¿Qué impacto significativo tiene el descubrimiento de ondas gravitacionales para la comunidad científica y el mundo real?

¿Por dónde empezar?

En un nivel simple: aprenderemos mucha astrofísica realmente genial y fascinante. Astrofísica a la que solo se puede acceder a través de ondas gravitacionales (ver la respuesta de Leo C. Stein a ¿Qué tipo de física nueva se puede hacer con ondas gravitacionales?). Al mismo tiempo, algunas de las tecnologías desarrolladas para construir LIGO avanzado tienen aplicaciones en otros lugares (por ejemplo, una de las tecnologías clave es la técnica Pound-Drever-Hall, que fue inventada por Ron Drever, uno de los tres personas que fueron la fuerza impulsora para hacer que LIGO ocurriera; PDH se usa para hacer los láseres más estables del mundo).

Pero no creo que sea lo que esta pregunta está haciendo. Claro, la astronomía se usó originalmente para la navegación y el cronometraje. Pero los antiguos astrónomos no se detuvieron cuando lo entendieron lo suficiente como para decir la hora y moverse. Siguieron cavando más profundo.

¿Qué impacto tienen las observaciones de radio de los quásares distantes en el futuro de la humanidad? ¿Qué hay de medir el flujo de neutrinos del sol? En cierto sentido, la astronomía parece una “ciencia de lujo”. Tiene efectos secundarios positivos y prácticos, pero lo hacemos solo porque somos inquisitivos, y esa es una cualidad fundamentalmente humana.

Antes de ponerme filosófico, permítanme citar a mi amigo Robert McNees sobre por qué tenemos que invertir en ciencia fundamental solo porque es interesante [1]:

Publicó su comentario utilizando tecnología que existe solo debido a una cadena de descubrimientos y percepciones que comenzó con la investigación impulsada por la fascinación a fines del siglo XIX.

Si Balmer no hubiera estudiado las líneas espectrales, Planck podría no haber propuesto el cuanto. Entonces Bohr puede no haber concebido su modelo del átomo, lo que significa que Heisenberg y Schrödinger no habrían desarrollado sus formulaciones de mecánica cuántica. Eso habría dejado a Bloch sin las herramientas que necesitaba para comprender la naturaleza de la conducción en metales, y entonces, ¿cómo habría descubierto Schottky los semiconductores? Es difícil imaginar, entonces, cómo Bardeen, Brattain y Schockley habrían desarrollado transistores. Y sin transistores, Noyce y Kilbey no podrían haber producido circuitos integrados.

Casi todos los avances tecnológicos importantes de los siglos XX y XXI se originaron con investigaciones básicas que no presentaron ningún beneficio económico obvio o inmediato. Eso significa que no hay ánimo de lucro y, por lo tanto, no hay razón para que el sector privado lo financie adecuadamente. La investigación básica no es una pérdida de dinero de los impuestos; Es una inversión a largo plazo más confiable que cualquier otra cosa en la cartera del gobierno federal.

Creo que hay incluso más que esta visión pragmática a largo plazo.

La astronomía (y toda la física) nos ayuda a comprender nuestro lugar en el universo. Eso suena como una declaración muy antropocéntrica, ¿verdad? Pero cuanto más he aprendido sobre la naturaleza, más humilde me siento por ella. Solo somos pequeñas partículas de polvo intrascendentes.

La detección de ondas gravitacionales es solo una en una larga línea de observaciones que hemos hecho que nos muestra cuán impresionante es el universo. ¡Solo imagínalo! Dos agujeros negros, cada uno treinta veces más masivos que el Sol. Toda esa masa se exprime en una región de solo 90 km de ancho. Las dos orbitan entre sí tan rápido que al final, ¡están haciendo 50 órbitas en un segundo! ¡Chocan entre sí a la mitad de la velocidad de la luz! Y vivimos en un momento en que entendemos la relatividad general lo suficiente como para comprender la señal que observamos. ¿Qué suerte tiene eso?

Las ondas gravitacionales nos ayudan a apreciar mejor este universo inmenso, aterrador, impresionante y, en última instancia, hermoso que habitamos. Nos debemos a nosotros mismos cavar más profundo, y nunca dejar de preguntar “¿por qué?”.

Notas al pie

[1] Buscar planetas similares a la Tierra proporciona pistas para encontrar ‘La vida como la nuestra’

Hay muchas formas diferentes en que la astronomía de la Onda Gravitacional (GW) ayudará a comprender el Universo.

>> Se espera que los observatorios de GW terrestres actuales (LIGO / VIRGO, etc.) puedan observar más y más GW en el futuro, desde diferentes fuentes, como pares de estrellas de neutrones – estrellas de neutrones (NS-NS), NS-agujero negro (NS-BH) pares y pares BH-BH. Estas observaciones nos permitirán restringir mejor varios parámetros de evolución estelar, cómo se forman las estrellas y cómo evolucionan, cuáles son las condiciones físicas en estas estrellas, etc. Muchos de estos parámetros se conocen empíricamente, a partir de observaciones, pero son muy difíciles. derivar de los primeros principios. Las observaciones de GW permitirán restricciones independientes en algunos de estos parámetros.

