Astronomia

Qual è la velocità delle onde gravitazionali?

Qual è la velocità delle onde gravitazionali?

Ho letto che due enormi buchi neri si sono scontrati o si sono fusi e quindi hanno creato onde gravitazionali miliardi di anni fa, quindi ora siamo in grado di rilevarlo e rilevarlo. Allora qual è la velocità dell'onda gravitazionale? È più veloce della luce? e ce ne sono molti altri da rilevare?


Le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce.

Ci sono molte possibili sorgenti di onde gravitazionali. Il Due rilevamenti confermati finora (14 settembre 2016) stanno fondendo sistemi binari di buchi neri, ma le fonti di onde gravitazionali (rilevabili) possono includere la fusione di stelle di neutroni, binarie di breve periodo contenenti stelle di neutroni o nane bianche, lampi di raggi gamma o supernova.

Per una breve introduzione, vedere Sorgenti di onde gravitazionali nel sito di ALIGO.


9.1: La velocità della gravità

Nella gravità newtoniana si presume che gli effetti gravitazionali si propaghino a velocità infinita, in modo che per esempio le maree lunari corrispondano in qualsiasi momento alla posizione della luna nello stesso istante. Questo chiaramente può essere vero nella relatività, dal momento che la simultaneità è qualcosa su cui anche diversi osservatori concordano. Non solo la "velocità di gravità" dovrebbe essere finita, ma sembra poco plausibile che sarebbe maggiore di c nella sezione 2.2, abbiamo sostenuto sulla base di principi empiricamente ben stabiliti che deve esserci una velocità massima di causa ed effetto. Sebbene l'argomento fosse applicabile solo alla relatività ristretta, cioè a uno spaziotempo piatto, sembra probabile che si applichi anche alla relatività generale, almeno per onde di bassa ampiezza su uno sfondo piatto. Già nel 1913, prima ancora che Einstein avesse sviluppato la teoria completa della relatività generale, aveva effettuato calcoli nel limite di campo debole che mostravano che gli effetti gravitazionali dovrebbero propagarsi a c. Elaboreremo un argomento in questo senso (usando una tecnica diversa da quella di Einstein) nella sezione 9.2. Ciò sembra eminentemente ragionevole, poiché (a) è probabile che sia coerente con la causalità, e (b) G e c sono le uniche costanti con unità che appaiono nelle equazioni di campo (oscurate dalla nostra scelta delle unità, in cui G = 1 e c = 1), e l'unica scala di velocità che può essere costruita da queste due costanti è c stesso. 1

Necessita di onde ad alta ampiezza non propagarsi a c. Ad esempio, la relatività generale prevede che un impulso di onde gravitazionali che si propaga su uno sfondo di spaziotempo curvo sviluppi un bordo d'uscita che si propaga a meno di c (Misner, Thorne e Wheeler, p. 957). Questo effetto è debole quando l'ampiezza è piccola o la lunghezza d'onda è corta rispetto alla scala della curvatura di fondo.

Come mostrato dalla seguente linea temporale, la previsione di Einstein era sorprendentemente difficile da verificare.

1913 Einstein prevede che le onde gravitazionali viaggiano a c.
1982 Si è visto che la pulsar di Hulse-Taylor (sezioni 6.2, 9.2) perde energia alla velocità prevista dalla previsione della relatività generale della radiazione gravitazionale.
2016-2017 Rilevazione diretta delle onde gravitazionali e verifica che si propagano a c.

Perché questo processo è durato più di un secolo? Argomenti ingenui suggeriscono che avrebbe dovuto essere molto più semplice. Già da Newton e Laplace i lavoratori avevano studiato le conseguenze di una forza gravitazionale che si propagava a una velocità finita. È facile dimostrare che, se vengono mantenute idee non relativistiche sullo spaziotempo, i risultati previsti sono drammatici e non coerenti con l'osservazione. Ad esempio, la terra e la luna orbitano attorno al loro comune centro di massa, che è all'interno della terra ma spostato dal centro della terra. Supponiamo di conservare le idee di Newton sullo spaziotempo, ma di modificare la legge di gravità di Newton per incorporare un ritardo temporale, con cambiamenti nel campo gravitazionale che si propagano a una certa velocità u. La forza che agisce sulla luna punterebbe quindi verso la posizione della terra in un momento leggermente precedente, e questa forza avrebbe quindi una componente parallela alla direzione del movimento della luna. La forza farebbe un lavoro positivo sulla luna ed eserciterebbe anche una coppia positiva, con il risultato che la luna si allontanerebbe a spirale. Questo non è coerente con il fatto che il sistema terra-luna è rimasto abbastanza stabile per miliardi di anni, a meno che non consideriamo che tu sia molto grande. Dalla stabilità delle orbite nel sistema solare, Laplace stimò u (gtrsim) 10 15 m/s, molti ordini di grandezza maggiori di c. Questo sembrava supportare l'immagine newtoniana, in cui la gravità agisce istantaneamente a distanza. Un ritardo nello spaziotempo newtoniano sarebbe stato facilmente rilevato anche dalle misurazioni del ventesimo secolo utilizzando sonde spaziali e radioastronomia. 2

