home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / astronomy / faq / part4 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  2003-05-08  |  48.9 KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!newsfeed.stanford.edu!cyclone.bc.net!tdsnet-transit!newspeer.tds.net!sn-xit-02!sn-xit-03!sn-xit-01!sn-post-02!sn-post-01!supernews.com!corp.supernews.com!not-for-mail
  2. From: jlazio@patriot.net
  3. Newsgroups: sci.astro,sci.answers,news.answers
  4. Subject: [sci.astro] Astrophysics (Astronomy Frequently Asked Questions) (4/9)
  5. Approved: news-answers-request@MIT.EDU
  6. Followup-To: poster
  7. Date: 07 May 2003 19:36:58 -0400
  8. Organization: Posted via Supernews, http://www.supernews.com
  9. Message-ID: <llk7d2uy5h.fsf@adams.patriot.net>
  10. Sender: jlazio@adams.patriot.net
  11. Summary: This posting addresses frequently asked questions about
  12.     astrophysics.
  13. User-Agent: Gnus/5.0808 (Gnus v5.8.8) Emacs/20.7
  14. MIME-Version: 1.0
  15. Content-Type: text/plain; charset=us-ascii
  16. X-Complaints-To: abuse@supernews.com
  17. Lines: 983
  18. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.astro:414141 sci.answers:15216 news.answers:251069
  19.  
  20. Last-modified: $Date: 2002/05/04 00:00:01 $
  21. Version: $Revision: 4.2 $
  22. URL: http://sciastro.astronomy.net/
  23. Posting-frequency: semi-monthly (Wednesday)
  24. Archive-name: astronomy/faq/part4
  25.  
  26. ------------------------------
  27.  
  28. Subject: Introduction
  29.  
  30.  sci.astro is a newsgroup devoted to the discussion of the science of
  31. astronomy.  As such its content ranges from the Earth to the farthest
  32. reaches of the Universe.
  33.  
  34.  However, certain questions tend to appear fairly regularly.  This
  35. document attempts to summarize answers to these questions.
  36.  
  37.  This document is posted on the first and third Wednesdays of each
  38. month to the newsgroup sci.astro.  It is available via anonymous ftp
  39. from <URL:ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/news.answers/astronomy/faq/>,
  40. and it is on the World Wide Web at
  41. <URL:http://sciastro.astronomy.net/sci.astro.html> and
  42. <URL:http://www.faqs.org/faqs/astronomy/faq/>.  A partial list of
  43. worldwide mirrors (both ftp and Web) is maintained at
  44. <URL:http://sciastro.astronomy.net/mirrors.html>.  (As a general note,
  45. many other FAQs are also available from
  46. <URL:ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/news.answers/>.)
  47.  
  48. Questions/comments/flames should be directed to the FAQ maintainer,
  49. Joseph Lazio (jlazio@patriot.net).
  50.  
  51. ------------------------------
  52.  
  53. Subject: D.00 Astrophysics
  54.  
  55.  [Dates in brackets are last edit.]
  56.  
  57.     D.01 Do neutrinos have rest mass?  What if they do? [2002-05-04]
  58.     D.02 Have physical constants changed with time? [1997-02-04]
  59.     D.03 What is gravity? [1998-11-04]
  60.     D.04 Does gravity travel at the speed of light? [1998-05-06]
  61.     D.05 What are gravitational waves? [1997-06-10]
  62.     D.06 Can gravitational waves be detected? [2000-08-31]
  63.     D.07 Do gravitational waves travel at the speed of 
  64.          light? [1996-07-03]
  65.     D.08 Why can't light escape from a black hole? [1995-10-05]
  66.     D.09 How can gravity escape from a black hole? [1996-01-24]
  67.     D.10 What are tachyons?  Are they real? [1995-10-02]
  68.     D.11 What are magnetic monopoles?  Are they real? [1996-07-03]
  69.     D.12 What is the temperature in space? [1998-04-14]
  70.     D.13 Saturn's rings, proto-planetary disks, accretion disks---Why
  71.     are disks so common? [1999-07-18]
  72.  
  73. [Interesting note: The Astrophysical Journal was founded in 1895 by
  74. George Hale and James Keeler.  Professor Edward Wright points out that
  75. these men would not have understood most of these questions---let
  76. alone have known any of the answers.]
  77.  
  78.  
  79. ------------------------------
  80.  
  81. Subject: D.01 Do neutrinos have rest mass?  What if they do?
  82. Author: Joseph Lazio <jlazio@patriot.net>
  83.  
  84. First, it is worth remembering what a neutrino is.  During early
  85. studies of radioactivity it was discovered that a neutron could decay.
  86. The decay products appeared to be just a proton and electron.
  87. However, if these are the only decay products, an ugly problem rears
  88. its head.  If one considers a neutron at rest, it has a certain amount
  89. of energy.  (Its mass is equivalent to a rest energy because of E =
  90. mc^2.)  If one then sums the energies of the decay products---the
  91. masses of the electron and proton and their kinetic energy---it never
  92. equals that of the rest energy of a neutron.  Thus, one has two
  93. choices, either energy is not conserved or there is a third decay
  94. product.
  95.  
  96. Wolfgang Pauli was uncomfortable with abandoning the principle of
  97. energy conservation so he proposed, in 1930, that there was a third
  98. particle (which Enrico Fermi called the "little neutral one" or
  99. neutrino) produced in the decay of a neutron.  It has to be neutral,
  100. i.e., carry no charge or have charge 0, because a neutron is neutral
  101. whereas an electron has charge -1 and a proton has a charge +1.  In
  102. 1956 Pauli and Fermi were vindicated when a neutrino was detected
  103. directly by Reines & Cowan.  (For his experimental work, Reines
  104. received the 1995 Nobel Prize in Physics.)
  105.  
  106. The long gap between the Pauli's proposal and the neutrino's discovery
  107. is due to the way that a neutrino interacts.  Unlike the electron and
  108. protron that can interact via the electromagnetic force, the neutrino
  109. interacts only via the weak force.  (The electron can also interact
  110. via the weak force.)  As its name suggests, weak force interactions
  111. are weak.  A neutrino can pass through our planet without a problem.
  112. Indeed, as you read this, billions of neutrinos are passing through
  113. your body.  As one might imagine, building an experimental appartus to
  114. detect neutrinos is challenging.
  115.  
