Почему гравитационные волны трудно обнаружить?

Я только начал изучать общую теорию относительности по учебнику Хартла по гравитации. В разделе о гравитационных волнах я встретил следующее утверждение: «Гравитационные волны трудно обнаружить из-за слабой связи материи» и относится к этому уравнению

Ф г р а в Ф е л е с ≈ 10 − 36
Есть и другое утверждение: «Гравитационные волны обнаруживаются по их влиянию на орбиты тел, испускающих излучение». Я не могу понять оба утверждения. Насколько мне известно, когда гравитационные волны распространяются в пространстве и времени, они растягивают пространство, что приводит к увеличению расстояния между двумя пробными массами. Итак, что оба утверждения хотят нам сказать.

Я не уверен, что вы пытаетесь спросить. Гравитационные волны очень слабы, и наши лучшие детекторы могут обнаруживать волны только от чрезвычайно интенсивных событий, таких как слияния черных дыр. До того, как LIGO успешно обнаружил какие-либо волны, у нас были некоторые косвенные доказательства существования гравитационных волн, связанные с изменением периода двойных нейтронных звезд.
Да, я спрашивал, прежде чем LIGO обнаружил гравитационные волны, не могли бы вы порекомендовать мне, где я могу изучить изменение периода двойных нейтронных звезд, а также сказать мне. Влияют ли гравитационные волны на тела, которые их производят (в данном случае на двойную нейтронную звезду?

Ответы (2)

Во-первых, гравитационные волны, доступные для наблюдений, к счастью, не так уж интенсивны. Их источники довольно мощные (например, они излучают несколько солнечных масс за полсекунды для двойной звездной черной дыры), но они также находятся далеко, и закон обратных квадратов срабатывает довольно хорошо. Миллиард световых лет — это довольно большое расстояние.

Световой поток сверхновой может быть сравнимого порядка, но и наши глаза, и наши телескопы обладают впечатляющей чувствительностью к свету. Мы можем обнаружить около 10 фотонов за несколько часов и привязать их к области неба размером в миллисекунду. Тогда, в зависимости от других обстоятельств, мы можем назвать их астероидом, звездой, галактикой или сверхновой.

Для гравитационных волн у нас нет ничего сопоставимого (по крайней мере, пока). Все, что мы можем сделать с ними, — это обнаружить какое-то движение достаточно удаленных друг от друга объектов и как-то отличить это движение от движений, вызванных другими известными силами. Чем дальше у нас находятся объекты (вплоть до масштаба длины гравитационной волны), тем большее движение создают гравитационные волны (и тем меньше у нас контроля над внешними силами).

Интерферометры LIGO обнаруживают движения размером с атомное ядро ​​на расстоянии 4 км (само по себе впечатляющее достижение), а затем должны отфильтровывать, например, людей, идущих вокруг детекторов.

Во-вторых, Вселенная представляет нам более-менее яркие гравитационные события в килогерцовом диапазоне (а возможно и ниже). Волны более высокой частоты было бы несколько легче обнаружить из-за их более коротких длин волн, но черные дыры просто отказываются вращаться вокруг друг друга быстрее. Волна 1 кГц имеет длину волны, сравнимую с несколькими диаметрами Земли, и мы все еще не можем построить детекторы размером с Землю. Наши 4-километровые детекторы улавливают лишь очень небольшую часть возможного сигнала.

Как и в случае с электромагнитными волнами, для достижения наилучших результатов приемная антенна должна иметь размер, сравнимый с 1/4 длины волны. У нас 4км вместо ~10000км здесь.

Я могу попытаться объяснить вам, почему гравитационные волны (экспериментально) трудно обнаружить. Если вы хотите обнаружить их, вы делаете это в настоящее время в экспериментах по лазерной физике (например, в LIGO в США или в Virgo в Европе). Для этого используются огромные зеркала. Если известно, что в интерферометрах присутствуют гравитационные волны, то величина, на которую зеркала смещаются из-за гравитационных волн, очень и очень мала, поэтому их очень трудно обнаружить. На самом деле нужно убедиться, что то очень небольшое расстояние, на которое смещаются зеркала, не вызвано, например, броуновским движением на зеркальных поверхностях.

Я знаю, что не ответил прямо на ваши два вопроса, но я надеюсь, что это все же хоть немного проясняет, почему гравитационные волны трудно обнаружить.

Почему гравитационные волны трудно обнаружить?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v