Gaya gravitasi apa kah itu
gaya gravitasi apa kah itu ?
info sains | April 13, 2015 | sains | No Comments
gaya gravitasi apa kah itu ? ayo kita bahas di sains.info ini sobat semua. Ini adalah pertanyaan yang ditanyakan
berkali-kali: Jika menurut Relativitas Umum (GR) Gaya gravitasi adalah tidak lebih dari sebuah fenomena
melengkung ruang-waktu, bagaimana “partikel” gaya gravitasi (graviton) memberi, ketika mencoba untuk ART untuk
bersatu dengan mekanika kuantum. Apa yang dimaksud dengan “graviton” menjadi – sepotong kecil kelengkungan
ruang-waktu?
Saya mengakui bahwa saya sendiri tidak memiliki jawaban yang baik untuk pertanyaan ini untuk waktu yang lama.
Sementara itu, saya sudah berpikir sedikit, dan inilah usaha saya di jawaban. Teks akhirnya hasil pertimbangan bahwa
saya telah membuat berbagai pesan lainnya sebelumnya. Saya masih mencoba, mana mungkin, untuk menulis
sehingga Anda dapat memahaminya tanpa menggunakan teks-teks yang lebih tua. Dasar-dasar karena itu saya
menyatakan relatif langka, dan kadang-kadang mungkin akan membantu untuk mengikuti link.
Kelengkungan ruang-waktu
Menurut teori relativitas umum “gravitasi” benar-benar tidak lebih dari kata lain untuk “ruang-waktu kelengkungan” .
Sebuah lengkungan ruang berarti mengubah jarak antara titik dan geometri tidak begitu, seperti yang telah kita pelajari
waktu di sekolah (di atas kertas datar) – jumlah dari sudut dalam segitiga belum tentu 180 °, rasio lingkar dengan jarijari tidak selalu 2π. Jika Anda hanya terbang misalnya dengan (super tahan panas) pesawat ruang angkasa pada
permukaan matahari mengelilingi matahari dan mete luas, dan kemudian sekali pusat matahari untuk mengukur radius
matahari, maka Anda akan menemukan bahwa dengan demikian diukur radius 500 meter lebih besar dari Anda pada
lingkar ukuran akan diharapkan (dengan radius rumus = lingkar / 2π).
Contoh lain adalah gelombang gravitasi. Jika Anda memiliki cincin partikel, dan gelombang gravitasi impinges
biasanya pada cincin ini, maka ini adalah terdistorsi, seperti ini (saya memiliki detail dengan gravitasi dijelaskan di
sini ):
gaya gravitasi
Berikut adalah animasi yang bagus dari gelombang gravitasi – di atas gambar yang mirip dengan Teilchenring saya,
termasuk Anda melihat bagaimana menyebar semua:
gaya gravitasi animasi
(Gambar-gambar dari Einstein secara online , terima kasih kepada Markus Possel)
Sejauh kelengkungan ruang. Selain massa mempengaruhi (ya “medan gravitasi” Hasilkan) dan waktu – pergi dekat
massa Watches lambat. Bersama dengan kelengkungan daerah Anda mendapatkan namun kurva ruang-waktu. Jelas,
seseorang dapat mengumpulkan dengan cara ini: Jika Anda pergi 100 meter ke selatan, dari 100 meter ke barat,
kemudian 100 meter ke utara dan 100 meter ke timur, maka Anda kembali pada titik awal – dengan asumsi Anda
berada di pesawat. Pada bola berbeda – karena jalan tersebut tidak lagi tertutup. (Jika Anda berdiri di Kutub Utara,
maka Anda datang ke titik awal jika Anda hanya berjalan tiga pertama dari empat langkah – membawa Anda bola
dunia, jika Anda tidak intuitif jelas ..)
Demikian pula, kita bisa pergi “persegi” dalam ruang-waktu. Kami melakukan ini dalam dua langkah: Aku akan
menunggu kedua dan kemudian terbang 100 meter ke atas. Sisi lain Anda terbang hanya seratus meter dan kemudian
tunggu sebentar. Kami seharusnya bertemu di akhir setiap detik, kan? Tapi kita tidak lakukan jika kita adalah medan
gravitasi – di mana waktu bagi Anda untuk pergi lebih cepat, dan pada akhir kedua, aku belum ada di sana (karena
jam saya lebih lambat).
Mekanika kuantum
Jadi sekarang Anda memiliki gambaran kasar tentang bagaimana ini bekerja dengan ruang-waktu kelengkungan
(untuk banyak artikel lainnya tentang tag cloud yang dapat Anda ambil kanan). Jika kita ingin quantize sekarang,
sekarang kita perlu bertanya pada umumnya bagaimana dikuantisasi karena sebenarnya “klasik” (yaitu non-kuantum)
teori. (Catatan: Saya sarankan sini TYPE fisika klasik, dalam arti bahwa hal itu tidak hanya kuantum mekanis Satu
sering menggunakan istilah “fisika klasik” terlalu terbatas untuk fisika Newton dan merupakan salah satu teori
relativitas harus “modern” fisika .. entah bagaimana masalah selera, hari ini praktis “klasik” dan “mekanika kuantum”
untuk menarik garis antara.)
Ambil contoh sebuah elektron. Dalam fisika klasik, kita melihat ini sebagai partikel titik seperti. Untuk mengetahui
apa yang dilakukannya, kita perlu tahu secara khusus di mana itu adalah lurus. (Tentang kecepatan saya tidak berpikir,
kalau tidak aku akan harus sama dengan hal-hal seperti kekacauan ketidakpastian hubungan, tapi itu menghilang. Di
sebelah kanan masalah dalam rangkaian artikel Anda akan menemukan serangkaian persamaan Schrödinger dan
beberapa item lainnya untuk QM , karena saya akan menjelaskan detail.) A “klasik” elektron demikian ditandai
dengan lokasinya, atau dengan kata lain, jika saya ingin tahu kondisinya, maka saya harus tahu tempatnya. (Lokal)
keadaan elektron dengan demikian ditandai dengan tiga angka untuk tempat di tiga arah spasial.
