Межзвёздный газ и гравитационные волны

[мат-ламер]

Вопрос, предлагаемый к обсуждению, возник у меня в ходе обсуждения темы http://dxdy.ru/topic92599.html. Состоит он в следущем. Допустим есть межзвёздный газ с плотностью и температурой гораздо больше чем сейчас (допустим, с плотностью и температурой, которые были у него через миллиард лет после рождения Вселенной). Будут ли атомы этого газа при их случайном движении относительно друг друга испускать гравитационные волны (испытывать гравитационное трение) и тем самым терять энергию в заметном количестве? Вопрос имеет прямое отношение к вопросу эволюции и формообразовании галактик (об этом далее). Открыв учебники (МТУ, т.3), убедился, что мощность гравитационного излучения сильно зависит от массы тела. Поскольку массы атомов газа очень малы, то и мощность излучения будет очень мало. Гравитационное поле будет достаточно равномерным и его изменение тоже будет достаточно малым. А теперь посмотрим на это с квантовой точки зрения. Рассмотрим два тела (допустим нейтронные звёзды), движущиеся с большим эксцентриситетом на небольшом расстоянии друг относительно друга. Известно, что они будут изучать гравит. волны. Мысленно разобъём звёзды на очень маленькие кусочки. Несмотря на уменьшение массы количество излученной энергии не изменится. А теперь заставим каждый из этих кусочков двигаться хаотически по своей траектории. Что принципиально изменится? С квантовой точки зрения гравит. взаимодействие образуется путём взаимодействия каждого кусочка одного тела с каждым кусочком другого тела. Они обмениваются виртуальными гравитонами. А при определённых условиях испускают реальные гравитоны и теряют энергию. И какое дело двум маленьким кусочкам, как будут расположены и как будут двигаться другая пара кусочков? Зависит ли от этого вероятность испускания гравитона первой парой кусочков? В какой-то степени думаю что зависит, потому как испускаемые гравитоны в двух парах взаимодействующих кусочков могут иметь и противоположные фазы и как-бы нейтрализовать друг друга. Но с другой стороны, если кусочки будут двигаться хаотически, то и фазы испускаемых гравитонов будут случайны и полной коменсации не будет. Т.е. разделяя тело на очень маленькие кусочки, большой потери в испускаемой мощности мы не получим. Доведя размеры кусочков до размеров атома, мы получим, что межзвёздный газ всё-таки будет терять энергию на излучение. Если это так, то можно будет надеяться получить объяснение, почему галактики имеют такую форму, какую они имеют. (Допустим, очень много галактик имеют форму диска плюс шар (балдж) в центре.)

[ura_sim]

мат-ламер в сообщении #964109 писал(а):

. Поскольку массы атомов газа очень малы

Газ лишь состояние вещества. Масса атома довольно стабильна и пропорциональна порядковому номеру элемента. Характеристика " очень малы " не подходит. Или Вы хотели сказать, что масса газообразного вещества меньше жидкого(твёрдого) в равных объёмах?

[aa_dav]

мат-ламер в сообщении #964109 писал(а):

и как-бы нейтрализовать друг друга

Именно так.

мат-ламер в сообщении #964109 писал(а):

Но с другой стороны, если кусочки будут двигаться хаотически, то и фазы испускаемых гравитонов будут случайны и полной коменсации не будет.

Не будет, будет близкая к нулю просто.

Вообще потери на гравитационное излучение в системе солнце-юпитер насколько я помню порядка Ватт. Даже не десятков, а единиц. Меньше, чем лампочка.
Важны не сами массы, а совокупная нелинейность их взаимодействия.

[Pphantom]

мат-ламер в сообщении #964109 писал(а):

убедился, что мощность гравитационного излучения сильно зависит от массы тела.

Ну что ж, осталось сделать следующий шаг: убедиться, что мощность гравитационного излучения сильно зависит также и от расстояния между взаимодействующими телами.

Именно это, собственно, и изменится. Плотность межзвездного газа, даже в тех областях, где она сравнительно велика, отличается от плотности нейтронных звезд более чем на 30 порядков, и это стоило бы учесть.

[Munin]

мат-ламер в сообщении #964109 писал(а):

Что принципиально изменится?

Мощность излучения сильно упадёт.

