¿Por qué no fue el ‘chirrido’ de los agujeros negros que cayeron detectados por LIGO mucho más que .2s debido a la dilatación del tiempo en el horizonte de eventos?

Publiqué esta pregunta el 1 de abril y hasta la fecha, el único encuestado parece no haber entendido la pregunta, por lo que quiero elaborar un poco con la esperanza de aclarar el problema y obtener algunas respuestas razonables. Las imágenes a continuación son del documento original de LIGO que anuncia el descubrimiento de una señal de onda gravitacional (gw) de un evento (la fusión de dos agujeros negros) que se afirma que tuvo lugar a una distancia de 1.300 millones de años luz.

Está claro en la imagen que el evento de fusión y la señal gw que produjo se extienden más de .2 de segundo. El grupo LIGO afirma que detectó esa señal exacta de duración de .2s en sus dos sitios.

El problema es, ¿cómo podría esta señal haber atravesado 1.3 billones de ly desde su punto de emisión completamente inalterado, ya sea por el efecto de dilatación del tiempo para un evento del horizonte de eventos (como lo predice la Relatividad General para un observador distante) o por la consiguiente expansión del espacio-tiempo predicho por el modelo estándar de cosmología? Plantea la cuestión de si LIGO representa un error científico aún más atroz que los fiascos OPERA y BICEP2.

Se podría decir que al menos los dos últimos fueron causados ​​por un salto demasiado entusiasta a las conclusiones. No existe una excusa para niños que vayan a ser niños aquí. Parece que el error está integrado en el diseño del experimento. La forma de onda detectada se ajusta a una de las 250,000 plantillas prediseñadas.

Tal vez hay una explicación razonable para esto que simplemente no veo. Es como si el equipo de LIGO simplemente decidiera ignorar algunas consecuencias bien conocidas de la teoría (Relatividad general) que su experimento intentaba validar. Si alguien tiene una explicación razonable, me encantaría escucharla.

Recapitulemos algunos conceptos básicos sobre la dilatación del tiempo. Vivimos en un mundo tridimensional, por lo que utilizamos 3 coordenadas independientes para identificar cualquier punto en el espacio. Agregue tiempo a la imagen para identificar diferentes eventos que suceden en cada punto y ahora cada evento, cada punto en el espacio y el tiempo tiene su propia “dirección”, coordenada 4D (t, x, y, z). En el mundo newtoniano este espacio es euclidiano, es decir, podemos usar el conocido teorema de Pitágoras para calcular distancias y son independientes del tiempo. Si alguien se mueve del punto (t0, x0, t0, z0) a (t1, x1, y1, z1), ¿cuánto tiempo pasa en su reloj? Newton respondería “dt = t1 – t0”. Pero la relatividad especial dice que no, para que la velocidad de la luz sea el mismo espacio y tiempo ahora están conectados y son dependientes, y el tiempo transcurrido en el reloj de los viajeros se calcula como c ^ 2 * dt ^ 2 = c ^ 2 * (t1 -t0) ^ 2 – (x1 – x0) ^ 2 – (y1 – y0) ^ 2 – (z1 – z0) ^ 2, es decir, cuanto más lejos esté el punto 1 del punto 0, cuanto más rápido se mueva el viajero, más lento será su tiempo. . Para nosotros, el “observador externo”, entre los momentos t0 y t1, exactamente t1 – t0 segundos pasan, pero en el reloj de los viajeros pasa una menor cantidad de tiempo. Esta es la dilatación del tiempo en la relatividad especial. Luego viene la Relatividad general y dice que la fórmula anterior está bien para el espacio plano, lejos de los cuerpos masivos, pero cerca de los cuerpos masivos debe corregirse: se deben agregar varios coeficientes en lugar de solo c ^ 2 y -1. Y estos coeficientes son diferentes en diferentes puntos del espacio-tiempo, dependen de la distribución de energía / momento alrededor. Ahora tenemos una función especial que para cada punto en el espacio y el tiempo nos da un montón de coeficientes, esta función es tensor métrico. Para saber cómo avanza el reloj del viajero cuando se mueve del punto (t, x, y, z) a algún punto cercano (t + dt, x + dx, y + dy, z + dz) no podemos usar ni dt ni el fórmula de relatividad especial, en su lugar deberíamos usar algo como g_00 * dt ^ 2 + g_11 * dx ^ 2 + g_22 * dy ^ 2 + g_33 * dz ^ 2 + en algunos casos términos como g_23 * dy * dz, es decir, todas las combinaciones de dt , dx, dy, dz con sus propios coeficientes, 16 números en total. Y estos coeficientes son diferentes para diferentes valores de (t, x, y, z). Integre esta cosa en todo el camino de A a B y sabrá cuánto tiempo pasa en el reloj del viajero. El coeficiente cercano a los cuerpos masivos antes de dt será pequeño, por lo que pasará menos tiempo de viajero por cada segundo de nuestro tiempo, y en el horizonte de eventos del agujero negro ese coeficiente se convierte en cero, es decir, no pasará ningún tiempo en el reloj del viajero, su tiempo parece pasar ser detenido en nuestros ojos. Pero todo esto depende de la ruta del viajero, cómo se mueven en el espacio-tiempo, porque en diferentes puntos el tensor métrico tiene valores diferentes. Ahora, ¿qué son esas ondas gravitacionales detectadas por LIGO? Básicamente, son cambios en el tensor métrico, ondas en esa función que describe cómo calcular distancias y tiempos adecuados en diferentes puntos en el espacio-tiempo. Dado que estas ondas son solo cambios de valores de alguna función, su velocidad de propagación no depende del valor en sí, nada les impide “moverse” a la velocidad de la luz porque nada realmente se mueve allí. Es como si miraras el mapa de altura de alguna cadena montañosa. Imagine que una dirección de este mapa 2D es el tiempo, por lo que el mapa muestra cómo la montaña 1D “cambia en el tiempo”. La inclinación de las laderas de las montañas afecta la velocidad de los diferentes viajeros que caminan por esas montañas, pero la montaña misma puede “moverse” con cualquier velocidad, es solo un paisaje 2D fijo. En la misma línea tenemos un paisaje 4D fijo de tensor métrico, y moviéndonos en el tiempo solo percibimos sus cortes 3D. Cuando es “rocoso”, lo percibimos como algunas olas que se mueven en el espacio donde, de hecho, son solo diferentes rodajas de una sola “montaña”. En cada punto del horizonte de eventos del agujero negro, cualquier movimiento a lo largo del horizonte tomará cero “tiempo apropiado” (tiempo medido por el viajero) pero no evita que el horizonte se mueva, no tiene ningún reloj y no le molesta la dilatación del tiempo , es solo un conjunto de puntos con valores particulares de tensor métrico.

