Какая скорость у гравитации?

Нам известны четыре измерения. Рядом с тремя пространственными измерениями всегда есть и временное. Это означает, что у любого физического процесса обязательно есть некоторая скорость. Логично полагать, что и гравитация обладает некоторой скоростью. Но тут мы имеем очень интересную проблему. Давайте обсудим этот вопрос.

Представьте себе простую ситуацию. Вы взяли яблоко и поместили его в гравитационное поле. Через сколько, по вашему мнению, гравитация подействует на яблоко?

По одной из версий яблоко мгновенно почувствует на себе влияние гравитации, и это означает, что гравитация действует мгновенно. По другой — у гравитации будет некая измеряемая скорость.

Для того, чтобы правильно ответить на этот вопрос, следует разобраться в природе самого рассматриваемого явления.

Откуда берётся гравитация?

Можно выделить три основных подхода к описанию появления того, что мы называем гравитацией.

Первая теория и теория, которая следует, скажем так, из квантового осознания природы гравитации, построена на некоторых гипотетических частицах гравитонах.

Гравитоны это частицы, которые передают гравитационное взаимодействие от одного тела к другому телу. Именно благодаря гравитонам существует гравитационное поле и они являются квантом этого поля. Это довольно спорная теория, которая построена на физике полей и упирается в квантование всего и вся.

Следующая теория — это «теория Ньютона». Она очень простая и построена только на том, что гравитация просто есть и что это механическое явление. Мы изучаем это явление только как прикладное.

Третья теория гравитации считается сегодня наиболее доверительной и наука принимает её как объективную. Это понимание, которое следует из теории относительности и того, что предложил Эйнштейн. Согласно этому подходу гравитация существует потому, что есть некоторые искажения в пространстве.

Искажения представляют собой, нечто похожее на вмятины в ткани пространства-времени. Они появляются рядом с массивными объектами. Здесь важный момент, что объект на самом деле не скатывается в эту воронку, а сосуществует вместе с ней. Формирование пространства рядом с массивным объектом уже происходит в таком виде, а то, что мы ощущаем как гравитацию есть специфика этого формирования. Взаимное наложение искажений образует гравитационное притяжение между телами.

Теперь, зная основные предположения о том, как работает гравитация, мы с вами можем поговорить и про её скорость.

Скорость гравитации при разных подходах

Исходя из квантового подхода, гравитоны должны успеть подействовать на яблоко. На это требуется некоторое время. Время воздействия и будет определять скорость гравитации. Но теория это сегодня считается спорной, а потому мы не можем считать это научным ответом на вопрос.

По Ньютоновской теории гравитация будет действовать мгновенно и, собственно говоря, нам и не столь важно, насколько быстро она будет работать. Но это устаревший взгляд на проблему.

Самое интересное с теорией Эйнштейна, которая и является объективной согласно современным взглядам. Многие полагают, что если гравитация — это искажение пространства, то она работает мгновенно. Примерно как любое другое физическое свойство, присущее материальному объекту. Ведь тут нет ни силы, ни передачи взаимодействия.

Если бы гравитация была силой, то согласно той же теории Эйнштейна, она не могла бы передаваться быстрее скорости света. Или же получилась бы такая же чехарда, как с квантовой запутанностью. Но гравитация не сила и не взаимодействие.

Вот только всё равно она не работает мгновенно. Да, это следствие искажения пространства, но оно имеет некоторую физическую специфику. Сравнивать со свойством объекта это явление неправильно. Пришло время вспомнить про гравитационные волны.

Гравитационные волны определяют скорость гравитации

Теория Эйнштейна о гравитации содержала ещё кое-что. Отмечалось, что гравитационное взаимодействие передаётся через пространство волнами. Если гравитация «перемещается», она «перемещается» как волна, распространяющаяся в пространстве подобным образом. Это можно сравнить с обычной волной.

Бросили камушек в воду, пошли волны, которые затухают при удалении от источника. Бросили массивный объект куда-то во Вселенную, пошли гравитационные волны, которые работают аналогично.

Некоторое время идея распространялась на правах гипотезы. Но что существование гравитационных волн в итоге получило научное подтверждение. В 2015 году было выполнено прямое их детектирование. Была измерена и скорость этих волн.

Оказалось, что скорость гравитационной волны соответствует скорости света. Более того отмечается, что скорость гравитационной волны зависит от среды распространения, и при путешествии через плотную материю волна теряет скорость.

Скорость гравитационной волны соответствует скорости самой гравитации. При этом скорость не может превышать скорость света.

Поэтому, физически правильный ответ на поставленный вопрос подразумевает, что скорость гравитации будет близка к скорости света и для стандартных условий на нашей планете всегда будет меньше этой скорости.