>> Las masas iniciales de agujeros negros estimadas a partir de las observaciones de GW150914 fueron 29 y 36 [matemáticas] M _ {\ odot} [/ matemáticas] que, fueron la primera detección directa y robusta de binarios BH con masa [matemáticas]> 20 M _ {\ \ odot}. [/ math] Estas masas son más grandes de lo que hemos encontrado hasta ahora con las fuentes binarias de rayos X. Observaciones similares nos ayudarán a confirmar teorías sobre la formación de agujeros negros pesados. Podremos comprender mejor la formación de agujeros negros y las propiedades físicas de sus estrellas progenitoras (principalmente) Pop III y Pop II, que son la primera y segunda generación de estrellas en el Universo (Sí, la astronomía tiene algunas convenciones de nombres raras. Primero aparecieron las estrellas Pop III, luego Pop II y la generación actual es Pop I, a la que pertenece nuestro propio Sol. Se diferencian entre sí por la fracción de contenido “metálico”, es decir, la fracción de elementos y moléculas superiores a hidrógeno y helio) . [*]

>> Si observamos agujeros negros cien veces más masivos que el Sol ([matemáticas]> 100 M _ {\ odot}) [/ matemáticas], será muy útil para resolver uno de los principales problemas en cosmología, es decir, cómo agujeros negros supermasivos [matemática] \ sim 10 ^ {10} M _ {\ odot}) [/ matemática] en los cuásares presentes en el Universo tan pronto como el desplazamiento al rojo de [matemática] z = 6-7 [/ matemática]? Los modelos actuales suponen que estos agujeros negros supermasivos se formaron a partir de agujeros negros de masa estelar más pequeños (llamados semillas ), que se formaron en el desplazamiento al rojo [math] z \ sim 15 [/ math] y se hicieron más grandes al comer gas que los rodeaba, y otros agujeros negros en fusiones, similar a lo observado en el descubrimiento de ondas gravitacionales. Pero esta hipótesis tiene pocos problemas.

1. Si se supone que los agujeros negros de semillas son aproximadamente 10-20 veces masivos que el Sol ([matemática] \ sim 10-20 M _ {\ odot} [/ matemática]), entonces el período de tiempo entre desplazamiento al rojo [matemático] z = 15 [ / math] y corrimiento al rojo [math] z = 6 [/ math] (en el modelo actualmente ampliamente aceptado [math] \ Lambda [/ math] CDM [math] [/ math]) es demasiado pequeño (menos de 900 Myr desde grande bang) para que los agujeros negros crezcan de 20 masas solares a 10 mil millones de masas solares [matemáticas] 10 ^ {10} M _ {\ odot} [/ matemáticas].
2. Otras teorías suponen que la masa de semillas debe estar alrededor de [matemática] 10 ^ 3 – 10 ^ 5 M _ {\ odot} [/ matemática], que, aunque teóricamente posible, no se ha observado en el Universo muy temprano, y necesitaría algunos exóticos eventos que han sucedido para dar lugar a agujeros negros tan masivos. Los fenómenos exóticos incluyen el colapso directo de nubes de gas primordiales masivas o la existencia de agujeros negros primordiales. Algunas otras teorías también asumen diferentes modelos además del modelo estándar (lambda) [matemática] \ Lambda [/ matemática] MDL, que luego permite un marco de tiempo de ~ 2 mil millones de años, en lugar de menos de 0,9 mil millones de años, para el crecimiento de Los agujeros negros. [**]

Dado esto, si observamos agujeros negros más masivos que 100 masas solares [matemáticas] 100 M _ {\ odot} [/ matemáticas], eso ciertamente nos ayudará a acercarnos a la solución a este problema de agujeros negros muy masivos en el Universo temprano . Las fusiones de agujeros negros binarios de hasta 10,000 agujeros negros de masa solar ([matemática] 10 ^ 4 M _ {\ odot} [/ matemática]) deben ser observables con los detectores terrestres actuales.

Otras observaciones de GW también nos informarán sobre qué tipo de fusiones de agujeros negros suceden, con qué frecuencia ocurren y cuál es su distribución. Luego podemos extrapolar usando estos números al Universo temprano e intentar medir las condiciones cuando el Universo aún era joven.

>> Las observaciones de GW también arrojarán luz sobre el ‘problema final de parsec’ que es un problema en la fusión de agujeros negros supermasivos.

>> Ahora que tenemos detección directa de ondas gravitacionales, eso debería dar suficiente confianza a los gobiernos en el campo para que puedan financiar la misión eLISA aún más emocionante, un observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio, que podrá observar GW de fusiones masivas de agujeros negros! (Esto no es realmente posible con los detectores terrestres). [***]

[Fuente: Plotter de curva de sensibilidad de onda gravitacional]

>> Los GW también darán restricciones sobre ciertos aspectos de la gravedad cuántica, pero mi conocimiento del campo es muy limitado para entrar en detalles sobre esto.

Estos son algunos de los temas que recuerdo de mi cabeza. Lo que realmente me gustaría es si descubrimos algunos fenómenos completamente nuevos que abrirían cosas completamente nuevas sobre el Universo en las que nunca habíamos pensado.

[*] ver Implicaciones astrofísicas de la fusión binaria de agujeros negros GW150914

[**] ver Melia & McClintock 2015 y Volonteri et. Alabama. 2015 y referencias en el mismo.

[***] ver Observatorio de ondas gravitacionales eLISA

El efecto más significativo es que MUCHOS supuestos que los físicos han estado haciendo finalmente han sido probados. Finalmente, cualquier modelo que no sea compatible con esta observación puede descartarse y habrá mucha menos resistencia para agregar nuevos supuestos.

Hablemos de algunos de esos supuestos:

1. La energía asociada con la curvatura del espacio a su vez curva más el espacio … Esta suposición particular es fundamental para los agujeros negros, incluso teniendo un horizonte de eventos. Esto se ha asumido como correcto desde el inicio de la teoría. Sin embargo, se ha demostrado que la mayoría, si no todas, nuestras observaciones hasta ahora eran igualmente consistentes con la suposición de ser falsa. A lo largo de las décadas, hemos seguido duplicando nuestra apuesta, esta suposición es correcta. Casi todos los modelos cosmológicos habrían sido sospechosos si esta suposición hubiera sido errónea.