Il problema con tali argomenti è che quando sostituiamo lo spaziotempo relativistico allo spaziotempo newtoniano, non ci si aspetta più che un campo ritardato punti verso la posizione ritardata della sorgente. Ad esempio, se una carica elettrica si muove inerziale e viene osservata in un frame in cui si muove, l'invarianza di Lorentz richiede che le sue linee di campo elettrico siano diritte e convergano sulla posizione attuale della carica in quel frame. 3 La velocità di gravità risulta quindi essere molto più difficile da misurare di quanto Laplace avesse creduto.


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Cosa sono le onde gravitazionali?

Simulazione della fusione di stelle di neutroni, una possibile fonte di lampi di raggi gamma. Credito: AEI/ZIB

Le onde gravitazionali sono increspature nel tessuto dello spazio-tempo generate da alcuni dei più potenti eventi astrofisici, come l'esplosione di stelle e le collisioni di due buchi neri al centro delle galassie. Le onde gravitazionali viaggiano alla velocità della luce attraverso l'universo, non ostacolate dalla massa che interviene - alle onde gravitazionali l'universo è trasparente. Ecco perché le onde gravitazionali sono i messaggeri cosmici che ci permettono di esplorare il lato oscuro dell'universo.

Nel settembre 2015, la prima rilevazione diretta delle onde gravitazionali da parte degli Osservatori LIGO da terra ha aggiunto un nuovo senso alla nostra percezione dell'Universo: per la prima volta abbiamo potuto ASCOLTARE l'Universo perché le onde gravitazionali sono per certi versi simili a onde sonore. Quindi l'astronomia delle onde gravitazionali completa la nostra comprensione dell'Universo e della sua evoluzione.

Le onde gravitazionali misurate da LISA, una grande missione nello spazio, ci permetteranno ad es. tracciare la storia di formazione, crescita e fusione di enormi buchi neri. Inoltre ci consentirà di confrontare la Relatività Generale con le osservazioni e sonderà la nuova fisica e la cosmologia con le onde gravitazionali.

Regole di gravità

Albert Einstein ha rivelato che la gravità governa l'universo. Secondo la sua teoria della relatività generale la gravità determina la curvatura dello spazio-tempo – la deformazione dello spazio-tempo dipende dalla posizione delle masse e dalla loro accelerazione. Le masse in accelerazione creano così onde gravitazionali, distorsioni nello spazio-tempo che si increspano verso l'esterno come onde su uno stagno.

In un ambiente gravitazionale puro tutte le masse seguono lo spazio-tempo lungo i percorsi più rettilinei possibili attraverso quest'arena curva. La "linea retta" allo spazio-tempo curvo è chiamata "geodetica". Le onde gravitazionali sono onde nel tessuto dello spazio-tempo. Cambiano geodetiche approssimativamente parallele, spingendole insieme e poi separandole. Due masse di prova in caduta libera sperimenteranno questo come un cambiamento oscillante nella distanza relativa l'una dall'altra. La missione di test tecnologico dell'ESA LISA Pathfinder (LPF) ha dimostrato questo effetto.

Onde gravitazionali all'interno della relatività generale

Con le sue teorie della relatività Einstein gettò le basi per gran parte della fisica moderna. Le idee fondamentali delle sue teorie sono:

  • La velocità della luce è costante.
  • Spazio, tempo e gravità sono fortemente connessi tra loro.
  • Spazio e tempo sono flessibili. Cambiano in base alla massa circonfluente: la massa stazionaria cambia lo spazio.
  • Le masse in accelerazione creano onde gravitazionali, distorsioni nello spazio-tempo che si increspano verso l'esterno come onde su uno stagno.

Nella Relatività Generale la gravità non è più semplicemente una forza che trascina a terra le mele che cadono. Invece, la gravità è geometria. La presenza della materia altera la geometria dello spazio e del tempo, e la geometria a sua volta determina come si muovono la materia e la luce. Einstein predisse nel 1916 che lo spazio-tempo sarebbe stato curvo e che materia e luce avrebbero seguito la curvatura dello spazio-tempo (geodetiche). Questo fu osservato sperimentalmente già nel 1919 da Arthur Eddington.


