Можно ли объяснить LIGO с точки зрения гравитонов?

Если электромагнитные волны звезды настолько слабы, то все, что можно обнаружить, — это отдельные фотоны на фотопластинке.

В эксперименте LIGO гравитационные волны были настолько слабыми, что я бы предположил, что с экспериментом будут взаимодействовать только одиночные гравитоны.

По своей наивности я ожидал бы, что вместо того, чтобы весь аппарат увеличивался или уменьшался на небольшую величину, стохастическим образом увеличивались или уменьшались только его части. И что можно было бы наблюдать, так это то, что некоторым фотонам требуется больше или меньше времени, чтобы достичь конца, а некоторые просто будут вести себя так, как будто волны вообще нет.

Явно у меня что-то не так. Как же тогда можно объяснить LIGO в гравитонной картине вещей? Предполагая, что кванты гравитационных волн являются гравитонами. Или, с другой стороны, LIGO опровергает существование гравитонов?

Я не совсем уверен, что вы имеете в виду в своем 3-м абзаце. Но, конечно же, LIGO не опровергает существование гравитонов; он скорее проверяет его аспект. См. физику.stackexchange.com/q/ 235603/133418.
В эксперименте LIGO гравитационные волны были настолько слабыми, что я бы предположил, что с экспериментом будут взаимодействовать только одиночные гравитоны. Нет, люди сделали оценки, показывающие, что никакая обозримая технология никогда не сможет обнаружить отдельные гравитоны. То, что обнаруживает LIGO, — это когерентное состояние, состоящее из очень большого количества гравитонов.
@Бен. Точно. Но сколько гравитонов? Если звезда так далеко, разве гравитоны не растворились? Я вижу, что Дж. Смит сделал расчеты.

Ответы (1)

Нет, LIGO не обнаруживает отдельные гравитоны. Он обнаруживает довольно мощные гравитационные волны, состоящие из огромного количества гравитонов. Хотя волны, достигающие Земли, несут значительную мощность на единицу площади, они вызывают лишь незначительную деформацию пространства-времени, изменяя длину рукавов LIGO примерно на одну десятитысячную диаметра протона. Хотя они имеют крошечный эффект, вы не должны думать о них как о слабых.

Мощность на единицу площади в монохроматической гравитационной волне равна с 3 час 2 ф 2 / 8 г где с это скорость света, час - безразмерная среднеквадратичная амплитуда гравитационной волны, ф - частота волны, а г гравитационная постоянная Ньютона. (См. уравнение (62) в https://www.sif.it/static/SIF/resources/public/files/va2017/Sutton1.pdf .)

Для GW150914 первая волна, обнаруженная LIGO, час было около 10 − 21 (имеется в виду, что длина плеч LIGO колебалась примерно на одну часть в 10 21 ) и ф составлял около 200 Гц. Ввод этих чисел дает около 2 милливатт на квадратный метр. Это примерно такой же поток, как при лунном свете в полнолуние... не огромный поток, а поток классического масштаба.

Каждый гравитон в волне частотой 200 Гц несет только 1,3 × 10 − 31 джоули. (Умножьте частоту на постоянную Планка.) Итак, на Земле волна состояла из 1,5 × 10 28 гравитонов в секунду, проходящих через каждый квадратный метр перпендикулярно линии от сливающихся черных дыр к Земле.

LIGO обнаруживает «классические» гравитационные волны, описанные в общей теории относительности, и ничего не говорит нам о гравитонах. Их вероятное существование остается разумным теоретическим предположением, основанным на квантовом корпускулярно-волновом дуализме, наблюдаемом для других фундаментальных взаимодействий. Если LIGO в конце концов обнаружит астрономические события, которые не могут быть объяснены ОТО, то когда-нибудь она может дать нам представление о квантовой гравитации, но не путем обнаружения отдельных гравитонов.

Отличный ответ. Таким образом, несмотря на то, что волны слабы, количество гравитонов все же настолько велико, что его можно рассматривать классически. Я думаю, вы могли бы сказать, что вам нужно огромное количество энергии, чтобы растянуть ткань пространства-времени. Так что даже «слабая» гравитационная волна очень сильна! Хорошее сравнение с лунным светом тоже.
10^28 звучит много, но в квадратном метре металлического слоя может быть 10^20 атомов. Таким образом, каждую секунду через каждый атом или рядом с ним проходит около 10 ^ 8 гравитонов. Ну, думаю, это еще много. Но в м^3 вещества содержится около 10^30 атомов и в любой момент будет около 10^20 гравитонов. Таким образом, в любой момент только 1 из 10^10 атомов в блоке am^3 будет рядом с гравитоном.
Можно ли объяснить LIGO с точки зрения гравитонов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v