~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Arc.Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Номер скриншота №:
✰ C354B6B7807A3E539233DA9161052E22__1717382940 ✰
Заголовок документа оригинал.:
✰ Gravitoelectromagnetism - Wikipedia ✰
Заголовок документа перевод.:
✰ Гравитоэлектромагнетизм — Википедия ✰
Снимок документа находящегося по адресу (URL):
✰ https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitomagnetism ✰
Адрес хранения снимка оригинал (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/c3/22/c354b6b7807a3e539233da9161052e22.html ✰
Адрес хранения снимка перевод (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/c3/22/c354b6b7807a3e539233da9161052e22__translat.html ✰
Дата и время сохранения документа:
✰ 13.06.2024 16:46:04 (GMT+3, MSK) ✰
Дата и время изменения документа (по данным источника):
✰ 3 June 2024, at 05:49 (UTC). ✰ 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Сервисы Ask3.ru: 
 Архив документов (Снимки документов, в формате HTML, PDF, PNG - подписанные ЭЦП, доказывающие существование документа в момент подписи. Перевод сохраненных документов на русский язык.)https://arc.ask3.ruОтветы на вопросы (Сервис ответов на вопросы, в основном, научной направленности)https://ask3.ru/answer2questionТоварный сопоставитель (Сервис сравнения и выбора товаров) ✰✰
✰ https://ask3.ru/product2collationПартнерыhttps://comrades.ask3.ru


Совет. Чтобы искать на странице, нажмите Ctrl+F или ⌘-F (для MacOS) и введите запрос в поле поиска.
Arc.Ask3.ru: далее начало оригинального документа

Гравитоэлектромагнетизм — Википедия Jump to content

Гравитоэлектромагнетизм

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
(Перенаправлено с Гравитомагнетизм )

Диаграмма подтверждения гравитомагнетизма гравитационным зондом B

Гравитоэлектромагнетизм , сокращенно GEM , относится к набору формальных аналогий между уравнениями электромагнетизма и релятивистской гравитации ; а именно: между уравнениями поля Максвелла и действительным при определенных условиях приближением к уравнениям поля Эйнштейна для общей теории относительности . Гравитомагнетизм — широко используемый термин, относящийся конкретно к кинетическим эффектам гравитации по аналогии с магнитными эффектами движущегося электрического заряда. [1] Наиболее распространенная версия ГЭМ справедлива только вдали от изолированных источников и для медленно движущихся пробных частиц .

Аналогия и уравнения, отличающиеся лишь некоторыми небольшими факторами, были впервые опубликованы в 1893 году, до появления общей теории относительности, Оливером Хевисайдом как отдельная теория, расширяющая закон Ньютона. [2] [ нужен лучший источник ]

Предыстория [ править ]

Эта приблизительная переформулировка гравитации , описанная общей теорией относительности в пределе слабого поля, приводит к тому, что видимое поле появляется в системе отсчета, отличной от системы свободно движущегося инерциального тела. Это кажущееся поле можно описать двумя компонентами, которые действуют соответственно как электрическое и магнитное поля электромагнетизма, и по аналогии они называются гравитоэлектрическим и гравитомагнитным полями , поскольку они возникают вокруг массы таким же образом, как движущийся электрический заряд является источник электрических и магнитных полей. Основным следствием гравитомагнитного поля или ускорения, зависящего от скорости, является то, что движущийся объект рядом с массивным неосесимметричным вращающимся объектом будет испытывать ускорение, не предсказанное чисто ньютоновским (гравитоэлектрическим) гравитационным полем. Более тонкие предсказания, такие как вынужденное вращение падающего объекта и прецессия вращающегося объекта, являются одними из последних основных предсказаний общей теории относительности, которые подлежат прямой проверке.

Косвенные подтверждения гравитомагнитных эффектов были получены на основе анализа релятивистских струй . Роджер Пенроуз предложил механизм, основанный на эффектах, связанных с перетаскиванием системы отсчета , для извлечения энергии и импульса из вращающихся черных дыр . [3] Рева Кей Уильямс из Университета Флориды разработала строгое доказательство, подтверждающее механизм Пенроуза . [4] Ее модель показала, как эффект Лензе-Тирринга может объяснить наблюдаемые высокие энергии и светимости квазаров и активных галактических ядер ; коллимированные струи вокруг своей полярной оси; и асимметричные джеты (относительно плоскости орбиты). [5] [6] Все эти наблюдаемые свойства можно объяснить с точки зрения гравитомагнитных эффектов. [7] Применение Уильямсом механизма Пенроуза можно применить к черным дырам любого размера. [8] Релятивистские джеты могут служить самым масштабным и ярким подтверждением гравитационного магнетизма.