  116. Since 1956, additional kinds of neutrinos have been discovered.  The
  117. electron has more massive counterparts, the muon and tau lepton.  Each
  118. of these has an associated neutrino.  Thus there is an electron
  119. neutrino, mu neutrino, and tau neutrino.  (In addition, each has an
  120. anti-particle as well, so there is an electron anti-neutrino, mu
  121. anti-neutrino, and tau anti-neutrino.  Furthermore, it was realized
  122. that in order to get the equations to balance, the decay of a neutron
  123. actually produces an electron, a protron, and electron anti-neutrino.)
  124. Early work assumed that the neutrino had no mass and experiments
  125. revealed quickly that, if the electron neutrino and anti-neutrino have
  126. any mass, it must be quite small.
  127.  
  128. In the 1960s Raymond Davis, Jr., realized that the Sun should be a
  129. copious source of neutrinos, *if* it shines by nuclear fusion.
  130. Various fusion reactions that are thought to be important in producing
  131. energy in the core of the Sun produce neutrinos as a by-product.  In a
  132. now-famous experiment at the Homestake Mine, he set out to detect some
  133. of these solar neutrinos.  John Bahcall has collaborated with Davis to
  134. write a history of this experiment at
  135. <URL:http://www.sns.ias.edu/~jnb/>.  Although quite difficult, in a
  136. few years, it became evident that there was a discrepancy.  The number
  137. of neutrinos detected at Homestake was far lower than what models of
  138. the Sun predicted.  Moreover, as new experiments came online in the
  139. late 1980s and early 1990s, the problem became even more severe.  Not
  140. only was the number of neutrinos lower than expected, their energies
  141. were not what was predicted.
  142.  
  143. There are three ways to resolve this problem.  (1) Our models of the
  144. Sun are wrong.  In particular, if the temperature of the Sun's core is
  145. just slightly lower than predicted that reduces the fusion reaction
  146. rates and therefore the number of neutrinos that should be detected at
  147. the Earth.  (2) Our understanding of neutrinos is incomplete and,
  148. namely, the neutrino has mass.  (3) Both.
  149.  
  150. Astronomers were uncomfortable with explanation (1).  The fusion
  151. reaction rate in the Sun's core is *quite* sensitive to its
  152. temperature.  Adopting explanation (1) seemed to require some
  153. elaborate "fine-tuning" of the model.  (Observations of the Sun in the
  154. 1990s have supported this initial reluctance of astronomers.  Using
  155. helioseismology, <URL:http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap990615.html>,
  156. astronomers have a second way of probing beneath the Sun's surface, and
  157. it does appear that the temperature of the Sun's core is just about
  158. what our best models predict.)
  159.  
  160. In contrast explanation (2) seemed reasonable.  After all, just
  161. detecting neutrinos was challenging.  The possibility that they might
  162. have mass was not unreasonable.  In the 1970s Vera Rubin and her
  163. collaborators were also demonstrating that spiral galaxies appeared to
  164. have a lot of unseen matter in them.  If neutrinos has mass, one might
  165. be able to solve two problems at once, both matching the solar
  166. neutrino observations and accounting for some of the "missing matter"
  167. or dark matter.
  168.  
  169. Explanation (2) is the following.  Suppose the neutrino has mass.
  170. Then the neutrinos we observe, the electron neutrino, mu neutrino, and
  171. tau neutrino, might not be the "true" neutrinos.  The true neutrinos,
  172. call them nu1, nu2, and nu3, would combine in various ways to produce
  173. the observed neutrinos.  Moreover, various properties of quantum
  174. mechanics would allow the observed neutrinos to "oscillate" between
  175. the various flavors.  Thus, an electron neutrino could be produced in
  176. the core of the Sun but oscillate to become a mu neutrino by the time
  177. it reached the Earth.  Because the early experiments detected only
  178. electron neutrinos, if the electron neutrinos were changing to a
  179. different kind of neutrino, the apparent discrepancy would be
  180. resolved.  This explanation is known as the MSW effect after
  181. the three physicists Mikheyev, Smirnov, and Wolfenstein who proposed
  182. it first.
  183.  
  184. The second explanation now appears correct.  Various terrestrial
  185. experiments, such as the Sudbury Neutrino Observatory (SNO), the
  186. Super-Kamiokande Observatory, the Liquid Scintillator Neutrino
  187. Detector (LSND) experiment, and Main Injector Neutrino Oscillation
  188. Search (MINOS), appear to be detecting neutrino oscillations directly.
  189.  
  190. The mass required to explain neutrino oscillations is quite small.
  191. The mass is sufficiently small that all of the neutrinos in the
  192. Universe are unlikely to make a substantial contribution to the
  193. density of the Universe.  However, it does appear to be sufficient to
  194. resolve the solar neutrino problem.
  195.  
  196. Additional information on neutrinos is at
  197. <URL:http://wwwlapp.in2p3.fr/neutrinos/aneut.html>.
  198.  
  199. ------------------------------
  200.  
  201. Subject: D.02 Have physical constants changed with time?
  202. Author: Steve Carlip <carlip@dirac.ucdavis.edu>
  203.  
  204. The fundamental laws of physics, as we presently understand them, depend
  205. on about 25 parameters, such as Planck's constant h, the gravitational
  206. constant G, and the mass and charge of the electron.  It is natural to
  207. ask whether these parameters are really constants, or whether they vary
  208. in space or time.
  209.  
  210. Interest in this question was spurred by Dirac's large number
  211. hypothesis.  The "large number" in question is the ratio of the
  212. electric and the gravitational force between two electrons, which is
  213. about 10^40; there is no obvious explanation of why such a huge number
  214. should appear in physics.  Dirac pointed out that this number is
  215. nearly the same as the age of the Universe in atomic units, and
  216. suggested in 1937 that this coincidence could be understood if
  217. fundamental constants---in particular, G---varied as the Universe
  218. aged.  The ratio of electromagnetic and gravitational interactions
  219. would then be large simply because the Universe is old.  Such a
  220. variation lies outside ordinary general relativity, but can be
  221. incorporated by a fairly simple modification of the theory.  Other
  222. models, including the Brans-Dicke theory of gravity and some versions
  223. of superstring theory, also predict physical "constants" that vary.
  224.  
  225. Over the past few decades, there have been extensive searches for
  226. evidence of variation of fundamental "constants."  Among the methods
  227. used have been astrophysical observations of the spectra of distant
  228. stars, searches for variations of planetary radii and moments of
  229. inertia, investigations of orbital evolution, searches for anomalous
  230. luminosities of faint stars, studies of abundance ratios of radioactive
  231. nuclides, and (for current variations) direct laboratory measurements.
  232.  
