Mi a gravitáció?

Az "Olvasóink kérdezték" rovatban feltett kérdések listája -- segíts Te is a csillagászat iránt kezdeti érdeklődést mutatóknak kérdéseik megválaszolásában!
lucidus
Hozzászólások: 42
Csatlakozott: 2009.09.21. 15:31

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: lucidus » 2010.04.15. 13:07

A gammavillanásokról szóló cikk írja:
"A két, egymás körül keringő neutroncsillag az általános relativitáselmélet szerint gravitációs hullámokat sugároz ki, amelynek következtében energiát veszít, és spirális pályán egyre közelebb kerül egymáshoz."

Jelen tudásunk szerint a részecskék szintjén hogyan zajlik ez az energiatranszfer?
Vagy a rendszer perdülete alakul át grav. hullámmá?
dgy
Hozzászólások: 467
Csatlakozott: 2009.09.22. 15:00

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: dgy » 2010.04.15. 16:14

ML írta:

> A gammavillanásokról szóló cikk írja:
> "A két, egymás körül keringő neutroncsillag az általános relativitáselmélet szerint gravitációs hullámokat
> sugároz ki, amelynek következtében energiát veszít, és spirális pályán egyre közelebb kerül egymáshoz."
>
> Jelen tudásunk szerint a részecskék szintjén hogyan zajlik ez az energiatranszfer?
> Vagy a rendszer perdülete alakul át grav. hullámmá?

Jelenlegi tudásunk nem terjed ki a kvantumgravitációs jelenségekre, tehát a gravitációs hullámok
kisugárzását nem tudjuk a részecskék szintjén leírni.

Ezt a folyamatot teljesen kvantumelmélet nélkül, az általános relativitáselmélet mint klasszikus fizikai
elmélet alapján tárgyaljuk, a gyorsuló töltések által kisugárzott elektromágneses hullámok analógiájaként.

A részletes matematikai leírás egyáltalán nem új, benne van magyarul pl: Landau-Lifsic: Elméleti fizika II. kötet, Klasszikus térelmélet című tankönyvében (Tankönyvkiadó, 1976), a 107-110 paragrafusokban. Ott pl kiszámolják a kibocsátott gravitációs hullámok intenzitását. Ez nagyban függ a két egymás körül keringő test tömegétől, átlagos távolságától és a pálya excentricitásától (minél elliptikusabb a pálya, annál erősebb a sugárzás). Ennek alapján már kiszámolható, hogy a gravitációs hullámok által elvitt energia és impulzusmomentum következtében hogyan változik és zsugorodik a pálya, és mikor ütköznek össze a testek.

Innen aztán más jellegű számolás következik, felhevülés, gamma-sugarak kibocsátása... ez már kvantumelmélet.

üdv
dgy
lucidus
Hozzászólások: 42
Csatlakozott: 2009.09.21. 15:31

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: lucidus » 2010.04.17. 10:17

Köszönöm a választ!

Még nem jutottam hozzá a könyvhöz, de már csak kíváncsiságból is megkeresem, hogy matematizálva meddig tudok eljutni a doloban (nincsenek illúzióim) ;-)
dgy
Hozzászólások: 467
Csatlakozott: 2009.09.22. 15:00

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: dgy » 2010.04.17. 16:10

ML írta:

> Még nem jutottam hozzá a könyvhöz, de már csak kíváncsiságból is megkeresem, hogy
> matematizálva meddig tudok eljutni a dologban (nincsenek illúzióim)

Kemény lesz. Tudni kell hozzá a klasszikus mechanikát (Landau I. kötet), az elektrodinamikát
(a II. kötet középső része) és az általános relativitáselméletet (II. kötet utolsó része). Ha
viszont csak egyszerűen meg akarod nézni a képleteket, ott vannak a 456-457. oldalon
található feladatokban. Ezeket el lehet fogadni bizonyítás nélkül is.

üdv
dgy
Avatar
SzZoli
Hozzászólások: 1544
Csatlakozott: 2009.09.07. 10:41

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: SzZoli » 2010.04.23. 13:30

dgy írta:Uff!

