Gaya gravitasi apa kah itu

gaya gravitasi apa kah itu ?

info sains

| April 13, 2015 |

sains

|

No Comments

gaya gravitasi apa kah itu ? ayo kita bahas di sains.info ini sobat semua. Ini adalah pertanyaan yang ditanyakan berkali-kali: Jika menurut Relativitas Umum (GR) Gaya gravitasi adalah tidak lebih dari sebuah fenomena

melengkung ruang-waktu, bagaimana “partikel” gaya gravitasi (graviton) memberi, ketika mencoba untuk ART untuk bersatu dengan mekanika kuantum. Apa yang dimaksud dengan “graviton” menjadi – sepotong kecil kelengkungan ruang-waktu?

Saya mengakui bahwa saya sendiri tidak memiliki jawaban yang baik untuk pertanyaan ini untuk waktu yang lama. Sementara itu, saya sudah berpikir sedikit, dan inilah usaha saya di jawaban. Teks akhirnya hasil pertimbangan bahwa saya telah membuat berbagai pesan lainnya sebelumnya. Saya masih mencoba, mana mungkin, untuk menulis

sehingga Anda dapat memahaminya tanpa menggunakan teks-teks yang lebih tua. Dasar-dasar karena itu saya menyatakan relatif langka, dan kadang-kadang mungkin akan membantu untuk mengikuti link.

Kelengkungan ruang-waktu

Menurut teori relativitas umum “gravitasi” benar-benar tidak lebih dari kata lain untuk “ruang-waktu kelengkungan” . Sebuah lengkungan ruang berarti mengubah jarak antara titik dan geometri tidak begitu, seperti yang telah kita pelajari waktu di sekolah (di atas kertas datar) – jumlah dari sudut dalam segitiga belum tentu 180 °, rasio lingkar dengan jari-jari tidak selalu 2π. Jika Anda hanya terbang misalnya dengan (super tahan panas) pesawat ruang angkasa pada permukaan matahari mengelilingi matahari dan mete luas, dan kemudian sekali pusat matahari untuk mengukur radius matahari, maka Anda akan menemukan bahwa dengan demikian diukur radius 500 meter lebih besar dari Anda pada lingkar ukuran akan diharapkan (dengan radius rumus = lingkar / 2π).

Contoh lain adalah gelombang gravitasi. Jika Anda memiliki cincin partikel, dan gelombang gravitasi impinges biasanya pada cincin ini, maka ini adalah terdistorsi, seperti ini (saya memiliki detail dengan gravitasi dijelaskan di sini ):

gaya gravitasi

Berikut adalah animasi yang bagus dari gelombang gravitasi – di atas gambar yang mirip dengan Teilchenring saya, termasuk Anda melihat bagaimana menyebar semua:

gaya gravitasi animasi

Sejauh kelengkungan ruang. Selain massa mempengaruhi (ya “medan gravitasi” Hasilkan) dan waktu – pergi dekat massa Watches lambat. Bersama dengan kelengkungan daerah Anda mendapatkan namun kurva ruang-waktu. Jelas, seseorang dapat mengumpulkan dengan cara ini: Jika Anda pergi 100 meter ke selatan, dari 100 meter ke barat, kemudian 100 meter ke utara dan 100 meter ke timur, maka Anda kembali pada titik awal – dengan asumsi Anda berada di pesawat. Pada bola berbeda – karena jalan tersebut tidak lagi tertutup. (Jika Anda berdiri di Kutub Utara, maka Anda datang ke titik awal jika Anda hanya berjalan tiga pertama dari empat langkah – membawa Anda bola dunia, jika Anda tidak intuitif jelas ..)

Demikian pula, kita bisa pergi “persegi” dalam ruang-waktu. Kami melakukan ini dalam dua langkah: Aku akan menunggu kedua dan kemudian terbang 100 meter ke atas. Sisi lain Anda terbang hanya seratus meter dan kemudian tunggu sebentar. Kami seharusnya bertemu di akhir setiap detik, kan? Tapi kita tidak lakukan jika kita adalah medan gravitasi – di mana waktu bagi Anda untuk pergi lebih cepat, dan pada akhir kedua, aku belum ada di sana (karena jam saya lebih lambat).