  233. One powerful approach has been to study the "Oklo Phenomenon," a uranium
  234. deposit in Gabon that became a natural nuclear reactor about 1.8 billion
  235. years ago; the isotopic composition of fission products has permitted a
  236. detailed investigation of possible changes in nuclear interactions.
  237. Another has been to examine ratios of spectral lines of distant quasars
  238. coming from different types of atomic transitions (resonant, fine
  239. structure, and hyperfine).  The resulting frequencies have different
  240. dependences on the electron charge and mass, the speed of light, and
  241. Planck's constant, and can be used to compare these parameters to their
  242. present values on Earth.  Solar eclipses provide another sensitive test
  243. of variations of the gravitational constant.  If G had varied, the
  244. eclipse track would have been different from the one we calculate today,
  245. so the mere fact that a total eclipse occurred at a particular location
  246. provides a powerful constraint, even if the date is poorly known.
  247.  
  248. So far, these investigations have found no evidence of variation of
  249. fundamental "constants."  The current observational limits for most
  250. constants are on the order of one part in 10^10 to one part in 10^11 per
  251. year.  So to the best of our current ability to observe, the
  252. fundamental constants really are constant.
  253.  
  254. References: 
  255.  
  256. For a good short introduction to the large number hypothesis and the
  257. constancy of G, see:
  258.  
  259.   C.M. Will, _Was Einstein Right?_ (Basic Books, 1986)
  260.  
  261. For more technical analyses of a variety of measurements, see:
  262.  
  263.   L. L. Cowie & A. Songaila, Astrophysical Journal (1995) v. 453,
  264.        p. 596 also available online at
  265.        <URL:
  266.        http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-article_query?1995ApJ...453..596C>
  267.  
  268.   P. Sisterna & H. Vucetich, Physical Review D41 (1990) 1034 and
  269.      Physical Review D44 (1991) 3096
  270.  
  271.   E.R. Cohen, in _Gravitational Measurements, Fundamental Metrology and
  272.      Constants_, V. De Sabbata & V.N. Melnikov, editors (Kluwer
  273.      Academic Publishers, 1988)
  274.  
  275.   "The Constants of Physics," Philosophical Transactions of the Royal
  276.      Society of London A310 (1983) 209--363
  277.  
  278. ------------------------------
  279.  
  280. Subject: D.03 What is gravity?
  281. Author: Steve Carlip <carlip@dirac.ucdavis.edu>
  282.  
  283. Hundreds of years of observation have established the existence of a
  284. universal attraction between physical objects.  In 1687, Isaac Newton
  285. quantified this phenomenon in his law of gravity, which states that
  286. every object in the Universe attracts every other object, with a force
  287. between any two bodies that is proportional to the product of their
  288. masses and inversely proportional to the square of the distance between
  289. them.  If M and m are the two masses, r is the distance, and G is the
  290. gravitational constant, we can write:
  291.                      F = GMm/r^2 .
  292. The gravitational constant G can be measured in the laboratory and has a
  293. value of approximately 6.67x10^{-11} m^3/kg sec^2.  Newton's law of
  294. gravity was one of the first great "unifications" of physics, explaining
  295. both the force we experience on Earth (the fall of the proverbial apple)
  296. and the force that causes the planets to orbit the Sun with a single,
  297. simple rule.
  298.  
  299. Gravity is actually an extremely weak force.  The electrical repulsion
  300. between two electrons, for example, is some 10^40 times stronger than
  301. their gravitational attraction.  Nevertheless, gravity is the dominant
  302. force on the large scales of interest in astronomy.  There are two
  303. reasons for this.  First, gravity is a "long range" force---the strong
  304. nuclear interactions, for instance, fall off with distance much faster
  305. than gravity's inverse square law.  Second, gravity is additive.
  306. Planets and stars are very nearly electrically neutral, so the forces
  307. exerted by positive and negative charges tend to cancel out.  As far as
  308. we know, however, there is no such thing as negative mass, and no such
  309. cancellation of gravitational attraction.  (Gravity may sometimes feel
  310. strong, but remember that you have the entire 6x10^24 kg of the Earth
  311. pulling on you.)
  312.  
  313. For most purposes, Newton's law of gravity is extremely accurate.
  314. Newtonian theory has important limits, though, both observational (small
  315. anomalies in Mercury's orbit, for example) and theoretical
  316. (incompatibility with the special theory of relativity).  These limits
  317. led Einstein to propose a revised theory of gravity, the general theory
  318. of relativity ("GR" for short), which states (roughly) that gravity is a
  319. consequence of the curvature of spacetime.
  320.  
  321. Einstein's starting point was the principle of equivalence, the
  322. observation that any two objects in the same gravitational field that
  323. start with the same initial velocities will follow exactly the same
  324. path, regardless of their mass and internal composition.  This means
  325. that a theory of gravity is really a theory of paths (strictly
  326. speaking, paths in spacetime), which picks out a "preferred" path
  327. between any two points in space and time.  Such a description sounds
  328. vaguely like geometry, and Einstein proposed that it *was*
  329. geometry---that a body acting under the influence of gravity moves in
  330. the "straightest possible line" in a curved spacetime.
  331.  
  332. As an analogy, imagine two ships starting at different points on the
  333. equator and sailing due north.  Although the ships do not steer
  334. towards each other, they will find themselves drawn together, as if a
  335. mysterious force were pulling them towards each other, until they
  336. eventually meet at the North Pole.  We know why, of course---the
  337. "straightest possible lines" on the curved surface of the Earth are
  338. great circles, which converge.  According to general relativity,
  339. objects in gravitational fields similarly move in the "straightest
  340. possible lines" (technically, "geodesics") in a curved spacetime,
  341. whose curvature is in turn determined by the presence of mass or
  342. energy.  In John Wheeler's words, "Spacetime tells matter how to move;
  343. matter tells spacetime how to curve."
  344.  
  345. Despite their very different conceptual starting points, Newtonian
  346. gravity and general relativity give nearly identical predictions.  In
  347. the few cases that they differ measurably, observations support GR.  The
  348. three "classical tests" of GR are anomalies in the orbits of the inner
  349. planets (particularly Mercury), bending of light rays in the Sun's
  350. gravitational field, and the gravitational red shift of spectral lines.
  351. In the past few years, more tests have been added, including the
  352. gravitational time delay of radar and the observed motion of binary
  353. pulsar systems.  Further tests planned for the future include the
  354. construction of gravitational wave observatories (see D.05) and the
  355. planned launch of Gravity Probe B, a satellite that will use sensitive
  356. gyroscopes to search for "frame dragging," a relativistic effect in
  357. which the Earth "drags" the surrounding space along with it as it
  358. rotates.
