Detekce gravitačních vln – první dojmy  
Co nám vlastně přináší historické přímé zachycení gravitačních vln?

Splynutí černých děr. Kredit: Bohn et al 2015, SXS team.
Splynutí černých děr. Kredit: Bohn et al 2015, SXS team.

Publicisté na celém světě nyní komentují právě oznámenou detekci gravitačních vln jako revoluci ve fyzice. Detekce gravitačních vln skutečně představuje vědeckou revoluci, ale poněkud specifického druhu. Oznámená úspěšná detekce ukazuje se, že velmi nesamozřejmé představy o prostor a čase, vycházející z Einsteinovy teorie relativity formulované právě před 100 lety, nejsou pouhou abstraktní chimérou.

 

 

 

Často se hovoří o testech obecné teorie relativity (OTR). Ke klasickým testům OTR se obvykle počítá stáčení perihelia Merkuru, jehož relativistická trajektorie je ve sféricky silném gravitačním poli Slunce odlišná od newtonovského popisu, dále ohyb paprsků v gravitačním poli neboli gravitační lensing, poprvé experimentálně testovaný Eddingtonem při úplném zatměni Slunce v roce 1919, a konečně Poundův-Rebkův experiment ukazující závislost toku času na gravitačním potenciálu. Proběhly i testy principu ekvivalence, rovnosti setrvačné a gravitační hmotnosti.

 

Silně zářící binární hvězdné systémy obsahující relativisticky kompaktní objekty, o kterých předpokládáme, že jsou neutronovými hvězdami nebo černými děrami, vykazují chování konzistentní s relativistickými předpověďmi. Stejně tak záření kvasarů a aktivních galaktických jader lze těžko vysvětlit jinak, než uvolňováním energie hmoty akreované supermasivní černou dírou. Pozorované binární systémy dvou pulsarů zkracují své orbitální periody a ztrácejí tak energii s vysokou přesností dle relativistických předpovědí o uvolňování energie gravitačními vlnami. Přesto však dneška mohl přetrvávat určitý stín pochybností o platnosti OTR, i díky mysteriózním fenoménům temné energie a temné hmoty. Gravitace také stojí stále mimo vysoce úspěšný standardní model zbývajících tří fundamentálních sil.

 

Zakřivení časoprostoru. Kredit: LIGO / Caltech.
Zakřivení časoprostoru. Kredit: LIGO / Caltech.

Současný pokrok v observačních technologiích , obzvláště v družicových rentgenových observačních misích, je poměrně impozantní, avšak stále pozorujeme pouze slabý elektromagnetický signál mikrokvazarů, binárních systémů s neutronovými hvězdami, aktivních galaktických jader a kvazarů vzdálených tisíce až milióny parseků, který je silně zahlcený šumem. Naše interpretace variability i spektrálních vlastností signálu je s relativistickými modely vzniku záření v silné gravitaci zcela konzistentní, ale o neprůstřelně průkazné testování OTR v extrémně silném gravitačním poli se nejedná. Nemáme bohužel k dispozici mezihvězdné koráby, abychom prováděli přímá měření ve skutečně silném gravitačním poli poblíž horizontů černých děr, popřípadě se osobně přesvědčili o jejich existenci.

 

 

Ohlášená detekce gravitačních vln radikálně mění situaci. Samotná detekce gravitačních vln doplňuje klasické testy OTR o poslední chybějící článek. Neméně významné však je, že detekovaný signál odpovídá relativistickému modelu splynutí dvou černých děr. Jedná se tedy o spektakulární první test OTR v režimu extrémně silného a navíc dynamického gravitačního pole. Po dnešku lze důvodně konstatovat, že OTR nebo jí velmi blízká teorie je velmi pravděpodobně realistickým popisem gravitace. Pochybnosti o existenci černých děr a dalších vesmírných relativistických monster proto výrazně slábnou.

 

Obecná relativita gravitaci popisuje jako projev zakřivení čtyřdimenzionálního prostoročasu, ve kterém se hmotné částice i kvanta záření - fotony pohybují po nejpřímějších trajektoriích, odlišných od přímky. Zdrojem deformace prostoročasové geometrie je přítomnost hmoty a energie. V populárních prezentacích je často zakřivený prostoročas zobrazován pomocí deformované plochy, kdy prohlubně a dolíky reprezentují gravitační pole. Takový obrázek však postrádá zcela klíčovou ingredienci obecné relativity, časově proměnný a tedy dynamický charakter zakřivení prostoročasu.

 

Jaké objevy nás čekají příště? Kredit: LIGO / Caltech.
Jaké objevy nás čekají příště? Kredit: LIGO / Caltech.

 

Stejně jako na hladině rybníka se mohou šířit vodní vlny, tak na čtyřrozměrné hladině klidného prostoročasu se dle obecné teorie relativity mohou šířit deformace geometrie, nazývané gravitačními vlnami. Přítomnost gravitační vlny vlastně znamená, že se lokální geometrie prostoročasu v místě, kterým vlna prochází, v čase mění. Takovou změnu pak vnímáme jako změnu vzdáleností testovacích objektů, a to je přesně to, co detekují gravitační interferometry, jako je LIGO. Zatímco všechny úspěšné předešlé observační testy obecné relativity byly zaměřené na statické vlastnosti prostoročasu, detekce gravitačních vln poprvé potvrzuje jeho dynamický charakter.

 

Obecná teorie relativity je teorií silně nelineární, což je způsobeno tím, že energie samotného gravitační pole budí další gravitační pole. Proto je popis dějů a tedy i gravitačních vln v silném gravitačním poli extrémně obtížný a bez superpočítačů a numerického modelování neřešitelný. Nicméně, pokud se omezíme na slabé gravitační vlny daleko od zdrojů gravitačního záření , matematický formalismus jejich popisu je velmi blízký popisu elektromagnetických vln. Pro matematicky informovanější čtenáře lze dodat, že amplituda gravitačních vln má, na rozdíl od jejich elektromagnetických protějšků, tenzorový , nikoli vektorový charakter. Nicméně, obdobně jako u elektromagnetismu, lze rozlišit dva typy polarizace gravitačních vln. Dále se gravitační vlny, obdobně jako vlny elektromagnetické, šíří rychlostí světla a nenarušují proto kauzální strukturu prostoročasu. Takto popisované slabé gravitační vlny lze také bez větších problémů formálně kvantovat, a příslušné kvantum gravitační interakce dostalo název graviton.

 

V této chvílí je si ovšem třeba uvědomit gigantické technické komplikace při detekci slabého gravitačního záření. Už samotná gravitace je zcela suverénně nejslabší silou v našem vesmíru. Vysvětlení poměru míry gravitačního působení k intenzitě dalších fundamentálních interakcí v našem vesmíru je jednou z otevřených otázek. Často se v této souvislosti hovoří o bránovém univerzu, kde třídimenzionální vesmíry jakožto tzv. D-brány plují mnohorozměrným prostorem, bulkem. V takovém modelu gravitační interakce volně proniká napříč bulkem i D-bránami všech vesmírných světů, zatímco ostatní tři síly jsou vázány pouze na D-bránu našeho vesmíru a proto jsou námi vnímány jako podstatně silnější.

