重力の影響は瞬間的ですか?


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私が大学にいたとき、私は天文学の教授に、しばらく頭を悩ませていた思考実験を提起しました。米国?" 彼の反応は、瞬時に見える光の速度とは異なり、重力は瞬時であるということでした。

私の大きな質問は、「それが瞬時であることを知っていますか?」です。ドップラーのような現象を作成する(または作成しない)かどうかを測定するのに十分な速度で顕著な重力の影響を与えるほどオブジェクトを大きく移動することはできません。

彼が間違っていた場合、それがそうではないことをどのように知ることができますか?


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私が知っていることから、それは瞬時ではありません。重力による情報を含むすべての情報は、せいぜい光の速度で移動します。たとえば、これを参照してください:en.wikipedia.org/wiki/Action_at_a_distance#Gravity
Takku 14

いいえ、光の速度で移動します。太陽が魔法のように消えた場合、地球が重力を感じるのをやめるまでに9分かかります。
ファッティ

回答:


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述べられている最初の質問には、かなり些細な答えがあります。

「太陽がすべての影響と一緒に魔法のようにすぐに消えた場合重力が私たちに影響を与えるのを停止するのにどれくらいの時間がかかりますか?」

太陽の重力はその影響の1つであるため、私たちに影響を与えるのはすぐに停止します。それは魔法のような状況のほんの一部であり、物理学も関与しません。もう少し面白いのは、太字の部分がない質問です。

一般相対性理論では、重力場の変化は光の速度で伝播します。したがって、太陽の光が地球に到達するのに要する時間であるため、太陽の魔法的で瞬時の消失は約8分間地球に影響を与えないと予想するかもしれません。

しかし、アインシュタインの場の方程式が一種の局所的な力を強制するため、太陽自体の瞬間的な消滅は一般相対性理論に違反するため、これは間違っています。は、電磁気学における磁場の非発散に類似した応力-エネルギーテンソルに保存則をからです:時空の小さな近隣には、ストレスエネルギーの局所的なソースまたはシンクはありません。どこかから来てどこかに行かなければなりません。太陽の魔法の瞬間的な消失は一般相対性理論に違反するので、そのような状況で何が起こるかを予測するためにその理論を使用することは意味がありません。

したがって、地球への影響を即座に停止する太陽の重力は、あらゆる種類の時間遅延があるのと同じくらい一般的な相対性理論と一致しています。または正確に言うと、これは一貫性のないものではありません。

私の大きな質問は、「インスタントであることをどのようにして知るのか」ということです。

それは瞬時ではありませんが、そのように見える可能性があります。

ドップラーのような現象を作成する(または作成しない)かどうかを測定するのに十分な速度で顕著な重力の影響を与えるほどオブジェクトを大きく移動することはできません。

太陽系のダイナミクスは非常に高速です。19世紀初頭のラプラスによる単純な計算では、重力が異常になると、地球の軌道は約4世紀の時間スケールで太陽に衝突するという結論に達しました。したがって、重力はそれほど異常ではありません。より慎重な分析により、ニュートンの枠組みでは、重力の速度は、観測された収差の欠如と一致するために、光の速度が以上でなければならないという結論に達しました。2×1010

これは、重力場の変化が光の速度で伝播するという一般相対性理論の主張にどのように適合するのか、かなり戸惑うように思えるかもしれませんが、実際にはそれほど奇妙ではありません。類推として、均一に移動する電荷の電界は、光遅延の速度から予想されるように、電荷があった場所ではなく、電荷の瞬間位置に向けられます。これは、電磁気が瞬時に伝播することを意味するものではありません。電荷を小刻みに振ると、アクションに応じて電磁界が変化するため、その情報はによって制限されます。代わりに、それはちょうど真実ですc一様に移動する電荷:電界は、影響が作用しない場合に変化が起こる場所を「予測」します。電荷速度の変化が十分に遅い場合、実際にはそうではありませんが、電磁気は瞬時に見えるようになります。

重力はこれをさらに改善します。均一に加速する質量の重力場は現在の位置に向かっています。したがって、重力は、質量が現在の速度だけでなく加速度にも基づいていることを「予測」します。したがって、重力の物体の加速度がゆっくりと変化するような条件の場合(太陽系の場合のように)、重力は瞬間的に見えます。しかし、これは加速度がゆっくり変化する場合にのみほぼ当てはまります。これは、太陽系の条件下では非常に優れた近似値です。結局のところ、ニュートン重力はうまく機能します。

これの詳細な分析は、Steve Carlipの「収差と重力の速度」にあります。、Phys.Lett.A 267:81-87 (2000)[arXiV:gr-qc / 9909087 ]にあります。

彼が間違っていた場合、それがそうではないことをどのように知ることができますか?

