Když hvězda velikosti několikanásobku našeho Slunce spálí většinu svého paliva, skončí v ohromném výbuchu supernovy. Po tomto vesmírném divadle zůstane malý, jenom několik desítek kilometrů velký škvarek, tak hmotný a tak hustý, že jej tvoří jenom degenerovaný neutronový plyn – neutronová hvězda. Z dob své zašlé slávy si zachovala rotační pohyb. Smrštění z hvězdného průměru do trpaslíka promění v opravdovou čamrdu, která udělá za sekundu několik set otáček. Kam se na to hrabou mixer nebo pračka. Dalším pozůstatkem zašlé hvězdné minulosti je silné elektromagnetické pole. Když jsme začali poprvé naslouchat radiovým vlnám z vesmíru, tyhle radiové majáky se původně předpokládali za techniku vyspělých civilizací. Později se ale našlo vysvětlení a tyto majáky dostaly jméno pulsar. A tady začíná náš příběh, u pulsaru s označením PSR J1909-3744. Tuto hvězdu pozoroval radioteleskop CSIRO z observatoře Parkes v Austrálii. Během této doby pozorovali přesně 115,836,854,515 otáček pulsaru a díky tomu známe s velmi velkou přesností, to je s přesností na patnáct desetinných míst.
Podle Einsteinovy teorie by měl být vesmír plný gravitačních vln. Tedy časoprostor by se měl jejich vlivem smršťovat a roztahovat a to by mělo ovlivnit naše měření rotace PSR J1909-3744. Ale není tomu tak. Ačkoliv je předpokládaný vliv gravitačních vln na prostor velmi malý a pulsar je od nás vzdálený 3,6x1019m, díky velké přesnosti těchto vesmírných hodin bychom měli naměřit rozdíly. Tedy podle předpokladů teorie relativity. Ty ale neměříme.
Paul Lasky z Monash University a Ryan Shannon z observatoře CSIRO se na tímto zamýšlejí. Pokud gravitační vlny existují, což si autoři nedovolují popřít, budeme asi muset přehodnotit naše odhady na to, jak silné jsou zdroje gravitačních vln. Astronomové předpokládají, že všechny binární supermasivní černé díry ve vesmíru by měly vytvořit celý systém gravitačních vln, takovou obdobu reliktního záření v oboru gravitace. Už jenom toto bychom měli být schopni změřit, ale neměříme. A to nemluvíme o vlivu objektů, jako jsou třeba supermasivní černé díry v centru galaxií, kolidující galaxie, kolidující černé díry a další jevy, které drtivou gravitací kroutí časoprostor.
Na zemi máme svoje vlastní detektory gravitačních vln, jako je třeba nově vylepšený laserový interferometr LIGO v USA. Tak uvidíme, jestli se dočkáme důkazu existence gravitačních vln, nebo jestli budeme muset revidovat jeden z úhelných kamenů současné fyziky, který je právě obecná teorie relativity.
Literatura
The Conversation
Zachytila observatoř aLIGO gravitační vlny anebo ne?
Autor: Stanislav Mihulka (01.10.2015)
Diskuze:
Semjon Duganov,2016-03-03 13:10:02
Hovoří se o gravitačních vlnách a přitom popisovaný experiment nemá dle mého názoru nic společného s gravitačními vlnami. Popisovaný experiment bych přirovnal k zachycení kolísavého světelného signálu například z obyčejné žárovky. Zde bychom také mohli zaznametat frekvenci kolísavosti světelného zdroje a přitom tudy by jistě nevedla cesta k objevu elektromagnetického vlnění.
V případě popisovaného experimentu zachycení kolísavého gravitačního pole jsem popsali frekvenci zmeny intenzity gravitačního pole což není nic nového. (Změnu intenzity gravitačního pole zaznamenájí přístroje při zvětšení vzdálenosti od zdroje gravitace.) Nevidím žádné důvody pro obecně přijatý výklad o záznamu či objevu gravitačních vln.