  359.  
  360. References:
  361.  
  362. For introductions to general relativity, try:
  363.   K.S. Thorne, _Black Holes and Time Warps_ (W.W. Norton, 1994)
  364.   R.M. Wald, _Space, Time, and Gravity_ (Univ. of Chicago Press, 1977)
  365.   J.A. Wheeler, _A Journey into Gravity and Spacetime_ (Scientific
  366.      American Library, 1990)
  367.  
  368. For experimental evidence, see:
  369.   C.M. Will, _Was Einstein Right?_ (Basic Books, 1986)
  370. or, for a more technical source,
  371.   C.M. Will, _Theory and Experiment in Gravitational Physics, revised
  372.      edition (Cambridge Univ. Press, 1993)
  373.  
  374. You can find out about Gravity Probe B at
  375. <URL:http://einstein.stanford.edu/> and
  376. <URL:http://www.nap.edu/readingroom/books/gpb/>.
  377.  
  378. ------------------------------
  379.  
  380. Subject: D.04 Does gravity travel at the speed of light?
  381. Author: Steve Carlip <carlip@dirac.ucdavis.edu>,
  382.         Matthew P Wiener <weemba@sagi.wistar.upenn.edu>
  383.         Geoffrey A Landis <Geoffrey.Landis@sff.net>
  384.  
  385. To begin with, the speed of gravity has not been measured directly in
  386. the laboratory---the gravitational interaction is too weak, and such
  387. an experiment is beyond present technological capabilities.  The
  388. "speed of gravity" must therefore be deduced from astronomical
  389. observations, and the answer depends on what model of gravity one uses
  390. to describe those observations.
  391.  
  392. In the simple Newtonian model, gravity propagates instantaneously: the
  393. force exerted by a massive object points directly toward that object's
  394. present position.  For example, even though the Sun is 500 light
  395. seconds from the Earth, Newtonian gravity describes a force on Earth
  396. directed towards the Sun's position "now," not its position 500
  397. seconds ago.  Putting a "light travel delay" (technically called
  398. "retardation") into Newtonian gravity would make orbits unstable,
  399. leading to predictions that clearly contradict Solar System
  400. observations.
  401.  
  402. In general relativity, on the other hand, gravity propagates at the
  403. speed of light; that is, the motion of a massive object creates a
  404. distortion in the curvature of spacetime that moves outward at light
  405. speed.  This might seem to contradict the Solar System observations
  406. described above, but remember that general relativity is conceptually
  407. very different from Newtonian gravity, so a direct comparison is not
  408. so simple.  Strictly speaking, gravity is not a "force" in general
  409. relativity, and a description in terms of speed and direction can be
  410. tricky.  For weak fields, though, one can describe the theory in a
  411. sort of Newtonian language.  In that case, one finds that the "force"
  412. in GR is not quite central---it does not point directly towards the
  413. source of the gravitational field---and that it depends on velocity as
  414. well as position.  The net result is that the effect of propagation
  415. delay is almost exactly cancelled, and general relativity very nearly
  416. reproduces the Newtonian result.
  417.  
  418. This cancellation may seem less strange if one notes that a similar
  419. effect occurs in electromagnetism.  If a charged particle is moving at
  420. a constant velocity, it exerts a force that points toward its present
  421. position, not its retarded position, even though electromagnetic
  422. interactions certainly move at the speed of light.  Here, as in
  423. general relativity, subtleties in the nature of the interaction
  424. "conspire" to disguise the effect of propagation delay.  It should be
  425. emphasized that in both electromagnetism and general relativity, this
  426. effect is not put in _ad hoc_ but comes out of the equations.  Also,
  427. the cancellation is nearly exact only for *constant* velocities.  If a
  428. charged particle or a gravitating mass suddenly accelerates, the
  429. *change* in the electric or gravitational field propagates outward at
  430. the speed of light.
  431.  
  432. Since this point can be confusing, it's worth exploring a little
  433. further, in a slightly more technical manner.  Consider two
  434. bodies---call them A and B---held in orbit by either electrical or
  435. gravitational attraction.  As long as the force on A points directly
  436. towards B and vice versa, a stable orbit is possible.  If the force on
  437. A points instead towards the retarded (propagation-time-delayed)
  438. position of B, on the other hand, the effect is to add a new component
  439. of force in the direction of A's motion, causing instability of the
  440. orbit.  This instability, in turn, leads to a change in the mechanical
  441. angular momentum of the A-B system.  But *total* angular momentum is
  442. conserved, so this change can only occur if some of the angular
  443. momentum of the A-B system is carried away by electromagnetic or
  444. gravitational radiation.
  445.  
  446. Now, in electrodynamics, a charge moving at a constant velocity does
  447. not radiate.  (Technically, the lowest order radiation is dipole
  448. radiation, which depends on the acceleration.)  So to the extent that
  449. that A's motion can be approximated as motion at a constant velocity,
  450. A cannot lose angular momentum.  For the theory to be consistent,
  451. there *must* therefore be compensating terms that partially cancel the
  452. instability of the orbit caused by retardation.  This is exactly what
  453. happens; a calculation shows that the force on A points not towards
  454. B's retarded position, but towards B's "linearly extrapolated"
  455. retarded position.  Similarly, in general relativity, a mass moving at
  456. a constant acceleration does not radiate (the lowest order radiation
  457. is quadrupole), so for consistency, an even more complete cancellation
  458. of the effect of retardation must occur.  This is exactly what one
  459. finds when one solves the equations of motion in general relativity.
  460.  
  461. While current observations do not yet provide a direct
  462. model-independent measurement of the speed of gravity, a test within
  463. the framework of general relativity can be made by observing the
  464. binary pulsar PSR 1913+16.  The orbit of this binary system is
  465. gradually decaying, and this behavior is attributed to the loss of
  466. energy due to escaping gravitational radiation.  But in any field
  467. theory, radiation is intimately related to the finite velocity of
  468. field propagation, and the orbital changes due to gravitational
  469. radiation can equivalently be viewed as damping caused by the finite
  470. propagation speed.  (In the discussion above, this damping represents
  471. a failure of the "retardation" and "non-central, velocity-dependent"
  472. effects to completely cancel.)
  473.  
