गुरुत्वाकर्षण के अस्तित्व?


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मेरे बहुत सारे अनजाने जीवन के लिए, मैंने गुरुत्वाकर्षण के अस्तित्व पर संदेह किया है या यहां तक ​​कि गुरुत्वाकर्षण एक वास्तविक "बल" (विद्युत चुंबकत्व की तरह) है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सामान्य सापेक्षता के बारे में मेरा दृष्टिकोण यह था कि द्रव्यमान घटता है जैसे कि "गुरुत्वाकर्षण" द्वारा काम किए जाने पर ऑब्जेक्ट अभी भी "सीधी रेखा" में यात्रा कर रहे हैं, ताकि "बल" की आवश्यकता न हो। मैं अब जानता हूं कि यह एक भोला दृश्य है, लेकिन मैं 100% सुनिश्चित नहीं हूं कि क्यों। मैं दूसरे दिन सोच रहा था कि सिर्फ यह तथ्य कि गुरुत्वाकर्षण एक व्युत्क्रम वर्ग नियम का अर्थ है कि यह कणों द्वारा किया गया एक बल है (3 डी अंतरिक्ष की ज्यामिति के कारण प्रवाह की तीव्रता में गिरावट)।

मेरा प्रश्न यह होगा: क्या यह तथ्य कि गुरुत्वाकर्षण एक व्युत्क्रम वर्ग कानून का अनुसरण करता है स्वाभाविक रूप से सामान्य सापेक्षता समीकरणों से बाहर हो जाता है या यह समीकरणों को विकसित करते समय उपयोग की जाने वाली धारणा है?

और, अभी-अभी, मुझे लगा था कि अन्य बल भी वक्र स्थान (उच्च आयामों में) कर सकते हैं।


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ध्यान दें कि जीआर गुरुत्वाकर्षण का उलटा वर्ग बल के रूप में वर्णन नहीं करता है - यह सिर्फ कम ऊर्जा सन्निकटन है। आइंस्टीन द्वारा खोजे गए क्षेत्र समीकरणों के लिए सभी "समाधान" हमारे पास कुछ विशिष्ट परिदृश्यों के लिए सन्निकटन हैं, जैसे श्वार्जस्किल्ड समाधान जो एक गोलाकार-सममितीय, अपरिवर्तित और गैर-घूर्णन वस्तुओं के आसपास गुरुत्वाकर्षण का वर्णन करता है, या केर समाधान जो घूर्णन वस्तुओं को संभालता है। संपूर्ण समाधान प्राप्त करने के लिए, आपको ब्रह्मांड में हर ऊर्जा का हिसाब रखना होगा - जो बहुत संभव या व्यावहारिक नहीं है। चूंकि गुरुत्वाकर्षण इतना कमजोर है, इसलिए सन्निकटन बहुत अच्छी तरह से काम करता है, हालांकि :)
लुआण

जवाबों:


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मेरे बहुत सारे अनजाने जीवन के लिए, मैंने गुरुत्वाकर्षण के अस्तित्व पर संदेह किया है या यहां तक ​​कि गुरुत्वाकर्षण एक वास्तविक "बल" (विद्युत चुंबकत्व की तरह) है।

गुरुत्वाकर्षण विद्युत-चुंबकत्व की तरह एक बल है, लेकिन इसमें एक विशेष गुण होता है कि सभी परीक्षण कण एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में एक ही तरह से गिरते हैं, चाहे उनकी संरचना कोई भी हो। इसका मतलब है कि जड़त्वीय द्रव्यमान और गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान समान हैं (या कम से कम सार्वभौमिक आनुपातिक हैं, इसलिए हम उन इकाइयों का उपयोग कर सकते हैं जिनमें वे बराबर हैं), और हम जड़वत गति के रूप में गुरुत्वाकर्षण फ्रीफ़ॉल की व्याख्या करने के लिए स्वतंत्र हैं।