Prosím jestli byste se nemohl pokusit o vysvětlení.Děkuji
Problém s gravitáciou
Leptadlo Chemoprénové,2015-10-29 22:15:24
Je skutočne iba náhoda, že tak veľa problémov modernej fyziky sa motá okolo gravitácie? Za všetky spomeňme ten najošemetnejší - temná hmota, ktorú nikdy nikto nevidel, nezmeral a ktorú pozorujeme len vo forme prejavov gravitácie.
Nie je oveľa jednoduchšie a elegantnejšie vysvetlenie (ktoré rieši aj gravitačné vlny) skrátka to, že sa gravitácia chová v rôznych mierkach vesmíru úplne inak ako tu na Zemi? Samozrejme toto je už filozofia, ale pokiaľ namiesto chytania duchov niekto nezačne seriózny výskum na túto tému, tak je možné že sa ešte veľmi dlho budeme motať na jednom miesta a snažiť sa nájsť dôkaz existencie niečoho čo neexistuje.
Re: Problém s gravitáciou
Milan Krnic,2015-10-30 11:07:55
Jenže tohle není motání se na místě a hledání důkazů existence. Tohle je klasický vědecký postup. Logický. Vyvineme maximální úsilí pro ověření dosud, v té dané množině platné teorie, a pokud se tím teorie neověří, je jasné, že je třeba ohlížet se jinde.
Jinak reálně k poznání dojít nejde.
Aby gravitační vlna z exploze nebo imploze vůbec vznikla
Josef Hrncirik,2015-10-29 21:41:43
děj musí porušit kulovou symetrii, tj. nesmí být iniciován ze středu ale z povrchu nejlépe při vysoké rotaci
Vesmír jako molitan
Pavel Krajtl,2015-10-29 12:46:18
Tázkou je, zda gravitační vlny interagují nebo neinteragují s "prázdným" vesmírným prostorem tak že mu předávají energii. Gravitační vlna by skončila jako končí zvuk v protihlukové stěně zvukového studia. Vzhledem k tomu že detekujeme gravitační působení kterému (eufemisticky) říkáme skrytá (tremná) hmota, se toto vysvětlení nabízí. Uvědomme si prosím že pohyb a interakce hmoty s postupným snižováním potenciální energie musí být spojen s přeměnou přebytečné energie také v záření. Gravitační odchylka která vzniká spojením dvou hmotných částic (zrnek písku, šutrů, Zemí a Měsíců) v podobě energie, která se promění v teplo a postupně se vyzáří. Zakulacováním, pošťuchováním a vyrovnáváním těles tak zanikají gravitační potenciály a vznikají soustavy jak je známe. Při tom všem mají gravitační vlny příležitost (tělesa jsou nucena se podle těch vln houpat, té interakci nejde zabránit) předat energii a postupně docela rychle (na nečekaně krátkou vzdálenost) zaniknout.
Re: Vesmír jako molitan
Josef Hrncirik,2015-10-29 15:52:43
Gravitační vlny podobně jako zvukové se určitě sčítají (interferují),nejspíše i navíc: ohýbají (lámou), odrážejí (v místech jiných vlastností prostoru času hustoty cca hmotoenergioprostoročasu (? v místech expanze Vesmíru).
Jsou asi málo absorbovány, protože disipační pohyby a tvorba tepla jsou pomalé a s malou amplitudou.
Uvolňováním potenciální gravitační energie ve vzdáleném systému pro jeho vzdáleného zdánlivě nezúčastněného pozorovatele převládne pokles gravitačního zrychlení od systému.
Pokud by se Slunce cca rychlostí světla smrštilo za cca 5 s do řádově menšího průměru, došlo by ke snížení gravitačního zrychlení od něj v místě Země jen o cca 10 ppm, tj. negativní vlna by měla amplitudu jen cca6*10**-8 m2/s.
Poměrně jednoduše z reciprokých čtverců a splynutí dvou hmot, snad jsem neudělal chybu.