 

Pavel Bakala. Kredit: FPF SLU.
Pavel Bakala. Kredit: FPF SLU.

 

Nicméně, ať je mechanismus skrytý v pozadí gravitační interakce jakýkoli, detekce gravitačních vln vyžaduje změřit změnu délky ramen interferometru detektoru LIGO s přesností srovnatelnou s průměrem protonu. Technologie použité pro konstrukci gravitačního detektoru jsou proto nutně založeny na kvantové teorii popisující svět velmi malého, která je komplementární k relativistickému popisu našeho vesmíru na velkých škálách. Ač tedy nemáme k dispozici úplnou sjednocenou teorii všech interakcí, máme nesmírně pokročilou technologii, která relativistický i kvantový svět spojuje.

 

Detekce gravitačních vln dále ukazuje důležitý aspekt současného špičkového základního vědeckého poznání, kterým je extrémní finanční náročnost. Ve sklepě a na koleně se již nobelovské objevy dělat pravděpodobně nedají. Častá představa všech administrátorů státních rozpočtů, že je možno beztrestně omezovat rozpočty na vědu, protože vědci si přece nějak poradí, je katastroficky mylná. Domnívám se, že omezováním základního výzkumu fatálně podrýváme základy naší kultury a civilizace, která je velmi atraktivní i pro obyvatele zcela jiných kulturních okruhů pouze díky dosaženému vědeckotechnickému pokroku.

 

Oblíbené poukazovaní vědecké publicistiky na slabá a prozatím bílá místa na mapě našeho poznání vesmíru jistě podněcuje fantazii a kreativitu . Současná věda ale tak trochu zapomíná sdělovat veřejnosti, že žijeme v době, kdy blízkému a vzdálenému vesmíru poprvé začínáme alespoň trochu rozumět. Objev gravitačních vln není revolučním vědeckým průlomem v tom smyslu, že by bořil modly a zpuchřelé staré pravdy. Naopak, ukazuje, že exaktní věda, vrcholný produkt našeho západního civilizačního okruhu, je na správné a historicky pravděpodobně zcela jedinečné cestě poznávání universa.

Autor: Pavel Bakala
Datum: 12.02.2016
Tisk článku

Liga spravedlnosti -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 449 Kč
cena: 359 Kč
Liga spravedlnosti

Související články:

Zachytila observatoř aLIGO gravitační vlny anebo ne?     Autor: Stanislav Mihulka (01.10.2015)
Mimořádná zpráva: Projekt LIGO ulovil gravitační vlny!     Autor: Stanislav Mihulka (11.02.2016)
Byly už konečně přímo pozorovány gravitační vlny?     Autor: Vladimír Wagner (11.02.2016)



Diskuze:

Hloupý dotaz

Jaroslav S,2016-02-16 12:12:45

Nevím, jestli to není hloupost, ale pokud se gravitační vlny zakřivují nejen prostor, ale celý časoprostor, nebylo by jednodušší a levnější je detekovat porovnáváním několika propojených atomových hodin rozmístěných různě po zeměkouli ?
Průchod gravitační vlny a tedy postupující zakřivení časoprostoru by se určitě muselo projevit pozorovatelnou vypočitatelnou časovou odchylkou od ostatních hodin. Na kouli by tak bylo možné podle postupu odchylky snadno detekovat směr,polarizaci a frekvenci vlny...

Odpovědět


Re: Hloupý dotaz

Pavel Bakala,2016-02-16 14:09:29

Už jsem to psal níže, ale přesto zopakuji: Průchod slabé gravitační vlny nemění rychlost toku času, pouze modifikuje vzdálenosti testovacích částic ve směru kolmém na směr šíření. Jedná se skutečně o šířící se malou poruchu geometrie prostoru.

Odpovědět

Asi jsem mimo,

Petr Jack,2016-02-16 00:42:07

ale nějak nechápu ten princip detekce. Nevím, co detekovali, ale pokud by šlo skutečně o gravitační vlnu, pak by podle mně tímto systémem nic nezměřili. Rychlost světla je dána konstantou a tato je nezávislá na hustotě (stlačení) časoprostoru. Tedy pokud se dejme tomu délka zkrátí, zpomalí se i tok času, takže ve výsledku bude čas stejný jako kdyby se délka prodloužila. Pokud by tomu tak nebylo a jeden z paprsků dorazil do cíle dřív, pak by se musel v naší vztažné soustavě pohybovat rychlostí vyšší než ten druhý a to jak víme nejde. Vysvětlí mi tento paradox někdo ze zasvěcených?

Odpovědět


Re: Asi jsem mimo,

Pavel Brož,2016-02-16 09:52:42

Předpokládám, že vycházíte z tvrzení speciální teorie relativity, jenže ta jsou aplikovatelná pouze na nezakřivený prostoročas a v něm navíc pouze na měření prováděná v inerciálních soustavách. V obecné teorii relativity je rychlost světla, pokud je měřená jako tzv. souřadnicová rychlost světla, tedy jako podíl změny prostorových souřadnic ku změně souřadnicového času, obecně závislá na křivosti prostoročasu a na volbě soustavy. Kvůli tomu také vznikají ty paradoxy při letu světelného paprsku do černé díry - zatímco pro vzdáleného pozorovatele se bude paprsek více a více zpomalovat a nikdy nedosáhne horizontu černé díry, tak z pohledu padajícího pozorovatele právě procházejícího horizontem (resp. místem, kde z pohledu vzdáleného pozorovatele má onen horizont být) kolem něj ten paprsek prosviští standardní rychlostí světla c.

Volbou vhodné soustavy můžete v zakřiveném prostoru vždy něco částečně vyrušit, ale ne všechno. Tak např. vždy můžete přejít do tzv. lokální inerciální soustavy, což je volně padající soustava v gravitačním poli (často ilustrovaná jako "volně padající výtah"), ale je jí např. také každé volně orbitující těleso (např. stanice IIS při svém oběhu kolem Země). V lokální inerciální soustavě obnovíte všechna pravidla známá ze speciální teorie relativity, ale pouze lokálně, protože v zakřiveném prostoru nejde to lokální soustavu protáhnout globálně (z analogického důvodu, z jakého nelze lokální Euclidovské souřadnice použité na blízkém okolí nějakého bodu na povrchu sféry protáhnout na celou sféru). Nelokální efekty a s nimi spojená neinerciálnost se projeví např. v tom, že dvě stanice volně orbitující na odlišných drahách se budou při svých obězích opakovaně vzdalovat a zase přibližovat - v globální inerciální soustavě toto u volných objektů nenastane, ty se vůči sobě pohybují vždy rovnoměrně přímočaře.