क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के संदर्भ में, यह वास्तव में एक प्रमेय है कि कम ऊर्जा पर, द्रव्यमान रहित स्पिन -2 कणों को कण ऊर्जा की परवाह किए बिना सभी ऊर्जा-गति को समान रूप से जोड़ा जाना चाहिए। दूसरे शब्दों में, सामान्य सापेक्षता का तुल्यता सिद्धांत गुरुत्वाकर्षण के लिए एक सिद्ध प्रमेय है।

इसके विपरीत, हम सामान्य सापेक्षता की व्याख्या एक सपाट पृष्ठभूमि वाले स्पेसटाइम पर एक व्यापक स्पिन -2 क्षेत्र के रूप में भी कर सकते हैं, लेकिन इस सार्वभौमिकता के कारण, पृष्ठभूमि किसी भी प्रयोग से अप्राप्य हो जाएगी। इसीलिए रिलेटिविस्ट ऐसा नहीं करते हैं, क्योंकि यह ज्यामितीय व्याख्या को अधिक सुविधाजनक बनाता है।

दुर्भाग्य से, मात्रात्मक सामान्य सापेक्षता बहुत बुरी तरह से व्यवहार की जाती है अगर कोई उन्हें मनमाने ढंग से ऊर्जा तराजू में लेने की कोशिश करता है। शारीरिक रूप से, इसका मतलब है कि इसे ठीक करने के लिए कुछ नई भौतिकी पहले आनी चाहिए। हालांकि, इस तरह की स्थिति गुरुत्वाकर्षण के लिए शायद ही अनोखी है, जो मात्रा को कम करती है, जो अभी भी कम ऊर्जा पर एक प्रभावी क्षेत्र सिद्धांत के रूप में समझ में आता है; सीएफ क्लिफ पी। बर्गेस द्वारा जीवित समीक्षा । सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के बीच तनाव अक्सर लोकप्रिय विवरणों में ओवरस्टैटेड होता है।

मेरा प्रश्न यह होगा: क्या यह तथ्य कि गुरुत्वाकर्षण एक व्युत्क्रम वर्ग कानून का अनुसरण करता है स्वाभाविक रूप से सामान्य सापेक्षता समीकरणों से बाहर हो जाता है या यह समीकरणों को विकसित करते समय उपयोग की जाने वाली धारणा है?

उलटा-वर्ग हिस्सा अपने आप बाहर गिर जाता है, लेकिन आनुपातिकता के विशिष्ट निरंतरता को एक अतिरिक्त धारणा की आवश्यकता होती है।

एक एक सामान्य क्षेत्र समीकरण मानता है , जहां तनाव ऊर्जा टेन्सर कि सममित माना जाता है और covariantly संरक्षित, तो आइंस्टीन टेन्सर है एक अनूठा पैमाना-विलयन विलयन है जो मीट्रिक से बनाया जा सकता है। इस आवश्यकता का अर्थ है कि मीट्रिक की व्युत्पत्ति में केवल द्वितीय-क्रम वाले शब्दों की अनुमति है, और यह उदा। ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिर शब्द द्वारा तोड़ा गया है , क्योंकि यह एक लंबाई परिचय देता है सिद्धांत में।जीμν=κटीμν जी μ νआर μ ν - 1टीμνΛजीμνΛ-1/2~1010जीμνआरμν-12जीμνआरΛजीμνΛ-1/2~1010एलy

आइंस्टीन फील्ड-समीकरण को विकसित करने के अन्य तरीके हैं, जैसे आइंस्टीन-हिल्बर्ट कार्रवाई के माध्यम से, जो तनाव-ऊर्जा टेंसर के बारे में विशिष्ट धारणाओं की आवश्यकता नहीं है। भले ही, न्यूटोनियन सीमा की भूमिका अन्यथा अनिर्धारित स्थिर के मान को ठीक करने में है । यदि आप केवल न्यूटन जैसे प्रतिलोम-वर्ग संबंध में रुचि रखते हैं, तो अकेले ही न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण से मेल खाने की कोशिश करने के बारे में किसी भी अतिरिक्त धारणा की आवश्यकता नहीं है।κ=8πजी/सी4