Durván úgy lehet elképzelni, hogy a lyuk pereme mentén, de még azon kívül kicsiny, pozitív és negatív energiájú (összesen tehát nulla energiájú) anyagdarabok keletkeznek. A pozitív tömegű elmegy a végtelenbe, ezt észlelhetjük (majd...) Hawking-sugárzás formájában. A negatív darabkák beesnek a lyukba, és csökkentik a tömegét. Azaz csökkentik a kút mélységét, bár az végig végtelen mély marad... :)


Miért a (kissé nehezen elképzelhető) negatív energiájú esik a lyukba, és a pozitív tömegű megy el a végtelenbe? Milyen ezeknek a tömege, a negatív energiájúé talán (még nehezebben elképzelhetően) negatív lenne? Ez esetben a tömegvonzást taszítást kellene, hogy jelentsen, tehát a negatív energiájú (és tömegű) menne el a végtelenbe. Várom a tévedéseim kijavítását :? :) .
Arkhon
Hozzászólások: 53
Csatlakozott: 2009.10.25. 07:25

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: Arkhon » 2010.04.25. 13:45

Miért a (kissé nehezen elképzelhető) negatív energiájú esik a lyukba, és a pozitív tömegű megy el a végtelenbe? Milyen ezeknek a tömege, a negatív energiájúé talán (még nehezebben elképzelhetően) negatív lenne? Ez esetben a tömegvonzást taszítást kellene, hogy jelentsen, tehát a negatív energiájú (és tömegű) menne el a végtelenbe. Várom a tévedéseim kijavítását :? :)


A fekete lyuk eseményhorizontjának határán az elméletben emlékezetem szerint részecske-antirészecske pár keletkezéséről van szó. Az egyik részecske lyukba zuhanásával, az impulzusmegmaradás miatt, a másik részecske ellentétes irányú kilökődése következik. Az elmenő részecske a jelenség energiájának (és tömegének) 1/2-ét viszi el, a másik fele visszaesik a fekete lyukba. A bruttó folyamat során a fekete lyuk tömege 1/2 tömegegységel csökken, az energiamérleg megvan, és sehol nincs szó negatív energiáról.

Ne feledjük, hogy mindez pusztán csak feltételezés, amely akár igaz is lehet.
Az elmélet alapköve Hawking részéről, hogy maga az eseményhorizont már nem része a fekete lyuknak.
(mert különben mindkét részecske fogságban maradna, ill. a szingularitásban nem érvényesek a fizika törvényei, így az időben lezajló folyamatokat és kölcsönhatásokat pl. a párkeltést sem tudnánk leírni).

Ha fentiek igazak, akkor
1. minden fekete lyuk - pontosabban az eseményhorizontja - bocsát ki sugárzást
2. minden fekete lyuknak van hőmérséklete, mégpedig minél nagyobb tömegű, annál hidegebb
3. a fekete lyuk sugárzással folyamatosan tömeget veszít
4. a fekete lyuk várható életkora a tömegétől függ, minél nagyobb, annál tovább létezik
5. a fekete lyuk határa nem egzakt, hanem elkeni a kvantumfluktuáció
6. Mindezek statikus fekete lyukakra igazak, gömbalakot feltételezve.
A forgó, és időben dinamikusan gyarapodó fekete lyuk eseményhorizontja azonban nem
gömbszimmetrikus...
Avatar
SzZoli
Hozzászólások: 1544
Csatlakozott: 2009.09.07. 10:41

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: SzZoli » 2010.04.27. 15:03

Attol tartok, tovabbra sem ertem.
Ha egy reszecske esik a fekete lyukba, hogyan csökknehet annak a tömege? En virtualis reszecskepar letrejötteröl olvastam, nem "sima" reszecske-antireszecske parrol. De nem igazan ismerem azok mibenletet, pl. a par egyik tagja kepviselhet-e negativ tömeget (ezzel erthetö lenne, mikent nem serül az tömeg- illetve energia-megmaradas, miert csökken a fekete lyuk tömege, ha beleesik, de az nem, hogy miert csak - vagy nagyobb aranyban - ezek esnek bele).
Arkhon
Hozzászólások: 53
Csatlakozott: 2009.10.25. 07:25

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: Arkhon » 2010.05.01. 08:15

A részecske-antirészecske pár létrejöttéhez - az elmélet szerint - az eseményhorizont határán, a "gravitációs szakadék szélén" a fekete lyuk gravitációs energiájából kerül fedezésre az energia. Ennek már csak 50%-a zuhan vissza, 50%-a elmegy. Így csökken a fekete lyuk bruttó tömege, és nem sérül semmilyen más szimmetria, megmaradás sem. (értelemszerűen a részecskepár "normál" tagjának elnyeléskor antianyag sugárzódik ki.)

Megmutatható, hogy a fekete lyuk fekete testként sugároz, a kibocsátott részecsék energiaeloszlása a Planck-féle sugárzási törvényt követi egy olyan hőmérséklettel, amely fordítottan arányos a fekete lyuk tömegével. A fekete lyukak ún. Swarzschild-rádiuszából (r=2Gm/c'2) Egy Nappal egyenlő tömegű fekete lyuk ilyen hőmérséklete mindössze 10'-7K, a sugárzás elhanyagolhatóan kicsi. Ugyanakkor egy nagyságrendileg 10'12kg tömegű (nagyjából 10'-15 m sugarú) „mini” fekete lyuknak, amely a korai Univerzumban keletkezhetett, a hőmérséklete nagyságrendileg 10'11K és a lyuk bőségesen fog sugározni ( 6x10'19 W teljesítménnyel) gamma sugarakat, neutrínókat és elektron-pozitron párokat.

