Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата → Относительность → Общая теория относительности ↓


Гравитационные волны


Гравитационные волны — это поразительный предсказание общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Это рябь в ткани пространства-времени, возникающая в результате некоторых из самых жестоких и энергичных процессов во Вселенной. Эти волны распространяются со скоростью света, перенося информацию о своем катастрофическом источнике.

Что такое гравитационные волны?

Гравитационные волны подобны волнам, которые расходятся по пруду, когда камень бросается в воду. Всякий раз, когда массивные объекты ускоряются, например, когда нейтронные звезды или черные дыры обращаются друг вокруг друга или сливаются, они могут создавать рябь в пространстве-времени. Эти волны уносят энергию из системы, заставляя объекты приближаться друг к другу.

Огромный объект Гравитационная волна

Эйнштейн предложил эти волны в рамках своей общей теории относительности, опубликованной в 1915 году. Теория описывает гравитацию как деформацию пространства-времени, вызванную массой: массивные объекты, такие как звезды и планеты, искажают ткань пространства и времени вокруг себя. Когда эти объекты двигаются или взаимодействуют, они могут создавать такие волны, которые распространяются наружу.

Природа гравитационных волн

Сила и эффект гравитационных волн зависят от массы объектов и характера их движения. Для двух массивных тел, обращающихся друг вокруг друга, например, бинарных черных дыр, эффекты могут быть настолько сильными, что их можно увидеть с расстояния больше чем в миллиарды световых лет.

Для цели понимания рассмотрим бинарную систему двух массивных звезд. Когда эти звезды обращаются друг вокруг друга, они притягиваются гравитацией, ускоряясь и излучая гравитационные волны. Это изменение похоже на танцовщицу, крутясь с высокой скоростью.

Мощность, излучаемая в гравитационных волнах (P) ∝ (G⁴m₁²m₂²a⁻⁵) / (c⁵)

Здесь G — гравитационная постоянная, m₁ и m₂ — массы, a — расстояние разделения, а c — скорость света.

Почему их трудно обнаружить?

Гравитационные волны становятся чрезвычайно слабыми к тому времени, как достигают Земли. Самые мощные гравитационные волны порождаются катастрофическими событиями, такими как слияние черных дыр. Однако к тому времени, как они достигают нас, даже эти сигналы вызывают лишь крошечные искажения в пространстве-времени.

Математическое рассмотрение гравитационных волн показывает, что они вызывают изменения, которые составляют лишь долю размера протона. Поэтому их обнаружение требует высокочувствительных инструментов. Эти инструменты, такие как обсерватории LIGO и Virgo, способны измерять изменения на масштабе в тысячные доли диаметра протона.

Слияние черных дыр

слияние черных дыр

Когда две черные дыры сливаются, они создают один из самых мощных известных источников гравитационных волн. Когда черные дыры сближаются, их жестокое слияние посылает вихрь вибраций пространства-времени, которые обнаруживаются как гравитационные волны.

Обнаружение гравитационных волн

Гравитационные волны оставались теоретическими на протяжении десятилетий после того, как Эйнштейн предсказал их. Многие улучшения в технологиях и науке были необходимы для первой прямой регистрации. Этот рубеж был достигнут в сентябре 2015 года, когда детектор LIGO измерил волны от слияния черных дыр. Это подтверждение не только поддержало общую теорию относительности, но и открыло новый способ взглянуть и понять Вселенную.

Как работают обсерватории гравитационных волн

Эти обсерватории основаны на принципе измерения крошечных изменений в расстоянии, когда гравитационные волны проходят сквозь Землю. Например, LIGO использует лазеры и зеркала, расположенные в форме буквы L, чтобы с экстремальной точностью мониторить относительное движение зеркал, находящихся на километрах друг от друга.

лазерный луч

Зеркала установлены на концах двух "рукавов" установки, и лазерный луч разделяется, чтобы пройти по каждому из "рукавов". Любая проходящая гравитационная волна немного изменяет длину рукавов, вызывая изменения в схеме световых лучей, которые рекомбинируются на детекторе. Измерение этих изменений помогает ученым делать выводы о характеристиках обнаруженных гравитационных волн, таких как их происхождение.

Проблематика гравитационных волн

Открытие гравитационных волн имеет огромные последствия для физики и астрономии. Они позволяют нам "слышать" космические процессы, которые были ранее невидимыми для обычных телескопов. Гравитационные волны предоставляют данные из областей космоса, которые в противном случае заслонены, такие как внутренности черных дыр или самая дальняя поверхность Солнца.

Помимо подтверждения теории Эйнштейна, эти волны дают понимание следующих явлений:

  • Слияние нейтронных звезд, которое может предоставить подсказки о создании более тяжелых элементов.
  • Коллепс ядра сверхновых, смерть звёзд в результате взрывов.
  • Самая ранняя Вселенная предоставляющая взгляд на космологические условия всего через несколько мгновений после Большого взрыва.

Заключение

Гравитационные волны являются краеугольным камнем современной астрофизики, предлагая новый способ изучения и понимания нашей Вселенной. От катаклизмных событий, которые порождают эти волны, до их тщательного обнаружения, наука о гравитационных волнах находится на переднем крае объединения теории и техники. По мере того как обсерватории продолжают уточнять свои измерения, мы, безусловно, узнаем намного больше об одном из самых загадочных и мощных явлений во Вселенной.


Студент бакалавриата → 6.2.3


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (6.2.2)
Метрика Шварцшильда
Следующий (6.2.4) →
Чёрные дыры и горизонты событий

Комментарии 



Гравитационные волны

https://www.physicsflow.com/ug/6.2.3?pfal=ru