Гравитацијски вал

Опћа релативност
${\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}$
Увод Хисторија Математичка формулација Извори Тестови
Фундаментални концепти Принцип еквивалентности Посебна релативност Свјетска линија Риеманнова геометрија
Феномени Кеплеров проблем Гравитациона лећа Гравитациони таласи Повлачење простора Геодезични ефект Хоризонт догађаја Сингуларност Црна рупа Просторвријеме Дијаграми просторвремена Минкоwскијево просторвријеме Црвоточина
Једначине Формализми Једначине Линеаризана гравитација Еинстеинове једначине поља Фриедманн Геодезија Матхиссон–Папапетроу–Диxон Хамилтон–Јацоби–Еинстеин Формализми АДМ БССН Пост-неwтонски Напредна теорија Калуза–Клеинова теорија Квантна гравитација
Рјешења Сцхwарзсцхилд Реисснер–Нордстрöм Гöдел Керр Керр–Неwман Каснер Лемаîтре–Толман Тауб-НУТ Милне Робертсон–Wалкер пп-талас ван Стоцкум прашина
Научници Еинстеин Лорентз Хилберт Поинцарé Сцхwарзсцхилд де Ситтер Реисснер Нордстрöм Wеyл Еддингтон Фриедман Милне Зwицкy Лемаîтре Гöдел Wхеелер Робертсон Бардеен Wалкер Керр Цхандрасекхар Ехлерс Пенросе Хаwкинг Раyцхаудхури Таyлор Хулсе ван Стоцкум Тауб Неwман Yау Тхорне остали
п р у

Гравитацијски вал је поремећај у закривљености простор-времена, који се валовито шири брзином светлости. Гравитациони таласи јављају се услед убрзања маса (експлозија супернова, обилажења звијезда у блискоме двојном суставу и слично) и преносе енергију као гравитационо зрачење, вид зрачења сличан електромагнетном.^[1] Код неких двојних звијезда утврђено је да смањење укупне орбиталне енергије одговара енергији коју односе валови.^[2]

Од четирију познатих основних сила у природи, гравитација је најслабија па је у подручју атома и молекула потпуно занемарива. У свемирским величинама, гдје међусобно дјелују велике накупине маса, међузвјездани плинови, звијезде, галактике, гравитација игра важну улогу. Астрономска открића пулсара и квазара и теорије о развоју звијезда стављају теорију гравитације пред нове проблеме, као што су питање сталности гравитацијске константе тијеком времена, механизам гравитацијскога колапса који узрокује енергетску дегенерацију звијезда. Код гравитацијскога колапса, силе звјездане гравитације посве надјачају силе тлака електромагнетског зрачења и звијезда се све више компримира. Након пораста гравитације изнад неке величине, звијезда постане за проматрача невидљива (црна рупа), јер кванти зрачења више не могу напустити звијезду. За објашњење тих појава може се показати нужним да се гравитација квантизује. Енергија гравитацијскога поља била би квантизирана и ширила би се кроз поље у гравитацијским валовима. Квант гравитацијскога поља зове се гравитон. ^[3]

Њутнов закон гравитације не предвиђа постојање гравитацијских валова, будући заснован на претпоставци да се физичке интеракције шире тренутно.

Главни чланак: Гравитон

Гравитон (према гравитација), квант гравитацијског поља, пријеносник темељне гравитацијске силе. То је честица с масом мировања једнаком нули и нултим набојем, бозон са спином 2х, а припадно је поље тензорско. Гравитон би требао бити квант гравитацијских валова, што их је као мрешкање (промјене) простор-времена које се шири брзином свјетлости. Еинстеин предвидио већ 1916. У суперсиметричним минималним проширењима стандарднога модела (физика елементарних честица), честице цјелобројнога спина добивају партнер-честицу полуцијелога спина. Тако би гравитону спина 2х одговарао гравитино полуцијелога спина 3х/2. ^[4]

Главни чланак: Дуализам (физика)