  474. The rate of this damping can be computed, and one finds that it
  475. depends sensitively on the speed of gravity.  The fact that
  476. gravitational damping is measured at all is a strong indication that
  477. the propagation speed of gravity is not infinite.  If the
  478. calculational framework of general relativity is accepted, the damping
  479. can be used to calculate the speed, and the actual measurement
  480. confirms that the speed of gravity is equal to the speed of light to
  481. within 1%.  (Measurements of at least one other binary pulsar system,
  482. PSR B1534+12, confirm this result, although so far with less
  483. precision.)
  484.  
  485. Are there future prospects for a direct measurement of the speed of
  486. gravity?  One possibility would involve detection of gravitational
  487. waves from a supernova.  The detection of gravitational radiation in
  488. the same time frame as a neutrino burst, followed by a later visual
  489. identification of a supernova, would be considered strong experimental
  490. evidence for the speed of gravity being equal to the speed of light.
  491. However, unless a very nearby supernova occurs soon, it will be some
  492. time before gravitational wave detectors are expected to be sensitive
  493. enough to perform such a test.
  494.  
  495. References:
  496.  
  497. There seems to be no nontechnical reference on this subject.  For a
  498. technical reference, see
  499.  
  500.   T. Damour, in _Three Hundred Years of Gravitation_, S.W. Hawking and
  501.      W. Israel, editors (Cambridge Univ. Press, 1987)
  502.  
  503. For a good reference to the electromagnetic case, see
  504.  
  505.   R.P. Feynman, R.B. Leighton, and M. Sands, _The Feynman Lectures on
  506.      Physics_, chapter II-21 (Addison-Wesley, 1989)
  507.  
  508. ------------------------------
  509.  
  510. Subject: D.05 What are gravitational waves?
  511. Author:    Bradford Holden <holden@oddjob.uchicago.edu>
  512.  
  513. General Relativity has a set of equations that give results for how a
  514. lump of mass-energy changes the space-time around it.  (See D.03.)  One
  515. of the solutions to these equations is the infamous black hole, another
  516. solution is the results used in modern cosmology, and the third common
  517. solution is one that leads to gravitational waves.
  518.  
  519. Over a hundred years ago Maxwell realized that a solution to the
  520. equations governing electricity and magnetism would create waves.
  521. These waves move at the same speed that light does, and, hence, he
  522. realized that light is an electro-magnetic wave.  In general,
  523. electromagnetic waves are created whenever a charge is accelerated,
  524. that is, whenever its velocity changes.  
  525.  
  526. Gravitational waves are analogous.  However, instead of being
  527. disturbances in electric and magnetic fields, they are disturbances in
  528. spacetime.  As such, they affect things like the distance between two
  529. points or the amount of time perceived to pass by an observer.
  530. Moreover, since there is no "negative mass," and momentum is
  531. conserved, any acceleration of mass is balanced by an equal and
  532. opposite change of momentum of some other mass.  This implies that the
  533. lowest order gravitational wave is quadrupole, and gravitational waves
  534. are produced when an acceleration changes.
  535.  
  536. Because gravitational waves are waves, they should exhibit many other
  537. properties of waves.  For example, gravitational waves can, in
  538. principle, be scattered or exhibit a redshift.  (But see the next
  539. question on the difficulty of testing this prediction.)
  540.  
  541. [Note, *gravitational* waves...gravity waves are something else
  542. entirely (they occur in a medium when gravity is the restoring force)
  543. and are commonly seen in the atmosphere and oceans.]
  544.  
  545. ------------------------------
  546.  
  547. Subject: D.06 Can gravitational waves be detected?
  548. Author: Bradford Holden <holden@oddjob.uchicago.edu>,
  549.     Steve Willner <swillner@cfa.harvard.edu>
  550.  
  551. The effects of gravitational waves are ridiculously weak, and direct
  552. evidence for their existence has (probably) not been found with the
  553. detectors built to date.  However, no known type of source would emit
  554. gravitational waves strong enough for detection, so no one is worried.
  555.  
  556. In the 60's and early 70's, Joe Weber at the University of Maryland
  557. attempted to detect gravitational waves using large aluminum bars,
  558. which would vibrate if a gravitational wave came by.  Because local
  559. causes also created vibrations, the technique was to look for
  560. coincidences between two or more detectors some distance apart.  Weber
  561. claimed to see more coincidences than expected statistically and even
  562. to see a correlation with sidereal time.  Unfortunately, other groups
  563. have used far more sensitive detectors operating on the same
  564. principles and found nothing.
  565.  
  566. Two new experiments, far more sensitive than those using metal bars, are
  567. being built now.  These are LIGO in the US and Virgo in Italy.  They
  568. will work by detecting displacements between two elements separated by
  569. several kilometers.
  570.  
  571. An indirect measurement of gravitational waves has been made, however.
  572. Gravitational waves are formed when a mass undergoes change of
  573. acceleration.  They are stronger if the mass is dense and the
  574. acceleration changes rapidly.  One place where this might happen would
  575. be two pulsars circling each other.  A couple of systems like this
  576. exist, and one has been studied actively over the past 20 years or so.
  577. Pulsars make good clocks so you can time the orbital period of the
  578. pulsars quite easily.  As the pulsars circle, they emit gravitational
  579. waves, and these waves remove energy (and angular momentum) from the
  580. system.  The energy released has to come from somewhere, and that
  581. somewhere is the orbital energy of the pulsars themselves.  This leads
  582. to the pulsars becoming closer and closer over time.  A formula was
  583. worked out for this effect, and the observed pulsars match it amazingly
  584. well.  So well, in fact, that if you plot the data on top of the
  585. prediction, there is no apparent deviation.  (It's actually rather
  586. disgusting, none of my results ever come out that well.)  Anyway, Joe
  587. Taylor of Princeton and a student of his, Russell Hulse, shared the
  588. Nobel Prize in Physics for, in part, this work.
  589.  
  590. Useful references are given in section D.03.
  591.  
  592. V. M. Kaspi discusses pulsar timing in 1995 April Sky & Telescope, p. 18.
  593.  
  594. The conference proceedings volume _General Relativity and Gravitation
  595. 1989_, eds. Ashby, Bartlett, & Wyss, (Cambridge U. Press 1990) contains
  596. a summary of the aluminum bar results.
  597.  
  598. _General Relativity and Gravitation 1992_, eds. Gleiser, Kozameh, &
  599. Moreschi (IOP Publishing 1993) contains an article by Joe Taylor
  600. summarizing the pulsar results.
  601.  
  602. An example of recent pulsar research is the article by Kaspi, Taylor,
  603. and Ryba, 1994 ApJ 428, 713, who give instructions for obtaining their
  604. archival timing data via Internet.