एक टाइमलीक वेक्टर फ़ील्ड को देखते हुए , जिसे पर्यवेक्षकों के कुछ परिवार के चार-वेग के रूप में व्याख्या किया जा सकता है, हम आइंस्टीन फ़ील्ड समीकरण के बराबर रूप के समय-समय के प्रक्षेपण को लिख सकते हैं, , जहां ऊर्जा घनत्व है और चार-वेग साथ एक पर्यवेक्षक द्वारा मापा गया प्रमुख तनाव का औसत है । गैर-सापेक्षतावादी पदार्थ के लिए, ऊर्जा घनत्व की तुलना में तनाव शब्द नगण्य हैं।आर μ ν = κ ( टी μ ν - 1यूआर00आरμνयूμयूν=1आरμν=κ(टीμν-12जीμνटी)ρपीयू

आर00आरμνयूμयूν=12κ(ρ+3पी),
ρपीयू

जिस तरह से न्यूटनियन सीमा पर आमतौर पर चर्चा की जाती है, वह कमजोर-क्षेत्र सन्निकटन, साथ उपयोग करने के लिए है , उस जो तब मामले घनत्व संदर्भ में न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण क्षमता के लिए के समीकरण का रूप है। , यानी । धीमी गति से चलने वाले परीक्षण कणों के लिए, जियोडेसिक समीकरण न्यूटन के गति के समीकरण को कम करता है: | एच μ ν | जीμν=ημν+μν|μν|«1ρमीटर2Φ=4πजीρमीटर 2एक्स

12κρआर00=आरα0α0αΓ00α-12200,
ρ2Φ=4πजीρ(
2एक्सटी2=1200=-Φ
इसके बारे में सोचने का एक और तरीका यह है कि आप फ्रीज़िंग कण के उचित समय को लिख लें और यह दिखा दें कि इसे चरम पर पहुँचाना बराबर है , जो न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण के अधीन एक कण के एक्शन एक्शन (प्रति द्रव्यमान) जब भी ।एच00-2Φ/सी2(12v2+1200)टी00-2Φ/सी2

प्रारंभिक रूप से परीक्षण कणों की एक छोटी सी गेंद की मात्रा के त्वरण के रूप में रिकसी वक्रता की ज्यामितीय व्याख्या के आधार पर, गोलाकार सममित शरीर के चारों ओर गुरुत्वाकर्षण के न्यूटन के नियम के इस सरल व्युत्पत्ति में आपकी रुचि हो सकती है ।

और, अभी-अभी, मुझे लगा था कि अन्य बल भी वक्र स्थान (उच्च आयामों में) कर सकते हैं।

यह जीटीआर के तुरंत बाद कलुजा और क्लेन द्वारा विद्युत चुंबकत्व के लिए किया गया था, लेकिन यह पता चला है कि यह अन्य बलों के बारे में सोचने का एक सीधा उपयोगी तरीका नहीं है।

इसके बजाय, हम सामान्य सापेक्षता में रीमैन वक्रता के बारे में सोच सकते हैं क्योंकि किसी दिए गए कई गुना के स्पर्शरेखा बंडल पर लेवी-सिविटा कनेक्शन की वक्रता के रूप में संरचना समूह । लेकिन इस भाषा में, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र ताकत कनेक्शन की वक्रता है संरचना समूह के साथ एक लाइन बंडल के ऊपर । अन्य गैर-गुरुत्वाकर्षण बल इसी तरह यांग-मिल्स सिद्धांत द्वारा वर्णित हैं ।हे(1,n)मैंμयू(1)

दूसरे शब्दों में, अन्य बलों के पास पहले से ही एक विवरण है जिसमें वे एक वक्रता के कारण होते हैं, केवल स्पेसटाइम का नहीं। इसलिए जब गुरुत्वाकर्षण उनसे अलग होता है, तो यह काफी अलग नहीं होता है कि इसे दूसरों की तुलना में 'कम वास्तविक' माना जाए।


एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में एंटीमैटर गिरने की दिशा को अभी तक सीधे मापा नहीं गया है , हालांकि मुझे लगता है कि ज्यादातर लोग इसे नियमित सामान की तरह ही गिरने की उम्मीद करते हैं।
ऊह