Dalam mekanika kuantum, hal ini, bagaimanapun, lebih rumit. Di sini, posisi elektron tidak selalu ditentukan unik,
tetapi ada negara-negara superposisi. Ini hanya memberikan probabilitas (matematis yang tepat amplitudo
probabilitas) untuk menemukan elektron di suatu tempat. Elektron dapat misalnya kesempatan 5% dari harus hanya
duduk di depan hidung saya, dan 3% untuk mengambang di atas kepala saya, dll Kami memiliki untuk setiap lokasi di
mana elektron dapat menentukan probabilitas seperti itu, maka Kami telah menggambarkan keadaan elektron jelas.
Bahwa ada jauh lebih banyak poin di ruang angkasa, kita perlu menentukan nomor untuk masing-masing titik-titik ini.
Alih-alih tiga angka bagi negara kita sekarang membutuhkan jauh lebih banyak angka. (Matematis berbicara, kita
perlu fungsi.) Sebuah negara kuantum jauh lebih rumit daripada negara klasik (yang omong-omong, alasan untuk ini
adalah bahwa Anda membuat begitu banyak keributan tentang komputer kuantum -. Untuk biola dengan keadaan
kuantum hanya membuka lebih banyak kemungkinan) ukuran ini, untuk masing-masing negara mungkin memberikan
probabilitas (atau probabilitas amplitudo) disebut fungsi gelombang.
Jika Anda benar-benar mengamati elektron pada suatu titik, maka ada fungsi gelombang adalah sama dengan satu (itu
yakin bahwa Anda menemukannya di sana, sehingga probabilitas satu), jika tidak sama dengan nol di mana-mana.
Apakah kamu tidak melihat elektron, maka mungkin berlokasi di berbagai tempat, fungsi gelombang adalah di manamana nilai-nilai non-nol. (Transisi dari negara sebelum negara setelah pengukuran adalah terkenal “runtuhnya fungsi
gelombang.” Klik di sini jika Anda ingin tahu apa konsekuensi yang dihasilkan darinya untuk pertanyaan tentang
hakikat realitas kita.)
Apa Wahrscheinlichkeitskram ini sekarang, jika Anda ingin tahu bagaimana proses fisik bekerja? Pertama, itu berarti
bahwa kami juga untuk proses biasanya hanya dapat menentukan probabilitas. Jika Anda mencetak dua elektron klasik
berturut-turut seperti bola bilyar, maka apapun yang terjadi persis sama, selama Anda memiliki kondisi awal yang
sama. Jika Anda, bagaimanapun, memiliki elektron kuantum mekanik asli, maka Anda harus mempertimbangkan
bagaimana probabilitas yang berbeda mempengaruhi kemungkinan. Bayangkan kemungkinan sedikit seperti awan di
depan (satu sering berbicara memang awan elektron) – awan di beberapa tempat yang lebih padat (probabilitas tinggi)
di tipis lainnya. Awan sangat dekat untuk dua elektron di tempat yang sama, maka kita memiliki probabilitas tinggi
bahwa mereka sangat berinteraksi. Salah satu cara untuk menghitung keseluruhan, adalah untuk mencari masing-
masing individu (sehingga untuk berbicara klasik) kemungkinan apa yang bisa terjadi (elektron 1 di sini, elektron 2
ada di sini, atau elektron 1 di sini, elektron 2 ada, dll) untuk mengisi, dan semua ini peluang individu dengan
probabilitas masing-masing dan pada akhirnya menambah segalanya. Kedengarannya rumit? Dan itu. Secara
matematis, menyederhanakan sering dengan bantuan diagram Feynman terkenal, yang saya jelaskan di sini . Rincian
kita tidak lihat di sini tapi hanya pada waktu.
Quantengravitation
Begitu dan begitu sebenarnya cukup jelas bagaimana untuk menggabungkan ruang-waktu kelengkungan dengan
mekanika kuantum: Sebuah ruang-waktu kuantum dijelaskan secara mekanis dapat berada dalam keadaan superposisi
yang menyatakan kelengkungan begitu berbeda masing-masing memiliki kesempatan. Ada di sini sedikit kesulitan
karena kami, seperti elektron, tidak bisa secara langsung mengamati “ruang-waktu”. Tapi kita bisa – seperti di atas
pada gambar gelombang gravitasi – bayangkan kita ruang mengisi dengan partikel kecil yang perilakunya kita amati.
(Untuk mempermudah, kita berpura-pura bahwa partikel-partikel ini tidak akan tunduk mekanika kuantum.)
Jadi bayangkan lagi cincin partikel seperti sebelumnya, persis seperti di atas. Kita bisa membayangkan bahwa kita
dapat mengukur jarak antara dua partikel, karena mereka dapat menarik atau saling tolak elektrik – semakin besar
jarak, semakin kecil gaya. Jika gelombang gravitasi klasik impinges pada partikel, maka jarak lebih besar atau kurang
secara berkala, juga bervariasi sesuai dengan gaya.
Selanjutnya, kita sekarang mempertimbangkan negara-negara superposisi kuantum dari kelengkungan ruang-waktu
yang berbeda. Mari kita asumsikan – bahkan jika secara fisik tidak terlalu berguna -, kita akan memiliki probabilitas
50% bahwa jarak antara partikel tidak berubah dan 50% bahwa ia dibelah dua. Jika sekarang kita mengukur kekuatan
antara partikel, kita mengukur dalam 50% kasus, nilai tidak berubah pada 50% kasus kekerasan yang lebih besar
(empat kali lipat atau lebih tepatnya, karena tenaga listrik dengan kuadrat jarak menurun). Harap dicatat bahwa
partikel kita sendiri sehingga (menurut hipotesis) tidak dikenakan mekanika kuantum – ada partikel klasik, tetapi
menanggapi sifat kuantum ruang-waktu kelengkungan kami.