  605.  
  606. Some references to Weber's work are:
  607.   1969 Phys. Rev. Lett. 22, 1320.
  608.   1970 Phys. Rev. Lett. 24, 276.
  609.   1971 Nuovo Cimento 4B, 199.
  610.  
  611. Information on gravitational wave detection experiments can be found
  612. on the Web for LIGO <URL:http://www.ligo.caltech.edu/>, VIRGO
  613. <URL:http://www.virgo.infn.it/>, GEO 600
  614. <URL:http://www.geo600.uni-hannover.de/>, and TAMA
  615. <URL:http://tamago.mtk.nao.ac.jp/>.
  616.  
  617. ------------------------------
  618.  
  619. Subject: D.07  Do gravitational waves travel at the speed of light?
  620.  
  621. See sci.physics FAQ part 2,
  622. <URL:ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet-by-hierarchy/sci/answers/physics-faq>, 
  623. (for North American sites)
  624. <URL:http://math.ucr.edu/home/baez/physics/faq.html>,
  625. <URL:http://www.public.iastate.edu/~physics/sci.physics/faq/faq.html>,
  626. <URL:http://www-hpcc.astro.washington.edu/mirrors/physicsfaq/faq.html>,
  627. (European sites)
  628. <URL:http://www.desy.de/user/projects/Physics/faq.html>, and
  629. (Australia)
  630. <URL:http://www.phys.unsw.edu.au/physoc/physics_faq/faq.html>.
  631.  
  632. Short answer: yes in GR, not necessarily in other theories of gravity;
  633. experimental limits require speed very close to c.
  634.  
  635. ------------------------------
  636.  
  637. Subject: D.08 Why can't light escape from a black hole?
  638. Author: William H. Mook, Jr. <wm0@s1.GANet.NET>
  639.  
  640. P.S. Laplace wrote in 1798:
  641.   "A luminous star, of the same density of Earth, and whose diameter
  642.    should be two hundred and fifty times larger than that of the Sun
  643.    would not in consequence of its attraction, allow any of its rays
  644.    to arrive at us; it is therefore possible that the largest luminous
  645.    bodies in the universe may, through this cause, be invisible."
  646.  
  647. _Gravitation_ by Misner, Thorne & Wheeler presents a dialog explaining
  648. why black holes deserve their name.  (It is on pp 872--875 in the 1978
  649. paperback edition, ISBN 0-7167-0344-0.)
  650.  
  651. As explained in D.03, light rays follow geodesics in spacetime.  To
  652. describe things fully you need Eddington-Finkelstein coordinates.  In
  653. these coordinates it's pretty easy to see there is a 'surface of last
  654. influence'.  In fact, page 873 of MTW has a pretty good graphic showing
  655. just that.  The surface of last influence is the 'birthpoint' of the
  656. black hole.  It's also clear that in the normal sense of things, 'up'
  657. doesn't exist on the surface of a black hole.  As a matter of fact,
  658. black holes don't really have solid surfaces as you might be thinking.
  659.  
  660. Black holes have horizons, but that's a region in space, not a solid
  661. surface.  If you draw various world lines of observers travelling in and
  662. around black holes you will see that the light cones of observers who
  663. don't cross the event horizon have some segment of those cones above the
  664. horizon.  Those observers who do cross the event horizon of a black hole
  665. are constrained to fall toward the center eventually.  There simply are
  666. not any geodesics that cross the horizon in the outward direction.
  667.  
  668. At the center there is a region of infinite density and zero volume
  669. where everything ends up.  This is a problem in the classical
  670. understanding of black holes.
  671.  
  672. Recent attempts to understand black holes on a quantum level have
  673. indicated that they radiate thermally (they have a finite temperature,
  674. though one incredibly low if the black hole is of reasonable size) that
  675. is proportional to the gradient of the gravity field.  This is due to
  676. the capture of virtual particles decaying from the vacuum at the
  677. horizon.  These are created in pairs and one of them is caught in the
  678. black hole and the other is radiated externally.  This has been
  679. interpreted by Hawking as a tunneling effect and as a form of Unruh
  680. radiation.  This may give some clever and knowledgeable researcher
  681. enough information to figure out what's happening at the center someday.
  682.  
  683. Another way to think about things is to consider basic geometry.  The
  684. surface area of a ball is related to its diameter by pi.  A = pi*d^2.
  685. But any gravitating body distorts space so that a light beam travelling
  686. through the center of the body measures a diameter slightly larger than
  687. that indicated by the surface from which it is measured.  In the case of
  688. a black hole the diameter measured in this way is infinite, while the
  689. surface area is finite.
  690.  
  691. ------------------------------
  692.  
  693. Subject: D.09 How can gravity escape from a black hole?
  694. Author: Matthew P Wiener <weemba@sagi.wistar.upenn.edu>,
  695.     Steve Carlip <carlip@dirac.ucdavis.edu>
  696.  
  697. In a classical point of view, this question is based on an incorrect
  698. picture of gravity.  Gravity is just the manifestation of spacetime
  699. curvature, and a black hole is just a certain very steep puckering
  700. that captures anything that comes too closely.  Ripples in the
  701. curvature travel along in small undulatory packs (radiation---see
  702. D.05), but these are an optional addition to the gravitation that is
  703. already around.  In particular, black holes don't need to radiate to
  704. have the fields that they do.  Once formed, they and their gravity
  705. just are.
  706.  
  707. In a quantum point of view, though, it's a good question.  We don't
  708. yet have a good quantum theory of gravity, and it's risky to predict
  709. what such a theory will look like.  But we do have a good theory of
  710. quantum electrodynamics, so let's ask the same question for a charged
  711. black hole: how can a such an object attract or repel other charged
  712. objects if photons can't escape from the event horizon?
  713.  
  714. The key point is that electromagnetic interactions (and gravity, if
  715. quantum gravity ends up looking like quantum electrodynamics) are 
  716. mediated by the exchange of *virtual* particles.  This allows a
  717. standard loophole: virtual particles can pretty much "do" whatever they 
  718. like, including travelling faster than light, so long as they disappear 
  719. before they violate the Heisenberg uncertainty principle.
  720.  
  721. The black hole event horizon is where normal matter (and forces) must
  722. exceed the speed of light in order to escape, and thus are trapped.
