Semua sumber gravitasi yang jauh dapat memancarkan gelombang gravitasi dan mengirimkan sinyal yang merusak struktur ruang, yaitu gravitasi. Tetapi deformasi semacam ini hanya bergerak dengan kecepatan cahaya, dan objek yang jauh harus menunggu lama untuk merasakan kekuatan ini.
Saat Anda melakukan perjalanan melalui alam semesta, ini bukan hanya perjalanan gratis melalui ruang kosong. Meskipun Anda mungkin tidak sering memikirkannya, keberadaan hal-hal lain menghasilkan kekuatan, dan kekuatan ini memainkan peran penting. Muatan listrik, gaya nuklir, dan distorsi gravitasi ruang-waktu itu sendiri memengaruhi gerakan Anda. Gaya gravitasi ini disebabkan oleh semua massa dan bentuk energi yang ada di alam semesta kasat mata. Tetapi bagaimana jika Anda tidak terbuat dari atom, tetapi gelombang gravitasi? Apakah Anda akan mengalami kekuatan ini dengan cara yang sama?
Apakah gelombang gravitasi itu sendiri dipengaruhi oleh gravitasi? Dengan kata lain, jika gelombang gravitasi melewati gugus galaksi, apakah bentuknya akan terdistorsi (bahkan jika gelombang itu sendiri adalah deformasi ruang-waktu)? . Di satu sisi, gelombang gravitasi dianggap sebagai suatu bentuk energi, sehingga harus dipengaruhi oleh gravitasi. Di sisi lain, menurut saya ini tidak masuk akal! "
Alam semesta tidak memiliki kewajiban untuk masuk akal. Tapi memang ada aturan yang harus dipatuhi.
Menurunkan massa menyebabkan garis "lurus" awalnya menjadi kurva yang melengkung dengan jumlah tertentu. Dalam relativitas umum, kami percaya bahwa ruang dan waktu bersifat kontinu, tetapi semua bentuk energi, termasuk namun tidak terbatas pada massa, berkontribusi pada kelengkungan ruang-waktu.
Dalam relativitas umum, konsep gravitasi mungkin lebih sederhana daripada alternatif lain yang pernah ada. Aturan dasarnya adalah: materi dan energi memberi tahu ruang dan waktu bagaimana membengkokkan; ruang dan waktu yang melengkung menentukan bagaimana materi dan energi bergerak. Jika Anda memberi tahu saya partikel, antipartikel, dan entitas lain yang mengandung energi, pada prinsipnya, saya dapat memberi tahu Anda bagaimana struktur alam semesta melengkung.
Ketika berbagai massa dan bentuk energi bergerak relatif satu sama lain, atau ketika Anda bergerak sebagai pengamat, ruang-waktu akan terdistorsi. Setiap saat, ruang-waktu yang melengkung ini akan menentukan cara Anda bergerak dan berakselerasi di alam semesta. Ini adalah prinsip relativitas umum.
Dengan mengamati secara dinamis bagaimana kualitas bereaksi melalui ruang dan waktu, ada baiknya untuk menunjukkan secara akurat bahwa ini bukan hanya sepotong kain. Sebaliknya, semua ruang itu sendiri dibengkokkan oleh keberadaan dan sifat materi dan energi.
Ini agak kontra-intuitif, tetapi kenyataannya, apa pun jenis partikel Anda, apakah Anda materi atau antimateri, apakah Anda bermassa atau tidak bermassa, apakah Anda adalah partikel dasar, tak terpisahkan, atau partikel komposit, itu tidak masalah. Tidak relevan. Struktur alam semesta melengkung, dan kelengkungan menentukan bagaimana segala sesuatu bergerak di alam semesta.
Ketika kita melihat gugus galaksi yang jauh, kita tahu bahwa massanya mengubah struktur ruang angkasa. Ketika kita mengamati cahaya dari objek jauh di dalam dan di luar gugus galaksi ini, kita tahu (dan mengamati) bahwa cahaya bergerak di sepanjang jalur yang ditentukan oleh ruang lengkung ini.
Ketika observatorium mengamati sumber massa yang kuat, seperti quasar, galaksi, atau gugus galaksi, ia biasanya dapat menemukan beberapa gambar sumber latar belakang yang diperbesar dan terdistorsi karena kelengkungan massa latar depan. Kelengkungan ruang-waktu tidak hanya memengaruhi massa, tetapi juga foton tak bermassa yang bergerak di dekat cluster.