Esta es una excelente pregunta. Aunque haría una ligera corrección de que lo que sucedió dentro del horizonte de eventos, en el horizonte de eventos y muy lejos del horizonte de eventos, todo parecería diferente, por lo que no debería preocuparse mucho por la propagación de la señal. La pregunta es sobre la verificación de la fuente, si la señal realmente se originó en la fuente en cuestión y qué tan exactamente se puede describir sin especulaciones.

Desde que la colaboración de LIGO informó sus reclamos (envuelto en una presentación un poco especulativa), he tenido dificultades para comprender y aceptar la parte sobre la fusión de Black Hole y su comprensión precisa. Pudo haber sido otra cosa. Después de todo, sus plantillas son teóricas y pueden ser especulativas. Sus modelos pueden no corresponder a lo que existe en la realidad.

No estoy cuestionando que no existan ondas gravitacionales o que LIGO no las haya detectado, podrían haberlo hecho y tal vez ya lo hayan hecho (y si no me equivoco, también se hizo hace unas décadas y se otorgó un premio Nobel por eso , a menos que deseen regalar otro a LIGO de cualquier manera. Los premios no importan, lo que importa es la ciencia y una hazaña que vale la pena reclamar un reconocimiento con todas las cosas debidas), pero lo que todos estamos afirmando es la posibilidad de que LIGO señalarlo todo con tanta precisión y poner números y adjuntarlo a dos agujeros negros desconocidos no vistos es prematuro e inapropiado. Todo se puede simular de mil maneras más y cada una parecería objetiva. Esto es como mi suposición tan buena como tu suposición.

Hay dos colaboraciones más de gw y un par de experimentos en marcha, creo que deberíamos esperar y ver qué informan.

Y LIGO debería presentar más eventos como ese, para respaldar sus afirmaciones (en base a observaciones reales). Después de todo, lo que detectaron no debería ser el único evento de fusión de agujeros negros en el universo.

Gracias.

Gran pregunta!

Tienes que recodar; El tiempo es relativo . Alguien cercano al evento experimentaría el “chirrido” de manera mucho más diferente que nosotros. La distancia también sería un factor. La energía se disipa al aumentar la distancia y el tiempo.