¿Estamos más cerca de una teoría de todo gracias a la detección de ondas gravitacionales?

Question

Hace un par de semanas escuché a un astrónomo explicar que uno de los últimos de la detección de las ondas gravitacionales que fue acompañado por la simultánea de las detecciones de la misma evento astronómico en varias otras longitudes de onda.

A mí me parece que significa que las ondas gravitacionales que se mueven a la velocidad de la luz. Y parece que esta implica una teoría similar podría ser elaborado por la gravedad como Maxwell hizo por las fuerzas eléctricas y magnéticas. Estoy en el camino correcto?

¿Significa esto que una teoría del todo está más cerca, gracias al descubrimiento de las ondas gravitacionales?

Answer 1

No, no lo creo. Las ondas gravitacionales son una predicción de la Relatividad General, que ahora es un poco más de un siglo de antigüedad. GR también predice que las ondas gravitacionales viajará a $c$. Las ondas gravitacionales son, sin embargo, absurdamente difícil de detectar, y por lo que nos ha llevado casi un centenar de años para construir las máquinas lo suficientemente sensible como para detectar.

Así que, básicamente, la detección de las ondas gravitacionales son otra prueba de GR y, ahora, uno de los que ha pasado. Por supuesto, y probablemente el de más interés ya que no creo que nadie se esperaba GR a fallar esta prueba, la observación de ondas gravitacionales abrir toda una nueva área de la astronomía, que es una cosa maravillosa.

El significado de los eventos (que creo que en este punto significa que el único evento, GW170817) que se observa en el espectro electromagnético, así es que esto significa que hemos visto eventos para que los precursores fueron las estrellas de neutrones en lugar de black hole: agujero negro fusiones son muy "tranquilo" en el espectro EM porque, bueno, los agujeros negros son negros y en el punto en el que se funden hace mucho tiempo consumido algún discos de acrecimiento que puedan tener. Pero la estrella de neutrones, las fusiones no son, así que lo que he visto ahora es de dos estrellas de neutrones de fusión, y hemos visto que este evento tanto como las ondas gravitacionales y electromagnéticamente. Esto es bueno porque significa que LIGO puede ver estos eventos extremos, y porque nos da una confirmación adicional de que las ondas gravitacionales de viajes en $c$ (si no, a continuación, GR estaría mal). También es bueno para la astronomía observacional, por supuesto!

Answer 2

A mí me parece que significa que las ondas gravitacionales que se mueven a la velocidad de la luz. Y parece que esta implica que una teoría similar podría ser elaborado por la gravedad como Maxwell hizo por las fuerzas eléctricas y magnéticas.

Esta es una especie de en la pista de la derecha, pero un poco equivocada. No es de extrañar que tanto las ondas gravitacionales y electromagnéticas las ondas se mueven a la misma velocidad, porque sus correspondientes teorías (teoría de la relatividad general, el electromagnetismo) se construyen en la parte superior de la relatividad especial, que nos dice que el espacio-tiempo viene con una fundamental velocidad.

Esto sugiere que podríamos ser capaces de combinar las dos sin mucho problema, y de hecho a que se ha hecho hace mucho tiempo. Clásica de la gravedad con el electromagnetismo es simplemente descrito por la acción $$S = \int d^4x \sqrt{-g} \, \left( \frac{R}{16 \pi} - \frac14 F^{\mu\nu} F_{\mu\nu} \right).$$ Más exótico que uno podría considerar la posibilidad de una teoría de Kaluza-Klein, donde ni siquiera poner en el campo electromagnético por separado, pero hacerlo de forma automática desde un quinto compactified dimensión. O, si se restringe a sí mismo a campos gravitacionales débiles, usted podría conseguir gravitoelectromagnetism, un aproximado de la teoría de la gravedad que se ve casi exactamente igual que el electromagnetismo.

El hilo común es que estas teorías son clásicos. El verdadero problema con la construcción de una teoría del todo es el fin de hacerlas compatibles con la mecánica cuántica. Lo hemos hecho para el electromagnetismo, dando la electrodinámica cuántica, pero la tarea es mucho más difícil que la gravedad.

Las ondas gravitacionales son un fenómeno puramente clásica y ellos no nos dicen acerca de la gravedad cuántica. Su detección tiene el beneficio adicional de hacer de nosotros un poco más de confianza en la relatividad general, aunque ya estábamos muy confiados en su verdad. Como las respuestas han dicho, el principal beneficio de la LIGO será para los astrónomos y cosmólogos.

Answer 3

La "teoría similar" en este contexto es la de la relatividad general. Usted obtener ondas de gravedad clásica como predicciones. Y de momento eso es lo que se observa. Es la gravedad equivalente de alguien agitando un gran imán de ida y vuelta en un par de 100 Hz.

Es realmente genial. Pero hasta ahora no tomar la mecánica cuántica para entender.

En ambos casos, sería bueno tener una teoría cuántica. En el electromagnetismo caso, eso se hace. Gracias a un montón de grandes mentes en el final del siglo 19 y principios del siglo 20, en particular de Feynman, y un montón de otras personas que fueron fundamentales en el desarrollo. Pero por la gravedad, hasta el momento, las cosas son irreales.

La razón por la que fue relativamente rápido fue que tenemos montones y montones y montones de experimentos relacionados con el E&M. En una gran variedad de energías, y bajo una gran variedad de condiciones. Algunos fáciles de calcular y algunos menos. La química de estado sólido en los circuitos de motores eléctricos para las radios. "¿Por qué es de oro, de oro de color en lugar de en color plata?" Super conductividad. Para el tren eléctrico conjuntos. A ¿cómo funciona este eléctrica gadget en mi coche reducir el óxido? Todo E&M. (Bueno, con algunas nuclear en los bordes, supongo.)

Así, la detección de un par de ondas de gravedad es muy agradable. Pero todavía hay un largo camino por recorrer.