2. Los agujeros negros tienen horizontes dinámicos [Agujeros negros – Scholarpedia]. En realidad, este ha sido un físico aceptado desde los años 70. Aún así, encuentra un análisis absurdo por parte de expertos en el campo que tratarán de decirle que toma un tiempo infinito para que la materia entre en un horizonte de eventos de acuerdo con un observador distante. El análisis real es correcto, solo bajo el supuesto de que los agujeros negros son estacionarios (o estáticos) y no pueden cambiar con el tiempo. El hecho de que dos agujeros negros puedan fusionarse es una prueba absoluta de que los agujeros negros son dinámicos. El tiempo congelado en el horizonte de eventos (desde nuestra perspectiva) no evitó que los dos agujeros negros se fusionen en menos de medio segundo de nuestro tiempo. Ahora sabemos de manera concluyente que pueden formarse horizontes de eventos, pueden fusionarse, de acuerdo con los mismos modelos que pueden oscilar, pueden crecer y pueden reducirse … [Los agujeros negros pueden reducirse mediante métodos como la radiación de Hawking y la pérdida de energía de las ondas de gravedad … ]

3. Los métodos numéricos utilizados para describir este proceso han sido validados. Lo que significa que puede usarse para abordar problemas más desafiantes. Por ejemplo, ¿cómo puede la materia ordinaria caer más allá del horizonte de eventos en un tiempo finito? Hay varias maneras de explicar esto, la más simple es decir que es barrido por las oscilaciones del horizonte de eventos una vez que se acerca lo suficiente. Pero sin probar los modelos en lo que se consideró el escenario más simple, nadie se esforzaría por intentar modelar estos escenarios más complejos con precisión.

Probablemente la mayor consecuencia, ahora es que Ligo ha demostrado que se pueden detectar ondas de gravedad, se construirán experimentos que son aún más sensibles para que podamos usar ondas de gravedad para mirar en reinos previamente indetectables, como lo que sucedió exactamente durante el período inflacionario del universo.

Por supuesto, es un gran salto para la ciencia. Es la primera detección directa de ondas gravitacionales; Es la primera detección directa de agujeros negros y es una confirmación de la Relatividad General porque la propiedad de estos agujeros negros coincide exactamente con lo que Einstein predijo hace casi exactamente 100 años.
Los científicos han observado la deformación del espacio-tiempo generada por la colisión de dos agujeros negros a más de mil millones de años luz de la Tierra.
El equipo internacional dice que la primera detección de estas ondas gravitacionales marcará el comienzo de una nueva era para la astronomía.
Es la culminación de décadas de búsqueda y, en última instancia, podría ofrecer una ventana al Big Bang.
Me gustaría decirles a todos ustedes la importancia de este descubrimiento. Son los siguientes:

• Ondas en el tejido del espacio-tiempo.
• Las ondas gravitacionales son predicciones de la teoría de la relatividad general.
• Su existencia ha sido inferida por la ciencia, pero solo ahora se detecta directamente.
• Son ondas en el tejido del espacio y el tiempo producidas por eventos violentos.
• La aceleración de las masas producirá ondas que se propagan a la velocidad de la luz.
• Las fuentes detectables deberían incluir la fusión de agujeros negros y estrellas de neutrones.
• LIGO dispara rayos láser en túneles largos en forma de L; Las olas perturban la luz.

La detección de las olas abre el Universo a investigaciones completamente nuevas.

Esto es lo que Stephen Hawking tiene que decir sobre este fenómeno:
“Las ondas gravitacionales proporcionan una forma completamente nueva de ver el Universo. La capacidad de detectarlas tiene el potencial de revolucionar la astronomía. Este descubrimiento es la primera detección de un sistema binario de agujero negro y la primera observación de fusión de agujeros negros”, dijo. .
“Además de probar (la teoría de Albert Einstein de) la Relatividad General, podríamos esperar ver agujeros negros a través de la historia del Universo. Incluso podemos ver reliquias del Universo temprano durante el Big Bang en algunas de las energías más extremas posibles. ”

Los científicos ahora podrán investigar agujeros negros y objetos extraños conocidos como estrellas de neutrones (soles gigantes que se han derrumbado al tamaño de las ciudades). También deberían poder “mirar” mucho más profundamente en el Universo, y por lo tanto, más atrás en el tiempo . Incluso puede ser posible detectar el momento del Big Bang.
“Las ondas gravitacionales atraviesan todo. Apenas se ven afectadas por lo que pasan, y eso significa que son mensajeros perfectos”, dijo el profesor Bernard Schutz, de la Universidad de Cardiff, Reino Unido.
La información transportada en la onda gravitacional es exactamente la misma que cuando el sistema la envió; y eso es inusual en astronomía. No podemos ver la luz de regiones enteras de nuestra propia galaxia debido al polvo que se encuentra en el camino, y no podemos ver la primera parte del Big Bang porque el Universo era opaco a la luz antes de cierto tiempo.

Además, el estudio de las ondas gravitacionales en última instancia puede ayudar a los científicos en su búsqueda para resolver algunos de los mayores problemas de la física, como la unificación de fuerzas, que vincula la teoría cuántica con la gravedad.
Por el momento, la Relatividad General describe el cosmos en las escalas más grandes tremendamente bien, pero es a las ideas cuánticas a las que recurrimos cuando hablamos de las interacciones más pequeñas. Ser capaz de estudiar lugares en el Universo donde la gravedad es extrema, como en los agujeros negros, puede abrir un camino hacia un pensamiento nuevo y más completo sobre estos temas.

Esta pregunta se ha hecho al menos 6 veces en Quora. Es una pena que no se puedan consolidar. De todos modos, aquí está mi respuesta:

Para aquellos que creen en la teoría cuántica de campos y que todo está hecho de campos cuantificados, la respuesta es “gracias por verificar lo que ya sabíamos”. Esto no es para minimizarlo; La confirmación experimental es importante, pero no es sorprendente. Esto es lo que dije en el Capítulo 2 de mi libro (ver Comprender la física a través de la teoría cuántica de campos): Velocidad de propagación . Una característica importante de los campos es que los cambios en su intensidad no se propagan instantáneamente por el espacio sino que proceden, punto por punto, con una velocidad limitada por un número en las ecuaciones. Este número es de aproximadamente 300,000 km / seg (186,000 millas / seg) … Ondas gravitacionales . Considere una estrella que se mueve hacia adelante y hacia atrás. Este movimiento causará una oscilación correspondiente en el campo gravitacional circundante que se propagará hacia afuera, nuevamente con la velocidad de la luz. Esto se conoce como onda gravitacional. Se encontró evidencia de ondas electromagnéticas en el siglo XIX, y esto fue fundamental para la aceptación de la teoría de Maxwell, pero no ha habido evidencia de ondas gravitacionales hasta hace muy poco. Las ondas no se observaron directamente, ¡pero se encontró evidencia de su existencia en un púlsar a 30,000 años luz de la tierra! Pero retrocedamos un poco. Un púlsar (“estrella pulsante”) es una estrella extremadamente densa que emite radiación periódica de microondas (EM) a medida que gira sobre su eje. El púlsar en cuestión fue descubierto el 2 de julio de 1974 y recibió el extraño nombre de PSR1913 + 16 (pronunciado “Joe”). Lo importante de este púlsar en particular es que es parte de un doblete, es decir, tiene una estrella compañera, y los dos giran uno alrededor del otro con un período de solo 8 horas. Ahora, esta revolución es el tipo de movimiento del que acabamos de hablar, y por lo tanto, debe producir ondas gravitacionales que se lleven la energía. A medida que las estrellas pierden energía a través de esta radiación gravitacional, se acercarán y girarán a un ritmo más rápido, al igual que una nave espacial en una órbita baja tiene un período más corto que uno en una órbita más alta. para un doblete púlsar puede medirse observando el cambio en la radiación de microondas a medida que la estrella emisora ​​se acerca y retrocede alternativamente. (Este es esencialmente el mismo cambio que escuchamos en el silbato de un tren cuando se acerca y luego retrocede de un cruce). Joseph Taylor y Russell Hulse, quienes descubrieron el púlsar, monitorearon su período durante 20 años. ¡No solo encontraron una disminución, sino que la cantidad (aproximadamente 15 segundos) estaba exactamente de acuerdo con las predicciones de las ecuaciones de campo de Einstein! Esto proporcionó una demostración de la realidad del campo gravitacional y otra validación de las ecuaciones de Einstein. ¡Todo esto de una estrella a 30,000 años luz de la tierra! Por este logro, Taylor y Hulse fueron galardonados con el Premio Nobel de física de 1993.

¡La detección ‘directa’ de ondas gravitacionales corrobora la predicción de la teoría de la relatividad general de Einstein, que hizo hace 100 años! Esto nos permite saber y verificar cómo funciona nuestro Universo y nos abre una “nueva ventana” para ver cómo vemos (más bien escuchamos) el Cosmos. Las ondas gravitacionales no interactúan con la materia, por lo que podemos usarla para aprender sobre objetos que podrían no emitir radiación electromagnética. También nos ayudaría saber acerca de varias condiciones sobre nuestro Universo “bebé” (¡cuando el Universo era bastante joven!), A través de ondas gravitacionales emitidas durante esos tiempos. Este descubrimiento sugiere que la masa de los agujeros negros sea aproximadamente 30 veces la masa solar (¡limitada en una región de aproximadamente 150 km!), Y así verifica las afirmaciones de que existen agujeros negros masivos en la naturaleza. Además, existen innumerables implicaciones de tales detecciones en otras ramas de la astronomía / astrofísica.

Si considera los avances tecnológicos, sí, hemos progresado a pasos agigantados y estas aplicaciones novedosas se pueden implementar en varias otras áreas, como nuestro día a día. Esta detección también allanaría el camino para asegurar la financiación de nuevos intentos como LIGO-India, misión LISA (¡tipo de LIGO en el espacio!), Telescopio Einstein, etc. y nadie sabe qué “incógnitas” podríamos descubrir una vez que nos adentremos en el territorio desconocido!

Es emocionante, ciertamente, detectar la radiación gravitacional directamente. Pero nadie serio nunca dudó de su existencia (una predicción de la relatividad con mucha evidencia indirecta durante mucho tiempo), por lo que realmente una detección es una prueba de concepto para la astronomía de ondas gravitacionales.

Y para mí, eso es realmente emocionante. Muchas cosas en el universo no interactúan electromagnéticamente, lo que significa que no emiten ni absorben fotones, y por lo tanto no se mostrarán en nuestros telescopios. Pero TODO interactúa gravitacionalmente, por lo que esta es una sonda mucho más potente de la estructura del universo.

La detección de LIGO de una fusión binaria de agujeros negros pesados ​​es como el primer pico en un cielo nuevo; hasta ahora, solo podemos detectar las señales más grandes y más fuertes. Incluso estos son increíblemente útiles: esta es la primera vez que detectamos la existencia de estos agujeros negros de masa estelar, y como sirenas estándar, estos sistemas gravitacionalmente fuertes tienen un papel que desempeñar en la cosmología de precisión. Pero el verdadero placer será en el futuro a largo plazo, cuando las mejoras en la detección de ondas gravitacionales, que esperamos reflejen el crecimiento exponencial de nuestras capacidades en la detección de ondas electromagnéticas (fotones), nos permitan escanear el cielo gravitacionalmente.

Eso sí que sería genial.

Tuvimos que usar agujeros negros en colisión para tener suficiente amplitud en las ondas G para que nuestro detector pudiera detectarlos. Estas fueron dos fuentes de gravedad masiva altamente concentradas en comparación con las fuerzas G delgadas, difusas y relativamente débiles exhibidas por la materia oscura.

Imagínese tratar de detectar el sonido de un martillo golpeando un yunque a una milla de distancia como una analogía de lo que hicimos con los agujeros negros. En comparación, recoger ondas G de la materia oscura o incluso de planetas ordinarios sería como tratar de captar el sonido de un alfiler que cae sobre una manta a una milla de distancia. Esto es solo para darle una comparación aproximada del nivel de esfuerzo y la fuerza relativa de lo que está involucrado.

Me imagino que algún día en el futuro podríamos tener detectores que sean lo suficientemente direccionales y lo suficientemente sensibles como para captar planetas, soles y quizás densas nubes de materia oscura, pero eso está muy lejos.