一般相対性理論には多くの証拠がありますが、重力放射がGTRの言うとおりに振る舞うという現在の最良の証拠は、Hulse-Taylor binaryです。ただし、重力放射の直接的な観測はまだありません。電磁気と重力の両方における速度依存効果の見かけの相殺の程度の間の関係は、電磁放射の双極子性質と重力放射の四重極性質との関係も含めて、Carlipの論文で見つけることができます。


申し訳ありませんが、「すべての影響と一緒に」とは、重力の井戸など、それがあった場所に何も残さないことを意味していました。私はその影響が全宇宙から魔法のように取り除かれることを意味しませんでした。
Supuhstar

これを正しく理解すれば、8分前の場所ではなく、太陽が現在の場所に向けられた重力を経験しているように見えます(後者は私たちが見る場所です)。しかし、太陽のコアが突然崩壊し、結果として生じる重力波を検出できた場合、イベントの8分後に、見かけの重力の方向からではなく、太陽の可視位置に一致する方向からそれらを検出します。力。あれは正しいですか?
キーストンプソン14年

3
@KeithThompsonはい、そうです、小さな警告があります。約8分後の崩壊で太陽の四重極モーメントが激しく変化する場合、重力波を検出します。(Iフレーズ物事こうして例えば、球対称コア崩壊は重力放射状ないだろうからである。)
スタンなリョウ&

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重力波のLIGO確認を使用して回答を更新することは可能ですか?
-Tanenthor

1
@Tanenthor私は「急速に変化する」ことは正確ではないことを知っていますが、最新の結果を考慮していないことを示すためにこの投稿に載せることができる最高の通知です。
called2voyage

7

実際、「瞬間」重力はニュートンの重力理論の一部でした。現在、「重力の速度」は一般相対性理論による光の速度に等しいことが理解されています。 http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_gravity

これは明らかにかなり最近確認されており、ここで詳細に説明されています:https : //medium.com/starts-with-a-bang/what-is-the-speed-of-gravity-8ada2eb08430#.kgnvcvxo2


クール!だから、私のシナリオでは、地球は、誰がどこを知っているのかに夢中になるまで、約8分間何も周回しませんか?
Supuhstar

はい、そうなると思います。しかし、光も私たちに届かなかったので、太陽が約8分目まで行方不明になっていることに気付かないでしょう。太陽が消えても、約8分後(一般相対性理論が正しい場合)まで気づかないでしょう(光または重力)。
ジョナサン14

1
言する余地はまだまだあります。「実際の数値は光の速度の1.06倍でしたが、プラスまたはマイナス0.21の誤差がありました。」
旅の見知らぬ人

2番目のリンクが壊れているため、この答えも壊れています。リンクのみの回答は推奨されません。
ロブジェフリーズ

4

2018年更新:@Stan Liouの答えは素晴らしいですが、彼がその答えを書いて以来、重力波の速度を正確に測定し、真空中の光の速度であることを非常に高い精度で確認しました。

2017年8月、LIGOは中性子星のインスパイラルであるGW170817を観測しました。軌道上のX線観測所は、衝突から最大2秒の移動時間の差でX線を検出したため、光速==重力速度が確認されます。 結果のまともな要約を以下に示します。


これをありがとう!それは非常に議論に追加されます。それをさらに強力な答えにするためにいくつかの情報源を引用できますか?
-Supuhstar

3

およそ8分が経過するまで、太陽が実際に消えていたことを私たちは誰も知りません。その時点で、私たちは皆、絶対的な暗闇で非常に素早く叫び声を上げ、パニックに陥ります。重力の懸念は、私たちの心配の中で最も少ないだろうと思います。

それが夜に起こった場合、人工光の私達のそれらは簡単に驚きを免れます。外の人々は、なぜ月が突然ウィンクアウトしたのか不思議に思うかもしれません...目が完全な暗闇に慣れると、空の透明な領域の星がどこにでも見えるようになります。

地球は凍結します、PDQ。長くは続かないでしょう。


私はランドールマンローに尋ねませんでした。「太陽が消えたらどうなるか」という答えは必要ありませんが、提供されている「重力が瞬時に分かることはどうすればよいか」という答えは必要です。-1-回答を含む会話に何も追加しないため。
Supuhstar 14年

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@Supuhstarは、新しいユーザーがより軽快に答えるのを助けるために、もう少し助けになり、有益になるかもしれません。あなたはかなり新しい人です。対比として、あなたの質問は「良い」質問ではなく、それは以前の研究をほとんど示しておらず、正しくない個人的な理解について尋ねました。良い質問をする方法については、よくある質問をご覧ください。
ジェレミー14年

1
@Jeremyに同意します。Supuhstar、この答えは明らかにあなたが思うほどひどいものではありません。私は実際にそれを投票しました。
HDE 226868

@ジェレミーは私が自分自身をより良くするのを助けてくれてありがとう:3
Supuhstar 14年

0

重力波は過去数年にわたって検出されており、これらは光速で伝播する重力場の単純な波紋です。LIGOのような重力波検出器が機能する方法であり、重力信号の一部を同時に到着する光信号に相関させているため、光の速度で伝播することがわかっています。

https://www.ligo.caltech.edu/page/press-release-gw170817


ご回答いただきありがとうございますが、マークオルソン
-Supuhstar

-3

潮の満ち引き​​で月の重力を見ると、潮が月の4時間遅れていることに気付くでしょう。


1
ここの他の人は、それが光速で移動すると言います。あなたはそれが音よりも非常に遅いと主張していますか?
-Supuhstar

3
ラグ(常に4時間であるとは限らず、時には月よりも先である)の理由は、潮が水の流れであり、水が流れるのに時間がかかるためです。「重力の速度」はそれとは何の関係もありません。
ジェームズK

潮は月の後ろではなく前に移動していると確信しています。これは地球が月の軌道よりも速く回転しているためで、4時間ではなく、約3度です。詳細については、この質問をご覧ください: astronomy.stackexchange.com/questions/16769/… この回答は間違っているため、おそらく削除する必要があります。
userLTK

潮力の良い説明はwikiにあります:en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force
オレグ
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