I zde na Zemi můžeme používat rozdílné soustavy, dokonce i bez gravitačních vln. I bez nich je totiž metrika našeho prostoru zakřivená, byť velice málo. Nelze ji proto popsat žádnými kartézskými souřadnicemi, tak jako to můžeme udělat v případě plochého prostoročasu bez gravitace. Podobně, jako si např. geografové mohou vybrat mezi různými souřadnicovými systémy, když chtějí udělat mapu rozsáhlých oblastí Země (kdy některé souřadnicové systémy např. dobře zobrazují úhly, ale už ne délky či plochy, atd.), tak my také musíme pro globální popis prostoročasu v okolí Země zvolit nějakou souřadnicovou soustavu (míněno včetně časové souřadnice). Velice často používané jsou např. tzv. Boyer-Lindquistovy souřadnice, v nich má metrika našeho prostoročasu tvar popsaný zde:

https://cs.wikipedia.org/wiki/Schwarzschildova_metrika

V těchto souřadnicích je (souřadnicová) rychlost světla rovna c*(1-2GM/(r*c^2)), tedy je menší než c, na horizontu je dokonce nulová (v případě Země by ale dosažení horizontu vyžadovalo stlačit veškerou její hmotu pod poloměr 9 mm).

Obecně relativistické korekce hrají dokonce dost podstanou roli pro funkci GPS. Zde se uplatňují jak speciálně relativistické korekce, tak ty obecně relativistické - zajímavé je, že působí proti sobě, ale nevyruší se, protože ty obecně relativistické jsou (možná překvapivě) větší.

Odpovědět


Re: Asi jsem mimo,

Pavel Bakala,2016-02-16 10:03:01

Mohu Vás uklidnit, jde skutečně pouze o časovou změnu prostorové geomerie. Šíření slabé rovinné gravitační vlny vůbec nemá vliv na lokální běh času. Přítomností vlny jsou ovlivněny pouze prostorové vzdálenosti vzdálenosti kolmé na směr šíření. Matematicky precizněji můžeme říci, že všechny časové komponenty (i prostorové komponenty ve směru šíření) tenzorové amplitudy ( polarizačního tenzoru) vlnění jsou nulové. To si samozřejmě nikdo nevycucal z prstu, jde o nutnou vlastnost vlnového řešení linearizovaných Einsteinových rovnic gravitačního pole.
Bohužel, obecná relativita je dosti neintuitivní a přímočaré používaní selského rozumu nás velmi často zavádá na scestí :-(

Odpovědět

Sjednocování teorií

Jan Valečka,2016-02-12 17:23:47

Mám dotaz ohledně sjednocování teorie gravitace a ostatních sil. Pokud se nepletu, máme 4 principiálně podobně se projevující síly, z nichž 3 jsou popsané jedním jazykem a gravitace jiným, místo polí a částic jako deformace časoprostoru. První tři síly se podařilo spojit v jediné teorii a všichni se tedy snaží k tomu přidat gravitaci, prozatím bez jasného úspěchu. Nezkoušel to někdo udělat naopak, a popsat ostatní síly (nebo aspoň jednu z nich) jako jiný typ zakřivení časoprostoru? Třeba by se pak podařilo buď začlenit jinou sílu do obecné relativity, nebo aspoň vysledovat nějaké vztahy zjednodušující hledání popisu gravitace v rámci ostatních sil. Existují nebo existovaly takové snahy, a pokud jo, jak se jim daří?

Odpovědět


Re: Sjednocování teorií

Pavel A1,2016-02-12 20:13:54

Samozřejmě, takové snahy existovaly a existují. Už krátce po publikování OTR ukázal Kaluza, že přidáním pátého rozměru lze spojit OTR s Maxwellovými rovnicemi, elektrický náboj by byl projekcí hybnosti do toho pátého rozměru. Bohužel to nesouhlasilo s kvantovou povahou elektrického náboje, už tehdy známou, a ani doplnění Kleina o sbalení pátého rozměru nedokázalo rozpory s experimenty zmenšit.

Nicméně dnes přesně toto dělá teorie strun. Snaží se všechny síly popsat jako projevy geometrie jedenáctirozměrného prostoru. S lepšími výsledky než jsou snahy opačné - rozbíjet prostor a čas na kvanta.

Odpovědět

důsledky

David Dobeš1,2016-02-12 14:06:33

Praktické důsledky: jestliže dokáže silná gravitační vlna měřitelně v jednom směru prostoročas "protáhnout" a v druhém "zkrátit", pak by to mohla být výhoda pro mladé, se svým tělem nespokojené blondýnky. Pokud se postaví správným směrem, prodlouží jim to nohy a zmenší pupíky (bohužel i ňadra - vadí pouze u méně obdařených). Má to několik háčků - bohužel se jedná sotva o zlomky průměru protonu, dále jen na milisekundy. A hlavně nesmí stát obráceně. To by potom byl i efekt obrácený...

(poznámka: jako technik jsem tímto úspěchem fascinován. Už jenom to, že je někdo schopný postavit přístroj, který zjistí deformaci o řádu 0,1% atomového jádra na vzdálenost 4km, jak pěkně včera popsal p. Wagner. S touto přesností ve stejné vzdálenosti postavit zrcadla a zamezit všem představitelným chybám; které se ještě znásobí mnohomilionkrát opakovaným průletem paprsku, aby se interference výrazně projevila)

Odpovědět

krása myšlenek

Jozef Hofman,2016-02-12 09:35:21

Opravdu vnímám jako krásné myšlenky které objevují přírodní zákon a snad ho i respektují. Děsí mne ale fakt, že přemnožené lidstvo je na hranici sebezničení.

Odpovědět

posun detektorů

Stanislav Florian,2016-02-12 09:24:14

Článek uvádí o posunu detektoru
"s přesností srovnatelnou s průměrem protonu."
Technet.cz v obrázku i textu
http://technet.idnes.cz/foto.aspx?r=veda&c=A160211_172541_veda_mla&foto=PKA6139a5_gravi3.png
uvádí posun 10^-18 m tedy podstatně méně, než velikost protonu řádově 10^-15 m.

Odpovědět


Re: posun detektorů

Vladimír Wagner,2016-02-12 16:36:43

Pokud se podíváte na pozorované oscilace v obrázku na konci článku o dva dřívějšího: http://www.osel.cz/8686-byly-uz-konecne-primo-pozorovany-gravitacni-vlny.html, tak je vidět, že maximální relativní posuv byl 10^-21. Tedy, jestliže je rameno dlouhé 4 km, to jest 4000 m, tak absolutní odchylka je 4x10^-18, což je zhruba 0,2 % průměru protonu. Kolega Pavel Bakala nemluvil o přesné hodnotě, spíše měl na mysli to, že je třeba měří odchylky až na úrovni rozměru protonu (a menší, i daleko).