Jadi harus mempertimbangkan segala kemungkinan seperti kita (atau dijelaskan dalam pertemuan dua elektron di atas)
ketika elektron, sehingga yang perlu kita lakukan untuk kelengkungan ruang-waktu sekarang. Untuk memahami
bagaimana proses bekerja, kita harus mempertimbangkan semua pilihan untuk jarak ruang-waktu masing-masing
partikel yang terlibat dan semua biaya dan probabilitas terkait.
Kita bisa melakukannya, jadi kita harus tahu probabilitas yang terkait untuk setiap kemungkinan
Raumzeitkrümungszustand. Serupa dengan elektron, kita bisa berbicara tentang fungsi gelombang – yang masih jauh
lebih rumit, karena kita tidak hanya harus sekarang menetapkan setiap situs nomor, tapi setiap kondisi kelengkungan
dibayangkan ruang-waktu (dan lengkungan ruang-waktu untuk tahu di sini, kita perlu di mana saja dan kapan selalu
tahu kelengkungan yang tepat). Secara matematis, seluruh alasan yang lebih rumit daripada elektron. (Teori sesuai
disebut teori medan kuantum Sejalan curam – jika Anda mengklik kanan di seri artikel, maka Anda dapat menemukan
usaha saya untuk memberikan setidaknya beberapa wawasan.)
Gravitonen
Graviton yang menjadi “Vermittlerteilchen” gravitasi ya. Dan sekarang adalah titik di mana pandangan tampaknya
menghubungkan sekali: Jika tidak ada gravitasi adalah sebagai ruang-waktu kelengkungan (dan gravitasi kuantum
adalah superposisi dari Raumzeitkrümungen), yang kemudian harus berurusan dengan itu partikel? Gelombang
gravitasi memang distorsi ruang-waktu yang menyebar bagaimana animasi muncul – di mana ada ruang untuk
“partikel”?
Mari kita lihat untuk lebih memahami hal ini, secara singkat, bagaimana keseluruhan melihat gelombang
elektromagnetik. (Detil Saya baru saja selesai di sini – hampir semua di artikel pada foton harus, dapat ditransfer ke
graviton ada akan dibahas secara rinci pada konteks lapisan ..) Mari kita karena itu merupakan gelombang
elektromagnetik (short em-gelombang), kita dapat menggambarkan hal ini:
image gaya gravitasi
Dalam hijau Saya telah ditarik medan listrik, medan magnet di magenta. Panah kuning menunjukkan arah propagasi.
Dalam fisika klasik dapat sebagai gelombang elektromagnetik memiliki energi. Dalam mekanika kuantum,
bagaimanapun, tidak – di sini kita dapat melihat energi gelombang hanya dalam bentuk “kuantum”, yaitu paket energi.
(By the Light disebut kuantum “foton”). Kita mungkin memiliki satu atau dua atau seratus empat puluh kuantum
dalam gelombang, tetapi tidak delapan setengah atau tiga perempat dari tujuh belas. (Catatan untuk semua Exact: Saya
mengabaikan untuk kesederhanaan energi titik nol). Karena kita dapat menghapus atau menambahkan energi hanya
dalam bentuk paket, energi gelombang hanya terkuantisasi. Dan karena setiap kuantum adalah ukuran yang sama
jumlah energi Anda hanya bisa tahu kapan gelombang dengan hundersiebenundvierzig kuantum yang terdiri dari 147
partikel yang disebut foton. (Fakta bahwa keseluruhan bisa sangat rumit dan bahwa jumlah partikel tidak selalu jelas
dalam gelombang, saya telah dijelaskan dalam artikel terkait.)
Persis sama berlaku untuk gelombang gravitasi. Bahkan di mana energi terkuantisasi – ketika gelombang misalnya,
dua massa bergerak melawan kekuatan (karena mereka jarak berubah), dan kehilangan energi, ia bisa melakukan itu
juga hanya dalam bentuk kuanta energi – baik dua partikel menempati Avatar pada (dan kemudian memiliki energi
yang lebih tinggi) atau tidak.
Dalam hal ini bisa – seperti dalam gelombang elektromagnetik – mengatakan bahwa gelombang gravitasi terdiri dari
partikel.
Tapi graviton membawa tidak hanya energi tetapi juga momentum dengan sich.Für partikel klasik dengan massa pulsa
sama dengan produk kecepatan dan massa, Anda mungkin belajar pada waktu sekolah. Dalam mekanika Newtonian,
denyut nadi perubahan ketika kekuatan bertindak. Kunci untuk impuls adalah bahwa ia adalah kuantitas kekal – itu
ditambahkan dalam sistem tertutup, semua pulsa, maka momentum total yang dihasilkan tidak berubah. Sebagai
contoh, jika sebuah bola bilyar bertabrakan kepala yang lain, maka bola pertama berhenti dan bola kedua gulungan
pada kecepatan yang sama pada (baik, kira-kira, jika kita mengabaikan kadang-kadang hal-hal seperti gesekan, dll).
Bersih konservasi energi tidak mengerti, maka bisa roll pada kedua bola selama total energi adalah sama, tetapi energi
dan momentum konservasi bersama-sama peduli bahwa bola akan berhenti dan roll kedua. (Jika Anda pelajaran fisika
baik Anda memiliki, maka mungkin Anda punya waktu dihitung.)
Sekali lagi, kita dapat membuat analogi terhadap cahaya untuk digunakan untuk memahami denyut nadi graviton.
Mari kita perhatikan sebuah elektron duduk, misalnya, dalam sebuah antena dan bergerak di dalamnya atas dan ke
bawah untuk menghasilkan gelombang elektromagnetik. Gelombang ini terus bergerak dengan kecepatan cahaya
diserap oleh elektron lain di antena lain sebagian, maka elektron ini dipercepat. Jelas, pulsa ini ditularkan dari satu
elektron yang lain, sehingga gelombang em harus dikenakan pulsa dari elektron yang lain. Karena gelombang em
terdiri dari foton yang membawa foton tunggal termasuk pulsa.
Dalam gelombang gravitasi sangat mirip. Jika cincin mampu memindahkan partikel di atas kami terhadap satu sama
lain dengan mempengaruhi jarak antara partikel kemudian dapat ditularkan pulsa. Jadi gelombang gravitasi harus
memiliki pulsa.