мат-ламер в сообщении #964109 писал(а):

С квантовой точки зрения гравит. взаимодействие образуется путём взаимодействия каждого кусочка одного тела с каждым кусочком другого тела. Они обмениваются виртуальными гравитонами. А при определённых условиях испускают реальные гравитоны и теряют энергию.

Вот в том-то и дело, что вы произносите бездумно "при определённых условиях", а какие это именно условия - даже знать не знаете.

мат-ламер в сообщении #964109 писал(а):

В какой-то степени думаю что зависит, потому как испускаемые гравитоны в двух парах взаимодействующих кусочков могут иметь и противоположные фазы и как-бы нейтрализовать друг друга. Но с другой стороны, если кусочки будут двигаться хаотически, то и фазы испускаемых гравитонов будут случайны и полной коменсации не будет.

Правильно. Компенсация будет не полная, а почти полная.

мат-ламер в сообщении #964109 писал(а):

Т.е. разделяя тело на очень маленькие кусочки, большой потери в испускаемой мощности мы не получим.

Сначала научитесь считать, а потом произносите такие оценки. На самом деле, ровно наоборот, мощность упадёт на много порядков.

[мат-ламер]

aa_dav в сообщении #964125 писал(а):

мат-ламер в сообщении #964109

писал(а):
Но с другой стороны, если кусочки будут двигаться хаотически, то и фазы испускаемых гравитонов будут случайны и полной коменсации не будет.

Не будет, будет близкая к нулю просто.

И тут я насчёт компенсации засомневался. Рассмотрим аналогию из мира электромагнетизма. Допустим двигаются два заряженных тела. (Протон и электрон, например). Они обмениваются виртуальными фотонами. При каких-то условиях (допустим они ускоряются) происходит излучение реального фотона. Реальный фотон уносит какую-то очень определённую энергию. В другом месте парочка электрон и позитрон испускает другой реальный фотон. Ну и пусть они будут не в фазе. Энергия уже унесена. А то, что фотоны не в фазе, скажется уже на регистрации фотонов в конкретной точке. И, ИМХО, точно также с гравитонами. При каких-то условиях происходит излучение реального гравитона. Всё. Энергия уже унесена. И что там дальше происходит с гравитонами, касается исключительно их регистрации. Но это всё предположительно. В реальности может и не так.

-- Вс янв 18, 2015 19:53:17 --

Pphantom в сообщении #964164 писал(а):

Ну что ж, осталось сделать следующий шаг: убедиться, что мощность гравитационного излучения сильно зависит также и от расстояния между взаимодействующими телами.

И тут как раз взаимодействующие атомы в газе подходят очень близко друг другу. А в нейтронных звёздах близко расположены атомы одной звезды. А имеет значение расстояние между атомами одной звезды и атомами другой звезды. А вот оно гораздо больше.

-- Вс янв 18, 2015 19:54:44 --

aa_dav в сообщении #964125 писал(а):

Вообще потери на гравитационное излучение в системе солнце-юпитер насколько я помню порядка Ватт.

Это понятно. Планета движется по круговой траектории и достаточно удалена от Солнца. Это не аргумент.

-- Вс янв 18, 2015 19:56:20 --

aa_dav в сообщении #964125 писал(а):

Важны не сами массы, а совокупная нелинейность их взаимодействия.

Атомы в газе постоянно сталкиваются и испытывают гигантские ускорения.

[Munin]

Быть пустым треплом гораздо легче, чем хоть что-то считать, перед тем как говорить, а при недостатке знаний - читать учебники.

-- 18.01.2015 18:57:29 --

мат-ламер в сообщении #964328 писал(а):

Но это всё предположительно. В реальности может и не так.

В реальности точно не так, потому что вы в своих рассуждениях грубо нарушили несколько законов физики.

[Someone]

Для справки. С. Вайнберг в главе 10 книги "Гравитация и космология" оценивает мощность теплового гравитационного излучения ядра Солнца величиной $10^8$ ватт (конец § 4), а мощность гравитационного излучения, вызванного движением Юпитера — величиной $5{,}3\cdot 10^3$ ватт.

[Munin]

Забавно, то есть тепловые движения Солнца "светят" всё-таки на 5 порядков мощнее макроскопического движения Юпитера. Хотя масса Юпитера меньше массы Солнца всего на 3 порядка. Видимо, Солнце очень уж горячее внутри.

