Comments 92
свыше 3 солнечных масс (сразу возникает чёрная дыра);
Ну справедливости ради, ЧД возникает все равно не сразу, сначала формируется большая нейтронная звезда, только очень неустойчивая, и она уже коллапсирует в ЧД. Весь процесс очень быстрый, но его динамика очень интересна: тк большая нейтронная звезда будет сильно несимметрична, то и коллапс может быть несимметричным, и ЧД получится тоже любопытная. Когда LIGO будет более чувствительна к ГВ от колебаний ЧД после слияния (на высоких частотах), можно будет эту интересную физику проверять.
Но почему гамма-лучи опоздали? Почему они не пришли в то же самое время, что и гравитационные волны? Есть два возможных варианта:3. Скорость света в физическом вакууме немного меньше с (см. Эффект Шарнхорста). Если скорость гравитационных волн равна c, то на миллионах световых лет может накопиться пара секунд.
1. Гамма-лучи были испущены через 1,7 с после первого контакта поверхностей нейтронных звёзд.
2. Гамма-лучи были испущены почти сразу, но задержались при прохождении окружающей место событий материи.
Не получится, во-первых, эффект Шарнхорста работает только в небольшом пространстве между двумя пластинами (его суть сродни эффекту Казимира), в открытом пространстве он не работает. Во-вторых, свет в таком случае не замедляется, а ускоряется.
Я не имел ввиду, что замедления не может происходить. Просто эффект Шарнхорста тут не к месту, а ссылаться надо на поляризации вакуума тогда уж. Кстати, в некоторых статьях оцениваются порядки замедления до нескольких часов на сотнях световых лет.
Причем не каком-то гипотетическом идеальном(где нет не только обычных частиц материи, но даже виртуальных частиц), а имеющемся в нашей конкретной вселенной — физическом вакууме.
del
Не знаю, правда, насколько это справедливо для гамма-лучей.
Поэтому все подобные задержки должны быть одинаковы и для света и ГВ.
Если все же рассматривать грав. волны от слияния ЧД, то там в хотя бы какой-то области пространства строго говорить о «скорость распространения грав. волны = скорость распространения ЭМ излучения» не совсем можно. Правда там эффект никак не тянет на 1.7 секунды, так как за радиусом 1 св. секунда искажения метрики уже будут менее 0.1 (а для нейтронных звезд — ещё меньше). Но где эти искажения есть — там все чуть сложнее с метрикой (фактически скорость движения волны очень слабо модулируется самой волной).
А гравитационная волна не подвержена такому влиянию…
Гравитационная волна ведет себя в гравитационном поле ровно так же, как и свет. То есть, если свет "тормозится" (хотя он не тормозится на самом деле, конечно), то ГВ тоже будет "тормозиться" в той же мере.
Гравитационная волна ведет себя в гравитационном поле ровно так же, как и свет.
Любопытно, а на чем основано подобное заявление? Я конечно чайник, в таких вопросах, но вроде бы это сущности весьма разной природы…
В принципе, это прямое следствие ОТО. Вся "гравитация" — это просто следование объектом кривизне пространства-времени. И свет и ГВ следуют этой кривизне, и, так как распространяются со скоростью света и не имеют массы, испытывают те же эффекты.
Тут, наверное, надо договориться об уровне обсуждения:) Для ответа на поставленный вопрос взаимодействие ГВ не принципиально. С другой стороны, если считать честно (я не знаю, к какой работе вы отсылаете, но по логике) в сильных полях будут всякие нелинейные эффекты, и взаимодействие двух мультипольных волн будет гораздо сложнее, чем просто для света. Но я замечу, что ГВ обычно определяются в дипольном приближении — то есть на большом расстоянии от источника, в практически плоском пространстве. Все, что вблизи ЧД — не совсем ГВ:)
Про уровень я скорее имел ввиду, что для ответа на вопрос о скорости убегания ГВ от ЧД по сравнению со светом, подробности образования этих самых волн в сильном поле не так важны. Конечно, там ад и хаос у горизонта, и взаимодействие, и все такое, но в итоге на отдалении образовавшаяся волна все равно убегает одновременно со светом (в идеале).
А учебник гляну, спасибо, как-то я не знал про него!
