Obecná teorie relativity pokračování
Petr Beneš ÚTEF
Dilatace času v gravitačním poli ●
●
Díky principu ekvivalence je gravitační působení zaměnitelné mechanickým zrychlením. Dochází ke stejným jevům jako při urychlování těles. Experiment Pound-Rebka 1959, poslední z klasických testů OTR (tj. precese perihelia Merkuru, ohyb světla kolem Slunce a gravitační červený posun)
Pound-Rebka ●
●
Jeffersonova laboratoř na Harvardské universitě.
Frekvence fotonu zachyceného na střeše je menší – hodiny dole „tikají“ pomaleji.
Další příklady dilatace času ●
Spektrum Siria B
●
Viking 1
●
GPS
Černé díry ●
Název pochází z faktu, že ani rychlost světla tam není úniková. –
Země –11.2 km/s Slunce – 617.5 km/s
–
Galaxie ~ 1000 km/s
–
●
●
Řešení Einsteinových rovnic je obecně velice složité. Existují ale řešení speciální.
Schwarzschild ●
●
1916 Karl Schwarzschild našel řešení pro sférické nerotující objekty. Dá se úspěšně použít i pro pomalu rotující (např. Země). Schwarzschildův poloměr
– –
Země – 1.775 cm Slunce – 5908 m
Schwarzschildova černá díra Vystřelení sondy Přiblížení
Pád
Pohled z černé díry v centru Mléčné Dráhy
Kerrova černá díra ● ●
●
Případ rotující černé díry V ergosféře jsou částice strhávané rotací, získávají energii a v některých případech mohou díru opustit. Možný kandidát na zdroj vysokoenergetického kosmického záření. Také mohou vytvořit tzv. „nahou“ singularitu.
Výskyt černých děr ●
●
Supermasivní černé díry, hmotnost miliony M , nacházejí se v centrech galaxií, předpokládá se, že jsou vysvětlením kvasarů. Cyg A
Hvězdné černé díry ●
Vznikají gravitačním kolapsem hvězd s hmotností 3 M a více na konci jejich života. Pozoruje se supernova (typ II) nebo gamma-záblesk.
Galaxie M74
Reliktní černé díry ●
●
●
Pozůstatky po Velkém třesku. Velikost nanometry, hmotnost jako Mont Everest. Není znám způsob, jak stlačit materiál na potřebnou hustotu. Předpovězeno kvantové vypařování. Rychlejší čím je díra menší. Konec je explosivní – možná exotická událost.
Gravity Probe B ●
Vynesena na oběžnou dráhu Země 20. 4. 2004
●
Měří „prohnutí“ a „strhávání“ prostoru Zemí.
Rozdí mezi černou dírou a neutronovou hvězdou. ●
Roentgenovská observatoř Chandra
Gravitační vlny ● ●
● ●
●
Neoddělitelná součást OTR. Je to vlastně zakřivení prostoru, které se šíří od zdroje. Přenáší energii. Dosud nebyly přímo pozorovány, nicméně za jejich nepřímé potvrzení byla udělena N.C. (1993). Hulse-Taylorův binární systém. Podobně jako elmg. Gravitační vlny jsou vyzařovány hmotnými tělesy na které působí zrychlení.
Hulse-Taylorův systém PSR 1913+16 ●
●
1974 Russell Alan Hulse a Joseph Hooton Taylor, Jr., Arecibo antena 305 m. Pulsar v binárním systému. Měřením relativních zpoždění signálů se zjistilo zkracování oběžné doby v přesném souladu se ztrátou energie gravitačním zářením vypočtenou z OTR.
Hulse-Taylor
●
●
Takových systémů existuje několik. Některé dokonce vyzařují více energie v gravitačních vlnách než ve světle. Nakonec zkolabují.
Zdroje gravitačních vln (kosmické) ●
Vzplanutí –
●
Periodické –
●
Kolaps hvězd, pohlcení hvězdy nebo malé černé díry velkou, splynutí binárních systémů Rotující neutronové hvězdy, dvojhvězdy
Náhodné –
Pozůstatky z Velkého třesku, superpozice gravitačních vln z naší galaxie ...
Experimenty měření gravitačních vln ●
●
Snaha detekovat gravitační vlny přímo. –
Amplituda klesá s R-1
–
Astrofyzici předpokládají h≈10-20 ne více, to znamená pro zkušební těleso délky jeden metr absolutní změnu délky o jednu destetimiliardtinu průměru atomu!
Weberova tyč –
●
Veliký kus kovu s připojenou elektronikou, gravitační vlna by ho měla „rozeznít“.
Interferometrické –
Citlivější
Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (USA) Vzdálenost dvou instalací 3000 km. Další detektory: VIRGO (Itálie) GEO 600 (Německo) TAMA (Japonsko)
4 km
Laser Interferometry Space Antenna Rovnostranný trojúhelník o straně 5 mil. Kilometrů. Gravitační vlny 10-4 – 10-1 Hz
