Ask Ethan No. 74: Ondas Gravitacionais
Luz e som são as ondas que conhecemos. Mas as ondas também são gravitacionais.
Consequentemente, o espaço em si e o tempo em si estão destinados a desaparecer nas sombras, e apenas a união dos dois permanecerá no papel de realidade independente.
- alemão Minkowski
Quando Einstein propôs sua teoria geral da relatividade, ela não apenas chocou os fundamentos da física, mas os destruiu completamente, a fim de construir novos. Em vez da matéria existir em pontos do espaço e momentos do tempo, ela sugeriu que o espaço e o tempo têm suas próprias dimensões na estrutura quadridimensional do espaço-tempo, e essa estrutura muda devido à presença e interação de toda matéria e energia nele. Sua verdade é confirmada por várias de suas previsões bem-sucedidas e surpreendentes, do desvio para o vermelho gravitacional à curvatura da luz das estrelas devido à presença de matéria.
A pergunta que você escolheu hoje dentre as que você enviou é a mais curta da história de nossos artigos e pertence a Adam Rabang, que pergunta:Caro Ethan,
O que diabos são as ondas de gravidade?
Obrigado
Adam.
Vamos começar discutindo outro tipo de onda com a qual você pode estar familiarizado: ondas de água.
Você pode começar com água perfeitamente calma e plana. A superfície da água permanece calma e intocada por forças externas. O que acontece se você colocar cuidadosamente, digamos, um inseto na superfície?
Deforma ligeiramente a superfície, pois a atração gravitacional do inseto exerce força na superfície, o que leva à sua curvatura. Se fizermos algo menos delicado, por exemplo, jogamos um objeto de uma grande altura na superfície da água - o que veremos?youtu.be/QQ37RLXNAgcVeremos uma onda familiar que associamos às ondas de água. Nós perturbamos a superfície da água e a energia se espalha para uma certa velocidade, dependendo das propriedades do meio (água) ao longo do qual a onda viaja.Se começarmos a considerar as ondas de luz, tudo permanecerá o mesmo, embora se torne menos intuitivo.
A luz também pode ser imaginada como ondulações se espalhando no espaço-tempo. Ele tem uma certa energia, dependendo da frequência / comprimento de onda, da velocidade de propagação, da velocidade da luz em um determinado ambiente, e ele se move em uma certa direção, determinada pelas condições em que ele surgiu, e segue o caminho determinado pela curvatura do espaço-tempo.
Mas como a luz é criada? Como aparece um fóton real? Uma maneira é a interação de partículas (ou antipartículas) uma com a outra: há uma probabilidade finita de que duas partículas em interação produzam pelo menos um fóton.
Outra maneira, mais interessante, vem de um efeito que não tem análogo nas ondas clássicas: quando uma partícula carregada se move na presença de um campo magnético.Sim, o campo magnético força a partícula a mudar de direção: ela age a força de Lorentz. Mas quando uma partícula se move em um campo magnético, ela também emite radiação na forma de fótons: radiação de ciclotrão a baixas energias / velocidades / campos ou radiação síncrotron em condições mais relativísticas.Esse tipo de radiação aparece não apenas em experimentos na Terra, mas também no laboratório natural do Universo - por exemplo, nos jatos do gigante, a mais massiva das galáxias mais próximas, a Messier 87.
E assim chegamos à gravidade. A eletricidade tem dois tipos de cargas - positiva e negativa - e a gravidade tem uma: massa, ou, mais precisamente, energia. Enquanto os campos elétricos e os campos magnéticos afetam as partículas carregadas, a gravidade tem apenas um tipo de campo: a curvatura do espaço.Mas com a gravidade no Universo, a situação é a mesma que com o eletromagnetismo: temos partículas carregadas gravitacionalmente em movimento nos campos gravitacionais.
Embora as leis físicas sejam diferentes em alguns detalhes, o efeito é o mesmo: radiação. No nosso caso, isso não é radiação eletromagnética, mas gravitacional! Ondulações viajando na velocidade da luz através do tecido do espaço-tempo, carregando energia.O efeito aumenta no caso de massas que se aceleram rapidamente na mudança dos campos gravitacionais, por exemplo, quando uma estrela de nêutrons se combina com outra, ou está em uma órbita pequena e decrescente com outro corpo deixado pela estrela.As ondas gravitacionais (ou radiação gravitacional) se manifestam através dessa ondulação no espaço-tempo e levam a distorções bem definidas no tamanho e na direção de qualquer matéria e / ou radiação eletromagnética encontrada no caminho.
Em teoria, essas ondas podem ser detectadas diretamente através de um interferômetro com uma base longa e agora elas estão trabalhando nessas pesquisas em vários projetos, incluindo a colaboração do LIGO. [Exatamente um ano depois de escrever este artigo, o LIGO descobriu ondas gravitacionais - aproximadamente transl.]Se um milagre acontecer, eles lançarão uma antena espacial de interferômetros a laser, ou LISA, que garante a detecção desse efeito. Porque o LISA procurará no intervalo em que um grande número de eventos deve ocorrer!
Já temos evidências indiretas da existência de ondas gravitacionais, pois estamos observando a diminuição prevista nas órbitas dos pulsares ao longo de muitos anos - uma observação que coincide com a previsão de GR. A GTR, por outro lado, também prevê que as órbitas devem desaparecer devido à emissão de ondas gravitacionais. Se eles pudessem detectá-los diretamente, isso seria uma confirmação de uma das últimas previsões básicas de uma das maiores teorias físicas.
Então, o que são ondas gravitacionais? Essa é uma nova forma de radiação - radiação gravitacional - emitida por partículas maciças ou transportadoras de energia que viajam em campos gravitacionais. Se uma partícula acelera ou o campo gravitacional muda, a intensidade da radiação aumenta e, com o tempo, ela retira energia na velocidade da luz, como resultado das quais as órbitas desaparecem, e também é possível detectar essas ondas. Com a abordagem correta, podemos obter um novo tipo de astronomia - astronomia gravitacional - a tecnologia para isso já existe!Entre as várias fontes de ondas gravitacionais está a inflação cósmica. Os resultados recentemente publicados pela colaboração de Planck impõem restrições a possíveis tipos de inflação, devido à falta de seu efeito na polarização da radiação cósmica de microondas, e descartam toda uma classe de modelos inflacionários - modelos caóticos de inflação.Obrigado pela maravilhosa pergunta e espero que a explicação tenha sido esclarecida para você e para o resto. Envie-me suas perguntas e sugestões para os seguintes artigos.Source: https://habr.com/ru/post/pt396073/
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