Как пример, можно взять листик, нарисовать на нем прямую, а потом согнуть его. Прямая не поменяет свою длину от этого, но визуально станет кривой.
Всем известно, что при большом взрыве было очень быстрое расширение материи.
Было быстрое расширение пространства. А материя просто "вморожена" в пространство.
Поэтому взаимная скорость удаления двух точек пространства (двух кусков материи) может превышать скорость света.
И сейчас все, что дальше от нас, чем 14 млрд. световых лет убегает от нас со сверхсветовой скоростью
А свет все эти 130 млн. лет шел исключительно по вакууму и не встретил ни единого атома?
Сколько материи(и какой плотности) нужно иметь на отрезке в 130 млн. световых лет, что бы задержать свет на 1.7 секунды?
Сколько материи(и какой плотности) нужно иметь на отрезке в 130 млн. световых лет, что бы задержать свет на 1.7 секунды?
никто не утверждает, что задержка случилась в пути, это скорее всего особенности локальной генерации в момент слияния
Логика такая: гамма лучи обладают очень малой длиной волны, по сути, это единичные фотоны, так что им надо попасть точно в атом вещества, чтобы "задержаться". Средняя плотность межзведного пространства очень мала — всего несколько десятков атомов на кубометр. Поэтому даже если один фотон в пучке встретил атом вещества, другие — чисто по вероятности — нет, так что мы видим не задержку пучка, а небольшие потери. Максимум же фотонов все равно пройдет без задержек. Чтобы большинство фотонов в пучке приобрели задержку, на пути нужно было бы очень плотное облако газа, но тогда мы бы увидели его в телескоп, чего нет. Отсюда вывод: между нами и источником средняя плотность вещества очень мала, так что для гамма лучей она не может служить источником задержки.
Уменьшение скорости света в среде (например, в стекле) происходит вовсе не из-за рассеяния фотонов на отдельных атомах. Если бы это было так, фотоны бы меняли свой импульс случайным образом, теряли бы когерентность, и мы бы видели расплывающиеся изображения, и опыты с передачей запутанных состояний через оптоволокно были бы невозможны. На деле же фотоны сохраняют свой импульс (или меняют его строго детерминированно), не теряют когерентность.
Фазовая скорость меняется из-за взаимодействия фотонов с коллективным э-м полем всех атомов среды и, которое привязано к массам этих атомов и поэтому вносит задержку. Или, в классическом описании, если межзвёздная среда имеет диэлектрическую, отличающуюся от вакуумной, то замедлятся все фотоны. Правда, в таком случае должна наблюдаться небольшая дисперсия.
Все правильно, для обычного света. Я же пишу про гамма-кванты, для которых все вами описанное не очень работает.
Я не уверен, что вы правы. Я не думаю, что можно корректно определить коэффициент преломления среды для гамма-квантов. Просто потому что механизм замедления на микроскопическом уровне связан с резонансным возбуждением электронов на орбитах атомов с последующим переизлучением фотонов, которые вносят свой вклад в фазу коллективной ЭМ волны.
Гамма кванты обладают слишком малой длиной волны, чтобы такой процесс мог иметь место, поэтому для них коэффициент преломления всегда 1. Кроме того, для них сложно определить ЭМ волну как таковую, это просто поток одиночных фотонов.
Кстати, тут есть эксперимент, где в очень специальных условиях смогли наблюдать небольшие отличия. Но во-первых, у них нет объяснения этому, а во-вторых, это очень специальные условия.
В каком смысле «коллективной ЭМ волны»? Разве отдельные [оптические] фотоны не замедляются и не преломляются точно так же, как и пучок? Мне странно, что вы как-то особенно выделяете «одиночные фотоны», словно их поведение отличается от непрерывного излучения. Гамма-квант — это точно такая же плоская э-м волна с бесконечно широким фронтом, просто сечение взаимодействия сильно меньше.
с последующим переизлучением фотонов, которые вносят свой вклад в фазу коллективной ЭМ волны.
Дополнение: виртуальных фотонов (или, например, фононов). Иначе одиночные фотоны всегда бы либо рассеивались, либо проходили без преломления. Это довольно тонкий момент, многие ошибочно считают, что замедление света происходит от того, что каждый фотон в веществе реально постоянно поглощается и переизлучается, и поэтому теряет темп, а это не так — каждый фотон проходит «как есть» без реального взаимодействия, но одно только наличие ненулевой вероятности провзаимодействовать с веществом меняет его волновую функцию.
