Wenn massive Objekte aufeinanderprallen, sollten Gravitationswellen freigesetzt werden. Was sind das für Dinge und wie können wir sie erkennen?
Wer will gegen Einstein wetten? Du? Du? Was ist mit dir?
Sicher, es gab ein paar Unebenheiten, aber die Erfolgsbilanz des Typen in Bezug auf Relativität ist makellos. Er erklärte die seltsame Art und Weise, wie Merkur die Sonne umkreist. Er vermutete, dass Astronomen während einer Sonnenfinsternis Sterne sehen würden, die von der Schwerkraft der Sonne abgelenkt werden. Er sagte voraus, dass die Schwerkraft das Licht rot verschieben würde, und es dauerte 50 Jahre, bis Physiker endlich ein Experiment vorstellten, um dies zu überprüfen.
Basierend auf seinen Vorhersagen bestätigten Wissenschaftler, dass Galaxien das Licht mit ihrer Schwerkraft verzerren, Photonen die Zeit verlängern, wenn sie in der Nähe der Sonne vorbeiziehen, und Uhren, die mit hoher Geschwindigkeit reisen, erfahren weniger Zeit als Uhren auf der Erde.
Sie haben sogar Gravitationsrotverschiebung, Frame-Dragging und das Äquivalenzprinzip getestet. Welches ist ein Wortsalat, das wir in Zukunft behandeln werden, oder für diejenigen, die es nicht erwarten können, googeln Sie.
Jedes Mal, wenn Bertie eine Relativitätsvorhersage machte, konnten Physiker experimentell nachweisen. Und so, so dieser verschwommene Mann mit dem Riesenhirn, sollten beim Zusammenprall massiver Objekte oder bei der Bildung schwarzer Löcher Gravitationswellen freigesetzt werden.
Was sind das für Dinge und wie können wir sie erkennen?
Zuerst ein kurzer Rückblick. Masse verursacht eine Krümmung in Raum und Zeit. Die „Schwerkraft“ der Sonne ist keine ziehende Kraft, sondern eine Vertiefung, die die Sonne im Raum um sich herum verursacht.
Planeten denken, dass sie sich in einer geraden Linie bewegen, aber sie werden tatsächlich in einen Kreis gezogen, während sie durch diese verzerrte Raumzeit reisen. Geh nach Hause Planeten, du bist betrunken.
Die Idee ist, wenn sich Masse bewegt oder ändert, sagte Einstein, dass in der Raumzeit Gravitationswellen erzeugt werden sollten.
Unser Problem ist, dass die Größe und Wirkung von Gravitationswellen unglaublich klein ist. Wir müssen die katastrophalsten Ereignisse im Universum finden, wenn wir hoffen, sie überhaupt zu entdecken.
Eine asymmetrisch detonierende Supernova oder zwei supermassive Schwarze Löcher, die einander umkreisen, oder eine Wiedervereinigung der Galactus-Familie; sind die Größenordnungen, nach denen wir suchen.
Der ernsthafteste Versuch, Gravitationswellen zu detektieren, ist das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory oder LIGO-Detektor in den Vereinigten Staaten. Es hat zwei Einrichtungen, die durch 3000 km voneinander getrennt sind. Jeder Detektor sucht sorgfältig nach Gravitationswellen, die durch ein 4 km langes, versiegeltes Vakuum prallen, bis die Laserpulse zurückprallen.
Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory Hanford Installation – jeder Arm erstreckt sich über vier Kilometer. Kredit: Caltech.
Wird eine Gravitationswelle erkannt, bestimmen die beiden Observatorien mittels Triangulation ihre Größe und Richtung. Zumindest war das von 2002 bis 2010 der Plan. Das Problem war, dass es während seines gesamten Laufs keine Gravitationswellen entdeckte.
Aber hey, das ist ein Job für die Wissenschaft. Ungebeugt bauten die Forscher mit stählernen Augen das Gerät um und verbesserten seine Empfindlichkeit um den Faktor 10. Die nächste Runde beginnt im Jahr 2015.
Wissenschaftler haben weltraumgestützte Instrumente vorgeschlagen, die eine höhere Empfindlichkeit bieten und die Wahrscheinlichkeit erhöhen, eine Gravitationswelle zu entdecken.
Physiker gehen davon aus, dass dies eine Frage des „wanns“ ist, nicht des „ob“, dass Gravitationswellen erkannt werden, da nur ein Dummkopf gegen Einstein wettet. Nun, das und Gravitationswellen wurden bereits entdeckt ... indirekt.
Indem sie die extrem regelmäßigen Energiestöße von Pulsaren beobachten, verfolgen Astronomen genau, wie schnell sie ihre Energie aufgrund von Gravitationswellen abstrahlen. Bisher stimmen alle Beobachtungen perfekt mit den Vorhersagen der Relativitätstheorie überein. Wir haben diese Gravitationswellen nur noch nicht direkt entdeckt.
Also, gute Nachrichten! Vorausgesetzt, die Physiker und Einstein haben Recht, sollten wir in den nächsten Jahrzehnten die Entdeckung einer Gravitationswelle erleben, die eine Reihe von Vorhersagen darüber abschließt, wie wahnsinnig seltsam sich unser Universum verhält.
Sollten wir tiefer in die Relativität, Einstein und seine Vorhersagen eintauchen? Sag es uns in den Kommentaren unten.
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