(Itt egy picit megállnék, mert úgy érzem, sokszor félreértést okoz az "anyag" és "antianyag" energetikája: nos mindkettő tömege és energiája pozitív előjelű, mint ahogy a létrejöttéhez szükséges energia is az. A kozmológiai elméletek egyetlen helyen beszélnek negatív energiáról: az Univerzum tágulását okozó "sötét energia" esetében, ahol a feltételezett antigravitációs hatás kifejtéséhez negatív tömegre van szükség, hogy passzoljon a matek... Mert szép dolog a feltételezés, de ezt is csak egy elmélet hívta életre, a tudomány egyelőre még adós a válasszal.)

Az elmélet tehát szakít az éles határú szingularitással, valamint feltételezi, hogy a fekete-lyuk túloldalán is megmarad a kvantummechanika, végső soron az univerzumba huzalozott információ. A végkövetkeztetés súlyos: nincs szó tökéletes szingularitásról, az anyag szép lassan megszökik, s végül a fekete lyuk anyaga egy nagyon hosszú idő elteltével "kipárolog" ebből az állapotból normál anyagként. (azaz nagy időskálán mérve egy ideiglenes objektumról van szó). A részecske-emisszió az eseményhorizonton akkor lehetséges, ha a kifelé tartó részecskeáram nagyobb energiájú, ill. "túlinterferál" a befelé tartón, azaz a fekete lyuk hőmérséklete a környezeténél melegebb. Jelenleg ez 2.8K háttérhőmérsékletnél nem ez a jellemző folyamat. A feltételezés messzemenő, ha a tágulás miatt az Univerzum majdan annyira kihűlt, egy nagyon távoli időben ez a lassú "anyagpárolgási" folyamat uralhatja a mindenséget. S végül a BigBang során létrejött "csomós" anyag belesimul a vákuumba...

Továbbá, az elmélet szépségéhez szükséges matematikában van egy-két gyenge pont, amit az ellentábor élesen támad, de hát ez nem lehet másképpen, így fejlődhet a tudomány.
(de ezek jellegükben természetesen megalapozott, éles kritikák, különböznek a "jómagyar" stílustól.)

Hangsúlyozom, az elmélet továbbra is hipotézis, de nem ellenkezik a jelenlegi ismereteinkkel, és látható, hogy milyen messzire vezet... Ráadásul a mai legmodernebb szuperhúrelmélettel modellezve sem vezet ellentmondásra, hát ezért vonzó és csábító az elméleti fizikusoknak:-)

A realistábbaknak mindenesetre nagy megnyugvás, hogy nem csavarodik fel a téridő topológiája n-edik dimenzióba, nem zsugorodik végtelen kis kiterjedésű ponttá, nem tűnik el, nem nyit máshol fehér lyukat, és legfőképp nem szívódik fel a belehullott anyag és információ a semmibe... Ab ovo lehetővé teszi az Ősrobbanást is, ha egyszer esetleg egy nagyobb tömegű anyag valaha ebben az állapotban volt, nem elhanyagolandó szempont... Nem sérül továbbá az időirány, az ok-okozati kauzális sorrend, így sajnos továbbra sincs időgép, WARP-hajtőmű, nem nyit féregjáratot a téridő egy másik pontjára... Itt tartja az anyagot a valóságban:-)

Jelenlegi ismereteinkkel nem tudjuk, hogy mindez igaz-e. A hipotézisek már csak ilyenek.:-)
Viszont érdekes rajtuk és a következményeken elgondolkodni, és semmi nem tiltja meg, hogy 2-3 alternatív másikon is rágódjunk:-) Ne váljunk tehát Hawking-táborrá, ne emeljük "izmussá", elég ha csak tiszteljük azt.
Avatar
SzZoli
Hozzászólások: 1544
Csatlakozott: 2009.09.07. 10:41

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: SzZoli » 2010.05.02. 16:44

