Painovoiman ymmärtäminen Newtonin jälkeisen teorian avulla

Post-Newtonilainen (PN) on teoreettinen viitekehys, jota käytetään kuvaamaan painovoiman käyttäytymistä tilanteissa, joissa yleisen suhteellisuusteorian vaikutukset ovat merkittäviä, mutta teoria itsessään ei riitä ennustamaan tuloksia tarkasti. PN-formalismi perustuu ajatukseen, että gravitaatiovoima voidaan approksimoida sarjana Newtonin potentiaalin korjauksia, eikä perustavanlaatuisena voimana, joka vaikuttaa hetkessä tilan ja ajan poikki.

PN-kehyksessä gravitaatiopotentiaalia laajennetaan kohteiden nopeuden potenssit, jolloin jokainen termi edustaa erilaista korjausjärjestystä Newtonin potentiaaliin. Johtavan kertaluvun termi on yksinkertaisesti Newtonin potentiaali, kun taas korkeamman asteen termit sisältävät sellaisia vaikutuksia kuin painovoiman äärellinen nopeus, gravitomagneettinen vaikutus ja mustan aukon säteilyn vaikutukset.

PN-formalismia on käytetty monenlaisten ilmiöitä binaaristen mustien aukkojen fuusioiden lähettämistä gravitaatioaalloista eksoottisten esineiden, kuten mustien aukkojen ja neutronitähtien, käyttäytymiseen. Sitä on myös käytetty yleisen suhteellisuusteorian ennusteiden testaamiseen havaintojen perusteella ja todisteiden etsimiseen uudesta fysiikasta hiukkasfysiikan vakiomallin lisäksi.

Yksi PN-formalismin tärkeimmistä eduista on, että sen avulla fyysikot voivat suorittaa laskelmia, jotka ovat paljon yksinkertaisempia ja intuitiivisempia kuin täyden yleisen suhteellisuusteorian vaatimat. Tämä mahdollistaa monimutkaisten gravitaatioilmiöiden tutkimisen tavalla, joka on sekä matemaattisesti seurattavissa että fyysisesti mielekkäällä tavalla. PN-approksimaatio ei kuitenkaan ole rajoitukseton, sillä se koskee vain tilanteita, joissa gravitaatiovoima on heikko verrattuna muihin fysikaalisiin voimiin, kuten sähkömagnetismiin tai ydinvoimaan.

Kaiken kaikkiaan post-newtonilainen formalismi edustaa tehokasta työkalua painovoiman käyttäytyminen monissa astrofysikaalisissa ja laboratorioympäristöissä. Sen kyky yksinkertaistaa monimutkaisia laskelmia ja silti ottaa huomioon yleisen suhteellisuusteorian olennaiset piirteet on tehnyt siitä välttämättömän osan nykyaikaista gravitaatiofysiikan tutkimusta.