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¿Cómo Zumberge 1981 gravitacional mediciones se refieren a las ondas gravitacionales?

Las ondas gravitacionales fueron descubiertos hace 35 años sin fanfarria en 1981/2 por Zumberge, R L Rinker y J E Faller, entonces ignorado por completo.

Ver: "Un Aparato Portátil para las Medidas Absolutas de la Gravedad de la Tierra", M a Zumberge, R L Rinker y J E Faller, Metrologia, Volumen 18, Número 3, http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0026-1394/18/3/006/meta

La variación de g en el transcurso de un día debido a que el sol y la luna fue cuidadosamente medidos desde la superficie de la Tierra en 1981, como se muestra a continuación.

Strain measurements taken in 1981 of local planetary effects (sun, moon) on earth's gravitation clearly showing a gravitational wave.

Esta es la MISMA onda gravitacional efecto medido por la LIGO investigaciones recientemente (reportado 11Feb2016).

LIGO en realidad detecta, luego se filtra, este local de ondas gravitacionales en el fin de detectar la distancia la producción de la ultra débil de las ondas gravitacionales de los binarios de agujeros negros. Aunque la sensibilidad necesaria para detectar de ellos es de 3 órdenes de magnitud mayor en frecuencia y amplitud, la LIGO "gravitacional" las olas son lo contrario exactamente de la misma "gravitacional" olas ya descubierto en 1981 en nuestro propio sistema solar.

La prueba está en el hecho de que LIGO detecta las ondas gravitacionales, pero NO se puede detectar "las" ondas de gravedad. Así, la categorización de Zumberge olas como "mareas" la gravedad es incorrecta, ya que las ondas de marea son aquellos entre dos superficies, como consecuencia de la gravedad. Estos no pueden ser detectadas por un interferómetro. Zumberge las mediciones de la gravedad de las variaciones, por lo tanto gravitacional.

¿Por qué ha de 1981 y el trabajo de Zumberge, Rinker y Faller sido ignorados?

(Véase también el Principal de orden causa de la diurnos (no semidiurna) variaciones en $g$?)

130voto

Soham Dasgupta Puntos 265

Esto representa un gran malentendido acerca de lo que una onda gravitacional. El efecto que se presenta es simplemente la semi-estática del campo gravitacional de la tierra debido a la tierra, la luna y el sol. Es predicho por Newtoniana de la gravedad. No hay ola que se propaga, es el instante en que las posiciones de los 3 cuerpos que cambian a lo largo de 1 día (y más de 1 año).

No demuestra que el cambio se ha movido a la velocidad de la luz, que las ondas gravitacionales que hacer. Nada de Newton, las ecuaciones de hablar de la velocidad de la luz. El GR ecuaciones de 3 cuerpos en movimiento como el sol-tierra-luna sólo pueden ser resueltos aproximadamente, y en este caso sería a través de un post-Newtoniana aproximación. El pseudo-estático término(s) sería el mismo, pero posiblemente algunos GR de corrección - y si lo es (Y no estoy seguro de si el más fuerte corrección a largo plazo podría no ser algo así como el plazo para el perihelio de mercurio, o algo más, en cualquier caso muy pequeñas y no se pueden medir en su g de medición). Pero eso no es ni un grav onda. El grav olas podría ser incluso menor, probablemente - que tendría para el cálculo de la tasa de cambio de la cuadrupolo momento de la configuración, y hacer otros cálculos. El problema más sencillo de sólo la gravedad de la radiación de la tierra-el sol de rotación alrededor de la otra da una resultante de la potencia disipada que se traduce en la órbita de la tierra perdiendo altitud ('altura' por encima del sol) en el tamaño de 1 protón por día. Que g cambio se mide en el gráfico es de alrededor de 10 a la menos 7 g. No es disipativo, como los cuerpos seguir haciendo la misma cosa una y otra vez, en su aproximación. Si usted no ve que la disipación de que usted no está viendo las ondas gravitacionales.