  723. The horizon is meaningless to a virtual particle with enough speed.
  724. In particular, a charged black hole is a source of virtual photons
  725. that can then do their usual virtual business with the rest of the
  726. universe.  Once again, we don't know for sure that quantum gravity
  727. will have a description in terms of gravitons, but if it does, the
  728. same loophole will apply---gravitational attraction will be mediated
  729. by virtual gravitons, which are free to ignore a black hole event
  730. horizon.
  731.  
  732. See R Feynman QED (Princeton, ???) for the best nontechnical account
  733. of how virtual photon exchange manifests itself as long range
  734. electrical forces.
  735.  
  736. ------------------------------
  737.  
  738. Subject: D.10 What are tachyons?  Are they real?
  739. Author: William H. Mook, Jr. <wm0@s1.GANet.NET>
  740.  
  741. See also the sci.physics FAQ part 4:
  742.   ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet-by-hierarchy/sci/physics/
  743.   sci.physics_Frequently_Asked_Questions_(4_4)]
  744.  
  745. Tachyons are theoretical particles that always travel faster than
  746. light.  Tachy meaning "swift."
  747.  
  748. There is a formula that relates mass to speed in the special theory
  749. of relativity:
  750.  
  751.             m = m0 / SQR(1 - v^2/c^2)
  752.  
  753. where  m = energy divided by c^2 (sometimes called "relativistic mass")
  754.       m0 = rest mass
  755.        v = velocity of mass relative to you
  756.        c = velocity of light (constant in all frames of reference)
  757.  
  758. So, as you see an object moving faster and faster, its mass
  759. increases.  A simple experiment with electrons in a vacuum tube can
  760. convince you that mass increases in this way.  So you get something
  761. like:
  762.  
  763.                      v/c m/m0
  764.  
  765.                     0.0 1.000
  766.                      .2 1.021
  767.                      .4 1.091
  768.                      .6 1.250
  769.                      .8 1.667
  770.                      .9 2.294
  771.                      .95 3.203
  772.                      .99 7.089
  773.                      .995 10.013
  774.                      .999 22.366
  775.                     1.000 infinity
  776.  
  777. This led Einstein and others to conclude that it was impossible for
  778. any material object to travel at or beyond the speed of light.
  779. Because as you increase speed mass increases.  With increased mass,
  780. there's a requirement for increased energy to accelerate the mass.
  781. In the end, an infinite amount of energy is needed to move any object
  782. *at* the speed of light.  Nothing would move you faster than the
  783. speed of light, according to this type of analysis.
  784.  
  785. But, some researchers noted that light has no trouble moving at the
  786. speed of light.  Furthermore, objects with mass have no trouble
  787. converting to light.  Light has no trouble converting to objects with
  788. mass.  So, you have tardyons and photons.  Tardy meaning slow.  These
  789. classes of objects can easily be converted into one another.
  790.  
  791. Now, in terms of the equation given above, if you start out with
  792. *any* mass you are constrained to moving less than the speed of
  793. light.  If you start out with zero mass, you stay at zero mass.  This
  794. describes the situation with respect to photons.  You have zero over
  795. zero, and end up with zero....
  796.  
  797. But, what if you started out faster than the speed of light?  Then
  798. the equation above would give you an imaginary mass, since v^2 / c^2
  799. would be greater than 1 and that would be subtracted from 1 to
  800. produce a negative number.  Then you'd take the square root of the
  801. negative number and end up with an imaginary number.  So, normal
  802. matter moving faster than the speed of light ends up with imaginary
  803. mass, whatever that may be.
  804.  
  805. Imaginary mass travelling faster than the speed of light would show
  806. up as regular mass to an observer at rest.
  807.  
  808.                          v/c m/m0 (m/m0)*i
  809.  
  810.                         infinity 0+0.000i 0.000
  811.                          1,000 0-0.001i 0.001
  812.                            100 0-0.010i 0.010
  813.                             10 0-0.101i 0.101
  814.                              8 0-0.126i 0.126
  815.                              6 0-0.169i 0.169
  816.                              4 0-0.258i 0.258
  817.                              2 0-0.577i 0.577
  818.                              1.5 0-1.118i 1.118
  819.                              1.1 0-2.182i 2.182
  820.                              1.05 0-3.123i 3.123
  821.                              1.01 0-7.053i 7.053
  822.                              1.000 0-inf*i infinity
  823.  
  824. So, if there was such a thing as imaginary mass, it would look like
  825. normal mass but it would always travel *faster* than c, the speed of
  826. light.  When it lost energy it would move faster.  When it gained
  827. energy it would move slower.  So, in addition to tardyons and
  828. photons, there might exist tachyons.
  829.  
  830.         Description Tardyon Photon Tachyon
  831.  
  832.         Gain energy  faster      c  slower
  833.         Lose energy  slower      c  faster
  834.         Zero energy    rest      c  infinity
  835.     Infinite energy       c      c       c
  836.  
  837. Now, do tachyons exist?
  838.  
  839. If tachyons exist they can easily be detected by the presence of
  840. Cerenkov radiation in a vacuum.  Cerenkov radiation is radiation
  841. emitted when a charged particle travels through a medium at a speed
  842. greater than the velocity of light in the medium.  This occurs when
  843. the refractive index of the medium is high.
  844.  
  845. Cerenkov radiation is like the bow wave of a boat, or the shock wave
  846. of a supersonic airplane.  Photons bunch up in front of the tachyon
  847. and they're radiated away at an angle determined by the speed of the
  848. tachyon.
  849.  
  850. Cerenkov detectors are useful in atomic physics for determining the
  851. speed of particles moving through a medium.  Light slows as it passes
  852. through a medium.  That's what's responsible for optical effects.
  853. There's nothing mysterious about Cerenkov radiation in a medium.  So,
  854. folks know how to make an operate Cerenkov detectors because they're
  855. a useful speedometer when you're working with subatomic particles
  856.  
  857. Now, there have been a few studies looking for Cerenkov radiation in
  858. a vacuum.  This would indicated the reality of tachyons.  Cerenkov
  859. radiation has never been detected in vacuum.  So, most people believe
  860. that tachyons don't exist.
  861.  
  862. ------------------------------
  863.  
  864. Subject: D.11 What are magnetic monopoles?  Are they real?
  865.  
  866. Short answer is that magnetic monopoles are the magnetic equivalent of
  867. point electric charges.  Like the electron and positron (which can be
  868. considered to carry one unit of electric charge, negative and
  869. positive, respectively), one could imagine that there might be
  870. magnetic particles which have only a north or south magnetic pole.
  871.  
  872. See J. D. Jackson, _Classical Electrodynamics_, for an extensive
  873. discussion.