Primo, non credo che la seconda metà di quella prima frase segua affatto. Perché pensi che la velocità di gravità abbia qualcosa a che fare con l'espansione accelerata? Dopotutto, puoi ottenere la stessa identica espansione da un modello newtoniano di un universo in espansione con una costante cosmologica e la gravità newtoniana ha una velocità di propagazione infinita. La velocità di gravità non è affatto un fattore nelle equazioni di Friedmann.

In secondo luogo, perché pensi che le onde gravitazionali abbiano un impatto sulla costante cosmologica?

1 miliardo di anni luce di distanza. Questo potrebbe essere sufficiente per vedere l'espansione complessiva, ma misurare l'accelerazione di tale espansione richiederebbe distanze maggiori.

L'accelerazione dell'espansione è stata misurata con radiazione elettromagnetica. Una misurazione molto meno sensibile tramite onde gravitazionali sarebbe piacevole, ma non migliorerebbe la nostra comprensione dell'universo.

Mi è venuto in mente che se la velocità della gravità è la velocità della luce, allora l'universo deve accelerare a causa dell'energia oscura, qual è la mia domanda, conosciamo la frequenza della radiazione gravitazionale, se facciamo quindi qualsiasi compressione o espansione di questi le onde cambieranno la costante cosmologica.

Grazie per le vostre risposte.

In effetti hai perfettamente ragione Se si tenta di calcolare l'intensità dell'onda gravitazionale in punti più vicini a un buco nero si osserverà che man mano che ci si allontana dal buco nero l'intensità diminuisce.

Ora se provi a misurare la frequenza dell'onda gravitazionale otterrai risposte SBAGLIATE poiché ci sono più buchi neri e quindi per principio di sovrapposizione le onde si sovrapporranno per dare la frequenza risultante con valori arbitrari.


La velocità delle onde gravitazionali è molto vicina alla velocità della luce

La prova delle onde gravitazionali è arrivata il 14 settembre 2015, quando due strumenti laser giganti, a forma di L, lunghi 2 miglia, uno installato in una palude in Louisiana e l'altro a Hanford, Washington, hanno rilevato una piccola increspatura nello spazio , un “cinguettio” che ha raggiunto la Terra dalla gigantesca collisione di due buchi neri un miliardo di anni fa.

Il premio Nobel per la fisica 2017 è stato assegnato a Rainer Weiss del MIT, 85 anni, Kip Thorne, 77, e Barry Barish, 81, entrambi Caltech.

"Lo vedo più come una cosa che riconosce il lavoro di circa 1.000 persone, uno sforzo davvero dedicato", ha detto Weiss.

In quattro decenni, il pubblico americano ha scommesso circa un miliardo di dollari sul progetto LIGO, che sta per Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Cinque osservatori LIGO sono stati istituiti in tutto il mondo, sulla base della fede che Einstein avesse ragione.

Neil Cornish, astrofisico della Montana State University, sta lavorando con team di scienziati su altri modi per rilevare le onde gravitazionali, come il Pulsar Timing Array e i rilevatori spaziali, per andare a "cacciare buchi neri mostruosi".

"Questo è solo l'inizio dell'astronomia delle onde gravitazionali", ha detto Cornish. “È come quando Galileo per la prima volta volse il suo telescopio verso il cielo.

Limitare la velocità della gravità intorno alla velocità della luce ha molte implicazioni significative per la fisica e la cosmologia fondamentali. Una delle maggiori implicazioni è che i limiti ristretti forniscono un test più preciso della relatività generale ed escludono proposte alternative alla relatività generale.

"Molte teorie alternative sulla gravità, incluse alcune che sono state invocate per spiegare l'espansione accelerata dell'Universo, prevedono che la velocità della gravità è diversa dalla velocità della luce", ha detto Cornish. "Molte di queste teorie sono state escluse, limitando così i modi in cui la teoria di Einstein può essere sensibilmente modificata e rendendo l'energia oscura una spiegazione più probabile per l'espansione accelerata".

Il ritardo temporale tra i segnali delle onde gravitazionali che arrivano a rivelatori ampiamente separati può essere utilizzato per porre limiti superiori e inferiori alla velocità di propagazione dell'onda gravitazionale. Utilizzando un approccio bayesiano che combina le prime tre rilevazioni di onde gravitazionali riportate dalle collaborazioni LIGO Scientific e Virgo, limitiamo la velocità di propagazione delle onde gravitazionali c gw all'intervallo credibile del 90%, dal 55% al ​​142% della velocità della luce nel vuoto. Questi limiti miglioreranno man mano che verranno effettuati più rilevamenti e più rivelatori si uniranno alla rete mondiale. Di ordine 20 rilevamenti da parte dei due rilevatori LIGO limiteranno la velocità di gravità entro il 20% della velocità della luce, mentre solo cinque rilevamenti dalla rete LIGO-Virgo-Kagra limiteranno la velocità di gravità entro l'1% della velocità di luce.