Probablemente hay muchas otras maneras de ver que lo que estamos discutiendo, lo que la gráfica se mide, no es una onda gravitacional, sino un cambio lento en una estática campo de gravedad, la producida por los 3 cuerpos.

Grav ondas producen algo más que simplemente un cambio en la gravedad en una dirección, lo hacen en 2 direcciones a la vez, un asimétrica apretar un círculo en uno de los ejes y, a continuación, en el otro, como apretar un globo en una dirección, haciendo bulto en el otro.

Como Nathaniel dijo, es como comparar un (semi) campo eléctrico estático (es decir, producido por el roce de un par de trapos juntos) que se mueven en torno a algunos, con la luz.

Nota: sí, incluso cambiando los campos estáticos, no puede producir un cambio en lo que se observa a una distancia más rápido que la velocidad de la luz, pero que no llega a todos en el gráfico, demasiado pequeño un efecto diferencial de ella para verla.

63voto

trlovejoy Puntos 33

[Nota: yo trabajo en ondas gravitacionales, y soy un autor en varios de los últimos LIGO papeles en GW150914 - aunque yo no soy un miembro de la LIGO de colaboración. Así que si usted está buscando para las teorías de la conspiración, que puede ser tu razón para ignorar mí.]

Zumberge, Rinker, y Faller no medir las ondas gravitacionales. Para explicar esto, voy a empezar con una analogía, a continuación, hablar de las ondas gravitacionales directamente, seguido por el real matemática de las ecuaciones de Einstein que muestra de manera muy explícita de lo que estoy hablando.

El primer punto a entender es que las variaciones no son las mismas cosas como ondas. Como me de la unidad a través de caminos de montaña, de mi auto altitud varía hacia arriba y hacia abajo, pero las colinas son estacionarias; no he descubierto las ondas sísmicas. Se puede argumentar que las ondas sísmicas que también se muestran en los datos, sólo a un mucho menor nivel y con diferentes frecuencias. Eso es cierto en un principio, pero si mis datos no son lo suficientemente precisos para medir las cantidades. Mis resultados son consistentes con tanto la presencia y ausencia de ondas sísmicas. Y lo que es más importante, el punto es que las ondas sísmicas son el movimiento de la tierra misma, mientras que la parcela de mi coche la altitud de sólo demuestra cómo me mudé a través de terreno que - por lo que sé - estaba perfectamente inmóvil.

Exactamente de la misma manera, las ondas gravitacionales son alteraciones del espacio-tiempo en sí mismo, en lugar de variaciones mido como me muevo a través de un (casi) el espacio-tiempo estático. Las variaciones Zumberge, Rinker, y Faller (ZRF) vi fueron consistentes con un casi estática campo gravitacional - no hay olas. En particular, lo que vieron fue coherente con la de Newton, la gravedad y la Relatividad General de Einstein, mientras que las ondas gravitacionales son sólo consistente con la Relatividad General. En lugar de un campo gravitacional cambiando en el tiempo en un lugar en particular (que es lo que las ondas gravitacionales que causa), ZRF del dispositivo de medición fue moviéndose a través del campo, debido a que el dispositivo se mueve junto con la superficie de la tierra a través del campo. Esta es la razón por la que vieron las variaciones en el tiempo, pero las variaciones no fueron las ondas gravitacionales. [Más técnicamente, el OP parece ser confusa advectivo derivado y un derivado parcial.] La medición de la ZRF parece un muy buen resultado, pero es sólo un fenómeno diferente.

Para ser más específicos, las ondas gravitacionales no son sólo las alteraciones en el espacio-tiempo en sí; son perturbaciones que se propagan como ondas a la velocidad de la luz. Sabemos que la GW150914 de la señal se mueve, al menos casi a la velocidad de la luz, ya que se midió en un detector de 7 milisegundos después de la otra. Y puesto que los detectores se encuentra a 10 mili-luz-segundos de diferencia, eso significa que la señal viaja al menos casi tan rápido como la luz. [Creemos que la señal viaja a la velocidad de la luz; se atribuye la diferencia en el plano de la naturaleza de estas ondas gravitacionales y el hecho de que las olas no estaban yendo en línea recta de un detector en el otro. Ver aquí para una explicación.]