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गुरुत्वाकर्षण एक काल्पनिक बल है , वास्तव में, केन्द्रापसारक बल की तरह। संदर्भ के एक मुक्त गिरने वाले फ्रेम में यह गायब हो जाता है। सामान्य सापेक्षता (जीआर) में गुरुत्वाकर्षण (अंतर) ज्यामिति का एक परिणाम है: अंतरिक्ष समय वक्रता। उलटा वर्ग कानून सिर्फ कम ऊर्जा सन्निकटन है, लेकिन जीआर से प्राप्त गुरुत्वाकर्षण के लिए वास्तविक समीकरण इससे अधिक जटिल है। न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण की भारी सफलता हमें बताती है कि गुरुत्वाकर्षण के किसी भी मॉडल को कम ऊर्जा पर शास्त्रीय उलटा वर्ग कानून द्वारा अनुमानित किया जाना चाहिए।

जीआर चाहे वह (आइंस्टीन की) डिजाइन या कुछ और हो, व्यक्तिगत राय का मामला है। आइंस्टीन निश्चित रूप से जानते थे कि उन्हें कम ऊर्जा पर लगभग न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण प्राप्त करना था, इसलिए उन्होंने इस मानदंड को विफल करने वाले किसी भी विचार को त्याग दिया या संशोधित किया। हालांकि, इस बात के लिए मानक तर्क हैं कि गुरुत्वाकर्षण को एक व्युत्क्रम वर्ग कानून का पालन क्यों करना चाहिए , कम से कम ऊर्जा स्थितियों में।

अब जीआर में केवल गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में बड़े पैमाने पर योगदान की तुलना में बहुत अधिक है । स्पिन और इलेक्ट्रिक चार्ज, उदाहरण के लिए, और काफी महत्वपूर्ण: ऊर्जा (प्रसिद्ध हमें बताता है कि एक द्रव्यमान को ऊर्जा के रूप में कैसे व्यक्त किया जाए, इसलिए हम इन चीजों को एक सामान्य स्तर पर इलाज कर सकते हैं)। तो, हाँ, सभी बल और कण गुरुत्वाकर्षण में योगदान करते हैं। यहां तक ​​कि फोटॉन भी=सी2

जीआर खुद ही मानक मॉडल से बाहर किसी भी नए कणों के अस्तित्व के लिए कोई भविष्यवाणी (या आवश्यकताएं) नहीं करता है, जैसे कि गुरुत्वाकर्षण। जीआर और क्वांटम यांत्रिकी (क्यूएम) प्रसिद्ध रूप से असंगत हैं: चरम स्थितियों में जहां जीआर और क्यूएम दोनों प्रासंगिक हैं (न्यूट्रॉन सितारे और ब्लैक होल का गठन, उदाहरण के लिए), वे जल्दी से समझ में आना बंद कर देते हैं। खासकर जी.आर.। "ग्रेविटॉन" और मिश्रित विविधताएं काल्पनिक कण हैं जो गुरुत्वाकर्षण के एक क्वांटम सिद्धांत का निर्माण करके इस मुद्दे को हल करने के लिए प्रस्तावित हैं। इस स्तर पर उनके लिए हमारे पास एकमात्र "सबूत" है कि ब्रह्मांड, जीआर और क्यूएम के कामकाज के बारे में हमारे दो सबसे बड़े पैमाने पर सफल सिद्धांत, इतने दर्दनाक रूप से असंगत हैं। तो हम जानते हैं कि ये सिद्धांत त्रुटिपूर्ण हैं (उर्फ गलत) और कुछ अन्य सिद्धांत आवश्यक हैं जो इन स्थितियों को संभाल सकते हैं, जबकि क्यूएम और जीआर की सभी सफलताओं को भी शामिल करना - वे आश्चर्यजनक रूप से सटीक हैं जब उनमें से केवल एक विशेष रूप से प्रासंगिक है, आख़िरकार।