  874.  
  875. ------------------------------
  876.  
  877. Subject: D.12 What is the temperature in space?
  878. Author: Steve Willner <willner@cfa183.harvard.edu>
  879.  
  880. Empty space itself cannot have a temperature, unless you mean some
  881. abstruse question about quantum vacuums.
  882.  
  883. However, if you put a physical object into space, it will reach a
  884. temperature that depends on how efficiently it absorbs and emits
  885. radiation and on what heating sources are nearby.  For example, an
  886. object that both absorbs and emits perfectly, put at the Earth's
  887. distance from the Sun, will reach a temperature of about 280 K or 7 C.
  888. If it is shielded from the Sun but exposed to interplanetary and
  889. interstellar radiation, it reaches about 5 K.  If it were far from all
  890. stars and galaxies, it would come into equilibrium with the microwave
  891. background at about 2.7 K.
  892.  
  893. Spacecraft (and spacewalking astronauts) often run a bit hotter than
  894. 280 K because they generate internal energy.  Arranging for them to
  895. run at the desired temperature is an important aspect of design.
  896.  
  897. Some people also consider the "temperature" of high energy particles
  898. like the solar wind or cosmic rays or the outer parts of the Earth's
  899. atmosphere.  These particles are not in thermal equilibrium, so it's
  900. not correct to speak of a single temperature for them, but their
  901. energies correspond to temperatures of thousands of kelvins or higher.
  902. Generally speaking, these particles are too tenuous to affect the
  903. temperature of macroscopic objects.  There simply aren't enough
  904. particles around to transfer much energy.  (It's the same on the
  905. ground.  There are cosmic rays going through your body all the time,
  906. but there aren't enough to keep you warm if the air is cold.  The air
  907. at the Earth's surface is dense enough to transfer plenty of heat to
  908. or from your body.)
  909.  
  910. ------------------------------
  911.  
  912. Subject: D.13 Saturn's rings, proto-planetary disks, accretion
  913.     disks---Why are disks so common?
  914. Author: Michael Richmond <richmond@a188-l009.rit.edu>,
  915.     Peter R. Newman
  916.  
  917. Disks are common in astronomical objects: The rings around the giant
  918. planets, most notably Saturn; the disks surrounding young stars; and
  919. the disks thought to surround neutron stars and black holes.  Why are
  920. they so common?  First a simple explanation, then a more detailed one.
  921.  
  922. Consider a lot of little rocks orbiting around a central point, with
  923. orbits tilted with respect to each other.  If two rocks collide, their
  924. vertical motions will tend to cancel out (one was moving downwards,
  925. one upwards when they hit), but, since they were both orbiting around
  926. the central point in roughly the same direction, they typically are
  927. moving in the same direction "horizontally" when they collide.
  928.  
  929. Over a long enough period of time, there will be so many collisions
  930. between rocks that rocks will lose their "vertical" motions---the
  931. average vertical motion will approach zero.  But the "horizontal"
  932. motion around the central point, i.e., a disk, will remain.
  933.  
  934. A more detailed explanation starts with the following scenario:
  935. Consider a "gas" of rubber balls (molecules) organized into a huge
  936. cylindrical shape rotating about the axis of the cylinder.  Make some
  937. astrophysically-reasonable assumptions:
  938.  
  939. - The laws of conservation of angular momentum and conservation of
  940. linear momentum hold (this is basic, well-tested Newtonian mechanics).
  941.  
  942. - The cylinder is held together by gravity, so the gas doesn't just
  943. dissipate into empty space.
  944.  
  945. - The main motion of each ball is in rotation about the cylinder's
  946. axis, but each ball has some random motion too, so the balls all run
  947. into each other occasionally.  The sum of the angular momentum of the
  948. whole system is thus not zero, but the sum of the linear momentum is
  949. zero (relative to the centre of mass of the entire cylinder).
  950.  
  951. - The balls are not perfectly bouncy, so that collisions between balls
  952. results in some of the energy of collision going to heating each ball.
  953.  
  954. Now, consider the motion of the balls in two directions: perpendicular
  955. to the cylinder axis, and parallel to the axis.
  956.  
  957. First, perpendicular to the axis: conservation of the non-zero angular
  958. momentum will tend to keep the diameter of the cylinder stay
  959. relatively constant.  When the balls bounce off each other, some are
  960. thrown towards the axis and some away.  In a more realistic model,
  961. some balls are, indeed, ejected from the system entirely, and others
  962. (to conserve angular momentum) will fall into the center (i.e., the
  963. central object).
  964.  
  965. Parallel to the axis, however, the net linear momentum is zero, and
  966. this, too, is conserved.  Balls falling from the top and bottom (due
  967. to the gravity of all the other balls) will again hit each other and
  968. get heated.  They don't bounce back as far as they fall, so the length
  969. of the axis is continuously (if slowly) shortened.
  970.  
  971. Continue with both sets of changes for long enough, and the cylinder
  972. collapses to a disk (i.e., a cylinder with small height).  A similar
  973. explanation works for a rotating gas organized into any initial shape
  974. such as a sphere.  The subsequent evolution of the initial disk starts
  975. to get complicated in the astrophysical setting, because of things
  976. like magnetic fields, stellar wind, and so on.
  977.  
  978. So, in short, what makes the disk is the rotation.  If an initial
  979. spherical cloud were not rotating, it would simple collapse as a
  980. sphere and no disk would form.
  981.  
  982. ------------------------------
  983.  
  984. Subject: Copyright
  985.  
  986. This document, as a collection, is Copyright 1995--2000 by T. Joseph
  987. W. Lazio (jlazio@patriot.net).  The individual articles are copyright
  988. by the individual authors listed.  All rights are reserved.
  989. Permission to use, copy and distribute this unmodified document by any
  990. means and for any purpose EXCEPT PROFIT PURPOSES is hereby granted,
  991. provided that both the above Copyright notice and this permission
  992. notice appear in all copies of the FAQ itself.  Reproducing this FAQ
  993. by any means, included, but not limited to, printing, copying existing
  994. prints, publishing by electronic or other means, implies full
  995. agreement to the above non-profit-use clause, unless upon prior
  996. written permission of the authors.
  997.  
  998.  This FAQ is provided by the authors "as is," with all its faults.
  999. Any express or implied warranties, including, but not limited to, any
  1000. implied warranties of merchantability, accuracy, or fitness for any
  1001. particular purpose, are disclaimed.  If you use the information in
  1002. this document, in any way, you do so at your own risk.
  1003.