Наскоро учени направиха новаторски открития, които им позволяват да демонстрират, че гравитацията не действа мигновено, както е смятал Нютон, а се разпространява със скорост, ограничена от тази на светлината.

Досега нямаше начин директно да се измери скоростта на гравитацията. Сега, през последните години физиците напреднаха много в уточняването с все по-голяма и по-голяма точност на скоростта на гравитацията, използвайки наблюденията на гравитационни вълни.

"Съществува добро косвено доказателство, че гравитационните вълни трябва да се движат със скоростта на светлината. Фактът, че силата на гравитацията варира като обратна на квадрата на разстоянието от маса до маса, категорично показва, че гравитонът (частицата, която се обменя от двойка гравитационно привличащи се маси) трябва да има нулева маса. Според настоящата теория на физиката безмасовите частици като гравитоните трябва да се движат със скоростта на светлината – точно като фотоните", обяснява Робърт Ерлих (Robert Ehrlich) от катедрата по физика и астрономия в университета Джордж Мейсън.

Първоначално с помощта на първите LIGO откривания скоростта на гравитацията е ограничена поне на 50% от скоростта на светлината.

"Скоростта на гравитацията, подобно на скоростта на светлината или с, е една от основните константи във Вселената. До появата на астрономията на гравитационните вълни не разполагахме с начин да измерим директно скоростта на гравитацията", обяснява пред Phys.org Нийл Корниш (Neil Cornish), физик от държавния университет на Монтана.

За анализа си учените комбинират първите три гравитационни вълнови събития, докладвани от колаборацията на LIGO и Virgo.

С тези данни изследователите могат да подобрят първоначалните граници до приблизително долна граница от 45% от скоростта на светлината.

Точно след това колаборациите LIGO и Virgo публикуват друго сливане на неутронни звезди, открито през август.

Учените засичат излъчване на електромагнитно лъчение, както и гама лъчи, докато се регистрират гравитационни вълни от сливането на неутронни звезди. Едновременното излъчване както на гравитационни вълни, така и на светлина от един и същ произход позволява на учените да зададат граници за скоростта на гравитацията, които са много по-строги от това, което може да бъде зададено само с помощта на сигнала от гравитационни вълни.

В зависимост от това дали астрофизичният източник излъчва едновременно гравитационни вълни и светлина или само първото, учените предприемат различни подходи за ограничаване на скоростта на гравитацията. Когато източникът излъчва както гравитационни вълни, така и светлина, учените могат да измерят разликата (ако има такава) във времето на пристигане на двата различни вида сигнали в един детектор.

След това те изчисляват забавянето на пристигането от само няколко секунди между сигналите, които са изминали еднакво разстояние, което е повече от сто милиона светлинни години. Такова малко забавяне за такова разстояние се счита за почти нищожно.

По-късно учените сравняват сигналите, открити от двата детектора LIGO, разположени на 3000 км един от друг: единият в Ханфорд, Вашингтон, а другият в Ливингстън, Луизиана.

"Възможно е значително да се подобрят границите на скоростта на гравитацията, като се използват източници, които излъчват само гравитационни вълни. Например, използвайки четири детектора, разположени на различни места на Земята, с пет събития на гравитационни вълни за сравнение, ограниченията могат да се подобрят до точност 1% от скоростта на светлината. Но те все още не могат да достигнат степента на прецизност на експериментите, които имат достъп както до гравитацията, така и до светлината", отбелязват учените.

"Предоставяме и първата пряка долна граница на скоростта на разпространение: cgw > 0,55c при 95% увереност", пишат авторите на статията за измерването в Physical Review Letters. 

"Много алтернативни теории за гравитацията, включително някои, които са използвани за обяснение на ускореното разширяване на Вселената, прогнозират, че скоростта на гравитацията е различна от скоростта на светлината. Няколко от тези теории сега са изключени, като по този начин се ограничават начините, по които теорията на Айнщайн може да бъде разумно модифицирана, и превръщайки тъмната енергия в по-вероятно обяснение за ускореното разширяване", заявява Корниш.

Справка:  Neil Cornish, Diego Blas, and Germano Nardini. Bounding the Speed of Gravity with Gravitational Wave Observations. Physical Review Letters 119, 161102. DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.161102

Източник: Physicists make rapid progress in bounding the speed of gravity, Lisa Zyga , Phys.org

Още по темата

02/11/2017

Физика

Каква е скоростта на гравитацията?