Prostě hmota nemizí, pouze se pohybuje konečnou rychlostí a v kosmickém měřítku se spíše prázdno plazí v prázdnu. Pokud by v jednom rameni interferometru padaly fotony, není šance to změřit. Pokud budou padat zrcadla, padají v dané bazi stejně i se Zemí zrcadlo i dělič a ani za 5 s se nic nenaměří. Odečtou se 2 stejná čísla. Padalo by to cca 1 um, 1-(2) proužek což by extrémně stabilní interferometr viděl, ale vyruší se to odečtením. Přežije z toho jen podíl daný rozdílem zrychlení na bližším a vzdálenějším konci baze, cca délka baze/ vzdálenost ke Slunci tj. jen podíl 4/150000000 a v LIGO opět nic, dokud nad ním nepřejde rozhraní teplé a studené fronty (diference hustot (mas), poměrně blízko, poměrně rychle), nechce se mi to vyčíslovat.
Tato a podobná gravitační "vlnění" asi znemožňují i přesná změření kappy (jen s chybou cca 10**-4).
Re: Re: Vesmír jako molitan
Pavel Krajtl,2015-11-03 21:02:24
Kolik z toho "skoronic" pohltí fluktuace vakua které s tím musí zákonitě také interagovat? Mohou existovat tak chladné oblasti vesmíru, že by se celá obří pole chovala jako jeden velký oblak Bose-Einsteinova kondenzátu? Zachovával by si navenek chování jedné částice, -s výjimkou gravitace? Na co to vlastně čumíme, když tomu říkáme "temné" rozfouknuté hmotno?
Kde je lokalizována hmotnost odpovídající energii gravitační interakce?
Josef Hrncirik,2015-10-30 17:44:02
Kolik % hmotnosti viditelné hmoty představuje gravitační a kinetické energie v různé hierarchii velikostí oblastí Vesmíru?
Kolik % hmoty by se vyzářilo, pokud by polovina viditelné hmoty Vesmíru skončila v 1 černé díře?
Co dělá expanze Vesmíru s jeho potenciální či kinetickou energiohmotou?
Co nato říká zákon zachování?
Nerozumím
Jen Dejf,2015-10-28 13:10:53
Přeji všem hezký den.
Přiznám se, že mám docela velký problém pochopit princip a smysl těchto experimentů. Jde mi převážně o myšlenky, které jsou za podstatou těchto experimentů.
Stejně tak jsem dosud nepochopil smysl Michelsonova-Morleyova (MM) experimentu.
Ten se v minulosti snažil detekovat tzv. eter, což bylo v tehdejší době něco, co se všude rozprostírá a vše se v něm pohybuje. Dnes "víme" i na základě toho MM experimentu, že žádný eter není, ale že se vše pohybuje volným (a prázdným?) prostorem. Postupem času se ale s prostorem pracuje, jako by to bylo nějaké medium. Vedou se tím vlny, mluvíme o jeho pohybu, snažíme se identifikovat či popsat jeho kvantovou podstatu... Prostě jsem nabyl dojmu, že s prostorem se dnes pracuje podobně, jako se myšlenkově pracovalo s eterem v minulosti. Čím dál více je pro mne prostor a eter synonymum.
A tím se vracíme zpět k těm experimentům - čím se LISA liší od MM experimentu? MM si vyrobili "pravítko" kterým chtěli změřit pohyb eteru/prostoru pomocí detekce změn frekvence, LISA je to samé jen přesnější. Znamená to, že předpokládáme, že MM měli pravdu a nenaměřili nic jen kvůli nedostatečné citlivosti, která byla mimo potřebnou škálu?
Představme si, že jdeme znovu změřit pohyb toho eteru/prostoru MM experimentem. Na Zemi obklopené elektromagnetickou hmotou (Veškerá hmota, kterou detekujeme, detekujeme pomocí elektromagnetické interakce. Hmota, která elektromagneticky neinteraguje, se nazývá temná hmota a víme o ní....) postavíme detektor snímající změny elektromagnetického paprsku. Přijde mi to, jako bychom se zavřeli do skleníku s takovým tým dětským vrtulníkem na tyčce, který se točí, když se na něj fouká. Buď má eter podobu větru, pak ale skleníkem nepronikne, v něm je bezvětří a vrtulka se netočí. Nebo má eter podobu slunečního svitu, bez problému pronikne skleníkem, ale vrtulku opět neroztočí. Ať je eter jakékoli podoby, vrtulka (interferometr) ve skleníku (Země a okolí) se neroztočí (žádná interference).