Aquí hay algo en que pensar. Pensamiento pensativo # 1: Detectamos ondas de gravedad antes de descubrir o probar que hay un gravitón. Se cree que el bosón spin-2 o lo que resulte ser (cuerda, perdición, matriz, cuántica) es la mecánica de la gravedad (¿portador? ¿Causa del campo o fuerza de gravedad?). Hemos identificado que el bosón de Higgs es la fuente de masa para la materia y la masa implica gravedad, pero el Higgs no nos da gravedad, solo masa. Por lo tanto, el gravitón aún no está definido y, sin embargo, hemos observado ondas de lo que podrían ser gravitones.

Pensamiento pensativo # 2: La teoría cuántica predice que la partícula elemental que llamamos gravitón no tendrá masa porque tiene un alcance ilimitado y viaja a la velocidad de la luz. Si no tiene masa, entonces, ¿qué “activó” el sensor que descubrió las ondas G? Si era una onda de una partícula elemental aún no descubierta, pero no tiene masa, entonces eso significa que el campo de Higgs NO interactúa con esta partícula elemental para darle masa, tal vez es la única cosa en el universo que el campo de Higgs NO interactúa con. ¿Es el campo de Higgs el que está actuando de forma única (no) en el gravitón o es el gravitón el único porque es un bosón spin-2?

Pensamiento pensativo # 3: los fotones no tienen masa REST pero sí tienen masa a velocidad C, es por eso que funcionan las velas del espacio solar. Los gravitones no tienen masa en movimiento en C, ¿eso significa que son taquiones? ¿Puede la gravedad viajar más lento que C? Si los gravitones son emitidos de alguna manera por la masa, tienen un alcance ilimitado y demuestran ser una partícula elemental (un bosón spin-2), entonces ¿no sería todo el universo una espesa sopa de gravitones que se han emitido de todo lo que tiene masa? incluyendo Dark Matter) que existe o alguna vez existió en cualquier parte del universo?

Pensamiento pensativo # 4: Si finalmente se demuestra que la materia oscura NO es alguna forma de masa, entonces eso significa que los gravitones (y su campo de gravedad asociado) NO son un atributo de la materia que tiene masa. Si ese es el caso, entonces tenemos que pensar qué es el instigador de la gravedad. Y si es mayor en presencia de más masa, pero debido a que la materia oscura no tiene masa, ¿qué tiene una masa grande que le da una gran gravedad?

Pensamiento pensativo # 5: Alternativamente, supongamos que eventualmente demostramos que la materia oscura ES materia y TIENE masa y que esa masa es inculcada en la materia oscura por el campo de Higgs, entonces qué calidad de la masa de materia oscura le permite ser totalmente transparente, aparentemente no se ve afectado por la gravedad de otros objetos y no tiene emisión de espectro a ningún nivel o frecuencia de energía … y sin embargo … hay algo sobre lo que el bosón de Higgs actúa para darle masa y, por lo tanto, gravedad.

Pensamiento pensativo # 6: Como resultado de estas cualidades únicas de la materia oscura, ¿tendrían las ondas de gravedad y / o el gravitón algunas propiedades únicas diferentes de la materia ordinaria?

Si la respuesta es sí, ¿eso implica que hay más de una forma de gravedad o un tipo diferente de gravedad? Uno que le da masa a la materia oscura con alguna forma única de gravedad y otro que le da masa a la materia ordinaria con un tipo diferente de gravedad. Acabamos de detectar la existencia de ondas de gravedad. Puede pasar algún tiempo antes de que podamos distinguir las variaciones entre tales ondas.

Si la respuesta es no a la pregunta # 6 anterior, entonces eso significa que el bosón de Higgs está actuando sobre toda la materia para impartir masa, pero es un aspecto de la materia que no está relacionado con que sea visible, no tiene nada que ver con verse afectado por otra materia o gravedad y no tiene relación con ninguna calidad que se relacione con su emisión de espectro a cualquier nivel o frecuencia de energía. En otras palabras, el bosón de Higgs actúa sobre toda la materia para darle masa de la misma manera que lo hace para la materia oscura, sea lo que sea.

Pensamiento pensativo # 7: Estamos bastante seguros de que el bosón de Higgs da lugar al campo de Higgs y ese campo impregna todo el universo dando masa a la materia. Acabamos de detectar ondas de gravedad y la teoría cuántica dice que predice que esta onda en el espacio se deriva de un bosón spin-2 llamado gravitón. Esto implica que hay un campo que impregna el universo en el que la masa imparte gravedad similar al campo de Higgs. ¿Qué otros campos de fuerza o energía o medios existen? ¿Encontraremos que EMF es una onda dentro de un campo en lugar de una fuerza emitida? ¿Qué lleva exactamente o crea un campo magnético? La mayoría de las definiciones dicen cosas como “los imanes crean un campo magnético” o “existe un campo magnético alrededor de una corriente eléctrica”. Pero, ¿qué cuerda, cuántica, bosón, mesón o ?? está creando esa fuerza? ¿La gravedad afecta a un campo magnético? ¿Estamos seguros de que no?

Como con la mayoría de los descubrimientos en cosmología, hemos abierto una puerta solo para mirar a través de un largo pasillo de cientos de otras puertas que presentan nuevos desafíos y preguntas sobre qué hay al otro lado del siguiente.

Hasta ahora, este descubrimiento no nos dice nada de materia oscura o energía oscura. Eso podría cambiar a medida que se observen más eventos con estos interferómetros de ondas de gravedad y con otros que se están construyendo y se construirán en el futuro.

Lo que se anunció hoy fue un conjunto de mediciones de dos dispositivos similares que indican fuertemente la observación de dos agujeros negros fusionados para formar un solo agujero negro. Un evento nunca es suficiente para cambiar nuestra comprensión de algo que se esperaba que sucediera, pero a medida que se observan muchos más eventos de ondas de gravedad, es posible hacer comparaciones entre ellos y con observaciones ópticas en las direcciones de los mismos eventos que ayudarán nosotros para entender muchas cosas mejor.

