Pitanja, odgovori i razgovori

Gravitacijski valovi

Vedran iz Vinkovaca pita:

Kojom brzinom se šire promjene gravitacijskih utjecaja ("gravitacijski valovi")? Da li brzinom svjetlosti, nekom drugom konačnom brzinom, ili možda beskonačnom brzinom?

(U knjizi S. Hawkinga "Kratka povijest vremena" se na jednom mjestu spominje trenutno širenje gravitacijskih utjecaja, u svjetlu teorije o zakrivljenosti prostora... ispravite me ako sam u krivu!)

KK:

Kao prvo, potrebno je spomenuti da nitko još nije direktno uspio vidjeti gravitacione valove pa tako ni izmjeriti njihovu brzinu. Međutim, ako prihvatimo Einsteinovu teoriju gravitacije (a reklo bi se da je to i više nego opravdano) onda se unutar te teorije neka mjerenja promjena u periodima revolucije nekih dvojnih pulsara mogu smatrati indirektnim mjerenjima gravitacionih valova. Ta mjerenja (za koje je dodjeljena i Nobelova nagrada 1993.) s preciznošću od 1 posto pokazuju da se gravitacioni valovi zaista šire brzinom svjetlosti kao što Einsteinova teorija i predviđa.

Kad se govori o trenutnom širenju gravitacijskih utjecaja misli se po svoj prilici na činjenicu da je gravitacijsko privlačenje tijela koja se gibaju jednoliko (npr. naše Sunce) takvo da vektor sile Sunca na Zemlju uvijek pokazuje prema Suncu (a ne prema "retardiranom" mjestu gdje je Sunce bilo prije 8 minuta).

U Newtonovoj teoriji gravitacija se širi trenutačno pa je ta činjenica prirodna. U Einsteinovoj teoriji, u kojoj se gravitacija širi "samo" brzinom svjetlosti, ona je posljedica toga da sila u toj teoriji nije jednostavna stvar već se manifestira putem zakrivljenja prostor-vremena i to upravo tako da se stvara taj privid trenutačnog djelovanja na daljinu.

No, naglasimo još jednom, to vrijedi samo za tijela koja se gibaju *jednoliko*. Ako bi Sunce naglo promijenilo smjer gibanja, utjecaji te promjene došli bi do nas tek nakon 8 minuta.

Vedran:

Znači da bi se za sisteme u jednolikom gibanju moglo reći da se gravitacijski utjecaji šire trenutačno...kad bi postojao učinkovit način detektiranja malih gravitacijskih promjena, to bi bio vrlo učinkovit način prenošenja informacija...?

KK:

Ne. Ja sam govorio o jednolikom gibanju kao uvjetu jer je to uvjet koji je jednostavno iskazati i vrijedi u jednostavnim sustavima masa koje gravitiraju (npr. Sunce) gdje su relativistički efekti zanemarivo mali. Pravi razlozi su nešto složeniji (možda možeš pogledati ovaj tekst gdje je sve to nešto detaljnije objašnjeno, na engleskom nažalost) ali rezime je da nikakvim trikovima ne možeš poslati informaciju brže od svjetlosti.

Statičko gravitacijsko polje (kao ono Sunčevo) daje privid trenutnog širenja, ali to je samo privid jer, baš zato što je polje statičko, nikakvi se utjecaji tu zapravo ne šire nego naprosto postoje (otprilike) oduvijek. Bilo kakva promjena u tom polju gibat će se brzinom svjetlosti.

(Gravitacija nije u tom smislu ništa posebno. U elektromagnetizmu je potpuno analogna situacija: Polje naboja koji se giba jednoliko je takvo da vektor sile svugdje u prostoru pokazuje prema naboju, a ne prema njegovom "retardiranom" položaju. No, utjecaji nekakvog ubrzavanja ili usporavanja tog naboja će se gibati samo brzinom svjetlosti.)

Nemoj biti frustriran ako ti sve ovo nije baš sasvim jasno jer se radi o dosta složenoj stvari koju je moguće do kraja razumijeti tek upoznavanjem i rješavanjem odgovarajućih, prilično kompliciranih jednadžbi.

Vedran:

I još jedno pitanje: da li bi (teoretski) bilo moguće konstruirati generator gravitacionih promjena na principu, recimo, velikog akceleratora u prostoru daleko od gravitacijskih smetnji i jakih utjecaja, u kojemu bi se velikom brzinom ubrzavala velika količina čestica koje bi, pri velikim brzinama dobivale na masi. Tada bi porasla i masa cjelokupnog sistema, a time i gravitacijska sila (na neko drugo tijelo)?.

KK:

Ne. Gravitaciono polje ovisi o ukupnoj energiji sustava (dakle, ne samo o masi već i o svim ostalim oblicima energije, elektrostatskoj, toplinskoj, kinetičkoj itd.). Kod tvog generatora naprosto bi se energija iz nekakvih akumulatora ili čega već što bi koristio za davanje struje za ubrzavanje tih čestica transformirala u kinetičku energiju čestica, a ukupna energija bi ostala ista, a s njome i gravitacija.

Da budemo sasvim precizni, ako bi se te čestice ubrzavale u nekom prstenu onda bi, zbog toga što kružno gibanje nije jednoliko već ubrzano, one zračile i elektromagnetske i gravitacijske valove i tim putem bi čitav sustav gubio energiju, a time i snagu svog gravitacijskog privlačenja. No, ta bi se promjena u gravitacijskom polju "širila" i opet samo brzinom svjetlosti.

Vedran:

Kada bi to tijelo bilo, recimo, detektor malih gravitacijskih promjena, ili "gravitacijskih valova", iz gornjeg pitanja, i kada bi se oni (oba tijela - generator i detektor) gibali jednoliko, imali bi vrlo (beskonačno?) brz način prenošenja informacija...intergalaktički internet na beskonačnim brzinama :))

KK:

Kao što rekoh, brzina prijenosa informacija u prirodi je ograničena brzinom svjetlosti. To je fundamentalni prirodni zakon i nije ga moguće izigrati unutar današnjih teorija.

Srodne teme:   —   Gravitacija   —