Pregúntele a Ethan No. 74: ondas gravitacionales
La luz y el sonido son las ondas que conocemos. Pero las ondas también son gravitacionales.
En consecuencia, el espacio en sí mismo y el tiempo en sí mismo están destinados a desaparecer en las sombras, y solo la unión de los dos permanecerá en el papel de la realidad independiente.
- German Minkowski
Cuando Einstein propuso su teoría general de la relatividad, no solo conmocionó los fundamentos de la física, sino que los destruyó por completo para construir otros nuevos. En lugar de la materia existente en los puntos del espacio y los momentos del tiempo, sugirió que el espacio y el tiempo tienen sus propias dimensiones en la estructura tetradimensional del espacio-tiempo, y esta estructura cambia debido a la presencia e interacción de toda la materia y la energía en él. Varias de sus predicciones exitosas y sorprendentes confirman su verdad, desde el desplazamiento al rojo gravitacional hasta la inclinación de la luz de las estrellas debido a la presencia de materia.
La pregunta que eligió hoy de las que envió es la más corta en la historia de nuestros artículos, y pertenece a Adam Rabang, quien pregunta:Querido Ethan,
¿Qué demonios son las ondas de gravedad?
Gracias
Adam
Comencemos discutiendo otro tipo de ola con la que pueda estar familiarizado: las ondas de agua.
Puede comenzar con agua perfectamente tranquila y plana. La superficie del agua permanece tranquila e intacta por fuerzas externas. ¿Qué sucede si coloca con cuidado, digamos, un insecto en la superficie?
Deforma ligeramente la superficie, ya que la atracción gravitacional del insecto ejerce fuerza sobre la superficie, lo que conduce a su curvatura. Si hacemos algo menos tierno, por ejemplo, dejar caer un objeto desde una gran altura sobre la superficie del agua, ¿qué veremos?youtu.be/QQ37RLXNAgcVeremos una onda familiar que asociamos con las ondas de agua. Alteramos la superficie del agua, y la energía se extiende hacia afuera a cierta velocidad, dependiendo de las propiedades del medio (agua) a lo largo de la cual viaja la ola.Si comenzamos a considerar las ondas de luz, todo seguirá igual, aunque será menos intuitivo.
La luz también se puede imaginar como ondas que se extienden en el espacio-tiempo. Tiene una cierta energía, dependiendo de la frecuencia / longitud de onda, la velocidad de propagación, la velocidad de la luz en un determinado entorno, y se mueve en una determinada dirección, determinada por las condiciones en que surgió, y luego sigue el camino determinado por la curvatura del espacio-tiempo.
¿Pero cómo se crea la luz? ¿Cómo aparece un fotón real? Una forma es la interacción de partículas (o antipartículas) entre sí: existe una probabilidad finita de que dos partículas que interactúen produzcan al menos un fotón.
Otra forma más interesante proviene de un efecto que no tiene análogo en las ondas clásicas: cuando una partícula cargada se mueve en presencia de un campo magnético.Sí, el campo magnético obliga a la partícula a cambiar de dirección: actúa la fuerza de Lorentz. Pero cuando una partícula se mueve en un campo magnético, también emite radiación en forma de fotones: radiación de ciclotrón a bajas energías / velocidades / campos, o radiación de sincrotrón en condiciones más relativistas.Este tipo de radiación aparece no solo en experimentos en la Tierra, sino también en el laboratorio natural del Universo, por ejemplo, en los chorros del gigante, la galaxia más masiva más cercana, Messier 87.
Y así llegamos a la gravedad. La electricidad tiene dos tipos de cargas, positivas y negativas, y la gravedad tiene una: masa o, más precisamente, energía. Mientras que los campos eléctricos y los campos magnéticos afectan a las partículas cargadas, la gravedad solo tiene un tipo de campo: la curvatura del espacio.Pero con la gravedad en el Universo, la situación es la misma que con el electromagnetismo: tenemos partículas cargadas gravitacionalmente que se mueven en campos gravitacionales.
Aunque las leyes físicas difieren en algunos detalles, el efecto es el mismo: radiación. En nuestro caso, esto no es radiación electromagnética, ¡sino gravitacional! Ondas que viajan a la velocidad de la luz a través del tejido del espacio-tiempo, transportando energía.El efecto aumenta en el caso de masas que aceleran rápidamente en campos gravitacionales cambiantes, por ejemplo, cuando una estrella de neutrones se combina con otra, o está en una órbita pequeña y decreciente con otro cuerpo dejado por la estrella.Las ondas gravitacionales (o radiación gravitacional) se manifiestan a través de esta onda en el espacio-tiempo, y conduce a distorsiones bien definidas en el tamaño y la dirección de cualquier materia y / o radiación electromagnética encontrada en el camino.
En teoría, estas ondas se pueden detectar directamente a través de un interferómetro con una base larga, y ahora están trabajando en estas búsquedas en varios proyectos, incluida la colaboración de LIGO. [Exactamente un año después de escribir este artículo, LIGO descubrió ondas gravitacionales - aprox. Transl.]Si ocurre un milagro, lanzarán una antena espacial de interferómetros láser, o LISA, que garantiza detectar este efecto. ¡Porque LISA lo buscará en el rango donde deben ocurrir una gran cantidad de eventos!
Ya tenemos evidencia indirecta de la existencia de ondas gravitacionales, ya que estamos observando la disminución prevista en las órbitas de los púlsares durante muchos años, una observación que coincide con la predicción de GR. GTR, por otro lado, también predice que las órbitas deberían desvanecerse debido a la emisión de ondas gravitacionales. Si pudieran detectarlos directamente, esto sería una confirmación de una de las últimas predicciones básicas de una de las mayores teorías físicas.
Entonces, ¿qué son las ondas gravitacionales? Esta es una nueva forma de radiación, radiación gravitacional, emitida por partículas masivas o transportadoras de energía que viajan en campos gravitacionales. Si una partícula se acelera o el campo gravitacional cambia, la intensidad de la radiación aumenta, y con el tiempo le quita energía a la velocidad de la luz, como resultado de lo cual las órbitas mueren, y también es posible detectar estas ondas. Con el enfoque correcto, podemos obtener un nuevo tipo de astronomía, la astronomía gravitacional, ¡la tecnología para esto ya existe!Entre las diversas fuentes de ondas gravitacionales se encuentra la inflación cósmica. Los resultados publicados recientemente por la colaboración de Planck imponen restricciones sobre los posibles tipos de inflación, debido a la falta de su efecto sobre la polarización de la radiación cósmica de microondas, y descartan toda una clase de modelos inflacionarios: modelos de inflación caótica.Gracias por la maravillosa pregunta, y espero que la explicación haya sido clara para usted y el resto. Envíame tus preguntas y sugerencias para los siguientes artículos.Source: https://habr.com/ru/post/es396073/
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