Kami punya alasan bagus untuk mengharapkan perilaku serupa dalam gelombang gravitasi. Bukan?
Mereka memiliki banyak karakteristik yang sama dengan foton, termasuk:
· Mereka tidak berkualitas.
· Mereka bergerak dengan kecepatan cahaya
· Yang terpenting, mereka membawa energi.
Tentang membawa energi sangat penting, karena merupakan respons terhadap ruang-waktu yang melengkung.
Gelombang gravitasi merambat dalam satu arah, dan secara bergantian memperluas dan memampatkan ruang dalam arah yang saling tegak lurus, yang ditentukan oleh polarisasi gelombang gravitasi. Dalam teori gravitasi, gelombang gravitasi itu sendiri harus terdiri dari satu kuantum medan gravitasi: gravitasi.
Seperti cahaya, gelombang gravitasi memiliki panjang gelombang. Sama seperti cahaya, energi yang dibawanya ditentukan oleh panjang gelombang dan intensitas / amplitudo. Dan, seperti cahaya, saat alam semesta mengembang, panjang gelombangnya akan meregang.
Bagian terakhir memungkinkan kita memasuki ranah observasi dari ranah teori. Berkat LIGO, kami telah mengamati banyak gelombang gravitasi yang berbeda. Semua ini sesuai dengan gabungan, benda-benda besar dan padat, bahkan benda terdekat yang jaraknya lebih dari 100 juta tahun cahaya. Karena waktu tempuh cahaya (atau waktu tempuh gelombang gravitasi) begitu besar, perluasan alam semesta menjadi sangat penting. Ketika kita mengukur gelombang yang melewati bumi, kita dapat melihat bahwa gelombang tersebut akhirnya diregangkan oleh efek dari perluasan alam semesta. .
Gambar diam dari lubang hitam gabungan yang diamati sejauh ini oleh LIGO dan Virgo. Ketika cakrawala lubang hitam berputar dan menyatu, gelombang gravitasi yang dipancarkan menjadi lebih besar (amplitudo lebih besar) dan (frekuensi lebih tinggi. Lubang hitam gabungan berkisar dari 7,6 massa matahari hingga 50,6 massa matahari, dan hilang selama setiap penggabungan. Sekitar 5% dari total massa Frekuensi gelombang dipengaruhi oleh perluasan alam semesta.
Ini jelas memberi tahu kita bahwa ketika gelombang gravitasi merambat di alam semesta, mereka akan dipengaruhi oleh distorsi ruang, pembengkokan dan peregangan.
Ada bukti lain. Dalam peristiwa Thousand Nova tahun 2017, kami mengamati fusi dua bintang neutron dalam gelombang gravitasi dan cahaya elektromagnetik. Kedua sinyal ini datang hampir bersamaan: selisihnya kurang dari 2,0 detik. Dimulai dari jarak lebih dari 100 juta tahun cahaya (dengan asumsi ada lebih dari 30 juta detik dalam satu tahun), kita dapat mengatakan bahwa kecepatan cahaya sama dengan kecepatan gravitasi, dan perbedaannya adalah dalam 1/10 ^ 15.
Semua partikel tak bermassa bergerak dengan kecepatan cahaya, termasuk foton, gluon, dan gelombang gravitasi, yang masing-masing membawa interaksi elektromagnetik, inti kuat, dan gravitasi. Partikel tak bermassa dapat membawa energi, dan semuanya harus sama-sama dipengaruhi oleh kelengkungan ruang-waktu.
Ini memberi tahu kita bagian penting lainnya dari teka-teki: karena kelengkungan ruang, penundaan waktu apa pun yang terjadi saat foton berjalan melalui alam semesta juga akan terjadi dalam gelombang gravitasi. Saat Anda memasuki atau meninggalkan area dengan gravitasi yang kuat, Anda harus mengikuti jalur yang ditentukan oleh kelengkungan ruang. Misalnya, di sekitar galaksi besar, seperti ribuan nova yang kita amati, ruang angkasa melengkung, dan semua partikel tak bermassa harus keluar dari sumur potensial.
Fakta bahwa foton dan gelombang gravitasi tiba pada waktu yang sama memberi tahu kita bahwa mereka pasti mengalami efek yang sama satu sama lain dari ruang lengkung yang mereka lewati.