Druhé srovnání. Představme si dva body v prostoru, jeden v mojí hlavě (A) a druhý v patě (B). Pro zjednodušení řekněme, že vzdálenost je 2m. Pokud (např. vlivem gravitační vlny) smrštíme prostor mezi těmito body na 1m, co se stane z mým tělem? Přesune se pata i hlava v prostoru a budu mít stále pro vnějšího pozorovatele 2 metry. A body v prostoru A a B se v mém těle přesunou k sobě? Nebo zůstanou na svých pozicích a z venku to bude vypadat, že i mé tělo se smrštilo na 1m spolu s tím prostorem? Představme si, že před smrštěním ke mne někdo přiložil pravítko a naměřil 2 metry. Kolik naměří po smrštění prostoru na 1m spolu s mým metrem? Pokud je pravítko součást prostoru, bude taky smrštěno na polovinu a stále mi naměří ty dva metry. 1m by mi bylo schopno naměřit pouze pravítko, které je v ně prostoru, respektive v nějaké jiné dimenzi. Myslím, že lidstvo ještě žádné takové pravítko nevymyslelo.
Třetí myšlenkový experiment. Představme si prostor jako látku (plátno) se 2 rozměry. Na látce jsou vyšité 2 body, s určitou pozicí v plátně a vzájemnou vzdáleností. Jak změřit jejich vzájemnou polohu a vzdálenost? Můžeme na plátno vyšít osovou soustavu a pravítko. Pak ať děláme s plátnem jakékoli psí kusy (natahujeme, smršťujeme, vlníme, překládáme), pak měřeno těmi vyšitými pravítky nebudeme schopni nic z toho zaznamenat. Vzájemná poloha i vzdálenost těch dvou bodů bude vždy absolutně konstantní. Jediný způsob, jak ty psí kusy (deformace prostoru) změřit, je vyrobit pravítko, které je na měřeném prostoru nezávislé ... (a kdopak to umí? :-))
V článku popisovaný experiment jak jsem pochopil měřil rotaci neutronové hvězdy a doufal, že identifikuje zpomalování vlivem ztráty energie způsobené vytvářenými gravitačními vlnami. Gravitační vlna je tvořena pohybem/změnou gravitačního pole. Jaké změny gravitačního pole způsobuje rotace symetrického objektu? Pokud by existovala nějaká asymetrie, ta by mohla být zdrojem gravitačních vln. Pak by ale zároveň na tuto asymetrii působily síly, směřující k její odstranění adekvátní velikosti této asymetrie a síle generovaných gravitačních vln. Pokud by na 100tunovém objektu byla asymetrie v rozložení hmotnosti o velikosti 1 kg, tak by ty gravitační vlny generoval jen ten 1kg, ne celých 100tun. V měřítku neutronových hvězd na vzdálenost, kde chceme ty vlny měřit, by na asymetrie schopné generovat vlny o velikosti, které chceme měřit, působily takové síly, které by je okamžitě odrovnaly. Tzn. v námi uvažovaném měřítku musíme neutronovou hvězdu považovat za plně symetrický objekt. Btw. myslím, že mnohem větší ztrátu rotace by působilo to magnetické pole neutronové hvězdy urychlující částice v okolí hvězdy.
Re: Nerozumím
Milan Krnic,2015-10-28 19:25:54
To, že je časoprostor zakřivený, je fakt. Dá se o tom najít nepřeberně vysvětlujících materiálů (viz např. zdroje, na které odkazuji v komentáři z 2015-10-27 16:32:32).
LISA má zjišťovat teorií předpovězených gravitačních vln.
Pokud existují, zachytí je. Protože bude setsakramentsky přesná.