Mekanika kuantum

Jadi sekarang Anda memiliki gambaran kasar tentang bagaimana ini bekerja dengan ruang-waktu kelengkungan (untuk banyak artikel lainnya tentang tag cloud yang dapat Anda ambil kanan). Jika kita ingin quantize sekarang, sekarang kita perlu bertanya pada umumnya bagaimana dikuantisasi karena sebenarnya “klasik” (yaitu non-kuantum) teori. (Catatan: Saya sarankan sini TYPE fisika klasik, dalam arti bahwa hal itu tidak hanya kuantum mekanis Satu sering menggunakan istilah “fisika klasik” terlalu terbatas untuk fisika Newton dan merupakan salah satu teori relativitas harus “modern” fisika .. entah bagaimana masalah selera, hari ini praktis “klasik” dan “mekanika kuantum” untuk menarik garis antara.)

Ambil contoh sebuah elektron. Dalam fisika klasik, kita melihat ini sebagai partikel titik seperti. Untuk mengetahui apa yang dilakukannya, kita perlu tahu secara khusus di mana itu adalah lurus. (Tentang kecepatan saya tidak berpikir, kalau tidak aku akan harus sama dengan hal-hal seperti kekacauan ketidakpastian hubungan, tapi itu menghilang. Di sebelah kanan masalah dalam rangkaian artikel Anda akan menemukan serangkaian persamaan Schrödinger dan beberapa item lainnya untuk QM , karena saya akan menjelaskan detail.) A “klasik” elektron demikian ditandai dengan lokasinya, atau dengan kata lain, jika saya ingin tahu kondisinya, maka saya harus tahu tempatnya. (Lokal) keadaan elektron dengan demikian ditandai dengan tiga angka untuk tempat di tiga arah spasial.

Dalam mekanika kuantum, hal ini, bagaimanapun, lebih rumit. Di sini, posisi elektron tidak selalu ditentukan unik, tetapi ada negara-negara superposisi. Ini hanya memberikan probabilitas (matematis yang tepat amplitudo

probabilitas) untuk menemukan elektron di suatu tempat. Elektron dapat misalnya kesempatan 5% dari harus hanya duduk di depan hidung saya, dan 3% untuk mengambang di atas kepala saya, dll Kami memiliki untuk setiap lokasi di mana elektron dapat menentukan probabilitas seperti itu, maka Kami telah menggambarkan keadaan elektron jelas.

Bahwa ada jauh lebih banyak poin di ruang angkasa, kita perlu menentukan nomor untuk masing-masing titik-titik ini. Alih-alih tiga angka bagi negara kita sekarang membutuhkan jauh lebih banyak angka. (Matematis berbicara, kita perlu fungsi.) Sebuah negara kuantum jauh lebih rumit daripada negara klasik (yang omong-omong, alasan untuk ini adalah bahwa Anda membuat begitu banyak keributan tentang komputer kuantum -. Untuk biola dengan keadaan kuantum hanya membuka lebih banyak kemungkinan) ukuran ini, untuk masing-masing negara mungkin memberikan probabilitas (atau probabilitas amplitudo) disebut fungsi gelombang.

Jika Anda benar-benar mengamati elektron pada suatu titik, maka ada fungsi gelombang adalah sama dengan satu (itu yakin bahwa Anda menemukannya di sana, sehingga probabilitas satu), jika tidak sama dengan nol di mana-mana. Apakah kamu tidak melihat elektron, maka mungkin berlokasi di berbagai tempat, fungsi gelombang adalah di mana-mana nilai-nilai non-nol. (Transisi dari negara sebelum negara setelah pengukuran adalah terkenal “runtuhnya fungsi gelombang.” Klik di sini jika Anda ingin tahu apa konsekuensi yang dihasilkan darinya untuk pertanyaan tentang hakikat realitas kita.)

masing-masing individu (sehingga untuk berbicara klasik) kemungkinan apa yang bisa terjadi (elektron 1 di sini, elektron 2 ada di sini, atau elektron 1 di sini, elektron 2 ada, dll) untuk mengisi, dan semua ini peluang individu dengan probabilitas masing-masing dan pada akhirnya menambah segalanya. Kedengarannya rumit? Dan itu. Secara

matematis, menyederhanakan sering dengan bantuan diagram Feynman terkenal, yang saya jelaskan di sini . Rincian kita tidak lihat di sini tapi hanya pada waktu.

Quantengravitation

Begitu dan begitu sebenarnya cukup jelas bagaimana untuk menggabungkan ruang-waktu kelengkungan dengan mekanika kuantum: Sebuah ruang-waktu kuantum dijelaskan secara mekanis dapat berada dalam keadaan superposisi yang menyatakan kelengkungan begitu berbeda masing-masing memiliki kesempatan. Ada di sini sedikit kesulitan karena kami, seperti elektron, tidak bisa secara langsung mengamati “ruang-waktu”. Tapi kita bisa – seperti di atas pada gambar gelombang gravitasi – bayangkan kita ruang mengisi dengan partikel kecil yang perilakunya kita amati. (Untuk mempermudah, kita berpura-pura bahwa partikel-partikel ini tidak akan tunduk mekanika kuantum.)