वास्तव में क्या है कि सिद्धांत है चल रहे एक और पर्याप्त अनुसंधान क्षेत्र है।


क्या इसका मतलब वास्तव में क्वांटम गुरुत्वाकर्षण समस्या का सही समाधान है, हालांकि? क्या यह मानने का कोई कारण है कि जीआर वह हिस्सा है जिसे ठीक करने की आवश्यकता है? उदाहरण के लिए, GR स्वतंत्र है, जबकि QM नहीं है - अनुपस्थित अन्य साक्ष्य / समस्याएं, आप मान लेंगे कि Q, GR के बजाय अधूरा सिद्धांत है। क्या आप किसी ऐसी चीज के बारे में जानते हैं जो जीआर (या जीआर और क्यूएम दोनों को दिखाती है), निश्चित रूप से "टूटा हुआ" सिद्धांत है?
लुआण

@ लुआं जीआर बहुत ही गैर-नवीकरणीय है। QM के पास बहुत सारे अनंत "मुद्दे" भी हैं, लेकिन सिद्धांत अक्षय है और यह मूल रूप से समस्या का समाधान करता है। जीआर में परिवर्तन केवल असहनीय हैं। एक अस्पष्ट अर्थ में, क्वांटम सिद्धांत आंतरिक रूप से ऐसे असहनीय विचलन के लिए प्रतिरक्षा हैं - सब कुछ या तो उन्हें कम या निष्क्रिय करने के लिए बनाया गया है। इसलिए यह स्वाभाविक है कि जीआर की मात्रा बढ़ाने की कोशिश की जाए। दोनों सिद्धांतों को मुद्दों के लिए जाना जाता है, इसलिए वास्तव में दोनों को कुछ अर्थों में तय किया जाना चाहिए। कैसे और किस तरह से एक प्रमुख और अनसुलझे सवाल है।
ज़िब्दावा टिम्मी

@zibadawatimmy .. मूर्खतापूर्ण प्रश्न: क्या परिणाम है कि गुरुत्वाकर्षण उच्च ऊर्जा स्थितियों में एक व्युत्क्रम वर्ग कानून के रूप में व्यवहार नहीं करता है? मुझे यकीन है कि इसमें शामिल समीकरणों का उपयोग कंप्यूटर सिमुलेशन में किया गया था जिसने हमें उस भौतिक प्रक्रिया का बहुत अच्छा विचार दिया जिसने गुरुत्वाकर्षण तरंगों का निर्माण किया जो LIGO ने देखा।
जैक आर। वुड्स

मैंने थोड़ा संबंधित अनुभवहीन प्रश्न पूछा है
ऊह

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1/आर2

मीट्रिक अंतरिक्ष की वक्रता का वर्णन करता है। एक विशाल वस्तु के चारों ओर अंतरिक्ष के लिए यह श्वार्जचाइल्ड मीट्रिक है

रों2=-(1-आररोंआर)टी2+(1-आररोंआर)-1आर2+आर2(θ2+पाप2θ φ2)

आर»आररों

रों2=-टी2+आर2+आर2(θ2+पाप2θ φ2)
1/आर2

लेकिन श्वार्ज़चाइल्ड मीट्रिक कहाँ से आता है? ग्रैटी मैथ्स में शामिल हुए बिना, यह साबित किया जा सकता है कि यह अद्वितीय मीट्रिक है जिसमें गोलाकार समरूपता है, जिसके बिना कुछ भी बहुत ज्यादा मायने नहीं रखता। इसे बिरखोफ़ प्रमेय कहा जाता है।

आपके सवाल पर थोड़ा सोचा गया कुछ और सोचा जाता है

मैं बात करना चाहता हूं कि गुरुत्वाकर्षण कहां से आता है, लेकिन पहले वक्रता के बारे में बात करने देता है।

यदि आप एक स्थान की वक्रता को मापना चाहते हैं, तो एक तरीका यह है कि किसी बंद लूप में जाना है, जहाँ आप शुरू करते हैं। यदि अंतरिक्ष को वक्रित किया गया है, तो आप एक ही दिशा का सामना नहीं करेंगे (इस विचार को समानांतर परिवहन कहा जाता है)