Дуализам, у физици, је физикално својство електромагнетског зрачења (фотон) и основних честица твари да показују и вална и честична својства, овисно о околностима. Када се електромагнетско зрачење шири простором, јављају се огиб (дифракција) и интерференција, што је доказ да има вална својства. Када електромагнетско зрачење међудјелује с електронима из твари при фотоелектричном учинку, оно се понаша попут роја сићушних недјељивих честица, грудица енергије које се зову фотони. Дакле, у једним околностима (међудјеловање с електронима у металу) електромагнетско зрачење понаша се као рој честица, а у другим околностима (ширење простором) као вал. Лоуис де Броглие изнио је 1923. хипотезу да се аналогно тому понашају и честице твари, као на примјер електрони. Сноп електрона при међудјеловању с твари на коју налијеће понаша се као рој честица, али када се тај сноп шири простором, он показује вална својства. Послије је покусима доказано да се за сноп електрона добивају појаве огиба и интерференције, то јест да при ширењу заиста показује вална својства. Зато се у квантној физици честицама придружују математичке функције (валне функције), које су рјешења одређене валне једнаџбе (Сцхрöдингерова једнаџба). ^[5]

Главни чланак: Опћа теорија релативности

Еинстеинова теорија гравитације прелази у првом приближењу (апроксимацији) у класичну теорију, а како су посљедице теорије релативности врло малене, то је покусом тешко доказати њезину исправност. Досадашњи експериментално добивени податци, као нпр. они о одступању стварне путање Меркура око Сунца од путање коју даје класична теорија, или пак они о савијању зрака свјетлости у гравитацијском пољу Сунца (помак према црвеному дијелу спектра), у складу су с Еинстеиновом теоријом гравитације. Иако је та теорија гравитације складна, она је ипак сложена, па је било више покушаја да се нађу једноставнији принципи на којима би се могла изградити теорија гравитације. Највише успјеха постигли су Георге Давид Биркхофф и Едwард Артхур Милне. У новије доба такођер се много ради на тзв. унифицираној теорији поља, којој је и Еинстеин посветио дуги низ година истраживања. Та теорија требала би истим једнаџбама обухватити и гравитацијско и електромагнетско поље. Досадашњи покушаји још нису дали потпуно задовољавајуће резултате. ^[6]

Гравитационе таласе је предложио Хенри Поинцаре 1905^[7], а касније их је 1916. предвидео Алберт Ајнштајн на основу своје опште теорије релативности.^[8]

Дне 11. вељаче 2016. знанственци окупљени око пројекта ЛИГО (енг. Тхе Ласер Интерферометер Гравитатионал-Wаве Обсерваторy') објавили су да су открили су до данас неоткривене гравитацијске валове.^[9] Прво су запазили 14. рујна 2015. пар црних рупа удаљених 1,3 милијарде свјетлосних година, од који је једна имала масу величине 29 Сунчевих маса (Сунце има масу око 2 ∙ 10³⁰ килограма), а друга 36 Сунчевих маса, распоређених на маленој површини од неколико десетака километара. Оне су прво кружиле једна око друге да би се коначно стопиле у једну (значи укупна маса је била 65 Сунчевих маса). То је уједно и први пут да је потврђено постојање двојног сустава црних рупа. Енергија која се створила тим спајањем била око 50 пута већа од енергија свих звијезда које се налазе у видљивом дијелу свемира. ^[10] Сигнал се распростирао на фреквенцији од 35 до 250 Хз. Маса новостворене црне рупе је око 62 Сунчеве масе, а енергија од 3 Сунчеве масе се распростирала свемиром у облику гравитацијских валова. ^[11] Сигнал је био виђен с ЛИГО детекторима у Ливингстону (Лоуисиана) и Ханфорду (Wасхингтон), који су удаљени око 3 000 километара, с разликом од 0,007 секунди због различитих кутева између детектора и извора. Сигнал је дошао из јужне стране небеске сфере, отприлике из смјера Магелланових облака (двије галактике, Велики Магелланов облак и Мали Магелланов облак). ^[12] Разина поузданости да су виђени сигнали гравитацијски валови је 99,99994 %.

• Вал
• Гравитација