Nejčastější otázky

Deformují gravitační vlny současně prostor i čas? Rozumím deformaci prostoru a snaze změřit rozdíl v délce, ale jak si můžete být jisti, že deformace času neovlivní laserový paprsek v LIGO?
Ptá se Dave z USA

Dá se říci, že gravitační vlny narušují jak čas, tak prostor. Mnohem přesnější je ale říci, že narušují časoprostor, a to jestli toto narušení vidíme jako čistý čas, čistý prostor nebo kombinaci záleží na našem pohybu (v jaké vztažné soustavě se nalézáme).

Obvykle tato verze otázky zní: „Včera jste říkal, že LIGO má 4km dlouhá ramena, a že gravitační vlny mění délku těchto ramen díky narušení prostoru. Dnes říkáte, že gravitační vlny se projevují jako malé změny ve frekvenci laserového světla díky narušení času. Ale pokud je rychlost světla konstantní a frekvence se mění, tak se také musí měnit vlnová délka. Pokud se vlnová délka i délka ramen mění stejným způsobem, jak je možné, že tam je nějaký rozdíl, když se vlastně navzájem nemění?“

Včera jsem dal odpověď, která byla správná v jedné vztažné soustavě a dnes jsem dal odpověď, která je správně v jiné vztažné soustavě. Lze najít takovou vztažnou soustavu, kde se délka ramen mění a vlnová délka ne. Lze vybrat i jinou vztažnou soustavu, ve které zůstává vzdálenost ramen stejná, a mění se vlnová délka a frekvence. Ve vztažné soustavě mezi nimi se bude vlnová délka a délka ramen měnit polovičně a ještě mnohé další. Nelze však vybrat takovou, ve které by se obě tyto veličiny měnily v souladu. Co je ve skutečnosti měřeno, je počet vlnových délek, který se vejde do délky ramene nebo kolik period vlně zabere projít ramenem, a tato číslo jsou ve všech soustavách stejná.

Za touto odpovědí stojí princip relativity: Základní pozorovatelné fyzikální veličiny jsou stejné ve všech vztažných soustavách, přestože se pohybují. Lze tedy vybrat takovou vztažnou soustavu, ve které lze tuto veličinu snadno spočítat nebo jinou soustavu ve které je to snadnější vysvětlit o co se jedná. Nebo dostat výsledek v jedné soustavě a použít ho v jiné. Toto přecházení mezi soustavami pro usnadnění výpočtů je mezi fyziky velmi rozšířené, a lze si na to snadno zvyknout, takže nám už ani nepřijde, že to může být matoucí.