[Pphantom]

мат-ламер в сообщении #964328 писал(а):

И тут как раз взаимодействующие атомы в газе подходят очень близко друг другу.

Уверены?

мат-ламер в сообщении #964328 писал(а):

А в нейтронных звёздах близко расположены атомы одной звезды.

Там обычно как-то тяжело с атомами, но дело даже не в этом. Попробуйте хотя бы формально посчитать, насколько часто молекулы в межзвездной среде (возьмем для определенности очень плотную область с $n \sim 10^5\text{~см}^{-3}$ и $T \sim 10\text{~К}$) сближаются на расстояния порядка размеров атомного ядра ($\sim 10^{-14}\text{~см}$), характерные для нейтронных звезд. Что с этими молекулами при этом случится, обсуждать пока не будем, это уже малосущественно.

мат-ламер в сообщении #964328 писал(а):

А имеет значение расстояние между атомами одной звезды и атомами другой звезды. А вот оно гораздо больше.

Меньше. В рамках такой странной аналогии Вам надо взять межзвездное облако с массой порядка нескольких солнечных, условно распилить его пополам и посчитать характерное расстояние между центрами половинок. Несложно догадаться, что оно будет сравнимо по порядку величины с размерами облака, т.е. где-то порядка парсека.

-- 18.01.2015, 19:35 --

Munin в сообщении #964373 писал(а):

Забавно, то есть тепловые движения Солнца "светят" всё-таки на 5 порядков мощнее макроскопического движения Юпитера. Хотя масса Юпитера меньше массы Солнца всего на 3 порядка. Видимо, Солнце очень уж горячее внутри.

Тепловая гравитационная светимость пропорциональна потенциальной энергии самогравитирующего объекта (или внутренней - из-за теоремы вириала неважно), т.е. $\mathfrak{M}^2/R$. При примерно одинаковой средней плотности это пропорциональность $R^5$ или $\mathfrak{M}^{5/3}$.

[мат-ламер]

Someone в сообщении #964352 писал(а):

Для справки. С. Вайнберг в главе 10 книги "Гравитация и космология" оценивает мощность теплового гравитационного излучения ядра Солнца величиной $10^8$ ватт (конец § 4),

Спасибо за конкретную цифру. Теперь рассмотрим протогалактику. Масса её допустим в триллион раз будет больше массы Солнца (с учётом моей версии происхождения тёмной материи, изложенной в соседней ветке). Но в Солнце и плотность и температура гораздо выше, чем в газе протогалактики. Так что от гипотетических $10^{20}$ ватт останется гораздо меньше. Но плотность газа и его температура в протоголактике была очень на много порядков выше, чем в существующей нашей Галактике. Но вот до Солнца не дотягивает, конечно.

[Someone]

Видите ли, разница между Вами и С. Вайнбергом состоит в том, что С. Вайнберг гравитационное излучение Солнца рассчитывал, а Вы просто размахиваете руками.

[Munin]

мат-ламер
Я присоединяюсь к этому требованию:

Pphantom в сообщении #964375 писал(а):

Попробуйте хотя бы формально посчитать

(Оффтоп)

Pphantom в сообщении #964375 писал(а):

При примерно одинаковой средней плотности

Ну, для звёзд она далеко не одинаковая...

[мат-ламер]

Someone в сообщении #964384 писал(а):

Видите ли, разница между Вами и С. Вайнбергом состоит в том, что С. Вайнберг гравитационное излучение Солнца рассчитывал, а Вы просто размахиваете руками.

А я в силу в своей безграмотности и не мог ничего рассчитать. А теперь, после того, как вы мне дали конкретную ссылку на Вайнберга, и смогу всё подсчитать, как всё это будет для галактики. Ещё раз спасибо за ссылку.

[Pphantom]

мат-ламер в сообщении #964382 писал(а):

Но плотность газа и его температура в протоголактике была очень на много порядков выше, чем в существующей нашей Галактике. Но вот до Солнца не дотягивает, конечно.

Если это было через миллиард лет после БВ, то разница в порядках с современными значениями не так уж и велика (хотя, конечно, есть). Во всяком случае, современная межзвездная среда - куда лучшее приближение к тому, что Вас интересует, чем Солнце.

Munin в сообщении #964390 писал(а):

Ну, для звёзд она далеко не одинаковая...

Конечно, но нас-то интересуют конкретные Солнце и Юпитер, а у них близкие средние плотности.