группа в Стэнфордском университете В настоящее время [ когда? ] анализируя данные первого прямого испытания GEM, спутникового эксперимента Gravity Probe B , чтобы увидеть, согласуются ли они с гравитационным магнетизмом. [9] также Операция лунной лазерной локации обсерватории Апач-Пойнт планирует наблюдать эффекты гравитомагнетизма. [ нужна цитата ]

Уравнения [ править ]

Согласно общей теории относительности , гравитационное поле , создаваемое вращающимся объектом (или любой вращающейся массой-энергией), в частном предельном случае может быть описано уравнениями, имеющими ту же форму, что и в классическом электромагнетизме . Начиная с основного уравнения общей теории относительности, уравнения поля Эйнштейна , и предполагая слабое гравитационное поле или достаточно плоское пространство-время гравитационные аналоги уравнений Максвелла для электромагнетизма , можно вывести , называемые «уравнениями GEM». Уравнения GEM по сравнению с уравнениями Максвелла: [11] [12]

уравнения ГЭУ Уравнения Максвелла

где:


Потенциалы [ править ]

Закон индукции Фарадея (третья строка таблицы) и закон Гаусса для гравитомагнитного поля (вторая строка таблицы) могут быть решены путем определения гравитационного потенциала. и векторный потенциал в соответствии с:

и:

Вставка этих четырех потенциалов в закон Гаусса для гравитационного поля (первая строка таблицы) и контурный закон Ампера (четвертая строка таблицы) и применяя калибровку Лоренца, получаются следующие неоднородные волновые уравнения:

Для стационарной ситуации ( ) получено уравнение Пуассона классической теории гравитации. В вакууме ( ) волновое уравнение получено в нестационарных условиях. Таким образом, GEM предсказывает существование гравитационных волн . Таким образом, GEM можно рассматривать как обобщение теории гравитации Ньютона.

Волновое уравнение для гравитомагнитного потенциала можно также решить для вращающегося сферического тела (которое на самом деле является стационарным случаем), что приводит к гравитомагнитным моментам.

сила Лоренца [ править ]

Для пробной частицы с массой m «малой» в стационарной системе результирующая сила (Лоренца), действующая на нее из-за поля GEM, описывается следующим GEM-аналогом уравнения силы Лоренца :

уравнение ГЭМ уравнение ЭМ

где:

Вектор Пойнтинга [ править ]

Вектор GEM Пойнтинга по сравнению с электромагнитным вектором Пойнтинга определяется следующим образом: [13]

уравнение ГЭМ уравнение ЭМ

Масштабирование полей [ править ]

В литературе не принято единообразное масштабирование гравитоэлектрических и гравитомагнитных полей, что затрудняет сравнение. Например, чтобы получить согласие с работами Машхуна, все экземпляры B g в уравнениях GEM должны быть умножены на — 1 / 2c и E g на −1. Эти факторы по-разному модифицируют аналоги уравнений для силы Лоренца. Некоторые из этих вариантов масштабирования не позволяют всем уравнениям GEM и EM быть абсолютно аналогичными. Расхождения в коэффициентах более высокого порядка возникают также из-за того, что источником гравитационного поля является тензор энергии-импульса второго порядка , в отличие от источника электромагнитного поля, являющегося тензором четырех токов первого порядка . Эта разница становится яснее, если сравнить неинвариантность релятивистской массы с инвариантностью электрического заряда . Это можно объяснить характером гравитационного поля со спином 2, в отличие от электромагнетизма, являющегося полем со спином 1. [14] ( Релятивистские волновые уравнения Подробнее о полях «спин-1» и «спин-2» см. в разделе « »).

Эффекты высшего порядка [ править ]

Некоторые гравитомагнитные эффекты более высокого порядка могут воспроизводить эффекты, напоминающие взаимодействия более традиционных поляризованных зарядов. Например, если два колеса вращаются вокруг общей оси, взаимное гравитационное притяжение между двумя колесами будет больше, если они вращаются в противоположных направлениях, чем в одном направлении. [ нужна цитата ] . Это может быть выражено как притягивающая или отталкивающая гравитомагнитная составляющая.