Odpovědět


Re: Re: posun detektorů

Pavel Bakala,2016-02-12 22:23:00

Děkuji kolegovi Wagnerovi za kvalifikované upřesnění.

Odpovědět

Černé díry

Pavel Ouběch,2016-02-12 09:20:41

A mohou vůbec černé díry (pokud existují)v konečném čase z našeho pohledu splynout ?
- Jinak, je myslím dost sporné, že naměřená detekce grav. vln potvrzuje existenci černých děr.
V modelech, ze kterých vyjde průběh frekvence signálu se nejspíš předpokládá nenulový průměr zdroje (horizont ?). Ale ČD právě nulový průměr (singularitu) zdroje záření mají.
Navíc všechny děje u horizontu se (pro nás) odehrávají téměř nekonečně pomalu. Jak je to potom s frekvencí vln ???

Odpovědět


Re: Černé díry

Jakub Beneš,2016-02-12 12:49:57

zamyslete se, proc se pro nas ty deje odehravaji temer nekonecne pomalu. protoze to jsou deje v silnem gravitacnim poli. doposud jsme jako dej posuzovali jen cokoliv mimo gravitaci. ta neni nijak zpomalena sama sebou :) takze zmeny gravitace se odehravaji normalni rychlosti a nejsou samy sebou v cerne dire nijak zpomaleny.

Odpovědět


Re: Černé díry

Pavel Bakala,2016-02-12 22:09:05

Singularita v nitru černých děr rozhodně není zdrojem signálu. Sama singularita je kauzálně obalena horizontem událostí a nemůže proto vnější vesmír nikterak ovlivnit. Mechanismus popisovaný Einsteinovými rovnicemi gravitačního pole je následující: Pokud v nějaké konečné oblasti prostoročasu dochází k časové změně rozložení hmoty a energie vůči libovolné ose symetrie (mění se kvadrupólový moment rozložení hmoty/energie), tak takový ostrovní prostoročasový systém je zdrojem gravitačního záření/gravitačních vln. Příkladem mohou být např. i planety na orbitách kolem Slunce, jejichž gravitační vyzařování je ovšem nesmírně slabé. Případ gravitačního záření dvou orbitujících černých děr, které rychle ztrácejí gravitačním vyzařováním orbitální energii orbitálního pohybu je principiálně zcela shodný, ale gravitační vyzařování je díky extrémně silnému poli samozřejmě silnější. Pokud se vytvoří v určité fázi černoděrového splývaní jedna osově nesymetrická černá díra, i její rotace je zdrojem silného gravitačního vyzařování. Právě toto vyzařování je zodpovědné za přechod této trasientní fáze do stabilní finální osově symetrické Kerrovy černé díry.
Můžeme říci, že zdrojem gravitačních vln je časová proměnnost zdrojového gravitačního pole, přesnějí řečeno proměnnost jeho axiální asymetrie.
Analogicky zdrojem elektromagnetických vln nejsou samotné náboje, ani jejich časově stacionární proud, ale pouze časová proměnnost zdrojového elektromagnetického pole, např. díky střídavému napětí v anténě.
Závěrem mohu ujistit, že všechny numerické simulace splývání černých děr jsou prováděny korektně vzhledem k času vzdáleného pozorovatele včetně časové dilatace průběhu dějů v těsné blízkosti horizontu. Velmi často se pro účely simulace zaváději nové souřadnice spojené s virtuálními lokálnímí pozorovateli a pak se vše přepočítá pro pozorovatele v nekonečnu.

Odpovědět


Re: Re: Černé díry

Pavel Ouběch,2016-02-13 09:21:05

Děkuji pane Bakalo.
Jestli to z Vámi uvedeného dobře chápu, prakticky nelze rozlišit model, kdy splynou dvě černé díry (hmotnost pod horizonty)od modelu, kdy veškerá hmota dané oblasti se nachází nad dvěma horizonty. (Pod horizonty není žádná.)

Odpovědět


Re: Re: Re: Černé díry

Pavel Bakala,2016-02-13 09:39:23

Čistě formálně je asi možné najít takové rozložení hmoty. Problém je v tom, že, že taková konfigurace by byla nestabilní a nutně by dle OTR vedla ke kolapsu do černé díry/děr. Takže je asi těžko možné současně udržet představu gravitačních vln, zcela klíčové predikce OTR a zároveň popírat další klíčovou předpověď OTR, existenci černých děr. Samozřejmě, asi v budoucnu nahradíme klasický model černé díry se singularitou uvnitř něčím přesnějším, co bude zahrnovat kvantovou mechaniku, ale podle mého názoru i pak bude zachována představa nějakého astrofyzikálně efektivního horizontu událostí.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel Ouběch,2016-02-13 13:07:15

Možná to chápu špatně, ale hmota vně horizontu se na něj přece může dostat (z našeho pohledu) až za nekonečně dlouhou dobu - tedy nikdy.
Pokud jde o takovou konfiguraci hmoty, řekl bych, že jí není nutné hledat. Vzhledem k tomu, že hustota hmoty hroutícího se objektu roste směrem k jeho středu, vznikne tahle konfigurace téměř vždy ?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Xavier Vomáčka,2016-02-13 15:22:01

Je to trochu jinak. I z pohledu vzdáleného pozorovatele dojde k pádu objektu pod horizont v konečném čase. Trik je v tom, že v okamžiku přiblížení těsně k horizontu (pořád z pohledu vzdáleného pozorovatele a pořád v konečném čase) dojde k zvětšení horizontu, tj. horizont se posune směrem k objektu (z pohledu objektu mu horizont spěchá naproti). Tudíž i z pohledu vzdáleného pozorovatele dojde k pádu pod horizont v konečném čase, protože poslední úsek pádu který by trval nekonečně dlouho u statického horizontu, je zkrácen o jistou vzdálenost, danou posunem horizontu vstříc padajícímu objektu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Mesika Kuropatva,2016-02-13 17:49:12

Dobrý den, mohl(a) byste to trochu dovysvětlit, na oslovské úrovni.
Proč se zvětšuje(posunuje) horizont i u vnějšího pozorovatele? chápu proč se tak děje u padajícího objektu i relativitu toho co k čemu padá a vidím nekoněčný taneček, který pro mne(pan Poz.vnější) jakoby zamrzne v čase.
děkuji

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel Ouběch,2016-02-13 18:29:49

Zajímavá otázka. Už Galielova transformace představuje pohyb jako relativní. Nejinak i Lorentzova ...
Tedy mám o popsaném řešení - bobtnáním černé díry - pochybnosti.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel A1,2016-02-14 10:12:19

Onen vzorec pro padání hmoty do černé díry je zjednodušený a nepopisuje to, co se opravdu děje, přesně.

