que é gravidade. Felizmente, percebemos com o tempo que a gravidade é apenas uma manifestação do fato de que o espaço é curvo. Albert Einstein, um modesto funcionário do escritório de patentes na Suíça e um dos maiores cientistas da humanidade, nos ajudou a perceber isso (sem dúvida, o jovem e talentoso filósofo Han-Shten também explicará o poder inventado por Niu-Tan através da curvatura em Sarlak).
Vamos ver visualmente essa curvatura no exemplo de seixos voando perto de um planeta anão (obrigado Ptaagh):

Ptaagh notou as posições iniciais das pedras e traçou suas rotas. Torcido. Além da média, que é direta. Algo está errado.

O sábio Albert também entendeu que o espaço e o tempo são inseparáveis. Existe apenas um espaço-tempo único. E não apenas o espaço é curvo, mas também o tempo. "Mas!" Você diz, leitor, "como o tempo pode ser torto?" Não vamos nos aprofundar na natureza e dizer apenas uma coisa. A curvatura do tempo é observada por nós como aceleração . Em intervalos iguais de tempo, nossas pedras percorrerão cada vez mais distância. Voltamos mais uma vez ao satélite Ptaagh:

Aqui, as rotas não são representadas continuamente, mas na forma de segmentos separados, cujo voo leva cada um ao mesmo tempo. Albert está certo!

No entanto, estamos cientes de outro caso em que os corpos se movem em relação a nós com a mesma aceleração. Isso acontece se nós mesmos nos movermos rapidamente. Do nosso ponto de vista, tudo à sua volta se moverá com a mesma aceleração (assim, com a qual nos movemos, mas direcionados na direção oposta). Essa semelhança foi observada por Einstein e denominada princípio de equivalência . Como distinguir a curvatura real do espaço-tempo da aparente causada pelo nosso movimento acelerado?

Ptaagh colocou quatro pedras nos vértices de um losango perto da superfície do planeta, soltou-as e tirou duas fotos em um quadro em diferentes momentos no tempo (estroboscopia):

O losango se estendia na direção da "força gravitacional" e contraiu-se no transversal. Isso se deve ao fato de as acelerações serem direcionadas não paralelas umas às outras, mas em direção ao centro do planeta. E a aceleração aumenta à medida que nos aproximamos do planeta. Como resultado disso, os corpos que estão mais próximos do planeta se movem mais rapidamente e os corpos dos lados convergem para o meio.

Tal efeito, esticar o corpo na direção da gravidade e comprimir no transversal, é chamado de força das marés . São as forças de maré que são a verdadeira manifestação da gravidade.

: , , . . , «»

Quando a gravidade de um corpo ou sistema de corpos muda rapidamente (como, por exemplo, quando dois buracos negros giram em torno de um centro comum), a "imagem" da curvatura do espaço-tempo não tem tempo para suavizar quando um novo já está formado. No espaço-tempo, há uma "ondulação". Chamamos essa onda de ondas gravitacionais. A influência das ondas gravitacionais se manifesta na forma de tensão periódica e compressão do espaço-tempo em duas direções mutuamente transversais, ou seja, na forma de forças das marés. Ao mesmo tempo, duas polarizações diferentes das ondas gravitacionais são separadas: (+) e (×).

É assim que

 

aparecem os HSs polarizados (+) : E assim - (×) - polarizados: A

 

grade azul aqui representa o espaço.

Agora vamos pensar: podemos de alguma forma "sentir" essas ondas? A resposta é sim, nós podemos.

Imagine uma bola de ferro. Quando o espaço em que está localizado começa a encolher e a se esticar, os átomos dos quais consiste começam a convergir em uma direção e a se afastar na outra. No entanto, as forças entre eles os impedem de se mover tão livremente quanto deveriam. Como resultado disso, a deformação da bola fica um pouco atrás da deformação do espaço-tempo. Em relação ao espaço-tempo, a bola começa a vibrar, contraindo e esticando. E essas vibrações podem nos informar que agora GW passa pela bola. Infelizmente, as deformações são muito pequenas: a mudança relativa no tamanho sob a influência do GW registrada em setembro de 2015 é de dez a menos o vigésimo primeiro grau. Escreverei este número:

0.000000000000000000001

Se a bola fosse três vezes menor que a Terra, uma mudança em seu tamanho seria igual ao diâmetro de um próton. Portanto, a idéia de detectores de alta tensão integrais não é bem-sucedida.

Agora, em vez de bolas sólidas, são usadas "letras G" ocas, com raios laser correndo dentro delas. É assim que o famoso LIGO funciona. Alterações nas dimensões das "mangas" do detector se manifestam na forma de alterações nas fases dos feixes de laser, que podem ser determinadas como resultado da adição de dois feixes. Mais detalhadamente sobre isso, posso escrever um dia depois. E para quem não pode esperar, recomendo este artigo de Shkaff , que, entre outras coisas, descreve em detalhes como o LIGO funciona.

Source: https://habr.com/ru/post/pt386953/