Скорость гравитации — скорость распространения гравитационных воздействий, возмущений и волн.

Скорость гравитации в физических теориях

В теории гравитации Ньютона скорость гравитации не входит ни в одну формулу, считаясь бесконечно большой.

В Общей теории относительности (ОТО) в пустом пространстве предельная скорость гравитации равна скорости света^[1][2][3]. В ОТО потенциалами гравитационного поля выступают компоненты метрического тензора, так что гравитационное поле отождествляется в сущности с метрическим полем.

В квантовых теориях гравитации под скоростью гравитации подразумевают скорость гравитонов как наименьших частиц (квантов) поля.

Во многих альтернативных теориях гравитации скорость её распространения может существенно отличаться от скорости света, так что непосредственное измерение скорости гравитации представляет собой тест на работоспособность этих теорий.

Эксперименты по определению скорости гравитации

Скорость гравитации можно определить по скорости передачи влияния гравитационного поля на результаты каких-либо измерений. Этот путь может быть использован в высокоточных экспериментах по измерению времени задержки прохождения света и радиосигналов в гравитационном поле какого-либо движущегося массивного тела.

Так, в 2007 году Копейкиным и Фомалоном был проведён эксперимент на основе радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой, в котором излучение от далёкого квазара QSO J0842+1835, проходящее вблизи массивного тела — Юпитера, регистрировалось цепью радиотелескопов на Земле^[4].

Вследствие периодического движения Юпитера по орбите вокруг Солнца со средней скоростью 13,1 км/с, в точках отсчёта Солнечной системы происходит периодическое изменение гравитационного поля. Изменение метрики (как за счёт изменения местоположения планеты, так и за счёт скорости её движения) происходит с опозданием, связанным с ограниченной скоростью гравитации. Учёт данного запаздывания при анализе эксперимента даёт скорость гравитации, близкую по величине к скорости света, с точностью порядка 20 %. Полученный результат требует независимого подтверждения, так как не все физики-релятивисты согласны с интерпретацией эксперимента^[5].

Другой способ измерения скорости гравитации вытекает из измерений скорости прецессии гироскопа в гравитационном поле. В ОТО скорость прецессии гироскопа имеет вид^[6]

Определение прецессии гироскопа вблизи полюса Земли в 2004—2005 гг. было одной из задач спутника Gravity Probe B. В связи с низкой точностью результатов, полученных на Gravity Probe B, планируются новые подобные эксперименты.

Третий ожидаемый способ измерения скорости гравитации связан с фиксацией гравитационных волн от далёких звёздных источников одновременно со световым сигналом. Это позволит сравнить скорость гравитации со скоростью света.

Ссылки

1. ↑ А. Н. Темчин. Разд. 7.1. Волны и характеристические поверхности, скорости распространения волн метрики // Уравнения Эйнштейна на многообразии. — М.: Едиториал УРСС, 1999. — С. 98—102. — 160 с. — ISBN 5-88417-173-0
2. ↑ Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10 т. Т. II. Теория поля. — 8-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — 536 с. — ISBN 5-9221-0056-4 (Т. II). — § 109. Сильная гравитационная волна.
3. ↑ Yvonne Choquet-Bruhat. General Relativity and the Einstein Equations. — Oxford University Press, 2009. — P. 170. — 812 p. — (Oxford Mathematical Monographs). — ISBN 978-0199230723
4. ↑ Fomalont E. B., Kopeikin S. M. The Measurement of the Light Deflection from Jupiter: Experimental Results (2003), Astrophys. J., 598, 704. (astro-ph/0302294)
5. Обзор на сайте университета Сэйнт Луис (англ.)
6. Constraining Torsion with Gravity Probe B. arXiv:gr-qc/0608121v45, Phys. Rev. D. 76, 104029, 2007.