механизм замедления на микроскопическом уровне связан с резонансным возбуждением электронов на орбитах атомов
На самом деле, достаточно наличия любых систем электрических зарядов, способных к поляризации с подходящей резонансной частотой. Как упомянуто в статье по ссылке, поляризация атомных ядер тоже может играть роль, частоты там как раз подходящие — гамма-кванты ядрами же и испускаются. Чтобы получить требуемое запаздывание, достаточно показателя преломления равного не строго 1, а 1.0 + 1e-15, это отличие на 6 порядков меньше того, что намеряли в статье. Не могу так сходу сказать, что это совершенно невероятно.
Мне странно, что вы как-то особенно выделяете «одиночные фотоны», словно их поведение отличается от непрерывного излучения.
Выделяется, потому что мы говорим не о большой статистике одиночных фотонов, а о физически одиночном фотоне. Там он реально "либо поглощается, либо нет". То, что вы считаете интерференцию волновой функции, для одного фотона это просто вероятности.
Не могу так сходу сказать, что это совершенно невероятно.
Да, тут я тоже не скажу, честно говоря, я нашел эту статью только что, до этого был уверен, что гамма излучение не замедляется в обычном веществе.
Т.е. по-вашему, если пропускать через призму по одному фотону в секунду, чтобы убрать взаимодействие фотонов в пучке, то мы увидим что они ведут себя как частицы и не преломляются?
Почему, мы на выходе получим распределение вероятности получить преломление или нет. Если повторить это много раз — получим реальную картину "преломления". Для одиночного фотона получим все в соответствии с распределением вероятности, то бишь, может и не преломиться.
Разве я с этим спорю? Но равно как в двухщелевом эксперименте, результат зависит от длины волны. Там, если длина волны сильно меньше расстояния между щелями и ширины щелей, интерференции вы не увидите. Тут ровно то же.
Я говорил о lambda << d, D. В таком случае никакой интерференции вы не увидите.
Тут в моих терминах потребуется условие D^2/d << lambda^2/dlambda.
Тут вы правы, просто это уже несколько за пределами аналогии:) Начинали-то с гамма лучей.
Гравитационные волны просто проходят через материю без сопротивления
не противоречит ли это утверждение самой возможности их регистрировать?
В космосе же полно объектов, масса которых сопоставима с явлением слияния двух звёзд, а до нас доходит именно волна, а не шум от нее.
Все равно Ваш ответ несколько непонятен. Волна, поднимая буй теряет энергию, поскольку взаимодействует с ним.
В космосе же полно объектов, масса которых сопоставима с явлением слияния двух звёзд, а до нас доходит именно волна, а не шум от нее.
насколько я помню затухания ГВ в материи мизерны и касаются только сплошных твердых сред, то есть если я правильно понимаю при прохождении ГВ грубо говоря через протяженный длинный стержень он будет деформироваться и получается, что чуть — чуть :))) нагреваться
Волна, поднимая буй, теряет энергию, так как буй находится в поле гравитации, и для его поднятия нужно выполнить работу. Для смещения зеркал (т.е. растяжение пространства) работы выполнять не надо в идеале, так что энергия не теряется. В реальности зеркала подвешены на нитях, и вообще не точечные объекты, так что всегда есть небольшое трение, которое ГВ должна преодолеть, так что она немного затухает.
В космосе плотность материи очень мала, при прохождении через облака газа, например, затухания фактически нет. Если волна проходит через звезду — она теряет немного энергии на колебание звезды. Только на прямой от источника ГВ до нас не так много звезд, чтобы это могло значительно повлиять на амплитуду.
Она бы теряла энергию, если бы после прохождения волны буй оставался бы в приподнятом состоянии. Но буй опускается и отдаёт энергию обратно.
Тут сложный вопрос… В принципе, вы правы, энергия будет отдана. С другой стороны, с учетом реального физического механизма, эта энергия будет отдана не в волну, а некогерентно в воду. В общем, я не уверен, что эта аналогия может быть продолжена адекватно без рассмотрения конкретного физического механизма.