Pokud LISA žádné gravitační vlny nezachytí, bude s největší pravděpodobností obecná teorie relativity (OTR) špatně.
Ovšem nikdo solidní netvrdí, že je OTR dobře. Je to jen teorie.
Troška kritiky této teorie např. zde: https://www.youtube.com/watch?v=MgTLQVQ_Aww
nebo (včetně její aplikace na neutronové hvězdy) zde: https://www.youtube.com/watch?v=z5iXGZDyRfw
A o tom věda je. Malými kroky vpřed.
Gravitační vlny nepochybně existují
Josef Hrncirik,2015-10-27 19:18:58
ale jsou nepochybně slabé.
Pokud by Elon Musk kvůli ohřevu Marsu odpálil naráz celé Slunce, které by se rozprsklo
do pohybu hmoty v = 10 000 km/s,
pak přibližující se podíl hmoty vyvolá na Zemi růst slunečního zrychlení větší než vzdalující se z r = 150 000 000 km.
Zrychlení roste z klidové hodnoty a°= 6 mm/s2; s relativní rychlostí dr**-2/dt,
tj. a´= a°*3*v/r.
Dosazeno a korigováno do 3 os to dá na půlce cesty k Zemi cca 1 um/s3.
Při letu L = 4 km bází LIGO trvalý (nevyrušený po odrazu)nárůst zrychlení aˇ=a´*L/c mění rel. energii (barvu)fotonu jen dE/E = m*a´*L/(m*c**2) = 8*10**-29
Vln v bazi bylo cca 10 G, posuv v detektoru 3*10**-19 um je cca 10**-9 proužku;
LIGO uvidí 1 proužek až hranice exploze bude 750000000/1000 = 75 000 km nad ním.
Sluneční orkán přijde za 7,5 s.
Zdroje
Milan Krnic,2015-10-27 16:32:32
V současnosti, u příležitosti stého výročí OTR, probíhá řada přednášek s tématem souvisejících http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/PMF/
průběžně zveřejňovaných např. zde: https://www.youtube.com/user/LLionTV/videos
deformace casoprostoru
Jakub Beneš,2015-10-27 15:47:18
z ceho plyne, ze gavitacni vlny deformuji casoprostor (roztahuji a smrstuji)? pokud ho skutecne deformuji, tak casoprostor se zmenam nebrani a netlumi je? z ceho plyne, ze intenzita vln neklesa se vzdalenosti stejne jako intenzita gravitace? prece pokud klesa intenzita gravitace, musi klesat i intenzita zmen gravitace, coz by mely byt ty gravitacni vlny.
Je to blbost
Martin Jahoda,2015-10-27 13:57:36
jak je napsano uz na zacatku clanku - gravitacni vlny deformuji casoprostor. jelikoz ale svetlo leti konstantni rychlosti tak se deformace casoprostoru projevi zmenou jeho vlnove delky. Jenze pri pruchodu svetla skrz gravitacni vlnu se tato delka zmeni nejdriv na vyssi a pak zpet. Vysledkem je ta sama faze a vlnova delka. Interferometrem tedy nelze zmerit gravitacni vlnu. Tu by slo zmerit jen tak, ze svetlo vzdalene hvezdy by prochazelo kolem nejakeho binarniho hvezdneho systemu, nejlepe rychle kolem sebe obihajicich hvezd. Svetlo by se pak periodicky ohybalo podle toho jak by zrovna prochazelo napric gravitacnimi vlnami. Na snimaci by se to projevilo periodickym kmitanim vzdalene hvezdy sem a tam v rytmu binarniho systemu
Re: Je to blbost
Milan Krnic,2015-10-27 15:04:21
Já to chápu tak, že interferometrem neměříme gravitační vlny, ale výkyv, např. v délce laserového paprsku. U LISA by to měl být výkyv volného pádu dvou shodně hmotných těles, měřený laserem.
http://www.kosmonautix.cz/2015/08/superpresne-mereni-pro-hledani-gravitacnich-vln/
To, co zmiňuje tento článek, je zajímavé. Ovšem možných teoretických vysvětlení je k dispozici dost.