Představme si padání tělesa o hmotnosti m do černé díry o hmotnosti M. Ta černá díra má poloměr R. Když ale do ní to těleso spadne, tak se její poloměr zvětší na R+r, tedy poloměr černé díry o hmotnosti M+m. Tedy když se to těleso přiblíží na vzdálenost menší než r, "něco" se stane a to těleso je tou černou dírou pohlceno a černá díra se o r zvětší. Toto "něco" není popsáno tím jednoduchým vzorcem, ale předpokládám, že se to dá popsat přesnějším řešením rovnic OTR (nevím, nejsem na to odborník). Takže to "bobtnání" černé díry je vcelku názorný popis toho, co se děje, a to těleso spadne do černé díry v konečném čase.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel Ouběch,2016-02-14 13:33:05

P.S.: Ještě konkrétně - Shodneme se na tom, že nic se neděje okamžitě, za nulový čas. Pokud ale jde o časový interval, ten na horizontu ČD dilatuje do nekonečna.
Poloměr horizontu se v důsledku energie gravitačního pole blízkého velmi hmotného objektu opravdu zvětší - jak píšete - o r.
Jde jen o to, jestli se tak nestane až za nekonečně dlouhou dobu.

Jinak - myslím, že přesné řešení rovnic OTR pro velmi silná, nehomogenní a dynamická gravitační pole už z principu (nelinearita) neexistují.
Na rozdíl od přírody, která si s takovou situací hravě poradí i bez matematiky. :-)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel Bakala,2016-02-13 19:28:49

Je to skutečně tak, horizont událostí je dynamický a jeho poloha je závislá na distribuci hmoty/energie. Problém je totiž v tom, že úvaha o nekonečně dlouhém čase platí pro aproximaci testovací částice. Testovací proto, že se neuvažuje příspěvek gravitačního pole částice k poli samotné černé díry. To je samozřejmě velmi užitečné přiblížení pro pád něčeho malého na černou díry. Ale při splynutí dvou černých děr nebo akreci velkého množství hmoty s nezanedbatelnou hmotností vůči hmotnosti černé díry se výrazně modifikuje i zakřivení/geometrie prostoročasu a poloha horizontu se mění, což má samozřejmě vliv na hod hodin,slapové síly atd. Navíc, díky nelinearitě Einsteinových rovnic není výsledné gravitační pole prostým součtem polí černé díry a padající hmoty, a Einsteinovy rovnice pole pro takové složité dynamické procesy je nutno řešit numericky pomocí superpočítačů.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel A1,2016-02-13 19:17:52

Připomněl jste mi jednu fyzikální přednášku na téma černé díry. Když přednášející odvodil, že vzdálenost tělesa od černé díry klesá exponenciálně, tak se z pléna ozvala poznámka, že to těleso vlastně do černé díry nikdy nespadne. Přenášející na to zareagoval slovy: "Vy to chápete příliš matematicky. Když něco exponenciálně klesá, tak pro matematika to není nula nikdy, ale pro fyzika je to nula za chvilku."

A je to pravda. Protože naše fyzikální poznání světa není dokonalé a má své hranice. A když z nějaké teorie plyne, že nějaká veličina exponenciálně klesá, tak za chvilku se dostane do stavu, který současná fyzika popsat neumí a který žádným měřením není rozlišitelný od nuly. Konkrétně, když něco padá do černé díry, tak za chvilku je vzdálenost toho od černé díry menší než Planckova délka. A co se děje pak, to už současná fyzika popsat neumí a experimentálně to je nerozlišitelné od stavu, že to do té černé díry spadlo. Proto se to interpretuje tak, že to do té černé díry spadlo.

Prostě fyzici si uvědomují, že ty jejich rovnice jsou nepřesné a proto neextrapolují jejich řešení do nesmyslných stavů, o kterých ví, že je ty rovnice nepopisují. To dělají jenom lidé, kteří fyzice nerozumí.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel Ouběch,2016-02-13 19:27:12

Tohle vypadá jako : Když nevím, jak to je, tak si vymyslím řešení, které se mi líbí a prezentuji je, jako realitu.
Vůbec samotná plancova délka je taková dost umělá vymyšlenost. Samozřejmě, že ji dokážeme relativně přesně spočítat. Jen nevíme, k čemu je dobrá.
Současné populární a řekl bych i populistické názory, že na její hranici končí současná fyzika, jsou dost úsměvné.
Máme pro tohle tvrzení jediný logický argument ? Myslím, že ne.
(O důkazech nemluvím, ty jsou ve sféře sci-fi.)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel A1,2016-02-13 21:19:51

Fyzika se zabývá popisováním a vysvětlováním experimentů. Když se něco nedá změřit, je nesmyslné o tom teoretizovat. Současná fyzika končí na vzdálenostech mnohem větších, než je Planckova délka, končí na vzdálenostech v současné době experimentálně zkoumaných na LHC. Jakákoliv tvrzení o chování světa na vzdálenostech menších jsou spekulace, některé aspoň matematicky konzistentní (tedy možná blízké pravdě) a některé na úrovni vyprávění o Červené Karkulce.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Admin stránky,2016-02-18 14:42:45

Moc bychom si přáli, kdyby na Oslovi s autory nediskutovali nicky jako Paní pí.. s mistrem ču.. , Kuropatva s A1, Lenin a pod... .... Připadá nám to k autorům článků nedůstojné, také nosí svou kůži na trh pod svými jmény. Děkujeme všem co tuto prosbu tvůrců webu akceptují a pomáhají styl diskuse dodržet. Za všechny autory děkuje Admin.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Martin Plec,2016-02-13 21:06:53

Když se bavíme o dynamickém horizontu, tak ten se při splývání černých děr dost vlní. Asi se může stát, že oblast, která se dostala pod horizont, se z pod něj zase vynoří. Může se z pod horizontu událostí vynořit hmota (fermiony)? Mám pocit, že tomu brání nějaká matematika. Kdyby to šlo, může nám vynořivší se hmota nebo záření přinést nějakou informaci z oblasti pod horizontem událostí? Samozřejmě jen teoreticky.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Černé díry

Pavel Bakala,2016-02-13 22:53:58

Plocha horizontu, která je úměrná entropii černé díry, se nemůže nikdy zmenšit. Zároveň horizont (dle definice) je skutečně směrem ven nepropustnou membránou, takže nic z oblasti pod ním nemůže uniknout. Těžko hovořit o chování nějaké oblasti prostoročasu, pokud se samotná prostoročasová geometrie a v případě splývání černých děr i topologie mění. Pokud výsledná černá díra rotuje, což by díky zachování momentu hybnosti původního binárního systému asi měla, tak je i samotný prostoročas v jeji blízkosti výrazně strháván rotací (efektem frame-draggingu). Takže odchylky od axiálně symetrického tvaru horizontu rotují spolu se strhávaným prostoročasem, dokud se vyhladí právě díky vyzařování gravitačních vln. To jsou právě ty tlumené kmity na konci paternu zachyceného signálu.