Contoh pelensaan gravitasi menunjukkan bagaimana galaksi latar belakang dibengkokkan oleh keberadaan massa menengah, tetapi juga menunjukkan bagaimana ruang itu sendiri dibengkokkan dan didistorsi oleh kehadiran massa latar depan itu sendiri. Jika gelombang gravitasi dan foton dipancarkan pada waktu yang sama dan tiba pada waktu yang sama, itu berarti mereka mengalami efek yang sama akibat interaksi kelengkungan ruang-waktu.
Jadi gelombang gravitasi, dalam pengamatannya:
· Alami efek peregangan dari perluasan alam semesta
· Ikuti jalur yang sama seperti foton
· Seperti partikel tak bermassa lainnya, mereka dipengaruhi oleh pelebaran waktu dan penundaan waktu
· Ketika mereka memasuki dan meninggalkan daerah dengan lengkungan gravitasi yang parah, mereka akan mengalami perubahan energi yang sama
Ini membawa makna yang agak dalam, meskipun mungkin tidak intuitif. Sampai batas tertentu, kami sepenuhnya mengharapkan teori gravitasi quantum mendominasi alam semesta, dan graviton adalah partikel yang bertanggung jawab atas interaksi gravitasi.
Gravitasi kuantum mencoba menggabungkan teori relativitas umum Einstein dengan mekanika kuantum. Koreksi kuantum terhadap gravitasi klasik divisualisasikan sebagai diagram lingkaran, seperti yang ditunjukkan di sini dengan garis putih. Apakah ruang (atau waktu) itu sendiri adalah diskrit atau kontinu belum ditentukan, dan pertanyaan apakah gravitasi dikuantisasi belum ditentukan, atau apakah partikel yang kita kenal sekarang bersifat fundamental atau non-fundamental?
Jika sebuah gelombang gravitasi mengalami gaya gravitasi, artinya graviton tidak hanya berinteraksi dengan partikel pembawa energi dalam Model Standar, tetapi juga terdapat interaksi graviton-graviton.
Dalam teori relativitas Einstein, dua gelombang gravitasi yang berbeda akan saling mengganggu saat bertemu. Tapi mereka tidak bisa saling berpapasan secara langsung. Relativitas umum sendiri merupakan teori nonlinier, yang berarti gelombang gravitasi harus berinteraksi dan menyebar sampai batas tertentu. Ini memberi tahu kita bahwa gravitasi kuantum memiliki penerapan yang halus: mungkin terdapat interaksi hamburan graviton-graviton.
Graviton, partikel yang bertanggung jawab atas gravitasi, tidak hanya menengahi interaksi antara partikel Model Standar. Mereka mungkin bertabrakan satu sama lain, apa yang mungkin terjadi ketika mereka bertabrakan, ini adalah masalah sulit yang hanya bisa diselesaikan oleh gravitasi quantum.
Pengaruh gravitasi kuantum diharapkan menjadi penting pada skala jarak yang sangat kecil (Planckian), dan sangat dekat dengan massa yang sangat besar. Namun, jika pemahaman kita tentang gravitasi benar dan konsisten dengan perilaku gelombang gravitasi, pasti ada penampang graviton-graviton. Kami tidak tahu konsekuensi pasti dari interaksi ini. Untuk ini, diperlukan teori gravitasi kuantum.
Meskipun gravitasi mempengaruhi gelombang gravitasi, yang tampaknya berlawanan dengan intuisi, ini adalah salah satu momen indah ketika teori dan observasi digabungkan dengan sempurna. Mereka menunjukkan bahwa gelombang gravitasi harus mengikuti jalur melengkung yang ditentukan oleh massa dan energi yang ada di alam semesta; panjang gelombangnya meluas dengan perluasan alam semesta; mereka mematuhi aturan perluasan waktu; mereka mengikuti jalur yang sama dengan foton, dan kekurangan material. interaksi.
Pemahaman ini juga memiliki beberapa konsekuensi untuk teori gravitasi kuantum, yang mungkin membatasi atau bahkan mengecualikan beberapa skenario yang sangat menarik yang sebaliknya akan sangat menarik. Dalam proses penjelajahan kita di alam semesta, astronomi gelombang gravitasi memang membawa kita ke bidang berikutnya yang masih harus dikembangkan!
- Bagi warga Hokkien yang memperhatikan penampilan, sebuah pernikahan bisa menggunakan ratusan ribu kati gula ini
- Pengingat perdagangan minyak mentah: Pertemuan Sino-AS meningkatkan sentimen pasar, pengetatan pasokan mendorong harga minyak