Solo due giorni dopo (e dopo che i fisici sopra menzionati hanno scritto il loro articolo), un altro articolo è stato pubblicato su The Astrophysical Journal Letters dalle collaborazioni LIGO e Virgo, i cui autori sono affiliati a quasi 200 istituzioni in tutto il mondo. Utilizzando i dati delle onde gravitazionali emesse da una fusione di stelle di neutroni binarie rilevata ad agosto, sono stati in grado di limitare molto strettamente la differenza tra la velocità della gravità e la velocità della luce.

La ragione dell'enorme salto di precisione è che l'evento della stella di neutroni non ha emesso solo onde gravitazionali, ma anche radiazioni elettromagnetiche sotto forma di raggi gamma. L'emissione simultanea di onde gravitazionali e luce dalla stessa sorgente ha permesso agli scienziati di fissare limiti alla velocità di gravità che sono molti ordini di grandezza più rigorosi di quelli che potrebbero essere impostati utilizzando i soli segnali delle onde gravitazionali.

Gli scienziati hanno misurato un ritardo di arrivo di pochi secondi tra i segnali che hanno percorso una distanza di oltre cento milioni di anni luce. Un ritardo così piccolo su questa distanza non è considerato praticamente nulla.

Il 17 agosto 2017, l'evento di onde gravitazionali GW170817 è stato osservato dai rivelatori Advanced LIGO e Virgo e il gamma-ray burst (GRB) GRB 170817A è stato osservato indipendentemente dal Fermi Gamma-ray Burst Monitor e dall'Anti-Coincidence Shield per lo spettrometro per il Laboratorio Internazionale di Astrofisica dei Raggi Gamma. La probabilità che l'osservazione temporale e spaziale quasi simultanea di GRB 170817A e GW170817 avvenga per caso è 5,0 X 10^ -8. Confermiamo quindi le fusioni binarie di stelle di neutroni come progenitrici di GRB corti. L'associazione di GW170817 e GRB 170817A fornisce nuove informazioni sulla fisica fondamentale e sull'origine dei GRB corti. Usiamo il ritardo di tempo osservato di (+  1,74 0,05 s) tra GRB 170817A e GW170817 per:

(i) vincolare la differenza tra la velocità di gravità e la velocità della luce ad essere tra 3X 10^-15 e 7 X 10 ^ -16 volte la velocità della luce,

(ii) porre nuovi limiti alla violazione dell'invarianza di Lorentz,
(iii) presentare un nuovo test del principio di equivalenza vincolando il ritardo di Shapiro tra radiazione gravitazionale ed elettromagnetica. Usiamo anche il ritardo temporale per vincolare la dimensione e il fattore di Lorentz di massa della regione che emette i raggi gamma. GRB 170817A è il GRB corto più vicino con una distanza nota, ma è tra 2 e 6 ordini di grandezza meno energico di altri burst con spostamento verso il rosso misurato. Una nuova generazione di rivelatori di raggi gamma e ricerche sottosoglia nei rivelatori esistenti sarà essenziale per rilevare brevi raffiche simili a distanze maggiori. Infine, prevediamo un tasso di rilevamento congiunto per il Fermi Gamma-ray Burst Monitor e i rilevatori Advanced LIGO e Virgo di 0,1-1,4 all'anno durante la corsa di osservazione 2018-2019 e 0,3-1,7 all'anno alla sensibilità di progettazione.

Brian Wang è un leader del pensiero futurista e un popolare blogger scientifico con 1 milione di lettori al mese. Il suo blog Nextbigfuture.com è al primo posto tra i blog di notizie scientifiche. Copre molte tecnologie e tendenze dirompenti tra cui spazio, robotica, intelligenza artificiale, medicina, biotecnologia anti-invecchiamento e nanotecnologia.

Noto per l'identificazione di tecnologie all'avanguardia, è attualmente co-fondatore di una startup e raccolta fondi per aziende ad alto potenziale in fase iniziale. È il responsabile della ricerca per le allocazioni per gli investimenti tecnologici profondi e un Angel Investor presso Space Angels.

Frequentatore di aziende, è stato speaker TEDx, speaker della Singularity University e ospite in numerose interviste per radio e podcast. È disponibile a parlare in pubblico e ad assumere incarichi di consulenza.


Conferenza pubblica sull'astronomia delle onde gravitazionali del Prof. Rainer Weiss (MIT)

Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) è un esperimento fisico su larga scala progettato per rilevare le onde gravitazionali. Queste onde sono "increspature" nello spazio-tempo che furono predette per la prima volta da Albert Einstein nel 1916. LIGO è composto da due osservatori situati a Hanford Site, Washington, e Livingston, Louisiana, e gestiti da Caltech e MIT, con il supporto del Fondazione Nazionale della Scienza.