Jadi bayangkan lagi cincin partikel seperti sebelumnya, persis seperti di atas. Kita bisa membayangkan bahwa kita dapat mengukur jarak antara dua partikel, karena mereka dapat menarik atau saling tolak elektrik – semakin besar jarak, semakin kecil gaya. Jika gelombang gravitasi klasik impinges pada partikel, maka jarak lebih besar atau kurang secara berkala, juga bervariasi sesuai dengan gaya.

Selanjutnya, kita sekarang mempertimbangkan negara-negara superposisi kuantum dari kelengkungan ruang-waktu yang berbeda. Mari kita asumsikan – bahkan jika secara fisik tidak terlalu berguna -, kita akan memiliki probabilitas 50% bahwa jarak antara partikel tidak berubah dan 50% bahwa ia dibelah dua. Jika sekarang kita mengukur kekuatan antara partikel, kita mengukur dalam 50% kasus, nilai tidak berubah pada 50% kasus kekerasan yang lebih besar (empat kali lipat atau lebih tepatnya, karena tenaga listrik dengan kuadrat jarak menurun). Harap dicatat bahwa partikel kita sendiri sehingga (menurut hipotesis) tidak dikenakan mekanika kuantum – ada partikel klasik, tetapi menanggapi sifat kuantum ruang-waktu kelengkungan kami.

Jadi harus mempertimbangkan segala kemungkinan seperti kita (atau dijelaskan dalam pertemuan dua elektron di atas) ketika elektron, sehingga yang perlu kita lakukan untuk kelengkungan ruang-waktu sekarang. Untuk memahami bagaimana proses bekerja, kita harus mempertimbangkan semua pilihan untuk jarak ruang-waktu masing-masing partikel yang terlibat dan semua biaya dan probabilitas terkait.

Kita bisa melakukannya, jadi kita harus tahu probabilitas yang terkait untuk setiap kemungkinan

Raumzeitkrümungszustand. Serupa dengan elektron, kita bisa berbicara tentang fungsi gelombang – yang masih jauh lebih rumit, karena kita tidak hanya harus sekarang menetapkan setiap situs nomor, tapi setiap kondisi kelengkungan dibayangkan ruang-waktu (dan lengkungan ruang-waktu untuk tahu di sini, kita perlu di mana saja dan kapan selalu tahu kelengkungan yang tepat). Secara matematis, seluruh alasan yang lebih rumit daripada elektron. (Teori sesuai disebut teori medan kuantum Sejalan curam – jika Anda mengklik kanan di seri artikel, maka Anda dapat menemukan usaha saya untuk memberikan setidaknya beberapa wawasan.)

Gravitonen

Graviton yang menjadi “Vermittlerteilchen” gravitasi ya. Dan sekarang adalah titik di mana pandangan tampaknya menghubungkan sekali: Jika tidak ada gravitasi adalah sebagai ruang-waktu kelengkungan (dan gravitasi kuantum adalah superposisi dari Raumzeitkrümungen), yang kemudian harus berurusan dengan itu partikel? Gelombang gravitasi memang distorsi ruang-waktu yang menyebar bagaimana animasi muncul – di mana ada ruang untuk “partikel”?

Mari kita lihat untuk lebih memahami hal ini, secara singkat, bagaimana keseluruhan melihat gelombang

elektromagnetik. (Detil Saya baru saja selesai di sini – hampir semua di artikel pada foton harus, dapat ditransfer ke graviton ada akan dibahas secara rinci pada konteks lapisan ..) Mari kita karena itu merupakan gelombang

image gaya gravitasi

Dalam hijau Saya telah ditarik medan listrik, medan magnet di magenta. Panah kuning menunjukkan arah propagasi. Dalam fisika klasik dapat sebagai gelombang elektromagnetik memiliki energi. Dalam mekanika kuantum,