Гравитомагнитные аргументы также предсказывают, что гибкая или жидкая тороидальная масса, испытывающая малой оси вращательное ускорение по (ускоряющее вращение « дымового кольца »), будет иметь тенденцию втягивать вещество через горло (случай вращательного перетаскивания рамки, действующего через горло). Теоретически эта конфигурация может использоваться для ускорения объектов (через горло) без воздействия на такие объекты каких-либо перегрузок . [15]

Рассмотрим тороидальную массу с двумя степенями вращения (вращение как по большой, так и по малой оси, вывернутое наизнанку и вращающееся). Это представляет собой «особый случай», когда гравитомагнитные эффекты генерируют киральное вокруг объекта гравитационное поле, напоминающее штопор. Обычно ожидается, что силы реакции на сопротивление на внутреннем и внешнем экваторе будут равными и противоположными по величине и направлению соответственно в более простом случае, включающем только вращение по малой оси. Когда оба вращения применяются одновременно, можно сказать, что эти два набора сил реакции возникают на разных глубинах в радиальном поле Кориолиса , которое простирается поперек вращающегося тора, что затрудняет установление полного подавления. [ нужна цитата ]

Моделировать это сложное поведение как проблему искривленного пространства-времени еще предстоит и считается очень сложной задачей. [ нужна цитата ]

Гравитомагнитные поля астрономических объектов [ править ]

Вращающееся сферическое тело с однородным распределением плотности создает стационарный гравитомагнитный потенциал, который описывается формулой:

Из-за угловой скорости тела Скорость внутри тела можно описать как . Поэтому

необходимо решить, чтобы получить гравитомагнитный потенциал . Аналитическое решение вне тела (см., например, [16] ):

где:

Формулу для гравитомагнитного поля B g теперь можно получить следующим образом:

Это ровно половина скорости прецессии Лензе – Тирринга . Это говорит о том, что гравитомагнитный аналог гиромагнитного отношения равен (любопытно!) двум. Этот коэффициент два можно объяснить полностью аналогично g-фактору электрона, приняв во внимание релятивистские расчеты. В экваториальной плоскости r и L перпендикулярны, поэтому их скалярное произведение обращается в нуль, и эта формула сводится к:


Гравитационные волны имеют равные гравитомагнитную и гравитоэлектрическую составляющие. [17]

Земля [ править ]

Следовательно, величина гравитомагнитного поля Земли на ее экваторе равна:

где это гравитация Земли . Направление поля совпадает с направлением углового момента, т.е. на север.

Из этого расчета следует, что экваториальное гравитомагнитное поле Земли составляет около 1,012 × 10 −14 Гц , [18] или 3,1 × 10 −7  г / с . Такое поле чрезвычайно слабое и требует чрезвычайно чувствительных измерений для его обнаружения. Одним из экспериментов по измерению такого поля была Gravity Probe B. миссия

Пульсар [ править ]

Если предыдущая формула используется с пульсаром PSR J1748-2446ad (который вращается 716 раз в секунду), предполагая радиус 16 км и две солнечные массы, то

равна примерно 166 Гц. Это было бы легко заметить. Однако на экваторе пульсар вращается со скоростью, составляющей четверть скорости света, а его радиус всего в три раза больше его шварцшильдовского радиуса . Когда в системе существуют такое быстрое движение и такие сильные гравитационные поля, упрощенный подход разделения гравитомагнитных и гравитоэлектрических сил может быть применен лишь как очень грубое приближение.

Отсутствие инвариантности [ править ]

В то время как уравнения Максвелла инвариантны относительно преобразований Лоренца , уравнения GEM — нет. тот факт, что ρ g и j g не образуют четырехвектор (вместо этого они являются просто частью тензора энергии-импульса ). В основе этого различия лежит [ нужна цитата ]

Хотя GEM может приблизительно выполняться в двух разных системах отсчета, связанных бустом Лоренца , нет возможности вычислить переменные GEM одной такой системы из переменных GEM другой, в отличие от ситуации с переменными электромагнетизма. Действительно, их предсказания (о том, что такое свободное падение), вероятно, будут противоречить друг другу.