Odpovědět

možnosti detekce

Roman Gramblička,2016-02-12 09:16:08

mně by dost zajímalo, jaké jsou možnosti zvýšení citlivosti detekce. Po nákladném upgradu jsme detekovali pravděpodobně jednu z nejsilnějších vln, jaké se ve vesmíru prohánějí, která ale měla amplitudu průměru atomového jádra. Již to mi dělá potíž pochopit, jak je možné něco takového detekovat, možnosti zvýšení citlivosti jsou zcela mimo mou představivost.

Odpovědět


Re: možnosti detekce

Jakub Beneš,2016-02-12 12:54:37

moznosti jsou dat ty detektory dale od sebe, nebo prohnat tim svetlo vickrat. ovsem mate pravdu, cim dale to bude od sebe, tak tim se zase priblizime k hranici rychlosti sireni gravitacni vlny, takze ta bude ovlivnovat zacatek pristroje, ale zatim ne konec. a to nam spravne mereni znemozni. takze si taky neumim predstavit nejake dalsi vyrazne zpresnovani, bez nejake nove fyziky.

Odpovědět


Re: Re: možnosti detekce

Vojtěch Kocián,2016-02-12 14:12:57

Jak by ohledně citlivosti prospělo delší rameno detektoru? Měl jsem za to, že délka ramene ovlivňuje především zachycené vlnové délky. LIGO má 4 km dlouhá ramena, takže bude citlivý na obdobně dlouhé vlny, což ho omezuje na extrémně rychlé události typu srážka černých děr či neutronových hvězd. Ramena délky miliónu kilometrů (plánovaná pro vesmírné sondy systému eLISA) už by měla zachycovat události s periodou několika sekund. Jak je to s citlivostí, nevím.

Odpovědět


Re: Re: Re: možnosti detekce

Vít Výmola,2016-02-12 16:38:16

Je třeba si uvědomit, že amplituda procházející gravitační je bezrozměrné číslo, spočítané jako h = dL/L, kde L je délka ramene. Čili čím větší L, tím pro jedno konkrétní h (a tedy citlivost) vychází vyšší dL - a to je ta odchylka, kterou měříme. Pozemní interferometry mají L řádově několik kilometrů, plánované vesmírné budou mít miliony km, tedy citlivost milionkrát vyšší!

Odpovědět


Re: Re: Re: možnosti detekce

Vladimír Wagner,2016-02-12 16:40:42

Pozoruje se relativní smrštění nebo natáhnutí prostoru. Větší velikost ramena tak způsobí větší absolutní hodnotu posuvu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: možnosti detekce

Stanislav Brabec,2016-02-12 18:59:04

Předpokládám, že to ovšem platí pouze tehdy, pokud je délka vlny (řádově) delší než velikost ramene detektoru.

To navozuje otázku: Pokud se uvnitř LIGO odrazí paprsek třeba desettisíckrát, urazí již 40000 km, tedy trvá mu to více než O,1 sekundy. Jak to, že vlna, která trvá kratší dobu, se při detekci nevyruší? A pokud dobře počítám, 10 000 odrazů ani zdaleka nestačí, aby došlo k posunu, kterou interferometr zaznamená. A přitom 10 000 odrazů vyžaduje extrémně odrazivá zrcadla a silný laser, aby k detektoru vůbec nějaké fotony doletěly.

Jak toho tedy vlastně dosahují?

Odpovědět


Dokonalý optický klam vyžaduje koherenci frekvence a fáze 10**21

Josef Hrncirik,2016-02-15 10:08:17

Pokud půlperioda gravitační vlny trvá cca 3 ms, a rozdíl expanzí ramen je cca 2*10-21, pak paprsek běžící 3 ms uběhne cca 900 km po cca 300 odrazech. Nd laser vlna má cca 1 um, tj. půlvln k interferenci je cca 900*1000*2*1000 000 = 2 *10**12 a posuv fáze k interferenci je cca 4*10**-9 půlvlny, tj. 2*10**-9 vlny = 2*10**-15 m. Fázový šum 1 odrazu by tedy měl být cca 300**1/2 *menší, tj.3*10**-14 m.
Atomy povrchu optických členů představují šum cca 1 Å, tj. 10**-10 m.
Nehledě na nutnost zachování přesné geometrie odrazů.
Aby vznikla interferenční tma a z ní se vykontrastovalo světlo z fázového posuvu, rozdíl intenzit z ramen by asi měl být menší než očekávaný signál.
Kde dělám směšné chyby?

Odpovědět


Re: Dokonalý optický klam vyžaduje koherenci frekvence a fáze 10**21

Pavel Brož,2016-02-15 15:38:01

Neděláte žádnou směšnou chybu, ale to, co je tam podstatné, je ten Fabry-Perotův interferometr, který tam funguje díky těm odrazům, a který význačnou měrou zostřuje to pozorovatelné maximum. Mimochodem, v LIGO těch průchodů tam a zpět je jen 75, paprsek při nich tedy projde efektivní dráhu 75*2*4=600 km, což je pro frekvenci gravitační vlny rovnu 100 Hz pětina její vlnové délky.

Pokusil jsem se narychlo pohledat odhad maximální přesnosti pro displacement zrcadel, našel jsem zatím jen toto: https://books.google.cz/books?id=mMLuISueDKYC&pg=PA423&lpg=PA423&dq=fabry-perot+maximal+finesse&source=bl&ots=zZ4yPemoN5&sig=_dNBKWFsqs7oqOT8xmGGang5OHk&hl=cs&sa=X&ved=0ahUKEwjlhP_B9vnKAhWBwHIKHZVXCqI4ChDoAQgrMAY#v=onepage&q=fabry-perot%20maximal%20finesse&f=false , konkrétně vzorec (10.34) resp. (10.35). Ten dává pro vlnovou délku laseru rovnu cca 0.5 mikrometru a pro výkon laseru cca 1 W a pro frekvenční pásmo 1 Hz omezení cca 3.6 * 10**-17 m. LIGO má větší výkon laseru (200 W), výrazně znásobený těmi odrazy, a protože dle toho vzorce (10.35) ta maximálně dosažitelná přesnost závisí nepřímo na odmocnině z výkonu, tak by to mohlo aspoň dva řády přihodit k dobru.

Každopádně ale nepochybuji o tom, že kromě právě zmíněného tam hraje důležitou roli i spousta jiných faktorů a množství rušivých vlivů, jejichž úspěšná eliminace je svým způsobem špičkovou experimentální magií, o které nemám bližšího zdání.

Odpovědět


Díky. Ďáblové se skrývají v detailech.

Josef Hrncirik,2016-02-15 18:30:25

Odpovědět


Re: Díky. Ďáblové se skrývají v detailech.

Josef Hrncirik,2016-02-15 19:13:29

Popularizátoři to oslům prodávají jako 100% Michelsonův interferometr.
Ani se nezmíní o mnohem větší citlivosti Fabry-Perrotova interferometru.
Možná to navíc souvisí s aktivním laserováním v dutině 3 km F.P. rezonátoru. ?současně též inteferometru? ?ev. se signály z obou 3 km ramen před vstupem do detektoru po sloučení pro sichr proženou ?již 3. F.P.i.