bagaimanapun, tidak – di sini kita dapat melihat energi gelombang hanya dalam bentuk “kuantum”, yaitu paket energi. (By the Light disebut kuantum “foton”). Kita mungkin memiliki satu atau dua atau seratus empat puluh kuantum dalam gelombang, tetapi tidak delapan setengah atau tiga perempat dari tujuh belas. (Catatan untuk semua Exact: Saya mengabaikan untuk kesederhanaan energi titik nol). Karena kita dapat menghapus atau menambahkan energi hanya dalam bentuk paket, energi gelombang hanya terkuantisasi. Dan karena setiap kuantum adalah ukuran yang sama jumlah energi Anda hanya bisa tahu kapan gelombang dengan hundersiebenundvierzig kuantum yang terdiri dari 147 partikel yang disebut foton. (Fakta bahwa keseluruhan bisa sangat rumit dan bahwa jumlah partikel tidak selalu jelas dalam gelombang, saya telah dijelaskan dalam artikel terkait.)

Persis sama berlaku untuk gelombang gravitasi. Bahkan di mana energi terkuantisasi – ketika gelombang misalnya, dua massa bergerak melawan kekuatan (karena mereka jarak berubah), dan kehilangan energi, ia bisa melakukan itu juga hanya dalam bentuk kuanta energi – baik dua partikel menempati Avatar pada (dan kemudian memiliki energi yang lebih tinggi) atau tidak.

Dalam hal ini bisa – seperti dalam gelombang elektromagnetik – mengatakan bahwa gelombang gravitasi terdiri dari partikel.

Tapi graviton membawa tidak hanya energi tetapi juga momentum dengan sich.Für partikel klasik dengan massa pulsa sama dengan produk kecepatan dan massa, Anda mungkin belajar pada waktu sekolah. Dalam mekanika Newtonian, denyut nadi perubahan ketika kekuatan bertindak. Kunci untuk impuls adalah bahwa ia adalah kuantitas kekal – itu ditambahkan dalam sistem tertutup, semua pulsa, maka momentum total yang dihasilkan tidak berubah. Sebagai contoh, jika sebuah bola bilyar bertabrakan kepala yang lain, maka bola pertama berhenti dan bola kedua gulungan pada kecepatan yang sama pada (baik, kira-kira, jika kita mengabaikan kadang-kadang hal-hal seperti gesekan, dll). Bersih konservasi energi tidak mengerti, maka bisa roll pada kedua bola selama total energi adalah sama, tetapi energi dan momentum konservasi bersama-sama peduli bahwa bola akan berhenti dan roll kedua. (Jika Anda pelajaran fisika baik Anda memiliki, maka mungkin Anda punya waktu dihitung.)

Sekali lagi, kita dapat membuat analogi terhadap cahaya untuk digunakan untuk memahami denyut nadi graviton. Mari kita perhatikan sebuah elektron duduk, misalnya, dalam sebuah antena dan bergerak di dalamnya atas dan ke bawah untuk menghasilkan gelombang elektromagnetik. Gelombang ini terus bergerak dengan kecepatan cahaya diserap oleh elektron lain di antena lain sebagian, maka elektron ini dipercepat. Jelas, pulsa ini ditularkan dari satu elektron yang lain, sehingga gelombang em harus dikenakan pulsa dari elektron yang lain. Karena gelombang em terdiri dari foton yang membawa foton tunggal termasuk pulsa.

Dalam gelombang gravitasi sangat mirip. Jika cincin mampu memindahkan partikel di atas kami terhadap satu sama lain dengan mempengaruhi jarak antara partikel kemudian dapat ditularkan pulsa. Jadi gelombang gravitasi harus memiliki pulsa.

Jadi gelombang gravitasi membawa energi dan momentum (dan bahkan momentum sudut, tapi pertama kali saya simpan) dari satu tempat ke tempat lain. Sama seperti energi dalam teori kuantum gelombang gravitasi, momentum terkuantisasi – poros sehingga terdiri dari individu “paket” dengan impuls spesifik dan energi tertentu. Dan jika energi dan momentum dalam paket mendapatkan dari satu tempat ke tempat lain, itu cukup masuk akal untuk mengatakan bahwa paket ini memberikan “partikel” yang. Dalam hal ini, graviton begitu “partikel”.

Jika Anda masih membutuhkan pandangan yang sulit Anda juga dapat mengatasi masalah cukup berbeda: Anda yaitu tidak menggambarkan menggunakan ruang-waktu kelengkungan pengaruh gravitasi. Sebaliknya, hal ini juga

memungkinkan untuk membayangkan bahwa gravitasi mempengaruhi materi dan bertindak sebagai lapangan.