Re: Re: Je to blbost
Milan Krnic,2015-10-27 15:48:48
Resp. LISA Pathfinder. U LISA by se mělo měřit případné odklonění laserových paprsků.
Re: Re: Je to blbost
elias orsic,2015-10-27 17:10:35
a ono pozorování zkracování periody pulzaru PSR, může být klidně pohádka o něčem jiném než jsou gravitační vlny ... proč to není zaznamenáno i v jiném případech??
Re: Re: Re: Je to blbost
Milan Krnic,2015-10-27 17:20:09
No, také jsem o ničem jiném neslyšel, nečetl. Jsou ale důsledkem obecné teorie relativity, která je prozatím to nejlepší, co posledních 100 let máme. Takže pořád hledáme. A podle vynaloženého úsilí/nákladů to zjevně bereme, v rámci možností, vážně.
Re: Re: Je to blbost
Jozef Vyskočil,2015-10-27 20:15:24
Družica má overiť len stabilizáciu polohy telesa. Samotná LISA je porovnávanie dĺžok v dvoch smeroch na seba kolmých pomocou svetelného interferometra. Podobne ako pri Michelsonovom experimente.
Tomáš Kinšt,2015-10-27 09:50:54
Z matematiky OTR jakou rychlostí by se měly gravitační vlny pohybovat?! Dovoluje OTR aby jejich rychlost byla nekonečná, tedy tak, že by se gravitační změny projevovaly ihned v celém prostoru okamžitě?
Re:
Milan Krnic,2015-10-27 10:59:04
Teoretické gravitační vlny se pohybují maximální rychlostí šíření informace. Tj. rychlostí světla. K tomu lze nalézt mnoho teoretických informací.
Zábavné bude, pokud LISA (Laser Interferometer Space Antenna) žádné gravitační vlny nezaznamená.
Na to si ale ještě značně počkáme. Pokud se tedy vůbec dočkáme.
Re: Re: Re:
Milan Krnic,2015-10-27 13:19:43
Já bych, z čistě zájmového důvodu, preferoval, abychom žádné gravitační vlny neobjevily (resp. aby je Šiva před námi schoval).
A sledoval, co bude následovat pak.
Jen se obávám, že se současným přístupem k vědě a výzkumu se toho (LISA) nedožiji.
Pokusy tady na Zemi jsou dobré, že se případný neúspěch může svést na rušení.
I když je vlastně možné, že by se něco našlo i u té sondy :-)
zda se mi
Mojmir Kosco,2015-10-27 09:50:35
,že podle pana profesora Kulhánka je koncepce gravitace jako nějaké konkretní "síly" vázanou na nějakou částici nepotřebná. V tom případě ovšem detekce změn hodnoty gravitace je mimo oblast vlastního vlivu vzhledem k její rychlé ztrátovosti ( na rozdíl od jiných vln ) na větší vzdálenosti v podstatě neměřitelná
Ja tomu nějak nerozumím
Hh Hh,2015-10-27 08:26:35
Ja tomu nějak nerozumím, pokud gravitační vlny deformují časoprostor, jak je můžeme měřit? Pro zjednodušení. Jak by příkladně mohl dvourozměrný pšišvor měřit vlnění té své plochy když je pozorovatelné až z perspektivy třetího rozměru?
Re: Ja tomu nějak nerozumím
Milan Krnic,2015-10-27 08:39:53
Jak je stručně vysvětleno v tom článku, co odkazuji níže.
Snad se dočkáme
Milan Krnic,2015-10-27 08:00:41
http://www.astro.cz/clanky/kosmonautika/druzice-lisa-pathfinder-pripravena-ke-startu.html
Milá Lízo.
útlm
Jozef Vyskočil,2015-10-27 06:40:36
Môj neškolený mozog mi hovorí, že gravitačné vlny určite vznikajú, ale sú veľmi rýchlo utlmené zotrvačnosťou telies, ktoré sú v blízkom priestore.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