Обратите внимание, что уравнения GEM инвариантны относительно перемещений и пространственных вращений, но не относительно повышений и более общих криволинейных преобразований. Уравнения Максвелла можно сформулировать таким образом, чтобы они были инвариантными относительно всех этих преобразований координат.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дэвид Дельфенич (2015). «Дометрический электромагнетизм как путь к объединению» . Единая полевая механика: естествознание за завесой пространства-времени, Государственный университет Моргана, США, 16–19 ноября 2014 г .: 215–220. arXiv : 1512.05183 . дои : 10.1142/9789814719063_0023 . ISBN  978-981-4719-05-6 . S2CID   118596433 .
  2. ^ О. Хевисайд (1893). Электромагнитная теория: гравитационная и электромагнитная аналогия . Том. 1. Электрик. стр. 455–464.
  3. ^ Р. Пенроуз (1969). «Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности». Новый журнал Cimento . Специальный выпуск 1: 252–276. Бибкод : 1969NCimR...1..252P .
  4. ^ Р. К. Уильямс (1995). «Извлечение рентгеновских лучей, Ύ-лучей и релятивистских e Это + пары из сверхмассивных черных дыр Керра с использованием механизма Пенроуза». Physical Review . 51 (10): 5387–5427. Bibcode : 1995PhRvD..51.5387W . doi : 10.1103/PhysRevD.51.5387 . PMID   10018300 .
  5. ^ Р. К. Уильямс (2004). «Коллимированный уходящий вихревой полярный e Это + струи, по своей природе порождаемые вращающимися черными дырами и процессами Пенроуза». The Astrophysical Journal . 611 (2): 952–963. arXiv : astro-ph/0404135 . Бибкод : 2004ApJ...611..952W . doi : 10.1086/422304 . S2CID   1350543 .
  6. ^ Данекар, А. (2020). «Гравитационные поля магнитного типа» . Международный журнал современной физики Д. 29 (14): 2043001. arXiv : 2006.13287 . Бибкод : 2020IJMPD..2943001D . дои : 10.1142/S0218271820430014 .
  7. ^ Р. К. Уильямс (2005). «Гравитомагнитное поле и процессы рассеяния Пенроуза». Анналы Нью-Йоркской академии наук . Том. 1045. стр. 232–245.
  8. ^ Р.К. Уильямс (2001). «Коллимированное извлечение энергии-импульса из вращающихся черных дыр в квазарах и микроквазарах с использованием механизма Пенроуза». Материалы конференции AIP . Том. 586. стр. 448–453. arXiv : astro-ph/0111161 . Бибкод : 2001AIPC..586..448W . дои : 10.1063/1.1419591 .
  9. ^ Гравитомагнетизм в квантовой механике, 2014 https://www.slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/14750/slac-pub-14775.pdf
  10. ^ Гравитация и инерция, И. Чуфолини и Дж. А. Уилер, серия Princeton Physics, 1995, ISBN   0-691-03323-4
  11. ^ Б. Машхун; Ф. Гронвальд; ХИМ Лихтенеггер (2001). «Гравитомагнетизм и эффект часов». Гироскопы, часы, интерферометры...: тестирование релятивистской гравитации в космосе . Конспект лекций по физике. Том. 562. стр. 83–108. arXiv : gr-qc/9912027 . Бибкод : 2001ЛНП...562...83М . CiteSeerX   10.1.1.340.8408 . дои : 10.1007/3-540-40988-2_5 . ISBN  978-3-540-41236-6 . S2CID   32411999 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  12. ^ С. Дж. Кларк; Р.В. Такер (2000). «Калибровочная симметрия и гравитоэлектромагнетизм». Классическая и квантовая гравитация . 17 (19): 4125–4157. arXiv : gr-qc/0003115 . Бибкод : 2000CQGra..17.4125C . дои : 10.1088/0264-9381/17/19/311 . S2CID   15724290 .
  13. ^ Б. Машхун (2008). «Гравитоэлектромагнетизм: краткий обзор». arXiv : gr-qc/0311030 .
  14. ^ Б. Машхун (2000). «Гравитоэлектромагнетизм». Системы отсчета и гравитомагнетизм – Материалы XXIII испанского совещания по теории относительности . стр. 121–132. arXiv : gr-qc/0011014 . Бибкод : 2001rfg..conf..121M . CiteSeerX   10.1.1.339.476 . дои : 10.1142/9789812810021_0009 . ISBN  978-981-02-4631-0 . S2CID   263798773 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  15. ^ РЛ Форвард (1963). «Руководство по антигравитации». Американский журнал физики . 31 (3): 166–170. Бибкод : 1963AmJPh..31..166F . дои : 10.1119/1.1969340 .
  16. ^ А. Мальчерек (2023). Электромагнетизм и гравитация (2-е изд.). Спрингер Вьюег. ISBN  978-3-658-42701-6 .
  17. ^ Пфистер, Герберт, 1936-; Кинг, Маркус (24 февраля 2015 г.). Инерция и гравитация: фундаментальная природа и структура пространства-времени . Чам: Спрингер. п. 147. ИСБН  978-3-319-15036-9 . OCLC   904397831 .
  18. ^ «2*pi*радиус Земли*гравитация Земли/(5*c^2*день) – Поиск в Google» . гугл.com .

Дальнейшее чтение [ править ]

Книги [ править ]

Документы [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец оригинального документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: C354B6B7807A3E539233DA9161052E22__1717382940
URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitomagnetism
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Gravitoelectromagnetism - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть, любые претензии не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)