211service.com
Tidevannskrefter bærer den matematiske signaturen til gravitasjonsbølger
gravitasjonsbølger Getty
I februar 2016 kunngjorde et internasjonalt team av fysikere den første direkte observasjonen av gravitasjonsbølger. Bølgene hadde blitt produsert av den gigantiske kollisjonen av et par sorte hull, hvert av dem omtrent 30 ganger solens masse – et knall så katastrofalt at det sendte krusninger gjennom romtidens struktur.
Oppdagelsen var en triumf for fysikkmiljøet. De hadde lenge visst at Einsteins generelle relativitetsteori antydet at krusninger i romtiden var mulige. Disse bølgene klemmer og strekker rommet med avstander som er mindre enn bredden til et proton. For å få øye på dem bygde fysikere et nettverk av enormt følsomme detektorer som koster godt over en milliard dollar. Så oppdagelsen av de første bølgene i 2016 var både en lettelse og en betydelig suksess.
Nå sier to fysikere at gravitasjonsbølger har gjemt seg i synlig skue hele tiden. Rituparno Goswami ved University of KwaZulu-Natal og George Ellis ved University of Cape Town, begge i Sør-Afrika, bruker i dag noe matematisk trolldom for å vise at tidevannskrefter er gravitasjonsbølger. Dette er de samme kreftene som får havnivået til å stige og synke når månen beveger seg rundt jorden. Tidevannskrefter er faktisk en skjult form for gravitasjonsbølger, sier de.
Først litt bakgrunn. Newtons gravitasjonsteori er basert på ideen om at alle masser genererer en attraktiv gravitasjonskraft som forklarer en lang rekke fenomener: banen til et fallende eple, bevegelsen til planetene rundt solen, og så videre.
Newtons teori forklarer også tidevannet. Disse er resultatet av måten gravitasjonskreftene varierer med avstanden: den siden av jorden som vender mot månen opplever en litt sterkere gravitasjonskraft enn den siden som vender bort. Resultatet er en slags strekk som trekker havene frem og tilbake mens jorden roterer.
Goswami og Ellis begynner med å påpeke at Newtons teori ikke tar hensyn til en viktig fysikklov - at ingenting kan reise raskere enn lysets hastighet, ikke engang gravitasjonskrefter. Så det tar tid før månens gravitasjonskrefter når jorden. Ingen påvirkning kan reise raskere enn lysets hastighet: tidevannspåvirkningen kan ikke være øyeblikkelig, sier fysikerne.
Einstein formulerte først denne kosmiske fartsgrensen i sin spesielle relativitetsteori og inkorporerte den senere i sin generelle teori, som berømt beskriver tyngdekraften som en slags forvrengning i romtidens struktur. Dette førte umiddelbart til ideen om at dette stoffet kunne støtte bølgelignende krusninger.
Goswami og Ellis sier at tidevannskrefter er en form for gravitasjonsstråling. Men for å være bølger må de variere i tid på en spesiell måte diktert av den generelle relativitetsteorien. Fysikerne fortsetter med å vise matematisk at tidevannskreftene har akkurat disse egenskapene, om enn i mye mindre skala enn bølgene som genereres av kollisjoner med sorte hull. Resultatet er noe av en teknisk detalj, men ikke desto mindre interessant.
I hovedsak sier Goswami og Ellis at tidevannskrefter er lavfrekvente gravitasjonsbølger. Denne teorien gir noen spådommer som er forskjellige fra Newtons smak av tyngdekraft. For eksempel påpeker Goswami og Ellis at det bør ta 1,3 sekunder før tidevannskrefter beveger seg fra månen til jorden. Og hvis havet var jevnt dypt overalt uten kontinenter, ville tidevannet forsinket månens posisjon på himmelen med 0,66 buesekunder, sier de. Det er omtrent bredden på en krone sett på to kilometers avstand.
En slik effekt kan være målbar, selv om Goswami og Ellis ikke utvider analysen sin til å foreslå hvordan. Men det betyr at effekten av gravitasjonsbølger er mye lettere å få øye på enn noen hadde forestilt seg. En dag ved sjøen, noen?
Ref: arxiv.org/abs/1912.00591 : Tidevannskrefter er gravitasjonsbølger