समानांतर परिवहन

मान लीजिए कि हम एक स्पर्शरेखा वेक्टर के समानांतर-परिवहन कर रहे हैं, जैसा कि चित्र में है। हम एक बिंदु पर व्युत्पन्न से एक स्पर्शरेखा वेक्टर प्राप्त करते हैं (एक विशेष रूप से विशेष व्युत्पन्न जिसे सहसंयोजी व्युत्पन्न कहा जाता है, क्योंकि अंतरिक्ष घुमावदार है)। चलो स्पर्शरेखा वेक्टर लेते हैं और फिर आगे की ओर बढ़ते हैं। और हम इस बार फिर बाईं ओर आगे बढ़ने की कोशिश करते हैं। हम एक ही बिंदु को दोनों तरीकों से समाप्त करते हैं, लेकिन तस्वीर की तरह, डेरिवेटिव किसी तरह से अलग होगा। हम इसे एक कम्यूटेटर (जहां साथ संक्षेप में प्रस्तुत करते हैंडी

[डीμ,डीν]=डीμडीν-डीνडीμ0

अब एक छोटे से बैक अप लेते हैं और बात करते हैं कि इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म और अन्य बलों पर आम तौर पर चर्चा की जाती है, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत का उपयोग करते हुए।

हम सिद्धांत का वर्णन एक Lagrangian के संदर्भ में करते हैं, एक फ़र्मियन (एक इलेक्ट्रॉन की तरह) के लिए यह इस तरह दिखता है

एल=ψ¯(मैंγμडीμ-)ψ

ψ

ψψ'=मैंξ(एक्स)ψ
यू(1)यू(1)डीμ

[डीμ,डीν]=-मैंएफμνψ
एफμν=μν-νμ

एल=ψ¯(मैंγμडीμ-)ψ-14एफμνएफμν

μयू(1)

तो आप पूरी तरह से सही रास्ते पर हैं जब आप कहते हैं कि अन्य बल अंतरिक्ष को वक्र कर सकते हैं। यह अच्छा है कि गुरुत्वाकर्षण अंतरिक्ष-समय पर घटता है, इसकी बहुत ही भौतिक और कल्पना करने में आसान है, अन्य बलों के लिए इसकी तस्वीर इतनी सरल नहीं है, भले ही यह मौलिक रूप से समान हो।

वैसे भी, जीआर पर वापस

यदि आप आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण की पूरी तस्वीर चाहते हैं, तो आप कुछ गणित करते हैं और आइंस्टीन-हिल्बर्ट एक्शन नामक एक चीज पर पहुंचते हैं (एक कार्रवाई एक लैग्रैजियन पर एक अभिन्न अंग है), एक सुव्यवस्थित वस्तु जो पूरे सिद्धांत को पूरा करती है।

एस=आरजी 4एक्स
आर

एक ही चीज के दो संस्करण

हमने QED को देखा, जो प्रकाश, फोटॉनों के कणों को हटाता है। उन्हें परिमाण दिया जाता है। फिर हमने देखा कि कितने तरीकों से जीआर और क्यूईडी समान हैं। हम जीआर को ठीक से निर्धारित नहीं कर सकते हैं, लेकिन अगर हम ग्रेविटॉन कर सकते हैं, तो ठीक उसी तरह जैसे फोटोन क्यूईडी में पॉप आउट होते हैं। QED (और अन्य गेज सिद्धांतों, QCD, आदि) के बीच का द्वंद्व स्पष्ट है, जो बहुत से लोगों को यह विश्वास दिलाता है कि शायद ग्रेविटॉन होना चाहिए, भले ही वे अभी तक न देखे गए हों, और न ही लगातार तैयार किए गए हों।

अन्य सिद्धांतों पर एक नोट

ऐसे कई सिद्धांत हैं जहां उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत, स्ट्रिंग सिद्धांत या सुपरग्रेविटी की समस्याओं के बिना गुरुत्वाकर्षण के पहले सिद्धांत मौजूद हैं।

उपरोक्त में त्रुटियों पर एक नोट

क्षमा करें, मैं थका हुआ हूं और जुआ खेल रहा हूं। यदि आप उन्हें ढूंढते हैं तो कृपया उन्हें इंगित करें!

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