С другой точки зрения — у грав. волн в теории есть 2 поляризации, соответствующие разным проекциям спина гравитона (по аналогии с правой и левой круговой у ЭМ волн).
Правда гравитон ещё никто не открыл, так что не понятно, насколько наблюдаемые данные об грав. волнах подтверждают теорию о спине и существовании гравитона.
Хм, я не очень понял связь с дискуссией. Но квадрупольное излучение — это не аналогия, а прямая математика, и именно на этом основан метод наблюдения.
И поляризации мы тоже вполне можем наблюдать, для этого гравитон не нужен вообще.
Что до гравитона в принципе — наблюдения ГВ не смогут дать ответ о его существовании никак. Я не думаю, что мы сможем когда-либо наблюдать одиночные гравитоны (если они вообще есть), а проверять квантование гравитации может иметь смысл в других экспериментах опосредованно (с запутанными частицами и тп).
Слабая (линейная) гравитационная волна… является поперечной, квадрупольной и описывается двумя независимыми компонентами, расположенными под углом 45° друг к другу (имеет два направления поляризации).
И перевод из английской версии — если бы открыли частицу, то она была бы гравитоном:
Можно показать, что любое безмассовое поле спина-2 будет приводить к силе, неотличимой от гравитации, потому что безмассовое поле спина-2 должно соединяться (взаимодействовать) с тензором энергии-импульса так же, как это делает гравитационное поле; поэтому, если бы была обнаружена безмассовая спин-2-частица, она, скорее всего, была бы гравитоном без дальнейшего отличия от других безмассовых частиц спина-2.
А вот наоборот наверное нельзя утверждать.
Да, это верно. Проблема в том, что для существования гравитона нужно уметь квантовать гравитацию, а вот этого-то мы не можем сделать. То есть, мы можем сказать, что если бы мы нашли такую частицу, она была бы гравитоном. Но это просто постулат о некоторых ее свойствах. Как она должна взаимодействовать с другими частицами и возникать в уравнениях ОТО — совершенно непонятно.
1. Как найти гравитон (условно говоря — слишком слабо взаимодействует с эл. частицами массой меньше Планковской)?
2. Как вообще объединить её с ОТО — кроме того утверждения из Википедии не знаю ничего об успешных попытка ввести квантовую теорию в гравитацию. Это пробует сделать уже 40 лет теория струн, но за первые 10 лет видимо разрабатывали не самую лучшую теорию.
не знаю ничего об успешных попытка ввести квантовую теорию в гравитацию.
А их и нет, даже близко ничего. Я вообще думаю гравитация совсем не должна квантоваться.
Это пробует сделать уже 40 лет теория струн
Теория струн вообще к физике отношения не имеет никакого, это чисто игра в бисер.
А с суперструнами есть проблема — собственно никакой суперсимметрии на доступном масштабе энергий частиц не видно.
Если гравитация не квантуется (в отличии от 3-4 других взаимодействий), значит дальше теории Великого объединения никакая теория не работает.
Тут надо различать предпосылки квантования гравитации. Большая часть теорий сейчас работает только в настоящем, для объяснения поведения квантовых массивных объектов под действием гравитации. Эти теории в целом не обязательно направлены на ВО, это другая задача.
А с суперструнами есть проблема
Основная их проблема гораздо фундаментальнее — в ландшафте, который, по крайней мере на мой взгляд, ставит крест на теории как на области физики, и относит ее к абстрактной математике.
По поводу ландшафта повторю — нам нужно не просто «подобрать вариант с некоторыми параметрами СМ», а подобрать вариант, объясняющий все параметры (в пределах точности эксперимента) и ещё предсказать что-то поверх.
Под предсказать следует иметь в виду такие задачи:
1. Из менее 9 свободных параметров предсказать массы 9 фермионов.
2. Описать массы 3 бозонов (H, W, Z).
//Задачи 1 и 2 я называю «спектром масс», так как в теории струн они соответствуют энергиям неких колебаний струны.
3. Описать константы взаимодействия 9 частиц из пункта 1 со слабым и сильным взаимодействием.
Там всего 18 констант, включая массу бозона Хиггса. Но 3 из них — не совсем константы, а в сочетании с полем Хиггса могут выйти интересные проблемы (по причине массы W- и Z-бозона).