(Akhirnya aku sudah di sini , di sini dan di sini menjelaskan.) Sebaliknya memperpanjang, misalnya, ruang antara dua benda, seseorang dapat bayangkan begitu baik bahwa obyek itu sendiri (dan semua skala) menyusut, yang keluar pada yang sama.

Dalam interpretasi bidang ini gravitasi, gaya gravitasi sangat mirip dengan gaya elektromagnetik. Perbedaan utama adalah bahwa medan elektromagnetik bertindak hanya pada muatan listrik dan hanya diproduksi oleh mereka. Medan gravitasi, bagaimanapun, setiap massa (dan energi apapun) yang dihasilkan. Satu-satunya alasan yang dapat

mempengaruhi semua benda “yang sama”, sehingga hanya perubahan cocok untuk semua skala dalam gambar ini.

Interpretasi lapangan memiliki keuntungan bahwa graviton tampaknya tidak lagi menjadi sesuatu yang jauh lebih dari, misalnya, foton – foton adalah partikel bidang em, para graviton dari medan gravitasi. Pikirkan tentang bagaimana ruang-waktu kelengkungan dapat terdiri dari “partikel”, seseorang tidak perlu dilakukan di gambar ini.

Tapi seperti yang saya katakan, pemetaan lapangan hanya interpretasi yang berbeda dari persamaan ART – apa pun yang Anda bisa memikirkan dalam penafsiran ini juga berlaku jika Anda tinggal di citra ruang-waktu kelengkungan. Dan saya telah mencoba di atas masuk akal cukup masuk akal di mana orang bisa membayangkan bahwa “ruang-waktu kelengkungan” dapat terdiri dari partikel-partikel.

Deteksi graviton

Pada akhirnya, tentu saja, menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana untuk membuktikan graviton karena jika hal itu karena mereka – harus – menurut mekanika kuantum. Sayangnya, hal ini sangat sulit. Alasan untuk ini adalah bahwa energi yang terkandung dalam gelombang gravitasi sangat kecil. Menurut Wikipedia, misalnya, menghasilkan revolusi bumi mengelilingi gelombang gravitasi matahari dengan energi 300 watt – total energi yang dipancarkan oleh matahari dan bumi gelombang gravitasi sehingga hanya cukup untuk beroperasi dalam mode microwave pencairan ne. Oleh karena itu bahkan deteksi gelombang gravitasi cukup sulit.

Jauh lebih sulit untuk mendeteksi graviton adalah. Hal ini karena energi graviton – hanya seperti yang Photones – tergantung pada frekuensi gelombang. Dan karena kebutuhan untuk memindahkan massa besar untuk menghasilkan gelombang gravitasi diukur adalah frekuensi yang dipermasalahkan di sini, di kisaran detik (misalnya, ketika dua bintang neutron mengorbit satu sama) atau tahun (seperti di Bumi dan Matahari). Energi yang berisi graviton sebuah, yang dikirim oleh gerakan bumi mengelilingi matahari, sehingga harus sekitar 20 triliun (2 sebesar 22 nol) kali lebih kecil dari foton cahaya tampak, jika saya belum saya dikenakan biaya. (Dan bahkan dengan dua bintang neutron mengorbit masing-masing dalam seperseratus detik, faktornya adalah masih triliun.) Sebuah detektor yang akan menyimpan sejumlah kecil seperti energi akan menjadi sangat sensitif. (Mengapa para fisikawan ya begitu gembira ketika muncul tahun lalu yang akan telah ditemukan dalam jejak radiasi latar belakang kosmik graviton – . Sayangnya, hal ini ternyata menjadi kesalahan tapi ya )

Kesimpulan

Ruang-waktu kelengkungan dapat membawa energi dan momentum – sesuai dengan aturan mekanika kuantum, jumlah ini hanyalah terkuantisasi dan dapat ditemukan, misalnya, gelombang gravitasi hanya dalam bentuk paket dengan ukuran tertentu. Ini “paket” berperilaku sichdeshalb demikian, seperti halnya partikel lain (misalnya foton) dalam mekanika kuantum. Oleh karena itu, mungkin masuk akal untuk berbicara tentang “graviton”, yang “partikel ruang-waktu kelengkungan”.

Sebagai gravitasi kuantum graviton bekerja (atau tidak) dan di mana kesulitan terjebak di sini, saya menunda untuk hari lain.

Catatan: Seperti yang sering akhir-akhir ini adalah hal-hal yang saya katakan di sini, dalam buku (mengapa, saya tidak tahu). Saya pikir saya sudah pikir saya baik-baik, namun tidak menjamin, jika Anda dalam ujian fisika Anda