Takže pro uklidnění jen jednoduchá a názorná otázka.
Ve směru osy z letí z dvojdíry gravitační vlna. Foton Xaver letí expandujícími 3 km, fotonka Yvonne zgrcávajícími.
Předpokládám, že Yvonne zvítězí minimálně o prsa.
Začne však na trati též modrat?

Odpovědět


Re: Re: Díky. Ďáblové se skrývají v detailech.

Pavel Brož,2016-02-15 22:53:15

Otázka, zda foton na své cestě zmodrá (či v opačném rameni zčervená, za půlperiodu gravitační vlny pak samozřejmě naopak) je otázka, na kterou je až lákavě snadné špatně odpovědět. Jedná se totiž jednak o volbu referenční soustavy, a také o geometrické uspořádání, pokusím se to maličko rozvést.

Nejprve se zmíním o volbě referenční soustavy. Ta je v obecné teorii relativity naprosto klíčovou věcí. Obecná teorie relativity totiž disponuje aparátem, který perfektně funguje i v naprosto obecných prostoročasech, tím mám na mysli, že jejich křivost se může měnit jak v závislosti na poloze v prostoru, tak v závislosti na čase. V takových prostoročasech neexistuje globální inerciální soustava, tím pádem ani nelze v žádné soustavě globálně splnit platnost prvního Newtonova zákona, podle kterého se v takové soustavě volné těleso pohybuje rovnoměrně přímočaře. V obecném prostoročase se laicky řečeno i volná tělesa pohybují navzájem vůči sobě s obecně proměnlivými zrychleními, a žádná soustava či třída soustav není a priori preferovaná. To samozřejmě neznamená, že nemůžeme definovat nějakou soustavu, která je pro naše výpočty praktičtější než jiná - může to být soustava, vůči které jsou význačná vybraná tělesa v klidu a povaha námi sledovaného jevu může vést ke zjednodušení popisu v dané soustavě ve srovnání s popisem v soustavách jiných. Obecně ale neexistuje žádný princip, který by popis v některých ze soustav mohl ocejchovat jako správný, zatímco v jiných za nesprávný.

Prostoročas vlnící se v důsledku průchodu gravitačních vln je jedním z takových případů, ve kterých nelze jednoznačně definovat, co je v pohybu a co se vlastně vůči čemu vlní. To, co můžeme s určitostí říct, je že se mění tzv. skutečná vzdálenost mezi tělesy. Tuto skutečnou vzdálenost můžeme hypoteticky měřit tzv. ideálními měřícími tyčemi. Tyto tyče musí být "infinitezimální", aby na ně nemohly být ovlivněny nehomogenitami gravitačního pole, plus musí u nich odkorigovány všechny tzv. neuniverzální (=negravitační) vlivy. Měření ideálními tyčemi by ale kolikrát bylo v praxi neproveditelné (např. už jen proto, že geometrie prostoru se v průběhu měření skutečné vzdálenosti stihne změnit, což je zrovna případ těch gravitačních vln), proto se mnohem praktičtěji měření geometrie prostoročasu provádí podle příslušných vzorců s pomocí elektromagnetických signálů (nejčastěji světla či rádiových vln). Každopádně, ať už se skutečná vzdálenost určí ideálními tyčemi nebo těmi signály, tak díky ní můžeme zjistit, že při průchodu gravitační vlny se vzdálenost mezi tělesy mění.

To, že se skutečná vzdálenost mezi tělesy mění, nicméně neumožňuje říct, které že ty částice jsou v klidu a které se vůči nim pohybují. Obecně nelze v prostoročase s gravitačními vlnami určit žádnou inerciální soustavu, o níž bychom prohlásili, tak tato soustava je ta pravá a vše, co se vůči této soustavě nepohybuje, se opravdu nepohybuje, a vše, co vůči této soustavě kmitá, prostě opravdu kmitá. Můžeme si samozřejmě vypomoct tím, že např. vezmeme soustavu, vůči níž jsou vzdálenější hvězdy v klidu či rovnoměrně přímočarém pohybu, a tvrdit, že zrovna tato soustava je ta správná. Ve skutečnosti je její "větší správnost" daná jenom naším subjektivním výběrem, plus navíc, pokud bychom takto definovanou soustavu chtěli prodlužovat do dostatečně velké vzdálenosti, tak stejně narazíme na potíže v podobě rozpínajícího se vesmíru - na dostatečně velkých škálách totiž inerciální soustava neexistuje už jenom z tohoto důvodu.

Takže v našem případě se při průchodu gravitační vlny vůči sobě hýbe úplně vše. Pro nás je ale z pohledu detekce gravitačních vln důležitý jen vzájemný pohyb zdrojového laseru, dále rozdělovacího zrcadla (beam splitter), koncových zrcadel, a nakonec detekční fotodiody. Naši referenční soustavu si můžeme zvolit různými způsoby, můžeme např. chtít, aby v naší soustavě byl beam splitter v klidu a prodloužit z něj soustavu pomocí skutečných vzdáleností. V takové soustavě se nám budou jevit koncová zrcadla jako kmitající. Můžeme ale také zvolit jinou soustavu, ve které se polohy jednotlivých částí LIGA nemění (myšleno tím, že se nemění jejich souřadnice v této soustavě, nikoliv jejich skutečné vzdálenosti). Tuto druhou soustavu si lze představit vlastně jako natahující a smršťující se vůči prvé. Fyzikální jevy samozřejmě nezávisí na volbě soustavy, musíme ale samozřejmě vzít v potaz to, jak v dané soustavě vypadá tzv. metrický tenzor, který udává geometrické vlastnosti prostoročasu. Pokud používáme prvou z těchto soustav, tak počítáme v tzv. TT-kalibraci, pokud druhou, tak v tzv. LL-kalibraci. Detailněji jsou obě popsány ve výborných lekcích jednoho z nestorů obecné teorie relativity, Kipa Thorna, a to zde:

http://www.pmaweb.caltech.edu/Courses/ph136/yr2012/1227.1.K.pdf

(výpočty v TT-kalibraci jsou zde od strany 45, v LL-kalibraci od strany 47 dole).

Důležité každopádně je to, že jednotlivé popisy jsou navzájem ekvivalentní. Je to podobná situace, jako můžeme v klasické fyzice popisovat děje jak např. v inerciálních soustavách, tak i v neinerciálních (nejčastěji např. v rotujících soustavách), které se vůči těm předchozím pohybují zrychleně. V klasické fyzice můžeme ale tvrdit, že popis v inerciálních soustavách je význačnější, než v neinerciálních, protože v inerciálních platí prvý Newtonův zákon, zatímco v neinerciálních neplatí. V obecné teorii relativity ale v obecném prostoročase nelze globální inerciální soustavu vůbec zavést, proto pak nemůžeme argumentovat, že nějaká třída soustav je a priori význačnější, než jiná.