"a fekete lyuk gravitációs energiájából kerül fedezésre az energia" - na, ez valamennyire kulcsot ad nekem az elmélet értelmezéséhez, köszönöm. Kérdés, mit jelent a gravitációs energia "megcsapolása". Nyilván a gravitáló objektum tömegének csökkenését. Másrészt - bár ez csak elmélet, de mint említettétek, semmilyen jelenlegi egyéb elmélettel nincs ellentétben - ez akkor nemcsak fekete lyukak, hanem bármilyen test esetében is létezhet, még ha csak rendkívüli csekély, csaknem elhanyagolható mértékben. (Gondolom, az erősebb gravitációs mezőből több energia "csapolható le", a gyengébből kevesebb, de nem nulla.) Tehát, ha az Univerzum kitágult, kihűlt, a csonttá fagyott, élettelen Föld is el fog párologni. Hacsak előbb el nem bomlanak a protonok - amennyiben képesek rá ;) Hogy ez nekünk akkor már mindegy? Nekem nem! :D
Arkhon
Hozzászólások: 53
Csatlakozott: 2009.10.25. 07:25

Re: Mi a gravitáció?

Hozzászólás Szerző: Arkhon » 2010.05.03. 08:04

A nagy energiájú gravitációs tér közelében nő meg a kvantumfluktuáció oly mértékben, amely már elégséges a párkeltésekhez. Ez a Heisenberg-relációval összhangban lévő statisztikus, spontán folyamat, nem pedig egy irányított "csapolás". Ezen felül ha a kvantált energia nem elégséges legalább a legkisebb energiájú párkeltéshez (elektron-pozitron) akkor nem történik semmi, azaz alacsony energián nincs szó ilyen jellegű "folyamatos" energetikáról. (Ellentétben a hipotetikus gravitációs hullámokkal)

Az elmélet független a gravitációs hullámelképzeléstől, ill. ahogy Dávid Gyula is leírta, ma még nincs leíró elmélet a kvantumgravitációra. Legközelebb az M-húrelmélet áll hozzá, amelyben különösebb egyesítő erőfeszítések nélkül "spontán" adódik a gravitáció, mint negyedik kölcsönhatás, valamint a magasabb dimenziójú tárgyalásoknál szimmetrikussá, ellentmondásmentessé, elegánssá válnak a matematikai egyenletek. Figyelemre méltó, hogy a tömeget és a töltéseket is levezeti rezonanciákból, azaz nem kell dogmatikus "egyégeket" elfogadni. De egyelőre semmi több.

Ez rendkívül vonzóvá teszi jelenleg az elméletet (akár igaz, akár nem).

Igazolni kellene azonban legalább egy következtetését, jóslatát mérésekkel is, azonban az elmélet alaptermészete miatt a húrok szinte megfoghatatlanok, és az egyéb aspektusok is reménytelenek.
(igazolni kellene n dimenzió létét, vizsgálni Planck-hossznál kisebb felcsavarodott tartományokat, észlelni egy szabad húrt, észlelni legalább egy részecske ultranagytömegű szuperszimmetrikus párját, vagy az Univerzum topológiájában igazolni az R-1/R dualitást.)


A leíró matematika geometriai kifejtése kapcsán alkalmazott Chalabi-Yau alakzatok topológiai megfejtése,
azonossági igazolása, és a lehetséges elrendeződések szabályszerűségében mutatkozó esetleges energiaminimum-önegyszerűsítési törvények, amely végső soron a Mi univerzumunkhoz elvezethetnek, annyira bonyolultak, hogy csak tetszőleges közelítésű perturbációs számításokkal közelíthetők meg, amik változatonként egy közepes szuperszámítógépet is hetekre ellátnak feladattal. A tudomány még nem fedezte fel az egzakt leíró matematikát... Ill. a kérdés nyitottságáig feltételezhető, hogy az alakzatok mindegyike egy-egy külön Univerzumot ír le, eltérő elektrontömeggel, kölcsönhatásokkal, csatolási állandókkal, stb.. Igy Univerzumunk akár csak egyetlen elenyésző tagja egy Multiverzumnak.

Nem mintha nem lenne elég, vagy értenénk már a "csak" 1db Ősrobbanás-alapú fizikát, érdekességképpen itt van ez is. Ahogy leírtam korábban is, nem érdemes merev "húrtáborrá" sem válni, sokkal izgalmasabb 4-5 vasat tartani a tűzben. Ma még nem tudjuk az igazságot, ez teszi izgalmassá a különböző változatokat, ill. 2-3 áthallásból esetleg össze lehet fuzionálni egy újabbat, pontosabbat. (de nem találomra, a neutrínó nyugalmi tömegét elosztva a pakisztáni népzenészek számával)

Sajnos úgy tűnik, a nagy kérdés megválaszolása reális eséllyel elúszik a civilizáció fennmaradásán, tőzsdén, nyersolajon, bolygóklímán, háborún, az emberi tényezőn. De ez már egy másik kérdés:-)
Válasz küldése

Vissza: “Hírek.Csillagászat.hu - Olvasói kérdések”