Jadi gelombang gravitasi membawa energi dan momentum (dan bahkan momentum sudut, tapi pertama kali saya
simpan) dari satu tempat ke tempat lain. Sama seperti energi dalam teori kuantum gelombang gravitasi, momentum
terkuantisasi – poros sehingga terdiri dari individu “paket” dengan impuls spesifik dan energi tertentu. Dan jika energi
dan momentum dalam paket mendapatkan dari satu tempat ke tempat lain, itu cukup masuk akal untuk mengatakan
bahwa paket ini memberikan “partikel” yang. Dalam hal ini, graviton begitu “partikel”.
Alternatif image: medan gaya gravitasi
Jika Anda masih membutuhkan pandangan yang sulit Anda juga dapat mengatasi masalah cukup berbeda: Anda yaitu
tidak menggambarkan menggunakan ruang-waktu kelengkungan pengaruh gravitasi. Sebaliknya, hal ini juga
memungkinkan untuk membayangkan bahwa gravitasi mempengaruhi materi dan bertindak sebagai lapangan.
(Akhirnya aku sudah di sini , di sini dan di sini menjelaskan.) Sebaliknya memperpanjang, misalnya, ruang antara dua
benda, seseorang dapat bayangkan begitu baik bahwa obyek itu sendiri (dan semua skala) menyusut, yang keluar pada
yang sama.
Dalam interpretasi bidang ini gravitasi, gaya gravitasi sangat mirip dengan gaya elektromagnetik. Perbedaan utama
adalah bahwa medan elektromagnetik bertindak hanya pada muatan listrik dan hanya diproduksi oleh mereka. Medan
gravitasi, bagaimanapun, setiap massa (dan energi apapun) yang dihasilkan. Satu-satunya alasan yang dapat
mempengaruhi semua benda “yang sama”, sehingga hanya perubahan cocok untuk semua skala dalam gambar ini.
Interpretasi lapangan memiliki keuntungan bahwa graviton tampaknya tidak lagi menjadi sesuatu yang jauh lebih dari,
misalnya, foton – foton adalah partikel bidang em, para graviton dari medan gravitasi. Pikirkan tentang bagaimana
ruang-waktu kelengkungan dapat terdiri dari “partikel”, seseorang tidak perlu dilakukan di gambar ini.
Tapi seperti yang saya katakan, pemetaan lapangan hanya interpretasi yang berbeda dari persamaan ART – apa pun
yang Anda bisa memikirkan dalam penafsiran ini juga berlaku jika Anda tinggal di citra ruang-waktu kelengkungan.
Dan saya telah mencoba di atas masuk akal cukup masuk akal di mana orang bisa membayangkan bahwa “ruangwaktu kelengkungan” dapat terdiri dari partikel-partikel.
Deteksi graviton
Pada akhirnya, tentu saja, menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana untuk membuktikan graviton karena jika hal
itu karena mereka – harus – menurut mekanika kuantum. Sayangnya, hal ini sangat sulit. Alasan untuk ini adalah
bahwa energi yang terkandung dalam gelombang gravitasi sangat kecil. Menurut Wikipedia, misalnya, menghasilkan
revolusi bumi mengelilingi gelombang gravitasi matahari dengan energi 300 watt – total energi yang dipancarkan oleh
matahari dan bumi gelombang gravitasi sehingga hanya cukup untuk beroperasi dalam mode microwave pencairan ne.
Oleh karena itu bahkan deteksi gelombang gravitasi cukup sulit.
Jauh lebih sulit untuk mendeteksi graviton adalah. Hal ini karena energi graviton – hanya seperti yang Photones –
tergantung pada frekuensi gelombang. Dan karena kebutuhan untuk memindahkan massa besar untuk menghasilkan
gelombang gravitasi diukur adalah frekuensi yang dipermasalahkan di sini, di kisaran detik (misalnya, ketika dua
bintang neutron mengorbit satu sama) atau tahun (seperti di Bumi dan Matahari). Energi yang berisi graviton sebuah,
yang dikirim oleh gerakan bumi mengelilingi matahari, sehingga harus sekitar 20 triliun (2 sebesar 22 nol) kali lebih
kecil dari foton cahaya tampak, jika saya belum saya dikenakan biaya. (Dan bahkan dengan dua bintang neutron
mengorbit masing-masing dalam seperseratus detik, faktornya adalah masih triliun.) Sebuah detektor yang akan
menyimpan sejumlah kecil seperti energi akan menjadi sangat sensitif. (Mengapa para fisikawan ya begitu gembira
ketika muncul tahun lalu yang akan telah ditemukan dalam jejak radiasi latar belakang kosmik graviton – . Sayangnya,
hal ini ternyata menjadi kesalahan tapi ya )
Kesimpulan
Ruang-waktu kelengkungan dapat membawa energi dan momentum – sesuai dengan aturan mekanika kuantum,
jumlah ini hanyalah terkuantisasi dan dapat ditemukan, misalnya, gelombang gravitasi hanya dalam bentuk paket
dengan ukuran tertentu. Ini “paket” berperilaku sichdeshalb demikian, seperti halnya partikel lain (misalnya foton)
dalam mekanika kuantum. Oleh karena itu, mungkin masuk akal untuk berbicara tentang “graviton”, yang “partikel
ruang-waktu kelengkungan”.
Sebagai gravitasi kuantum graviton bekerja (atau tidak) dan di mana kesulitan terjebak di sini, saya menunda untuk
hari lain.