Nel 2016 la collaborazione LIGO insieme al partner Virgo collaboration, ha riportato la prima rilevazione di un evento di onde gravitazionali avvenuto il 14 settembre 2015. L'evento corrispondeva al processo mozzafiato di fusione di due buchi neri, ciascuno con circa 30 volte la massa del Sole, e che sono stati accelerati fino al 50% della velocità della luce durante la fase "ringdown" della fusione. Un incidente così sorprendente è avvenuto a 1,4 miliardi di anni luce dalla Terra. Con questo annuncio iniziò la nuova era dell'astronomia delle onde gravitazionali.

Il Dipartimento di Fisica della Florida State University è lieto di accogliere il professor Rainer Weiss per presentare una conferenza pubblica dal titolo L'inizio dell'astronomia delle onde gravitazionali: stato attuale e alcuni sul futuro. Il discorso introdurrà cosa sono le onde gravitazionali e come vengono rilevate. L'osservazione delle onde da collisioni binarie di buchi neri nel 2015 ha aperto il campo, seguita nel 2017 dall'osservazione delle onde da una collisione binaria di stelle di neutroni che è stata osservata anche da molti astronomi con strumenti diversi. Finora sono stati catalogati oltre 30 sistemi binari compatti. I rilevatori sono in fase di miglioramento per consentire la ricerca di sorgenti più lontane, nonché ricerche migliorate per diversi tipi di sorgenti di onde gravitazionali. Verrà discusso lo sviluppo di strumenti per portare l'astronomia delle onde gravitazionali nella cosmologia.

La lezione si terrà il lunedì 19 ottobre 2020 alle 19:30, come webinar Zoom (vedi le informazioni sulla connessione di seguito). Siete tutti invitati a partecipare e partecipare a questo grande evento.

Il professor Rainer Weiss è un fisico di spicco famoso per i suoi contributi pionieristici alla fisica gravitazionale e all'astrofisica. In particolare, ha dato un contributo fondamentale alla costruzione di interferometri con la sensibilità richiesta per rilevare le onde gravitazionali. Il Professor Weiss, insieme a Kip Thorne e Barry Barish, è stato insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 2017"per i contributi decisivi al rivelatore LIGO e all'osservazione delle onde gravitazionali."


Nella teoria della relatività generale di Einstein, in cui spazio, tempo e gravità sono intrecciati in un'unica teoria autoconsistente, si prevede che dovrebbero essere generate onde gravitazionali analoghe alla luce nell'elettromagnetismo. I termini onde gravitazionali e radiazione gravitazionale sono intercambiabili allo stesso modo di radiazione elettromagnetica e onde elettromagnetiche.

Ma cosa emette le onde gravitazionali? Per emettere onde gravitazionali un oggetto deve accelerare rispetto a un'altra sorgente e, se ruota, la distribuzione di massa deve cambiare nel tempo. Quindi oggetti come le sfere perfette che ruotano non emettono onde gravitazionali, ma cose come le stelle binarie lo fanno. I fisici spiegano questo in termini di “a momento di quadrupolo variabile nel tempo”, che è un po' oltre lo scopo del Cosmo.

Potenza di radiazione gravitazionale

La potenza emessa nelle onde gravitazionali per gli oggetti di uso quotidiano è assolutamente trascurabile. Anche la potenza totale emessa in onde gravitazionali da Giove mentre orbita attorno al Sole è solo di pochi kilowatt! In effetti, ci sono solo una manciata di sistemi binari in cui sono mai state osservate prove di emissione di onde gravitazionali. L'esempio più celebre è la pulsar binaria PSR B1913+16, che ha mostrato tramite tecniche di temporizzazione delle pulsar che la sua orbita si restringe di 3 millimetri per periodo orbitale a causa dell'emissione di onde gravitazionali. Per questo risultato Hulse e Taylor sono stati insigniti del premio Nobel per la fisica nel 1993.

Il potere dE/dt emesso da un sistema binario di masse m1 e m2 in un'orbita circolare a distanza R tra loro in onde gravitazionali è:

dove c è la velocità della luce e G è la costante gravitazionale di Newton.

La derivata del periodo orbitale dovuta all'emissione di onde gravitazionali di due corpi di massa m1 e m2 con un periodo orbitale Pb in un'orbita di eccentricità e è:

Rilevamento diretto
Le onde gravitazionali sono polarizzate e la loro rilevazione diretta rimane una delle of Santo Graal di fisica. Strumenti come l'osservatorio di onde gravitazionali LIGO stanno tentando di rilevare il segnale dalle catastrofiche ultime decine di millisecondi di coppie di stelle di neutroni ispiratrici con interferometri laser. Gli astronomi stanno anche usando pulsar millisecondi per cercare l'increspatura dello spazio-tempo dovuta alle binarie di buchi neri supermassicci.