Хм, в моей "модели" буй может ходить только вниз-вверх, и он абсолютно твердый. Так что на минимуме волны его кинетическая энергия перейдет в воду, но не обязательно добавится к энергии волны в фазе.
В принципе, можно было бы пытаться искать кратковременные коррелированные колебания свечения звёзд близких к событию, вызванные их сжатием/расширением при прохождении гравитационных волн.
Жаль только, что все события, что мы видим, вне нашей Галактики, так что про отдельные звезды там речь не идет...
Энергия начнёт передаваться волне сразу как только буй начнёт двигаться вниз, на всём протяжении заднего склона волны, подталкивая этот склон вперёд точно так же, как перед этим тормозился передний склон. Во впадине энергии уже не останется, даже наоборот, у волны возникнет «долг».
Насколько я себе представлял, это делается по точным измерениям времени движения пучка света или иных электромагнитных волн, вероятно когерентных, т.е. лазерного луча. Так? Но разве сама скорость света не зависит от сжатия пространства? Свет явным образом реагирует на гравитацию, отклоняясь вблизи массивных объектов. Т.е. там где пространство сжато. Взаимодействие налицо. Если пространство сжалось, допустим на 5% (катастрофически большое сжатие, но допустим) — разве луч не замедлится от этого на те же 5%, делая таким образом практически невозможным обнаружение факта сжатия? Тогда на чем основан эффект обнаружения сжатия пространства?
Скорость света при сжатии/растяжении пространства не меняется. Колеблется длина плеча интерферометра, изменяя интерференционную картину, что и измеряется.
Я бы сказал, что главное, что мы измеряем вообще разность фаз, и даже если частоты меняются, это не имеет значения. По сути, если представить детектирование как измерение задержки в приходе фотонов в одном плече относительно другого плеча, нам не важно, что цвет фотона поменялся, задержка от этого не уменьшится.
Внутри интерферометра за полпериода гравитационной волны накапливается некий сигнал. Но гравитационная волна-то продолжает колебаться дальше. Поэтому вместо того, чтобы сразу же этот сигнал пытаться зарегистрировать фотодатчиком, предлагается через полпериода снова запустить его внутрь интерферометра, но уже поменяв два плеча. И так — несколько раз. Для этой цели можно вставить еще одно зеркало, уже на пути сигнала к фотодатчику (...), создав тем самым оптическую систему уже четырехкратной вложенности!
То, что вы имеете в виду, насколько я понимаю, — замедление времени, а не скорости света. Замедление времени — эффект второго порядка малости по сравнению с искривлением пространства, и он настолько мал, что никак не влияет на детектор. Действительно, если бы гравитационные волны были гораздо сильнее (мы бы были вблизи ЧД), там пришлось бы учитывать и замедление времени, и тогда детектирование было бы гораздо сложнее.
А вообще, здесь есть простое описание прибора: Обсерватория LIGO
не противоречит ли это утверждение самой возможности их регистрировать?
не противоречит, регистрируется локальное изменение геометрии пространства-времени
То же самое нейтрино условно всепроникающее, может пролететь из Магелланова облака 130 тыщ световых лет, и «зацепиться» за детектор на Земле.
Вообще, должно было быть много, но мы их не увидели. Предположительно потому, что наблюдали слияние под углом, и основной поток нейтрино прошел мимо нас.
Нейтрино все же не сильно медленнее света, их масса очень-очень мала. Отстать должны были на часы или дни максимум, но их пытались поймать на протяжении нескольких месяцев, и ничего… Но может просто интенсивность недостаточно велика, детекторы нейтрино не очень чувствительны к направлению, так что мы не можем смотреть в одном направлении, откуда должен прийти сигнал.
Остается уточнить — свет увидели в спектре скажем около 500 эВ (в пересчете на какое-то «усредненное по пути» красное смещение) или мы говорим о гамма-лучах (явно меньше 1 нм блина волны), а 130 млн лет — это совсем маленькое красное смещение. Тогда нам нужно построить модель того, какой был изначальный спектр тех фотонов, которые дошли до нашей Галактики (весьма точно). Если он был даже больше 5 кэВ по энергии, то необходимо рассчитать процесс рассеяния на электронах вдоль всего пути фотонов.
Спросите Итана: почему свет прибыл на 1,7 секунды позже гравитационных волн при слиянии нейтронных звёзд?