Catatan: Seperti yang sering akhir-akhir ini adalah hal-hal yang saya katakan di sini, dalam buku (mengapa, saya tidak
tahu). Saya pikir saya sudah pikir saya baik-baik, namun tidak menjamin, jika Anda dalam ujian fisika Anda
beruft.Ach blog saya jadi juga, seperti yang sering akhir-akhir ini saya gunakan dalam teks yang feminin generik –
klik di sini jika Anda tahu ingin tahu mengapa (dan jika Anda ingin mengatakan sesuatu tentang topik ini, silakan
beritahu komentar di situ tidak ada di sini.)
info sains | April 13, 2015 | sains | No Comments
gaya gravitasi apa kah itu ? ayo kita bahas di sains.info ini sobat semua. Ini adalah pertanyaan yang ditanyakan
berkali-kali: Jika menurut Relativitas Umum (GR) Gaya gravitasi adalah tidak lebih dari sebuah fenomena
melengkung ruang-waktu, bagaimana “partikel” gaya gravitasi (graviton) memberi, ketika mencoba untuk ART untuk
bersatu dengan mekanika kuantum. Apa yang dimaksud dengan “graviton” menjadi – sepotong kecil kelengkungan
ruang-waktu?
Saya mengakui bahwa saya sendiri tidak memiliki jawaban yang baik untuk pertanyaan ini untuk waktu yang lama.
Sementara itu, saya sudah berpikir sedikit, dan inilah usaha saya di jawaban. Teks akhirnya hasil pertimbangan bahwa
saya telah membuat berbagai pesan lainnya sebelumnya. Saya masih mencoba, mana mungkin, untuk menulis
sehingga Anda dapat memahaminya tanpa menggunakan teks-teks yang lebih tua. Dasar-dasar karena itu saya
menyatakan relatif langka, dan kadang-kadang mungkin akan membantu untuk mengikuti link.
Kelengkungan ruang-waktu
Menurut teori relativitas umum “gravitasi” benar-benar tidak lebih dari kata lain untuk “ruang-waktu kelengkungan” .
Sebuah lengkungan ruang berarti mengubah jarak antara titik dan geometri tidak begitu, seperti yang telah kita pelajari
waktu di sekolah (di atas kertas datar) – jumlah dari sudut dalam segitiga belum tentu 180 °, rasio lingkar dengan jarijari tidak selalu 2π. Jika Anda hanya terbang misalnya dengan (super tahan panas) pesawat ruang angkasa pada
permukaan matahari mengelilingi matahari dan mete luas, dan kemudian sekali pusat matahari untuk mengukur radius
matahari, maka Anda akan menemukan bahwa dengan demikian diukur radius 500 meter lebih besar dari Anda pada
lingkar ukuran akan diharapkan (dengan radius rumus = lingkar / 2π).
Contoh lain adalah gelombang gravitasi. Jika Anda memiliki cincin partikel, dan gelombang gravitasi impinges
biasanya pada cincin ini, maka ini adalah terdistorsi, seperti ini (saya memiliki detail dengan gravitasi dijelaskan di
sini ):
gaya gravitasi
Berikut adalah animasi yang bagus dari gelombang gravitasi – di atas gambar yang mirip dengan Teilchenring saya,
termasuk Anda melihat bagaimana menyebar semua:
gaya gravitasi animasi
(Gambar-gambar dari Einstein secara online , terima kasih kepada Markus Possel)
Sejauh kelengkungan ruang. Selain massa mempengaruhi (ya “medan gravitasi” Hasilkan) dan waktu – pergi dekat
massa Watches lambat. Bersama dengan kelengkungan daerah Anda mendapatkan namun kurva ruang-waktu. Jelas,
seseorang dapat mengumpulkan dengan cara ini: Jika Anda pergi 100 meter ke selatan, dari 100 meter ke barat,
kemudian 100 meter ke utara dan 100 meter ke timur, maka Anda kembali pada titik awal – dengan asumsi Anda
berada di pesawat. Pada bola berbeda – karena jalan tersebut tidak lagi tertutup. (Jika Anda berdiri di Kutub Utara,
maka Anda datang ke titik awal jika Anda hanya berjalan tiga pertama dari empat langkah – membawa Anda bola
dunia, jika Anda tidak intuitif jelas ..)
Demikian pula, kita bisa pergi “persegi” dalam ruang-waktu. Kami melakukan ini dalam dua langkah: Aku akan
menunggu kedua dan kemudian terbang 100 meter ke atas. Sisi lain Anda terbang hanya seratus meter dan kemudian
tunggu sebentar. Kami seharusnya bertemu di akhir setiap detik, kan? Tapi kita tidak lakukan jika kita adalah medan
gravitasi – di mana waktu bagi Anda untuk pergi lebih cepat, dan pada akhir kedua, aku belum ada di sana (karena
jam saya lebih lambat).
Mekanika kuantum
Jadi sekarang Anda memiliki gambaran kasar tentang bagaimana ini bekerja dengan ruang-waktu kelengkungan
(untuk banyak artikel lainnya tentang tag cloud yang dapat Anda ambil kanan). Jika kita ingin quantize sekarang,
sekarang kita perlu bertanya pada umumnya bagaimana dikuantisasi karena sebenarnya “klasik” (yaitu non-kuantum)
teori. (Catatan: Saya sarankan sini TYPE fisika klasik, dalam arti bahwa hal itu tidak hanya kuantum mekanis Satu
sering menggunakan istilah “fisika klasik” terlalu terbatas untuk fisika Newton dan merupakan salah satu teori
relativitas harus “modern” fisika .. entah bagaimana masalah selera, hari ini praktis “klasik” dan “mekanika kuantum”
untuk menarik garis antara.)
Ambil contoh sebuah elektron. Dalam fisika klasik, kita melihat ini sebagai partikel titik seperti. Untuk mengetahui
apa yang dilakukannya, kita perlu tahu secara khusus di mana itu adalah lurus. (Tentang kecepatan saya tidak berpikir,
kalau tidak aku akan harus sama dengan hal-hal seperti kekacauan ketidakpastian hubungan, tapi itu menghilang. Di
sebelah kanan masalah dalam rangkaian artikel Anda akan menemukan serangkaian persamaan Schrödinger dan
beberapa item lainnya untuk QM , karena saya akan menjelaskan detail.) A “klasik” elektron demikian ditandai
dengan lokasinya, atau dengan kata lain, jika saya ingin tahu kondisinya, maka saya harus tahu tempatnya. (Lokal)
keadaan elektron dengan demikian ditandai dengan tiga angka untuk tempat di tiga arah spasial.
Dalam mekanika kuantum, hal ini, bagaimanapun, lebih rumit. Di sini, posisi elektron tidak selalu ditentukan unik,
tetapi ada negara-negara superposisi. Ini hanya memberikan probabilitas (matematis yang tepat amplitudo
probabilitas) untuk menemukan elektron di suatu tempat. Elektron dapat misalnya kesempatan 5% dari harus hanya
duduk di depan hidung saya, dan 3% untuk mengambang di atas kepala saya, dll Kami memiliki untuk setiap lokasi di
mana elektron dapat menentukan probabilitas seperti itu, maka Kami telah menggambarkan keadaan elektron jelas.
Bahwa ada jauh lebih banyak poin di ruang angkasa, kita perlu menentukan nomor untuk masing-masing titik-titik ini.
Alih-alih tiga angka bagi negara kita sekarang membutuhkan jauh lebih banyak angka. (Matematis berbicara, kita
perlu fungsi.) Sebuah negara kuantum jauh lebih rumit daripada negara klasik (yang omong-omong, alasan untuk ini
adalah bahwa Anda membuat begitu banyak keributan tentang komputer kuantum -. Untuk biola dengan keadaan
kuantum hanya membuka lebih banyak kemungkinan) ukuran ini, untuk masing-masing negara mungkin memberikan
probabilitas (atau probabilitas amplitudo) disebut fungsi gelombang.
Jika Anda benar-benar mengamati elektron pada suatu titik, maka ada fungsi gelombang adalah sama dengan satu (itu
yakin bahwa Anda menemukannya di sana, sehingga probabilitas satu), jika tidak sama dengan nol di mana-mana.
Apakah kamu tidak melihat elektron, maka mungkin berlokasi di berbagai tempat, fungsi gelombang adalah di manamana nilai-nilai non-nol. (Transisi dari negara sebelum negara setelah pengukuran adalah terkenal “runtuhnya fungsi
gelombang.” Klik di sini jika Anda ingin tahu apa konsekuensi yang dihasilkan darinya untuk pertanyaan tentang
hakikat realitas kita.)
Apa Wahrscheinlichkeitskram ini sekarang, jika Anda ingin tahu bagaimana proses fisik bekerja? Pertama, itu berarti
bahwa kami juga untuk proses biasanya hanya dapat menentukan probabilitas. Jika Anda mencetak dua elektron klasik
berturut-turut seperti bola bilyar, maka apapun yang terjadi persis sama, selama Anda memiliki kondisi awal yang
sama. Jika Anda, bagaimanapun, memiliki elektron kuantum mekanik asli, maka Anda harus mempertimbangkan
bagaimana probabilitas yang berbeda mempengaruhi kemungkinan. Bayangkan kemungkinan sedikit seperti awan di
depan (satu sering berbicara memang awan elektron) – awan di beberapa tempat yang lebih padat (probabilitas tinggi)
di tipis lainnya. Awan sangat dekat untuk dua elektron di tempat yang sama, maka kita memiliki probabilitas tinggi
bahwa mereka sangat berinteraksi. Salah satu cara untuk menghitung keseluruhan, adalah untuk mencari masing-
masing individu (sehingga untuk berbicara klasik) kemungkinan apa yang bisa terjadi (elektron 1 di sini, elektron 2
ada di sini, atau elektron 1 di sini, elektron 2 ada, dll) untuk mengisi, dan semua ini peluang individu dengan
probabilitas masing-masing dan pada akhirnya menambah segalanya. Kedengarannya rumit? Dan itu. Secara
matematis, menyederhanakan sering dengan bantuan diagram Feynman terkenal, yang saya jelaskan di sini . Rincian
kita tidak lihat di sini tapi hanya pada waktu.
Quantengravitation
Begitu dan begitu sebenarnya cukup jelas bagaimana untuk menggabungkan ruang-waktu kelengkungan dengan
mekanika kuantum: Sebuah ruang-waktu kuantum dijelaskan secara mekanis dapat berada dalam keadaan superposisi
yang menyatakan kelengkungan begitu berbeda masing-masing memiliki kesempatan. Ada di sini sedikit kesulitan
karena kami, seperti elektron, tidak bisa secara langsung mengamati “ruang-waktu”. Tapi kita bisa – seperti di atas
pada gambar gelombang gravitasi – bayangkan kita ruang mengisi dengan partikel kecil yang perilakunya kita amati.
(Untuk mempermudah, kita berpura-pura bahwa partikel-partikel ini tidak akan tunduk mekanika kuantum.)
Jadi bayangkan lagi cincin partikel seperti sebelumnya, persis seperti di atas. Kita bisa membayangkan bahwa kita
dapat mengukur jarak antara dua partikel, karena mereka dapat menarik atau saling tolak elektrik – semakin besar
jarak, semakin kecil gaya. Jika gelombang gravitasi klasik impinges pada partikel, maka jarak lebih besar atau kurang
secara berkala, juga bervariasi sesuai dengan gaya.
Selanjutnya, kita sekarang mempertimbangkan negara-negara superposisi kuantum dari kelengkungan ruang-waktu
yang berbeda. Mari kita asumsikan – bahkan jika secara fisik tidak terlalu berguna -, kita akan memiliki probabilitas
50% bahwa jarak antara partikel tidak berubah dan 50% bahwa ia dibelah dua. Jika sekarang kita mengukur kekuatan
antara partikel, kita mengukur dalam 50% kasus, nilai tidak berubah pada 50% kasus kekerasan yang lebih besar
(empat kali lipat atau lebih tepatnya, karena tenaga listrik dengan kuadrat jarak menurun). Harap dicatat bahwa
partikel kita sendiri sehingga (menurut hipotesis) tidak dikenakan mekanika kuantum – ada partikel klasik, tetapi
menanggapi sifat kuantum ruang-waktu kelengkungan kami.
Jadi harus mempertimbangkan segala kemungkinan seperti kita (atau dijelaskan dalam pertemuan dua elektron di atas)
ketika elektron, sehingga yang perlu kita lakukan untuk kelengkungan ruang-waktu sekarang. Untuk memahami
bagaimana proses bekerja, kita harus mempertimbangkan semua pilihan untuk jarak ruang-waktu masing-masing
partikel yang terlibat dan semua biaya dan probabilitas terkait.
Kita bisa melakukannya, jadi kita harus tahu probabilitas yang terkait untuk setiap kemungkinan
Raumzeitkrümungszustand. Serupa dengan elektron, kita bisa berbicara tentang fungsi gelombang – yang masih jauh
lebih rumit, karena kita tidak hanya harus sekarang menetapkan setiap situs nomor, tapi setiap kondisi kelengkungan
dibayangkan ruang-waktu (dan lengkungan ruang-waktu untuk tahu di sini, kita perlu di mana saja dan kapan selalu
tahu kelengkungan yang tepat). Secara matematis, seluruh alasan yang lebih rumit daripada elektron. (Teori sesuai
disebut teori medan kuantum Sejalan curam – jika Anda mengklik kanan di seri artikel, maka Anda dapat menemukan
usaha saya untuk memberikan setidaknya beberapa wawasan.)
Gravitonen
Graviton yang menjadi “Vermittlerteilchen” gravitasi ya. Dan sekarang adalah titik di mana pandangan tampaknya
menghubungkan sekali: Jika tidak ada gravitasi adalah sebagai ruang-waktu kelengkungan (dan gravitasi kuantum
adalah superposisi dari Raumzeitkrümungen), yang kemudian harus berurusan dengan itu partikel? Gelombang
gravitasi memang distorsi ruang-waktu yang menyebar bagaimana animasi muncul – di mana ada ruang untuk
“partikel”?
Mari kita lihat untuk lebih memahami hal ini, secara singkat, bagaimana keseluruhan melihat gelombang
elektromagnetik. (Detil Saya baru saja selesai di sini – hampir semua di artikel pada foton harus, dapat ditransfer ke
graviton ada akan dibahas secara rinci pada konteks lapisan ..) Mari kita karena itu merupakan gelombang
elektromagnetik (short em-gelombang), kita dapat menggambarkan hal ini:
image gaya gravitasi
Dalam hijau Saya telah ditarik medan listrik, medan magnet di magenta. Panah kuning menunjukkan arah propagasi.
Dalam fisika klasik dapat sebagai gelombang elektromagnetik memiliki energi. Dalam mekanika kuantum,
bagaimanapun, tidak – di sini kita dapat melihat energi gelombang hanya dalam bentuk “kuantum”, yaitu paket energi.
(By the Light disebut kuantum “foton”). Kita mungkin memiliki satu atau dua atau seratus empat puluh kuantum
dalam gelombang, tetapi tidak delapan setengah atau tiga perempat dari tujuh belas. (Catatan untuk semua Exact: Saya
mengabaikan untuk kesederhanaan energi titik nol). Karena kita dapat menghapus atau menambahkan energi hanya
dalam bentuk paket, energi gelombang hanya terkuantisasi. Dan karena setiap kuantum adalah ukuran yang sama
jumlah energi Anda hanya bisa tahu kapan gelombang dengan hundersiebenundvierzig kuantum yang terdiri dari 147
partikel yang disebut foton. (Fakta bahwa keseluruhan bisa sangat rumit dan bahwa jumlah partikel tidak selalu jelas
dalam gelombang, saya telah dijelaskan dalam artikel terkait.)
Persis sama berlaku untuk gelombang gravitasi. Bahkan di mana energi terkuantisasi – ketika gelombang misalnya,
dua massa bergerak melawan kekuatan (karena mereka jarak berubah), dan kehilangan energi, ia bisa melakukan itu
juga hanya dalam bentuk kuanta energi – baik dua partikel menempati Avatar pada (dan kemudian memiliki energi
yang lebih tinggi) atau tidak.
Dalam hal ini bisa – seperti dalam gelombang elektromagnetik – mengatakan bahwa gelombang gravitasi terdiri dari
partikel.
Tapi graviton membawa tidak hanya energi tetapi juga momentum dengan sich.Für partikel klasik dengan massa pulsa
sama dengan produk kecepatan dan massa, Anda mungkin belajar pada waktu sekolah. Dalam mekanika Newtonian,
denyut nadi perubahan ketika kekuatan bertindak. Kunci untuk impuls adalah bahwa ia adalah kuantitas kekal – itu
ditambahkan dalam sistem tertutup, semua pulsa, maka momentum total yang dihasilkan tidak berubah. Sebagai
contoh, jika sebuah bola bilyar bertabrakan kepala yang lain, maka bola pertama berhenti dan bola kedua gulungan
pada kecepatan yang sama pada (baik, kira-kira, jika kita mengabaikan kadang-kadang hal-hal seperti gesekan, dll).
Bersih konservasi energi tidak mengerti, maka bisa roll pada kedua bola selama total energi adalah sama, tetapi energi
dan momentum konservasi bersama-sama peduli bahwa bola akan berhenti dan roll kedua. (Jika Anda pelajaran fisika
baik Anda memiliki, maka mungkin Anda punya waktu dihitung.)
Sekali lagi, kita dapat membuat analogi terhadap cahaya untuk digunakan untuk memahami denyut nadi graviton.
Mari kita perhatikan sebuah elektron duduk, misalnya, dalam sebuah antena dan bergerak di dalamnya atas dan ke
bawah untuk menghasilkan gelombang elektromagnetik. Gelombang ini terus bergerak dengan kecepatan cahaya
diserap oleh elektron lain di antena lain sebagian, maka elektron ini dipercepat. Jelas, pulsa ini ditularkan dari satu
elektron yang lain, sehingga gelombang em harus dikenakan pulsa dari elektron yang lain. Karena gelombang em
terdiri dari foton yang membawa foton tunggal termasuk pulsa.
Dalam gelombang gravitasi sangat mirip. Jika cincin mampu memindahkan partikel di atas kami terhadap satu sama
lain dengan mempengaruhi jarak antara partikel kemudian dapat ditularkan pulsa. Jadi gelombang gravitasi harus
memiliki pulsa.