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È stata misurata la velocità di gravità?

Nel 2002, Sergei Kopeikin ha suggerito che la misurazione della deflessione della luce da un quasar da parte del pianeta Giove potrebbe essere utilizzata per misurare la velocità dell'interazione gravitazionale. Sosteneva che, poiché Giove si muove rispetto al sistema solare e poiché la gravità si propaga con una velocità finita, il campo gravitazionale sperimentato dal raggio di luce dovrebbe essere influenzato dalla velocità della gravità, poiché il campo sperimentato qui ora dipende dalla posizione del sorgente poco prima, a seconda della velocità di propagazione della gravità. Secondo i suoi calcoli, dovrebbe esserci una piccola correzione alla normale formula relativistica generale per la deflessione, che dipende dalla velocità di Giove e dalla velocità di gravità (tecnicamente, è un termine in più nel ritardo di "Shapiro" in arrivo di onde a un radiotelescopio). L'8 settembre 2002, Giove è passato quasi davanti a un quasar e, in collaborazione con Ed Fomalont del National Radio Astronomy Observatory, sono state effettuate misurazioni precise del ritardo di Shapiro, con una precisione di temporizzazione di picosecondi. Kopeikin e Fomalont hanno sostenuto che i risultati erano in accordo con la previsione di GR per questo piccolo effetto, con una precisione di circa il 20%. Questa sarebbe una nuova interessante conferma della GR, anche se con una precisione modesta.

La domanda è:
Questo ci dice qualcosa sulla velocità di propagazione della gravità?

Il consenso tra i relativisti è NO!

Articoli di Kopeikin che affermano che questo mette alla prova la velocità della gravità

  • Testare l'effetto relativistico della propagazione della gravità mediante interferometria della linea di base molto lunga, S. Kopeikin, Astrofisica. J. 556 (2001) L1-L5 (gr-qc/0105060)
  • Modello relativistico generale per la misura sperimentale della velocità di propagazione della gravità mediante VLBI, S. Kopeikin e E. Fomalont, Atti del 6° Simposio della rete VLBI europea, Ros, E., Porcas, R.W., Zensus, J.A. (a cura di), 25-28 giugno 2002, Bonn, Germania, p. 49 (gr-qc/0206022)
  • Il trattamento post-newtoniano dell'esperimento VLBI dell'8 settembre 2002, S. Kopeikin, Phys. Lett. A312 (2003) 147 (gr-qc/0212121)
  • La misurazione della deviazione della luce da Giove: risultati sperimentali, E. B. Fomalont, S. M. Kopeikin, Astrophys. J. 598 (2003) 704 (astroph/0302294)
  • La misurazione della deviazione della luce da Giove: interpretazione teorica, S. Kopeikin, (astro-ph/0302462)
  • Velocità della gravità nella relatività generale e interpretazione teorica dell'esperimento di deflessione gioviana, S. Kopeikin, Class. Gravità quantistica. 21 (2004) 3251 (gr-qc/0310059)
  • Sulla velocità di gravità e correzioni relativistiche v/c al ritardo di Shapiro, S. Kopeikin e E. B. Fomalont, Phys. Lett. A 355 (2006), 163 (versione online) (gr-qc/0310065)
  • Aberrazione e velocità di gravità nell'esperimento di deflessione gioviana, S. Kopeikin e E. B. Fomalont, Fondamenti di Phys. DOI: 10.1007/s10701-006-9059-7 (2006) (versione online) (astro-ph/0311063)
  • Commenti su "Sulla velocità di gravità e la misurazione Giove/Quasar" di S. Samuel, S. Kopeikin, Int. J.Mod. Fis. D 15 (2006), 273 (versione online) (gr-qc/0501001)
  • Gravitomagnetismo e velocità della gravità, S. Kopeikin, Int. J.Mod. Fis. D 15 (2006), 305 (gr-qc/0507001)
  • Commento su "La dipendenza dal modello del ritardo temporale di Shapiro e la controversia "velocità di gravità/velocità della luce"", S. Kopeikin, Class. Gravità quantistica. 22 (2005) 5181 (gr-qc/0510048)
  • Il gravitomagnetismo e l'aberrazione della gravità negli esperimenti di deviazione gravitazionale dei raggi luminosi, S. Kopeikin e E. B. Fomalont (gr-qc/0510077)
  • Nota sulla relazione tra la velocità della luce e la gravità nella teoria bimetrica della gravità, S. Kopeikin (gr-qc/0512168
  • Prove radio interferometriche della relatività generale, E. B. Fomalont e S. Kopeikin, Proc. Simposio IAU n. 248, a cura di Jin et al. (2007), pag. 383.