Nyní k té změně frekvence fotonu. Záleží totiž na tom, v jaké soustavě ho pozorujeme. Pokud zvolíme někde na dráze paprsku nějaký pozorovací bod, tak bude záležet, vůči čemu a jak se tento bod pohybuje. Připomeňme, že v obou výše zmíněných soustavách (tedy v TT kontra LL kalibraci) se např. koncová zrcadla jednou pohybují (v LL kalibraci) a jednou nepohybují (v TT kalibraci). Nepřekvapí proto, že v obou soustavách naměříme jinou frekvenci fotonu. Bez ohledu na to ale fázový rozdíl na beam splitteru vyjde stejný ať už použijeme TT nebo LL kalibraci.

Nás bude ale nejspíše zajímat frekvence fotonu v místě pevně spojeném s finální detekční fotodiodou, nikoliv frekvence fotonu v nějakém abstraktním bodě nějaké obecné referenční soustavy. Tato frekvence bude ovlivněna především vzdáleností mezi zdrojovým laserem, beam splitterem a fotodiodou. V reálném LIGU jsou tyto vzdálenosti malé, takže frekvenční posun bude nepatrným zlomkem toho, jaký bychom dostali v TT kalibraci na koncových zrcadlech. Obecně ale opět platí, že se de facto pohybuje vše vůči všemu, a pokud by zdrojový laser byl dostatečně daleko od beam splitteru, a případně ten od fotodiody, tak by se ta detekovaná frekvence periodicky měnila.

Odpovědět


Zdáse, že vše je v dobrých rukou. Díky. Alahu akbar.

Josef Hrncirik,2016-02-16 06:58:10

Odpovědět


Re: Re: možnosti detekce

Martin Krupicka,2016-02-12 15:53:45

Pokud jsem dobře pochopil princip, tak LIGO detekuje komponentu gravitační vlny ve směru svých ramen. Pokud by vlna byla o 45 stupnu pootočena, neuvidí nic. Takže přidat ramena o 45 stupňů pootočená.
Ale pořád je to jen v rovině země v daném místě. Proto by se hodilo zachycovat i z- komponentu, pro kterou bude nutno zkopírovat celý detektor o 90 stupňů jižněji. Což asi řeší ty další observatoře, mj. v Indii.

Odpovědět

Pán Bakala alebo pán Wagner,

Juraj Chovan,2016-02-12 08:26:26

pre lepšie pochopenie prosím Vás o vyjadrenie sa k nasledovnému:

Gravitačné vlny sa častokrát vysvetľujú ako analógia k vlnám na pokojnej hladine ktoré za sebou zanecháva plávajúca loď. Dynamika zakrivenia priestoročasu v prípade rotácie dvoch hmotných objektov okolo spoločného ťažiska sa zasa prirovnáva k dynamike zakrivenia napnutej plachty ktorá "tancuje" ak na jej povrchu rotujú okolo spoločného ťažiska dve gule spojené lankom.

Rozoberme tie vlny na hladine spôsobené loďou: V skutočnosti ide o prvú veľkú vlnu a nasledujúci súbor malých vlniek prichádzajúcich v pravidelných intervaloch.
Ak tomu rozumiem správne, samotná loď vytvára iba prvú veľkú vlnu. Zvyšné malé vlnky sú dôsledkom komplikovanej interakcie samotného média (vody) ktorým sa vlny šíria (po prechode lode - v brázde za loďou - sa voda za loďou "zatvorí" a dynamika toho vytvorí novú vlnku, následne sa voda znovu "otvorí" a znova "zatvorí" atď. a tento proces - nie samotná loď - spôsobuje tie malé vlnky).

Podobne v prípade pohybu gule po napnutej plachte: Ak zanedbáme interakciu plachty samej so sebou, priamočiary pohyb jedinej gule spôsobí že plachta sa 1x "preborí" a následne znovu vráti do pôvodnej napnutej polohy.
Ak však uvážime aj hmotu plachty dynamika procesu je zložitejšia, lebo nenulová hybnosť plachty samotnej spôsobí že po opätovnom napnutí sa bude plachta ešte chvíľu jemne vlniť. Už nie kvôli hmote gule - tá spôsobila iba prvé veľké preliačenie plachty - ale kvôli hmote samotného média (plachty) ktorým sa vlny šíria.

Moja otázka je nasledovná:

Čo sa vlastne myslí pod gravitačnou vlnou a čo LIGO pozoroval? Pozorovali sme "iba" dynamiku zakrivenia priestoročasu v dôsledku rotácie čiernych dier okolo spoločného ťažiska?
Alebo sa pod gravitačným vlnením myslí to že časopriestor sa pri rýchlom pohybe hmotného telesa nielen zakrivý, ale zároveň sa následne aj "zachveje" v dôsledku vzájomnej interakcie emitovaných gravitónov samých so sebou a LIGO detekoval toto "zachvenie"?

Odpovědět


Re: Pán Bakala alebo pán Wagner,

Pavel Bakala,2016-02-16 15:29:04

Omlouvám se poněkud pozdní odpověď. K těm analogiím: neberte populární analogie až tak příliš vážně, dynamika vodní hladiny nebo napnuté plachty se od dynamiky gravitačního pole přece jenom liší :-) Nicméně, pokud bychom v analogiích pokračovali, tak to, co popisujete, by odpovídala self-interakci gravitačního pole, což nelineární Einsteinovy rovnice obsahují a v silných polích je to jejich podstatná vlastnost. Ale hodně daleko od zdroje, tedy v případě slabých gravitačních vln, je nelinearita a tedy i self-interakce pole zcela zanedbatelná a můžeme se bez problémů omezit na popis hodně podobný elektromagnetickému vlnění. Je to tak, že u slabé monochromatické rovinné gravitační vlny se ke statické geometrie pozadí přičítá malá porucha (tenzorová amplituda) násobena funkcí sin(\omega*t-k*x), kde omega je úhlová frekvence, t je čas, k je vlnový vektor a x je polohový vektor vzhledem ke zdroji vln. Je to tedy řešení úplně obyčejné vlnové rovnice, postupné vlnění. Dále ještě musí platit, že vlnová délka bude podstatně menší než poloměr křivosti prostoročasu, což ale vzhledem k tomu, že se uvažuje ploché prostoročasové pozadí (velmi slabé gravitační pole), je splněno vždy. Nějaké složitější frekvenční průběhy můžete díky linearizaci složit z takových monochromatických vln pomocí Fourierova rozkladu. To je to, co detekuje LIGO.
Zpátky k analogii, vy jste daleko od zdroje - lodě a ten chaos (turbulentní proudění apod.. ) se vyskytuje pouze velmi blízko lodě. Na hladině ve větší vzdálenosti se už šíří jednoduché vlnění.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni