Физики запретили гравитации разгоняться выше 1,4 скорости света
20 октября 2017 в 14:45

Физики запретили гравитации разгоняться выше 1,4 скорости света

По результатам всего трех экспериментов LIGO ученые определили, что скорость гравитационных волн лежит в интервале от 0,55 до 1,42 скоростей света. Статья опубликована в Physical Review Letters.

В Общей теории относительности скорость распространения гравитационных волн (как и вообще всех возмущений, переносящих информацию) ограничивается сверху скоростью света. С другой стороны, скорость гравитации должна хотя бы немного превышать скорость света, чтобы предотвратить гравитационное черенковское излучение (это странное явление теоретически предсказали в 2001 году). Кроме того, существует множество альтернативных теорий гравитации, в которых ее скорость может принимать самые неожиданные значения (впрочем, большинство ученых относится к этим теориям скептически). Поэтому очень важно точно измерить скорость гравитации.

Однако сделать это на данный момент сложно из-за небольшого количества экспериментальных данных. Впервые гравитационные волны были зарегистрированы в сентябре 2015 года коллаборацией LIGO. LIGO состоит из двух обсерваторий, одна из которых находится в Ливингстоне (штат Луизиана), а другая в Хэнфорде (штат Вашингтон). Основным элементом каждой обсерватории является модифицированный интерферометр Майкельсона, который может почувствовать изменение длины плеч при прохождении гравитационной волны. На момент подготовки статьи коллаборация зарегистрировала всего три гравитационных волны, испущенных при слиянии черных дыр.

Для получения ограничений на скорость ученые использовали тот факт, что обсерватории LIGO разнесены на три тысячи километров (что соответствует десяти световым миллисекундам), из-за чего сигналы регистрируются ими с небольшой разницей во времени. Эта задержка имеет некоторое распределение вероятности, зависящее от скорости гравитации. С помощью теоремы Байеса из него можно найти обратное распределение (скорости от задержки). Для априорного распределения скорости физики рассмотрели две гипотезы: равномерное распределение в интервалах от 0,01 до 100 и от 1 до 100 скоростей света. Ученые отмечают, что выбор какой-то одной гипотезы не должен сказаться на определении верхней границы.

Применив этот метод для данных трех измерений LIGO, физики получили распределение вероятности для скорости гравитационных волн. Оказалось, что с вероятностью девяносто процентов ее значение лежит в интервале от 0,55 до 1,42 скоростей света (от 1,0 до 1,4 в случае второй гипотезы). Такая низкая точность обусловлена небольшим количеством данных. При большем числе детекторов или большем числе измерений на LIGO можно было бы очертить интервал возможных значений гораздо точнее — например, использование данных всего пяти экспериментов сети LIGO-Virgo-Kagra обеспечило бы точность в один процент от скорости света.

Физика 18:34 19 Окт. 2017 Сложность 4.1
Физики запретили гравитации разгоняться выше 1,4 скорости света

Срезы задержек времени регистрации гравитационных волн в предполагаемой сети детекторов Hanford-Livingston-Virgo-Kagra
Neil Cornish et al / Phys. Rev. Lett.
По результатам всего трех экспериментов LIGO ученые определили, что скорость гравитационных волн лежит в интервале от 0,55 до 1,42 скоростей света. Статья опубликована в Physical Review Letters.

В Общей теории относительности скорость распространения гравитационных волн (как и вообще всех возмущений, переносящих информацию) ограничивается сверху скоростью света. С другой стороны, скорость гравитации должна хотя бы немного превышать скорость света, чтобы предотвратить гравитационное черенковское излучение (это странное явление теоретически предсказали в 2001 году). Кроме того, существует множество альтернативных теорий гравитации, в которых ее скорость может принимать самые неожиданные значения (впрочем, большинство ученых относится к этим теориям скептически). Поэтому очень важно точно измерить скорость гравитации.

Однако сделать это на данный момент сложно из-за небольшого количества экспериментальных данных. Впервые гравитационные волны были зарегистрированы в сентябре 2015 года коллаборацией LIGO. LIGO состоит из двух обсерваторий, одна из которых находится в Ливингстоне (штат Луизиана), а другая в Хэнфорде (штат Вашингтон). Основным элементом каждой обсерватории является модифицированный интерферометр Майкельсона, который может почувствовать изменение длины плеч при прохождении гравитационной волны. На момент подготовки статьи коллаборация зарегистрировала всего три гравитационных волны, испущенных при слиянии черных дыр.

Для получения ограничений на скорость ученые использовали тот факт, что обсерватории LIGO разнесены на три тысячи километров (что соответствует десяти световым миллисекундам), из-за чего сигналы регистрируются ими с небольшой разницей во времени. Эта задержка имеет некоторое распределение вероятности, зависящее от скорости гравитации. С помощью теоремы Байеса из него можно найти обратное распределение (скорости от задержки). Для априорного распределения скорости физики рассмотрели две гипотезы: равномерное распределение в интервалах от 0,01 до 100 и от 1 до 100 скоростей света. Ученые отмечают, что выбор какой-то одной гипотезы не должен сказаться на определении верхней границы.

Применив этот метод для данных трех измерений LIGO, физики получили распределение вероятности для скорости гравитационных волн. Оказалось, что с вероятностью девяносто процентов ее значение лежит в интервале от 0,55 до 1,42 скоростей света (от 1,0 до 1,4 в случае второй гипотезы). Такая низкая точность обусловлена небольшим количеством данных. При большем числе детекторов или большем числе измерений на LIGO можно было бы очертить интервал возможных значений гораздо точнее — например, использование данных всего пяти экспериментов сети LIGO-Virgo-Kagra обеспечило бы точность в один процент от скорости света.

Стоит заметить, что ограничения на скорость гравитации, полученные в данной статье, скоро будет значительно уточнены, поскольку недавно было объявлено об одновременной регистрации гравитационной волны и гамма-излучения от слияния двух нейтронных звезд. Разница во времени регистрации этих двух типов излучения составила около 1,7 секунд, а сами звезды находятся на расстоянии около 40 мегапарсек, что позволяет рассчитать возможное отклонение скорости гравитации от скорости света.

Тем не менее, статья ученых тоже представляет интерес, поскольку в ней они впервые установили нижнюю границу для скорости гравитации. Кроме того, при большем числе измерений разработанный ими подход позволит получить независимые оценки на скорость распространения гравитационных волн.

1519
Комментарии (18)
  • 24 октября 2017 в 09:41 • #
    Степан Порогов

    Вот такое "бесполезное" для русских открытие!

  • 24 октября 2017 в 18:59 • #
    Саша Компанцев

    Физика много чего запрещает и под всё подводит научное объяснение. К счастью жизнь не стоит на месте, и происходят некоторые прорывы. Пусть пока и слабенькие, но все же реальные. И тут как говорится имеющий уши да услышит, а то и увидит.

  • 24 октября 2017 в 23:40 • #
    Сергей Ратников

    Интересно, а сие учёные мужи знают что такое гравитация? Знают её сущность и какая она? Почему в одних условиях тела притягиваются, а в других условиях они отталкиваются? И отчего они так решили, что знают с какой скоростью может распространятся поле, гравитационные волны? Они говорят то о слиянии чёрных дыр, теперь о слиянии нейтронных звёзд. А они видели что там произошло очень давно, на самом деле? И от чего они так решили, что там столкнулись нейтронные звёзды??? Это как то можно проверить? И эта волна от того взрыва, что действительно гравитационное??? А может это взрывная волна долетела до нас. А это ни как не гравитация. Эти утверждения учёных, меня убивают своей полной без доказательностью и глупостью. да вот не стыковка, учёные отменили эфир, его нет, есть физический вакуум, эдакая мистическая субстанция.В пространстве есть только вакуум, нет среды в космосе, пустота, а как тогда там перемещаются электромагнитные волны? И как тогда через эту, великую пустоту пришла к нам эта якобы гравитационная волна, а она то по сути продольная волна, подобно звуковой.И воздействует такое же? Странно как то, то они опровергают очевидное, то утверждают что то фантастическое. Они бы для начала разобрались с истинами, и с тем, что есть и чего нет.

  • 4 ноября 2017 в 13:31 • #
    Игорь Цесельский
    Интересно, а сие учёные мужи знают что такое гравитация?

    Нобелевку в этом году по физике дали за исследования гравитации

  • 7 ноября 2017 в 10:59 • #
    Юрий Добронравов

    "А может это взрывная волна долетела до нас". Интересно, а какая ударная (взрывная) волна может быть в абсолютном вакууме? Если, конечно, это не продукты распада тех же звезд, что столкнулись? Их, как я понимаю, интерферометр Майкельсона не регистрирует. Тогда что "долетело до нас"?

  • 30 октября 2017 в 01:43 • #
    Эдвид Линевич

    Третий закон Ньютона выполняется мгновенно, т.е. с бесконечно большой скоростью. Приплетать к гравитационному процессу скорость света полный абсурд. При линейном взаимодействии тел центр масс (ЦМ) не меняет своего положения. Для вращательного взаимодействия аналогом ЦМ является ось равенства моментов инерции (ОРМИ) частей системы. При изменении конфигурации системы внутренними силами положение ОРМИ изменяется со скоростью изменения конфигурации и не зависит от расстояния. Поэтому говорить о скорости движения ОРМИ не имеет смысла: повторюсь, она производная третьего закона, а последний правит гравитацией, поэтому понятия "скорость" гравитации не имеет физического смысла.

  • 8 ноября 2017 в 20:35 • #
    Юрий Добронравов

    А кто говорил о "скорости гравитации"? Говорилось о скорости распространения ВОЛН гравитации! Непонятно? Тогда выйдите на берег пруда (со стоячей водой) и бросьте в воду камень. Вода никуда не течет, но через некоторое время волны берега достигнут. Остается только подсчитать скорость их движения.

  • 7 ноября 2017 в 10:18 • #
    An Na

    О умных много! Объясните пожалуйста какие силы удерживают воду на экваторе от стекания вниз к южному полюсу? А учитывая скорость вращения земли почему она не собирается вся на экваторе? Какая сила заставляет реку Лена течь от экватора к северному полюсу вверх преодолевая центробежную силу и силу тяжести воды?

  • 7 ноября 2017 в 10:19 • #
    An Na

    О умных много! Объясните пожалуйста какие силы удерживают воду на экваторе от стекания вниз к южному полюсу? А учитывая скорость вращения земли почему она не собирается вся на экваторе? Какая сила заставляет реку Лена течь от экватора к северному полюсу вверх преодолевая центробежную силу и силу тяжести воды?

  • 7 ноября 2017 в 10:21 • #
    An Na

    О умных много! Объясните пожалуйста какие силы удерживают воду на экваторе от стекания вниз к южному полюсу? А учитывая скорость вращения земли почему она не собирается вся на экваторе? Какая сила заставляет реку Лена течь от экватора к северному полюсу вверх преодолевая центробежную силу и силу тяжести воды?

  • 9 ноября 2017 в 11:20 • #
    Степан Порогов

    Ан Не
    Лена - река?
    Лена на экваторе?
    Лена на северном полюсе?
    Вода на экваторе? Кто её там разлил? Кто и как попал на экватор с водой?

  • 7 ноября 2017 в 11:57 • #
    Aleksandr Babariko

    Всё, что создано высшими силами неподвластно человеческому разуму, но доступно фантазии.

  • 8 ноября 2017 в 15:22 • #
    Асхат Файзирахманов

    Давно еще где то читал, что скорость гравитации в 50 миллионов раз превосходит скорость света...

  • 8 ноября 2017 в 20:07 • #
    An Na

    Я правильно понял что большая часть науки это фантазия?

  • 8 ноября 2017 в 20:38 • #
    Юрий Добронравов

    Правильно! Нафантазировали всяких физик твердых тел, p-n-переходов, транзисторов, микросхем, компов, айфонов... )))

  • 9 ноября 2017 в 11:31 • #
    Степан Порогов

    Юрий Добронравов
    Гравитация - к примеру земное притяжение - известна нам от избитого яблоком Ньютона. Это результат её действия, а способ её воздействия на яблоко и есть волна!
    Попав между волн гравитации её можно и не почувствовать, но нужно быть слегка особенным!
    Если эти волны отразить, то опять останешься без гравитации.
    Если на лопасти электрического генератора установить пульсирующий отражатель волн гравитации, то получим перпетум мобиле!
    Откуда в МИРЕ появилось желание отказаться от двигателей внутреннего сгорания и пересесть на электромобили? Чего известно ИМ и неизвестно НАМ?

  • 10 ноября 2017 в 07:21 • #
    Юрий Добронравов

    Вообще-то, "способ воздействия на яблоко" не есть волна. Это есть следствие искривления пространства массой объекта. Например, если положить на батуд яблоки, они так и останутся лежать, но стоит Вам залезть на это приспособление - и все яблоки будут у ваших ног! Гравитация - это свойство натянутого пространства, вроде сетки того же батуда. Можно часами лицезреть "спортсмена", поедающего на нем яблоки, но пока он не решит попрыгать, никаких волн обнаружить не удастся. Потому их так долго и не могли обнаружить ученые, хотя мысль об их существовании была высказана довольно давно.

  • 9 ноября 2017 в 17:49 • #
    An Na

    А на вопросы ответить слабо? а то налепил какой то херни.
    показав свою глупость, неучтивость и слабоумие.