Tanyakan Ethan No. 74: Gelombang Gravitasi
Cahaya dan suara adalah gelombang yang kita tahu. Tetapi gelombang juga gravitasi.
Akibatnya, ruang dalam dirinya sendiri dan waktu dalam dirinya ditakdirkan untuk menghilang dalam bayang-bayang, dan hanya penyatuan keduanya akan tetap dalam peran realitas independen.
- Minkowski Jerman
Ketika Einstein mengusulkan teori relativitas umum, itu tidak hanya mengejutkan fondasi fisika, tetapi juga menghancurkannya untuk membangun yang baru. Alih-alih materi yang ada pada titik-titik ruang dan saat-saat waktu, ia menyarankan bahwa ruang dan waktu memiliki dimensi sendiri dalam struktur empat dimensi ruang-waktu, dan struktur ini berubah karena kehadiran dan interaksi semua materi dan energi di dalamnya. Kebenarannya dikonfirmasi oleh beberapa ramalannya yang sukses dan mengejutkan, dari pergeseran merah gravitasi hingga pembengkokan cahaya bintang karena kehadiran materi.
Pertanyaan yang Anda pilih hari ini dari yang Anda kirim adalah yang terpendek dalam sejarah artikel kami, dan milik Adam Rabang, yang bertanya:Ethan sayang,
Apa itu gelombang gravitasi?
Terima kasih,
Adam.
Mari kita mulai dengan membahas jenis gelombang lain yang Anda kenal: gelombang air.
Anda bisa mulai dengan air yang sangat tenang dan rata. Permukaan air tetap tenang dan tidak tersentuh oleh kekuatan eksternal. Apa yang terjadi jika Anda dengan hati-hati menempatkan, misalnya, serangga di permukaan?
Ini sedikit merusak permukaan, karena tarikan gravitasi serangga memberikan kekuatan pada permukaan, yang mengarah pada kelengkungannya. Jika kita melakukan sesuatu yang kurang empuk, misalnya, menjatuhkan benda dari ketinggian ke permukaan air - apa yang akan kita lihat?youtu.be/QQ37RLXNAgcKita akan melihat riak akrab yang kita kaitkan dengan gelombang air. Kami mengganggu permukaan air, dan energi menyebar ke luar pada kecepatan tertentu, tergantung pada sifat-sifat medium (air) di mana gelombang berjalan.Jika kita mulai mempertimbangkan gelombang cahaya, semuanya akan tetap sama, meskipun itu akan menjadi kurang intuitif.
Cahaya juga bisa dibayangkan sebagai riak yang menyebar dalam ruang-waktu. Ia memiliki energi tertentu, tergantung pada frekuensi / panjang gelombang, kecepatan rambat, kecepatan cahaya dalam lingkungan tertentu, dan ia bergerak ke arah tertentu, ditentukan oleh kondisi di mana ia muncul, dan kemudian mengikuti jalan yang ditentukan oleh lengkungan ruang-waktu.
Tetapi bagaimana cahaya diciptakan? Bagaimana foton yang sebenarnya muncul? Salah satu caranya adalah interaksi partikel (atau antipartikel) satu sama lain: ada kemungkinan terbatas bahwa setiap dua partikel yang berinteraksi akan menghasilkan setidaknya satu foton.
Cara lain yang lebih menarik berasal dari efek yang tidak memiliki analog dalam gelombang klasik: ketika sebuah partikel bermuatan bergerak di hadapan medan magnet.Ya, medan magnet memaksa partikel untuk mengubah arah: ia bertindak sebagai gaya Lorentz. Tetapi ketika sebuah partikel bergerak dalam medan magnet, ia juga memancarkan radiasi dalam bentuk foton: radiasi siklotron pada energi / kecepatan / medan rendah, atau radiasi sinkrotron dalam kondisi yang lebih relativistik.Jenis radiasi ini muncul tidak hanya dalam percobaan di Bumi, tetapi juga di laboratorium alam semesta - misalnya, dalam semburan raksasa, galaksi paling masif dari galaksi terdekat, Messier 87.
