Demandez à Ethan n ° 74: les ondes gravitationnelles
La lumière et le son sont les ondes que nous connaissons. Mais les ondes sont également gravitationnelles.
Par conséquent, l'espace en soi et le temps en soi sont destinés à disparaître dans l'ombre, et seule l'union des deux restera dans le rôle de réalité indépendante.
- Minkowski allemand
Quand Einstein a proposé sa théorie générale de la relativité, cela a non seulement choqué les fondements de la physique, mais les a complètement détruits afin d'en construire de nouveaux. Au lieu que la matière existe aux points de l'espace et aux moments du temps, elle a suggéré que l'espace et le temps ont leurs propres dimensions dans la structure à quatre dimensions de l'espace-temps, et cette structure change en raison de la présence et de l'interaction de toute matière et énergie en elle. Sa vérité est confirmée par plusieurs de ses prédictions réussies et surprenantes, du décalage vers le rouge gravitationnel à la flexion de la lumière des étoiles due à la présence de matière.
La question que vous avez choisie aujourd'hui parmi celles que vous avez envoyées est la plus courte de l'histoire de nos articles, et appartient à Adam Rabang, qui demande:Cher Ethan,
Qu'est-ce que c'est que les ondes de gravité?
Merci
Adam.
Commençons par discuter d'un autre type de vague que vous connaissez peut-être: les vagues d'eau.
Vous pouvez commencer avec une eau parfaitement calme et plate. La surface de l'eau reste calme et préservée des forces extérieures. Que se passe-t-il si vous placez soigneusement, disons, un insecte à la surface?
Il déforme légèrement la surface, car l'attraction gravitationnelle de l'insecte exerce une force sur la surface, ce qui entraîne sa courbure. Si nous faisons quelque chose de moins tendre, par exemple, déposons un objet d'une grande hauteur sur la surface de l'eau - que verrons-nous?youtu.be/QQ37RLXNAgcNous verrons une ondulation familière que nous associons aux vagues d'eau. Nous avons perturbé la surface de l'eau et l'énergie se propage vers l'extérieur à une certaine vitesse, en fonction des propriétés du milieu (eau) le long duquel l'onde se déplace.Si nous commençons à considérer les vagues de lumière, tout restera le même, même si cela deviendra moins intuitif.
La lumière peut également être imaginée comme des ondulations se propageant dans l'espace-temps. Il a une certaine énergie, selon la fréquence / longueur d'onde, la vitesse de propagation, la vitesse de la lumière dans un certain environnement, et il se déplace dans une certaine direction, déterminée par les conditions dans lesquelles il est apparu, puis suit le chemin déterminé par la courbure de l'espace-temps.
Mais comment se crée la lumière? Comment un vrai photon apparaît-il? Une façon est l'interaction des particules (ou des antiparticules) entre elles: il existe une probabilité finie que deux particules en interaction produisent au moins un photon.
Une autre manière, plus intéressante, provient d'un effet qui n'a pas d'analogue dans les ondes classiques: lorsqu'une particule chargée se déplace en présence d'un champ magnétique.Oui, le champ magnétique oblige la particule à changer de direction: il s'agit de la force de Lorentz. Mais lorsqu'une particule se déplace dans un champ magnétique, elle émet également un rayonnement sous forme de photons: rayonnement cyclotron à faibles énergies / vitesses / champs, ou rayonnement synchrotron dans des conditions plus relativistes.Ce type de rayonnement apparaît non seulement dans les expériences sur Terre, mais aussi dans le laboratoire naturel de l'Univers - par exemple, dans les jets du géant, le plus massif des galaxies les plus proches, Messier 87.
Et nous sommes donc arrivés à la gravité. L'électricité a deux types de charges - positives et négatives - et la gravité en a une: la masse ou, plus précisément, l'énergie. Alors que les champs électriques et les champs magnétiques affectent les particules chargées, la gravité n'a qu'un seul type de champ: la courbure de l'espace.Mais avec la gravité dans l'Univers, la situation est la même qu'avec l'électromagnétisme: nous avons des particules chargées gravitationnellement se déplaçant dans des champs gravitationnels.
Bien que les lois physiques diffèrent dans certains détails, l'effet est le même: le rayonnement. Dans notre cas, ce n'est pas un rayonnement électromagnétique, mais gravitationnel! Ondulations voyageant à la vitesse de la lumière à travers le tissu de l'espace-temps, transportant de l'énergie.L'effet augmente dans le cas de masses en accélération rapide dans des champs gravitationnels changeants, par exemple, lorsqu'une étoile à neutrons se combine avec une autre, ou est sur une petite orbite décroissante avec un autre corps laissé par l'étoile.Les ondes gravitationnelles (ou rayonnement gravitationnel) se manifestent à travers cette ondulation dans l'espace-temps, et cela conduit à des distorsions bien définies dans la taille et la direction de toute matière et / ou rayonnement électromagnétique rencontrés sur le chemin.
En théorie, ces ondes peuvent être détectées directement via un interféromètre à base longue, et maintenant elles travaillent sur ces recherches dans divers projets, dont la collaboration LIGO. [Un an exactement après avoir écrit cet article, LIGO a découvert des ondes gravitationnelles - environ transl.]Si un miracle se produit, ils lanceront une antenne spatiale d'interféromètres laser, ou LISA, qui est garantie de détecter cet effet. Parce que LISA le recherchera dans la plage où un grand nombre d'événements devraient se produire!
Nous avons déjà des preuves indirectes de l'existence d'ondes gravitationnelles, car nous observons la diminution prévue des orbites des pulsars sur plusieurs années - une observation qui coïncide avec la prédiction des GR. Le GTR, d'autre part, prévoit également que les orbites devraient s'estomper en raison de l'émission d'ondes gravitationnelles. S'ils pouvaient les détecter directement, ce serait une confirmation de l'une des dernières prédictions de base de l'une des plus grandes théories physiques.
Alors, quelles sont les ondes gravitationnelles? Il s'agit d'une nouvelle forme de rayonnement - le rayonnement gravitationnel - émis par des particules massives ou transportant de l'énergie se déplaçant dans des champs gravitationnels. Si la particule accélère ou que le champ gravitationnel change, l'intensité du rayonnement augmente et, au fil du temps, elle enlève de l'énergie à la vitesse de la lumière, ce qui entraîne la disparition des orbites, et il est également possible de détecter ces ondes. Avec la bonne approche, nous pouvons obtenir un nouveau type d'astronomie - l'astronomie gravitationnelle - la technologie pour cela existe déjà!Parmi les diverses sources d'ondes gravitationnelles, il y a l'inflation cosmique. Les résultats récemment publiés par la collaboration Planck imposent des restrictions sur les types possibles d'inflation, en raison de l'absence d'effet sur la polarisation du rayonnement cosmique micro-ondes, et rejettent toute une classe de modèles inflationnistes - les modèles d'inflation chaotique.Merci pour la merveilleuse question, et j'espère que l'explication a été claire pour vous et les autres. Envoyez-moi vos questions et suggestions pour les articles suivants.Source: https://habr.com/ru/post/fr396073/
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