Abordaré la segunda parte de la pregunta primero.
El descubrimiento reciente de ondas gravitacionales (que, por cierto, ya se había logrado indirectamente hace décadas a través del estudio de los púlsares binarios; el resultado reciente de LIGO fue la primera detección directa de estas ondas) es importante por varias razones.
Primero, proporciona una confirmación espectacular de una predicción de teorías que incorporan una velocidad finita para la interacción gravitacional. En particular, proporciona una validación adicional para la Teoría general de la relatividad, que tiene las ondas gravitacionales como una de sus predicciones estándar, y que es la mejor teoría de la gravedad que tenemos. Sin embargo, esta es probablemente la razón menos importante de por qué es un resultado significativo.
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No se informó mucho que, aunque LIGO descubrió ondas gravitacionales con la detección, también descubrieron algo más que era nuevo: el evento que creó las ondas. Un sistema binario de agujero negro con masa total ~ [matemática] 60 [/ matemática] Las masas solares girando hacia adentro a una velocidad inconcebible hasta que se produjo una fusión era algo que hasta ahora no se había detectado, y saber con certeza que esto realmente sucede es genial.
Ahora, esto cubre por qué la detección en sí misma era importante, pero su mayor importancia radica en el nuevo campo de estudio que ahora se ha abierto con ella: la astronomía de ondas gravitacionales (GWA).
La relatividad general se ha probado en el régimen de intensidad de campo débil y medio, pero con ondas gravitacionales finalmente podemos probar las predicciones de la teoría donde realmente queremos: regiones con campos gravitacionales extremos (como una fusión binaria de agujeros negros). GWA podría ayudarnos a determinar dónde se descompone la Relatividad General y apuntarnos hacia una nueva y mejor teoría de la gravedad (con suerte, una que juegue muy bien con la Mecánica Cuántica).
GWA también será esencial para estudiar el universo primitivo. La razón de esto es que la luz más antigua que podemos detectar es de aproximadamente 400,000 años después del Big Bang. La radiación electromagnética no podría viajar a través del Universo antes de esto, pero las ondas gravitacionales no tienen el mismo problema. Las ondas gravitacionales de este período de tiempo serán esenciales para obtener nuevas ideas sobre el origen del universo.
Finalmente, como con cualquier descubrimiento fundamental, las cosas realmente divertidas vendrán de los descubrimientos que hacemos que ni siquiera esperábamos. Aprovechar el mar de información que transportan las ondas gravitacionales nos abrirá los ojos a un lado completamente nuevo del universo. Las sorpresas seguramente vendrán.
Estoy seguro de que también hay otras razones por las que es un resultado significativo, pero no las conozco.
Ahora, ¿qué son las ondas gravitacionales? Son ondas en el espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz [matemáticas] – [/ matemáticas] una secuencia de palabras que realmente no dice mucho.
Un experimento mental que motiva el concepto para mí es imaginar que el Sol desapareció repentinamente. Según Newton, el efecto en la Tierra sería instantáneo: inmediatamente aceleraríamos en línea recta.
Sin embargo, hay una velocidad finita para la interacción gravitacional: la velocidad de la luz. Eso significa que después de que el Sol desaparezca, tendremos que esperar 8 minutos hasta que algo llegue a la Tierra para hacerle saber que el Sol ya no está allí, momento en el cual la Tierra se acelerará en línea recta . Ese algo es una onda gravitacional. Es “lo que lleva información gravitacional”.
Una onda gravitacional es una perturbación en la intensidad de campo del campo gravitacional, de la misma manera que una onda electromagnética es una perturbación en la intensidad de campo del campo electromagnético. La diferencia es que el campo gravitacional se identifica con el espacio-tiempo mismo, por lo que decimos que las ondas gravitacionales son perturbaciones en el espacio-tiempo.
Nota interesante: terminé de escribir esto mientras veía una conferencia de prensa de LIGO. 🙂