Su pregunta podría compararse con preguntarle a Galileo por qué su primera observación de la luna con un telescopio fue un gran avance. Como en el caso de los resultados avanzados de LIGO, los detalles eran asombrosos, pero la mayoría de las cosas que veía eran visibles con los desnudos. Algunos de los detalles lunares eventualmente cambiaron nuestra comprensión de la superficie de la luna, pero fueron las muchas otras observaciones nuevas que vinieron más tarde las que realmente revolucionaron nuestra comprensión del sistema solar e hicieron esencial una comprensión del concepto de inercia.

Por ahora, estoy feliz de sorprenderme de lo buenos que fueron los datos en esta observación inicial, mientras siento una sensación de entusiasmo por la posibilidad de nuevos descubrimientos inimaginables. Ese es uno de los grandes puntos sobre la ciencia. No podemos predecir todo lo que se encontrará con nuevas formas de examinar la naturaleza. Si pudiéramos, no necesitaríamos construir nuevos y maravillosos instrumentos de descubrimiento.

Esta respuesta casi se transcribe de mi respuesta en un sitio web chino https://www.zhihu.com/question/4 …

En general, la astronomía de ondas gravitacionales abrirá una nueva ventana después de la astronomía de ondas electromagnéticas y neutrinos, y es la última parte faltante de la observación espacial (ahora está llena por el nuevo descubrimiento).

Las ondas gravitacionales poseen propiedades radicalmente diferentes de las ondas electromagnéticas y los neutrinos, lo que desentrañará muchos detalles que no se pueden obtener por otros medios. Por ejemplo, la onda gravitacional se produce acelerando los asuntos, por lo que refleja el cambio de distribución de masa. Y la gravitación es la interacción más débil, responsable de su extrema dificultad de generación y detección, pero también confiere su suprema penetrabilidad, incluso mejor que el neutrino. Estas propiedades lo hacen adecuado para estos escenarios a continuación:

Fusión del Agujero Negro

Las fusiones de agujeros negros son los eventos más violentos en el universo, y se cree que son las fuentes más fuertes de ondas gravitacionales. Pero los agujeros negros son solo la estructura del espacio-tiempo, por lo que son silenciosos en radiaciones electromagnéticas y de neutrinos. Aunque podemos detectar los eventos de fusión a través de la radiación electromagnética de los materiales acumulados, estos son solo información indirecta y no pueden dar detalles de las fusiones.

Sin embargo, una vez que podamos resolver la forma de onda, podemos obtener una idea de ellos. Los investigadores han hecho muchos progresos en la relatividad numérica en los últimos años, y han hecho algunas predicciones convincentes, como la cantidad de energía de la radiación gravitacional [1], la precesión de rotación y el retroceso del agujero negro [2]. Si se verifican, no solo respaldaría la relatividad general, sino que también nos ayudaría a comprender la evolución de los agujeros negros y la galaxia.

Supernova

Las supernovas, especialmente el colapso del núcleo, las supernovas también se consideran fuentes fuertes de ondas gravitacionales. Aunque pueden detectarse fácilmente a través de telescopios electromagnéticos o de neutrinos, las ondas gravitacionales pueden decirnos algo diferente. Debido a que la onda gravitacional refleja el movimiento de la masa y puede penetrar fácilmente en las capas externas de las estrellas, puede determinar cómo se mueven los materiales dentro de las estrellas [3]. Esto será muy útil para la astrofísica.

Colisión de una estrella de neutrones

Aunque no se han detectado las colisiones entre dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro, se acepta ampliamente que son responsables de las explosiones cortas de rayos gamma (GRB). Si detectamos las señales de ondas gravitacionales mientras tanto el GRB corto, verificará la causalidad entre la colisión de estrellas de neutrones y GRB, y nos ayudará a comprender mejor la naturaleza de las estrellas de neutrones.

Debido a la complejidad de la cromodinámica cuántica (QCD, que describe una interacción fuerte), todavía nos falta una buena ecuación del estado de la materia de degeneración de neutrones. Sin embargo, durante la colisión, la fuerza de marea desgarrará las estrellas de neutrones, lo que puede ayudarnos a corregir la ecuación de los estados [4], por lo que podemos entender mejor el QCD. Alguien propuso que tal colisión contribuyó con la mayoría de los elementos pesados ​​del universo, como el oro y el uranio. Si podemos verificarlo, nos ayudará a comprender mejor la teoría de la nucleosíntesis.

Universo temprano, inflación

Hasta ahora, nuestro conocimiento del universo primitivo proviene del fondo cósmico de microondas (CMB). Sin embargo, el universo primitivo está lleno de plasma, que es opaco a la radiación electromagnética. Entonces, el CMB solo nos cuenta lo que sucedió 378 mil años después del Big Bang. Sin embargo, las ondas gravitacionales pueden viajar libremente a través del plasma, por lo que proporciona una idea de los eventos del universo extremadamente tempranos, como la inflación. Dicha onda gravitacional se llama onda gravitacional primordial.

El BICEP II anunció el año pasado el descubrimiento de las ondas gravitacionales primordiales, pero pronto fue falsificado por los datos del Planck. Ahora muchos equipos, incluido el BICEP III, compiten por el descubrimiento de la onda gravitacional primordial. Si se verifica, promoverá en gran medida el desarrollo de la cosmología y posiblemente la gravedad cuántica.

Bibliografía

[1] [1206.3803] En la masa irradiada por binarios coalescentes de agujeros negros

[2] [gr-qc / 0702133] Retroceso gravitacional máximo

[3] [1212.4250] Supernovas, neutrinos y ondas gravitacionales de colapso del núcleo

[4] [1503.05405] Restringir la ecuación de estado de la estrella de neutrones con señales de ondas gravitacionales de estrellas de neutrones binarias coalescentes

Vamos a necesitar un LIGO más grande.

La razón por la que digo esto es que el evento que acaban de detectar fue muy, muy poderoso. En su apogeo, emitió alrededor de [matemáticas] 3.6 \ veces 10 ^ {49} [/ matemáticas] vatios.

Sin embargo, estaba muy, muy lejos. A unos 1.300 millones de años luz de distancia. Entonces, uno podría preguntarse si es más cercano, pero podrían aparecer eventos menos poderosos.