Jadi gelombang gravitasi membawa energi dan momentum (dan bahkan momentum sudut, tapi pertama kali saya
simpan) dari satu tempat ke tempat lain. Sama seperti energi dalam teori kuantum gelombang gravitasi, momentum
terkuantisasi – poros sehingga terdiri dari individu “paket” dengan impuls spesifik dan energi tertentu. Dan jika energi
dan momentum dalam paket mendapatkan dari satu tempat ke tempat lain, itu cukup masuk akal untuk mengatakan
bahwa paket ini memberikan “partikel” yang. Dalam hal ini, graviton begitu “partikel”.
Alternatif image: medan gaya gravitasi
Jika Anda masih membutuhkan pandangan yang sulit Anda juga dapat mengatasi masalah cukup berbeda: Anda yaitu
tidak menggambarkan menggunakan ruang-waktu kelengkungan pengaruh gravitasi. Sebaliknya, hal ini juga
memungkinkan untuk membayangkan bahwa gravitasi mempengaruhi materi dan bertindak sebagai lapangan.
(Akhirnya aku sudah di sini , di sini dan di sini menjelaskan.) Sebaliknya memperpanjang, misalnya, ruang antara dua
benda, seseorang dapat bayangkan begitu baik bahwa obyek itu sendiri (dan semua skala) menyusut, yang keluar pada
yang sama.
Dalam interpretasi bidang ini gravitasi, gaya gravitasi sangat mirip dengan gaya elektromagnetik. Perbedaan utama
adalah bahwa medan elektromagnetik bertindak hanya pada muatan listrik dan hanya diproduksi oleh mereka. Medan
gravitasi, bagaimanapun, setiap massa (dan energi apapun) yang dihasilkan. Satu-satunya alasan yang dapat
mempengaruhi semua benda “yang sama”, sehingga hanya perubahan cocok untuk semua skala dalam gambar ini.
Interpretasi lapangan memiliki keuntungan bahwa graviton tampaknya tidak lagi menjadi sesuatu yang jauh lebih dari,
misalnya, foton – foton adalah partikel bidang em, para graviton dari medan gravitasi. Pikirkan tentang bagaimana
ruang-waktu kelengkungan dapat terdiri dari “partikel”, seseorang tidak perlu dilakukan di gambar ini.
Tapi seperti yang saya katakan, pemetaan lapangan hanya interpretasi yang berbeda dari persamaan ART – apa pun
yang Anda bisa memikirkan dalam penafsiran ini juga berlaku jika Anda tinggal di citra ruang-waktu kelengkungan.
Dan saya telah mencoba di atas masuk akal cukup masuk akal di mana orang bisa membayangkan bahwa “ruangwaktu kelengkungan” dapat terdiri dari partikel-partikel.
Deteksi graviton
Pada akhirnya, tentu saja, menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana untuk membuktikan graviton karena jika hal
itu karena mereka – harus – menurut mekanika kuantum. Sayangnya, hal ini sangat sulit. Alasan untuk ini adalah
bahwa energi yang terkandung dalam gelombang gravitasi sangat kecil. Menurut Wikipedia, misalnya, menghasilkan
revolusi bumi mengelilingi gelombang gravitasi matahari dengan energi 300 watt – total energi yang dipancarkan oleh
matahari dan bumi gelombang gravitasi sehingga hanya cukup untuk beroperasi dalam mode microwave pencairan ne.
Oleh karena itu bahkan deteksi gelombang gravitasi cukup sulit.
Jauh lebih sulit untuk mendeteksi graviton adalah. Hal ini karena energi graviton – hanya seperti yang Photones –
tergantung pada frekuensi gelombang. Dan karena kebutuhan untuk memindahkan massa besar untuk menghasilkan
gelombang gravitasi diukur adalah frekuensi yang dipermasalahkan di sini, di kisaran detik (misalnya, ketika dua
bintang neutron mengorbit satu sama) atau tahun (seperti di Bumi dan Matahari). Energi yang berisi graviton sebuah,
yang dikirim oleh gerakan bumi mengelilingi matahari, sehingga harus sekitar 20 triliun (2 sebesar 22 nol) kali lebih
kecil dari foton cahaya tampak, jika saya belum saya dikenakan biaya. (Dan bahkan dengan dua bintang neutron
mengorbit masing-masing dalam seperseratus detik, faktornya adalah masih triliun.) Sebuah detektor yang akan
menyimpan sejumlah kecil seperti energi akan menjadi sangat sensitif. (Mengapa para fisikawan ya begitu gembira
ketika muncul tahun lalu yang akan telah ditemukan dalam jejak radiasi latar belakang kosmik graviton – . Sayangnya,
hal ini ternyata menjadi kesalahan tapi ya )
Kesimpulan
Ruang-waktu kelengkungan dapat membawa energi dan momentum – sesuai dengan aturan mekanika kuantum,
jumlah ini hanyalah terkuantisasi dan dapat ditemukan, misalnya, gelombang gravitasi hanya dalam bentuk paket
dengan ukuran tertentu. Ini “paket” berperilaku sichdeshalb demikian, seperti halnya partikel lain (misalnya foton)
dalam mekanika kuantum. Oleh karena itu, mungkin masuk akal untuk berbicara tentang “graviton”, yang “partikel
ruang-waktu kelengkungan”.
Sebagai gravitasi kuantum graviton bekerja (atau tidak) dan di mana kesulitan terjebak di sini, saya menunda untuk
hari lain.
Catatan: Seperti yang sering akhir-akhir ini adalah hal-hal yang saya katakan di sini, dalam buku (mengapa, saya tidak
tahu). Saya pikir saya sudah pikir saya baik-baik, namun tidak menjamin, jika Anda dalam ujian fisika Anda
beruft.Ach blog saya jadi juga, seperti yang sering akhir-akhir ini saya gunakan dalam teks yang feminin generik –
klik di sini jika Anda tahu ingin tahu mengapa (dan jika Anda ingin mengatakan sesuatu tentang topik ini, silakan
beritahu komentar di situ tidak ada di sini.)