Articoli di autori che affermano che la misurazione NON è sensibile alla velocità di gravità

  • L'effetto del cono di luce sul ritardo di Shapiro, H. Asada, Astrofis. J. 574 (2002) L69 (astroph/0206266)
  • Velocità di propagazione della gravità e ritardo temporale relativistico, C. M. Will, Astrofis. J. 590 (2003) 683 (astroph/0301145)
  • Sulla velocità di gravità e le correzioni v/c al ritardo di Shapiro, S. Samuele, Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 231101 (astro-ph/0304006)
  • La velocità di gravità non è stata misurata dai ritardi, J. Faber (astro-ph/0303346)
  • Commenti su "Misurazione della velocità di gravità di VLBI", H. Asada, Proc. di "Physical Cosmology", XV° Rencontres de Blois, 15-20 giugno 2003 (astro-ph/0308343)
  • La dipendenza dal modello del ritardo temporale di Shapiro e la controversia "velocità di gravità/velocità della luce", S. Carlip, Class.Quantum Gravit. 21 (2004) 3803 (gr-qc/0403060)
  • Velocità di gravità e gravitomagnetismo, J.-F. Pascual-Sánchez, Int.J.Mod.Phys. D 13 (2004) 2345 (gr-qc/0405123)
  • Sulla velocità di gravità e la misurazione di Giove/Quasar, S. Samuele, Int. J.Mod. Fis. D 13 (2004) 1753 (astro-ph/0412401)

Altri articoli che commentano l'effetto

  • Aberrazione da lenti gravitazionali in movimento, S. Frittelli, MNRAS 344, L85 (2003) (astro-ph/0311189)
  • Flessione della luce al microsecondo d'arco di Giove, M. T. Crosta e F. Mignard, Class. Quantum.Gravit. 23 (2006) 4853 (astroph/0512359)
  • Flessione gravitazionale della luce da parte di multipoli planetari e sua misura con interferometri astronomici a microarcosecondi, S. Kopeikin e V. Makarov, Phys. Rev. D 75 (2007), 062002 (astroph/0611358)

L'idea sembra naturale. Che cosa c'è che non va?

  • In tutti i calcoli degli effetti della velocità di propagazione finita (elettrodinamica, onde gravitazionali), per sorgenti a movimento lento, i primi effetti non banali compaiono all'ordine (v/c)^2, NON al primo ordine (v/c), che è quello che ha affermato Kopeikin
  • Se stai lavorando solo al primo ordine in v/c, allora tutto ciò che conta è il moto uniforme del pianeta, Giove (la sua accelerazione attorno al sole contribuisce a un effetto di ordine superiore e incommensurabile). Ma se è così, allora il principio di relatività dice che puoi vedere le cose dal resto della cornice di Giove. Ma in questo quadro, il campo gravitazionale di Giove è statico e la velocità di propagazione della gravità è irrilevante.
  • Un calcolo dettagliato dell'effetto è stato fatto da Clifford Will (qui), in un modello di gravità in cui la velocità di gravità può essere diversa da quella della luce, e ha mostrato esplicitamente che, al primo ordine in (v/c), la l'effetto dipende dalla velocità di leggero, non la velocità di gravità, in linea con l'intuizione.
  • Stuart Samuel (qui) ha anche sostenuto che l'esperimento non era nemmeno sensibile alla correzione relativistica generale (v/c), se si interpretano correttamente le formule.

Come possiamo realmente misurare la velocità di propagazione della gravità?

  • Se potessimo misurare gli effetti sul ritardo di Shapiro all'ordine (v/c)^2, allora potremmo testare la velocità di gravità. Ma questi effetti sarebbero al livello dei millesimi di picosecondo, irrimediabilmente piccoli.
  • Il vero modo per misurare la velocità della gravità è rilevare e studiare le onde gravitazionali. Confrontando l'arrivo di un segnale di onde gravitazionali con quello di un segnale elettromagnetico proveniente da una sorgente astrofisica, si potrebbe confrontare la velocità della gravità con quella della luce a parti in 10^(17).

Le opinioni espresse in questa pagina sono quelle di Clifford Will e non devono essere interpretate come rappresentative della politica ufficiale della Washington University o del suo Dipartimento di Fisica, o di qualsiasi altra entità o organizzazione.


Il secondo rilevamento annuncia l'era dell'astronomia delle onde gravitazionali

All'inizio di quest'anno, un team di oltre 1.000 scienziati provenienti da tutto il mondo ha annunciato la prima scoperta di onde gravitazionali e la prima osservazione in assoluto di buchi neri in collisione.