Suponiendo que estamos hablando de los alcances exteriores del sistema solar, la distancia relevante es de aproximadamente 1 año luz, por lo tanto, utilizando la ley del cuadrado inverso, podemos asegurarnos de que un evento de una emisión de meras [matemáticas] 2.1 \ veces 10 ^ {31} [/ math] Watts podría ser detectable si sucediera dentro de nuestro sistema solar.

Pero la ecuación para el poder emitido por dos cuerpos en órbita en forma de ondas gravitacionales es:

[matemática] P = \ frac {32 G ^ 5 (m_1 + m_2) ^ 2 (m_1 m_2)} {5c ^ 5 r ^ 5} [/ matemática]

Y conectando los números para, digamos, un objeto de la Nube de Oort, incluso tan grande como la tierra, da [matemáticas] 1.9 \ veces 10 ^ {- 22} [/ matemáticas] Vatios. Por lo tanto, necesitamos una mejora de un factor de [matemáticas] 10 ^ {53} [/ matemáticas] para poder detectar esto.

Eso es bastante. Si tomamos las tasas de mejora más extraordinarias en tecnología que conocemos: la ley de Moore para la densidad de transistores de microchips, y simplemente asumimos que podemos hacer que esto suceda con LIGO, entonces logramos duplicar la sensibilidad cada dos años. Entonces podremos detectar este tipo de cosas dentro de 350 años.

Puede ser necesario confiar en una buena detección de radiación electromagnética a la antigua durante un tiempo más.

Esta es la apertura de una nueva era en nuestra capacidad de aprender sobre el universo. La gente siempre se ha preguntado qué más hay más allá de nuestro planeta. Hemos aprendido mucho observando ondas electromagnéticas. Las ondas gravitacionales tienen el potencial de revelar aún más. Posiblemente, en el futuro, esto podría incluso incluir mirar hacia atrás a algunos de los primeros momentos después del nacimiento del universo. Creo que nuestra comprensión del universo es uno de los mayores logros de la humanidad.

Gracias por a2a: ¡El significado es una vez más que prueba que Einstein estaba en lo correcto! ¿Por qué? Muestra por primera vez directamente que (i) la gravedad viaja a la velocidad de la luz. (ii) Hemos observado por primera vez en la historia humana (¿tal vez en la historia cósmica?) que el movimiento de masas conduce a una fuerza de corte en el espacio mismo. Imagina, agitamos nuestras manos y en los rincones más lejanos del universo causamos una onda en el espacio y el tiempo. ¡Por supuesto que las ondas de mano causan ondas muy muy muy pequeñas! ¿Pero dos agujeros negros masivos chocan / se fusionan? ¡Que podemos y ahora hemos detectado dos agujeros negros colisionando a 8,000,000,000,000,000,000,000 millas de distancia! Sorprendentemente, podemos hacer esto a pesar de que estos agujeros negros son tan fuertes que incluso la luz misma no puede escapar de ellos.

Sí, la astronomía adquiere una nueva dimensión después de esto.

Usted ve, hasta un largo período después del Big Bang, toda la materia en el universo tenía una carga eléctrica en escalas macroscópicas (la materia todavía tiene carga eléctrica en escalas microscópicas). Debido a esta razón, todos los fotones existentes interactuaron con la materia cargada y, por lo tanto, los fotones fueron ‘ cambiados’. La cosa es que, debido a tales interacciones, los fotones no podían moverse libremente en el espacio.

Luego, cuando los átomos eléctricamente neutros finalmente llegaron a existir, digamos, en un momento t , los fotones eran libres de moverse dentro del espacio (debido a que no había cargas macroscópicas para interactuar). Debido a la incapacidad de los fotones para moverse libremente antes del tiempo t , no podemos saber nada sobre el período anterior al tiempo t analizando y estudiando los fotones.

Por lo tanto, necesitamos algo más, algo que nunca estuvo restringido por las propiedades de la materia, para investigar los primeros momentos de nuestro universo. Las ondas gravitacionales son tales cosas.

Es por eso que estoy tan entusiasmado con esta reciente confirmación experimental de ondas gravitacionales (confirmada por LIGO). Con la ayuda de ondas gravitacionales, podríamos saber qué sucedió en los primeros momentos del cosmos. Abriría un nuevo capítulo de la historia cósmica.

Salud.

Las ondas gravitacionales son, como todas las demás ondas, una propagación de energía a través de algún medio.

En el caso de las ondas sonoras, el medio es el aire, en el cual las partículas chocan, llegando finalmente a nuestro oído y formando un “sonido”, que nuestro cerebro crea a través del sentido del oído.

En el caso de las ondas electromagnéticas, el medio es el campo electromagnético, y viajan a la velocidad de la luz, c. Utilizamos estas ondas para enviar información, y toda nuestra tecnología electrónica moderna se ha creado a partir de las leyes que rigen el envío, la propagación y la recepción de estas ondas. La radio, la luz y los rayos UV son longitudes de onda diferentes en la escala electromagnética.

En el caso de las ondas gravitacionales , el medio es el continuo espacio-temporal. El espacio-tiempo es flexible, como un trampolín, y cuando la materia y la energía están en él, el campo se dobla y se deforma en respuesta. Cuando tienes dos objetos masivos acelerando, crean ondas dentro del espacio-tiempo que se pueden detectar aquí en la Tierra.

Técnicamente, estas ondas se crean cada vez que un objeto con masa se acelera alrededor de otro objeto o choca, pero las ondas son tan pequeñas que apenas podríamos esperar detectarlas. Entonces, en el caso de la detección anunciada hoy, el equipo de LIGO encontró ondas de dos agujeros negros de masas alrededor de 30 veces la del Sol, que rápidamente orbitaron entre sí y luego se estrellaron.