Dan kita jadi gravitasi. Listrik memiliki dua jenis muatan - positif dan negatif - dan gravitasi memiliki satu: massa, atau, lebih tepatnya, energi. Sementara medan listrik dan medan magnet memengaruhi partikel bermuatan, gravitasi hanya memiliki satu jenis medan: kelengkungan ruang.Tetapi dengan gravitasi di Alam Semesta, situasinya sama dengan elektromagnetisme: kita memiliki partikel bermuatan gravitasi yang bergerak di medan gravitasi.
Meskipun hukum fisika berbeda dalam beberapa detail, efeknya sama: radiasi. Dalam kasus kami, ini bukan radiasi elektromagnetik, tetapi gravitasi! Riak bergerak dengan kecepatan cahaya melalui jalinan ruang-waktu, membawa energi.Efeknya meningkat dalam hal massa yang berakselerasi cepat dalam medan gravitasi yang berubah, misalnya, ketika sebuah bintang neutron bergabung dengan yang lain, atau berada dalam orbit yang kecil dan menurun dengan benda lain yang ditinggalkan oleh bintang tersebut.Gelombang gravitasi (atau radiasi gravitasi) memanifestasikan diri melalui riak ini dalam ruang-waktu, dan itu mengarah pada distorsi yang terdefinisi dengan baik dalam ukuran dan arah segala materi dan / atau radiasi elektromagnetik yang ditemui di jalur.
Secara teori, gelombang ini dapat dideteksi secara langsung melalui interferometer dengan basis panjang, dan sekarang mereka sedang mengerjakan pencarian ini di berbagai proyek, termasuk kolaborasi LIGO. [Tepat satu tahun setelah menulis artikel ini, LIGO menemukan gelombang gravitasi - kira-kira terjemahan.]Jika keajaiban terjadi, mereka akan meluncurkan antena ruang interferometer laser, atau LISA, yang dijamin untuk mendeteksi efek ini. Karena LISA akan mencarinya dalam rentang di mana sejumlah besar peristiwa harus terjadi!
Kami sudah memiliki bukti tidak langsung tentang keberadaan gelombang gravitasi, karena kami mengamati prediksi penurunan orbit pulsar selama bertahun-tahun - sebuah pengamatan yang bertepatan dengan prediksi GR. GTR, di sisi lain, juga memperkirakan bahwa orbit harus memudar karena emisi gelombang gravitasi. Jika mereka dapat mendeteksi mereka secara langsung, ini akan menjadi konfirmasi dari salah satu prediksi dasar terakhir dari salah satu teori fisik terbesar.
Jadi apa itu gelombang gravitasi? Ini adalah bentuk baru radiasi - radiasi gravitasi - yang dipancarkan oleh partikel-partikel besar atau pengangkut energi yang bergerak di medan gravitasi. Jika sebuah partikel berakselerasi atau medan gravitasi berubah, intensitas radiasi meningkat, dan seiring waktu ia menghilangkan energi pada kecepatan cahaya, akibatnya orbitnya mati, dan juga dimungkinkan untuk mendeteksi gelombang-gelombang ini. Dengan pendekatan yang tepat, kita bisa mendapatkan jenis astronomi baru - astronomi gravitasi - teknologi untuk ini sudah ada!Di antara berbagai sumber gelombang gravitasi adalah inflasi kosmik. Hasil yang baru-baru ini diterbitkan oleh kolaborasi Planck memaksakan pembatasan pada kemungkinan jenis inflasi, karena kurangnya pengaruhnya terhadap polarisasi radiasi kosmik gelombang mikro, dan membuang seluruh kelas model inflasi - model inflasi kacau.Terima kasih atas pertanyaan yang luar biasa ini, dan saya harap penjelasannya menjadi jelas bagi Anda dan yang lainnya. Kirimkan saya pertanyaan dan saran Anda untuk artikel berikut.Source: https://habr.com/ru/post/id396073/
All Articles