Quella stessa squadra ha ora pubblicato una seconda osservazione dell'onda gravitazionale da un'altra spirale di morte catastrofica del buco nero, rilevata il giorno di Santo Stefano, il 26 dicembre 2015. Ma qual è il significato di questa seconda scoperta e qual è il suo impatto sull'astronomia?

Predette da Albert Einstein, le onde gravitazionali sono minuscole increspature nel tessuto dello spaziotempo causate da oggetti molto pesanti che accelerano a velocità molto elevate. Il primo rilevamento di onde gravitazionali da parte della collaborazione scientifica LIGO è venuto da due buchi neri, ciascuno del peso di circa 30 volte più del nostro sole, e che viaggiavano a circa il 60 per cento della velocità della luce appena prima della loro collisione.

Questo nuovo sistema è simile al primo. I buchi neri che hanno annunciato la loro fusione il giorno di Santo Stefano pesavano ciascuno circa 10 volte di più del sole. La catastrofica collisione si è verificata a più di un miliardo di anni luce dalla Terra e ha rilasciato una massa solare di energia in onde gravitazionali.

Cioè, la quantità di energia delle onde gravitazionali rilasciata durante la fusione era equivalente a cancellare il sole e convertirlo in pura energia. La Morte Nera di Darth Vader non è nemmeno paragonabile!

Sorprendentemente, questa enorme quantità di energia ha fatto oscillare i rivelatori LIGO solo di meno di un millesimo delle dimensioni del nucleo di un atomo.

I buchi neri sono abbondanti

L'osservazione di una seconda fusione di buchi neri implica che ci sono molti più buchi neri nell'universo di quanto la maggior parte degli scienziati avesse previsto in precedenza.

L'incertezza nel tasso di fusione dei buchi neri è molto grande quando si ha solo un singolo evento, quindi ora sappiamo che non siamo stati fortunati con il primo rilevamento.

Ce ne saranno molti. This is fantastic news for gravitational-wave astronomers.

First and foremost, it tells us that the future of gravitational-wave astronomy will be rich with scientific discoveries. Calculations suggest that we are likely to detect tens to hundreds of black hole mergers in the next two to three years, and thousands of mergers in the years to follow.

Ongoing technological advancements will continue to enhance the instrument&rsquos sensitivity. Planned technology upgrades will enable us to see these mergers to greater distances, increasing the detection rate by a factor of about 30.

But technology development will not stop there. Teams around the globe, including in Australia, are already working on next-generation technology to be implemented in future LIGO upgrades, resulting in even more detections.

More black holes than you can poke a stick at

Are we just being greedy? Now that we&rsquove observed two black hole mergers, what more could we want?

Well, it turns out that these first observations have raised as many questions as they&rsquove answered. Some questions we can only begin to attack by studying large populations of black hole mergers.

For example, we don&rsquot know how these systems form. It could be that both black holes are born separately in giant supernova explosions, and then find one another as they embark upon their cosmic wander in dense clusters of stars.

Alternatively they could be born together in binary star systems. This currently open question could be answered once we have seen enough mergers.

Another exciting possibility is to use black holes to study the evolution of the universe as whole. When Australia&rsquos Brian Schmidt and colleagues won the Nobel Prize for showing that the expansion of the universe is accelerating, they did so using observations of supernovae in the distant universe.

Observations of populations of merging black holes with future instruments will be able to measure the expansion of the universe with unprecedented accuracy.

And if these potential discoveries aren&rsquot exciting enough, it turns out that spacetime has memory.

After a gravitational wave passes, spacetime is permanently deformed. That is, the distance between any two objects does not return to its original length &ndash your body is permanently squeezed and stretched after the passage of a gravitational wave.

New calculations show that it will be possible to measure memory using future LIGO observations.

Before the first gravitational-wave discovery, we had never tested Einstein&rsquos relativity using such strong gravitational fields. Observing more black holes will allow us to test Einstein&rsquos theory and maybe detect a crack in his hitherto impenetrable armour.

This list of future developments is just scratching the surface of discovery space that is now open to us. Gravitational waves will reveal many more secrets of the universe in the coming years.

So the future of gravitational wave astronomy is bright and Australian scientists are fortunate to be part of this brand new and exciting field of discovery.

Continuing to invest in technology, infrastructure and data analysis development will further allow us to unveil other secrets of the universe be it through observations of neutron star collisions, mountains on neutron stars, or even of the first moments of the universe itself.

Dr Paul Lasky is from the School of Physics and Astronomy, in the Faculty of Science.


Guarda il video: Գաղափար գրավիտացիոն փոխազդեցության մասին (Gennaio 2022).