Y, incluso podemos convertir esas lecturas de las ondas en una onda de sonido audible. Escuche a continuación, la onda gravitacional de dos agujeros negros que orbitan entre sí hace 1.300 millones de años …

Sonido LIGO 1135136350 – Dur 5 – Hp 20 – Lp 400 – Su 1p0 – Fs 400

Ya hay tantas respuestas excelentes a su pregunta que dudo en agregar mis $ 0.02 (¡pero solo por un momento! 🙂

Primero, tengo curiosidad sobre dónde trazas el límite implícito entre ” la comunidad científica ” y ” el mundo real “. Si este último consiste en personas cuyos intereses disminuyen rápidamente cuando el tema se desvía de las finanzas, la política, las conveniencias, los bienes de consumo o el entretenimiento, probablemente podamos responder esa mitad de la pregunta con “Probablemente ninguno”. (Como diría el gran filósofo austríaco, “¿Quién ceahs?”)

Entonces, ¿qué pasa con la comunidad científica? Muchas respuestas geniales a eso ya, como dije antes. Me centraré en mis dos favoritos:

1. Ya ha provocado que los medios se olviden completamente de la confirmación preexistente de las predicciones de Einstein de 1917: Hulse y Taylor ganaron el Premio Nobel de Física de 1993 por medir la desaceleración de un púlsar binario debido a la emisión de ondas gravitacionales. La nueva medición es la primera observación directa de las ondas G, y eso es ciertamente un gran, gran problema; pero confíe en la prensa para eludir cualquier información de fondo que mitigue el sensacionalismo de la ocasión. Oh bien.
2. Con suerte, esta observación aumentará la prioridad del proyecto de Antena Espacial de Interferómetro Láser Evolucionado de la Agencia Espacial Europea que promete detectar fuentes más comunes que involucran objetos menos distantes, menos raros y menos masivos, marcando el comienzo de una era dorada de la astronomía gravitacional. ¿Quizás la NASA podría recibir nuevos fondos y volver a involucrarse?

De todos modos, la prueba de principio se ha logrado. Ahora nuestra determinación de aprender de ella será probada.

Un significado del descubrimiento es que la teoría de la relatividad general se quedará con nosotros durante bastante tiempo; Las ondas gravitacionales fueron la última pieza de predicciones no verificadas de la relatividad general, y la relatividad en general. En las últimas décadas, los científicos experimentales habían hecho muchos intentos de detectar ondas gravitacionales, sin éxito. Esto había aumentado las dudas de que la teoría de la relatividad pudiera estar equivocada en sus propios fundamentos, y se necesita desarrollar una nueva teoría. Tenga en cuenta que las nuevas teorías se desarrollan cuando las predicciones de la teoría actual no coinciden con las observaciones, o una observación no puede explicarse por la teoría actual.
Por ejemplo, la relatividad especial se desarrolló inicialmente para explicar por qué la velocidad de la luz siempre fue constante, sin importar si usted (el observador) se movía, no importa cuán rápido o lento, hacia la fuente de luz o lejos de ella; El principio clásico de velocidad relativa no funcionaba para la luz.
Como otro ejemplo, durante siglos, los astrónomos habían observado que la órbita de Mercurio, el planeta más cercano al Sol, está cambiando con el tiempo, es decir, el punto donde Mercurio alcanza su distancia mínima al Sol, se mueve alrededor del Sol muy lentamente. , pero constantemente La física newtoniana no pudo explicarlo. No solo la relatividad general fue capaz de explicar el fenómeno observado, sino que Einstein realmente calculó la tasa de cambio en la órbita de Mercurio en papel, haciendo coincidir la observación. Nuevamente, el descubrimiento de ondas gravitacionales fue otra, y la verificación final de una de las predicciones no verificadas de larga duración en la física moderna.
Entonces, ahora hay más confianza en los fundamentos de la relatividad. en otras palabras, cuando se desarrollan nuevas teorías, lo más probable es que no falsifiquen la teoría de la relatividad general, y probablemente la abarquen como un caso especial. Similar al hecho de que la física clásica y la ley de gravedad de Newton son casos especiales en relatividad cuando las velocidades son mucho más pequeñas que la velocidad de la luz, y las masas no son muy grandes.

En cuanto al salto gigante, se trata de los “instrumentos y métodos de precisión” que hicieron posible esta elaborada medición. La existencia de ondas gravitacionales es muy intuitiva para los físicos en analogía con las ondas electromagnéticas. El problema de picazón “era”, ¡por qué no podemos detectarlos!

Esta respuesta no me hará popular, pero creo que el impacto más significativo que LIGO tendrá en la ciencia será en el área de la divulgación científica. El resultado (como más rápido que los neutrinos ligeros) fue ampliamente publicitado después de que se detectó una sola señal. Un año después, solo se ha observado otra señal posible (de menor calidad), a pesar de las predicciones y expectativas de detecciones frecuentes. La cuestión de si la detección era o no realmente de colisiones, agujeros negros supermasivos en un sistema estelar distante o alguna perturbación geológica local no recibió ninguna presión. Creo que las fallas en el experimento eventualmente saldrán a la luz y servirá como otro ejemplo de que los científicos son demasiado rápidos para anunciar que han visto el corazón del universo cuando simplemente eran muy buenos para engañarse a sí mismos. Mi escepticismo fue influenciado por este artículo sobre las fallas en el diseño experimental http://file.scirp.org/pdf/JMP_20 … y esta descripción del líder del proyecto Conoce al desertor de la universidad que inventó el detector de ondas gravitacionales

Aunque este tipo de pregunta fue respondida antes, intentaré responder de nuevo con información breve y clara. Las ondas gravitatorias son ondas que se producen debido a una gran masa que colisiona, como los enormes materiales creados para formar galaxias o estrellas en la era de importa poco después del big bang, como lo predice la teoría general de la relatividad. También estas ondas pueden ser creadas por una colisión de la llamada estrella de neutrones o cuando giran entre sí, o creadas por una colisión de dos agujeros negros. de su descubrimiento son:
1-Prueba de la predicción de la teoría general de la relatividad
2-Con los medios tecnológicos utilizados para detectar estas ondas, es muy posible estudiar la estructura fina del universo utilizando estas ondas.
3- Puede haber otras propuestas científicas en el futuro.