Así que ahora vamos a mirar la clave de las matemáticas que sustentan esta definición. Esto se discute en una sección en la wikipedia (que creo que me escribió, en realidad). El punto básico es que el campo gravitatorio es descrito por la cantidad de $\bar{h}^{\alpha\beta}$, que obedece a la ecuación \begin{equation} \tag{1} \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2} {\partial t^2} \bar{h}^{\alpha\beta} = \nabla^2 \bar{h}^{\alpha\beta}. \end{equation} (Al menos esto es cierto en el espacio vacío, y haciendo caso omiso de las no linealidades.) Si has tomado una clase de nivel universitario curso de física, usted debe reconocer esta ecuación como una ecuación de onda. El lado izquierdo es la medición de la tasa de cambio en el tiempo en un lugar determinado, mientras que el lado derecho es la medición de la tasa de cambio como usted se mueve alrededor en el espacio en un momento determinado. Como se ve en la página wiki, esta ecuación se deriva directamente de las ecuaciones de Einstein. En particular, Einstein predijo la ecuación (1), con $c$ como la velocidad de la luz. Resulta que la teoría de Newton de la gravedad se supone que el campo se propaga infinitamente rápido: $c \to \infty$, lo que equivale a $1/c^2 \to 0$. Esto significa que en Newtoniana de la gravedad, puede ignorar el lado izquierdo, que es la tasa de cambio del campo en un lugar determinado con respecto al tiempo. Y, de hecho, resulta que la gravedad de la sistema solar está bastante bien descrita por que simple ecuación de Newton \begin{equation} \tag{2} \nabla^2 \bar{h}^{\alpha\beta} = 0. \end{equation} De hecho, este es esencialmente el mismo como la bien conocida ecuación de Poisson como aparece en Newtoniana de la gravedad. Ahora, $\bar{h}^{\alpha \beta}$ todavía puede cambiar en el tiempo, porque los planetas y las lunas (y el sol) se puede mover, pero la dependencia del tiempo de $\bar{h}^{\alpha \beta}$ simplemente no entran en esta ecuación.

Así podemos observar en el campo que ZRF fueron de medición. Sus datos están bien modelados [como Floris mostró bellamente aquí] por un simple campo que está muy bien especificado como \begin{equation} \tag{3} \bar{h}^{00} = 2 \frac{G_\mathrm{N}} {c^2} \left( \frac{M_\mathrm{Earth}} {d_\mathrm{Earth}} + \frac{M_\mathrm{Moon}} {d_\mathrm{Moon}} + \frac{M_\mathrm{Sun}} {d_\mathrm{Sun}} \right), \end{equation} donde $d_\mathrm{Earth}$ es la distancia desde el centro de la Tierra hasta el punto especificado, etc. [Floris del modelo es más sofisticado que este, con su Amor números y todo eso, pero esto es suficiente para conseguir el punto a través.] Ahora, esta fórmula ya se satisface la ecuación (2) - la teoría de Newton - pero también muy cerca satisface la ecuación (1), porque la única vez que la dependencia implica el cómo rápidamente la tierra, la luna o el sol están acelerando hacia o lejos del punto en cuestión - que son todos los números muy pequeños. A continuación, que está dividido por $c^2$, que es un número enorme, de modo que el lado izquierdo de la ecuación (1) es básicamente cero de todos modos. Conectar algunos números que conseguir en la mayoría de \begin{equation} \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2} {\partial t^2} \bar{h}^{00} \approx 10^{-30} \mathrm{m}^{-2}. \end{equation} Así que, para satisfacer la ecuación de Einstein (1), usted sólo tiene que añadir algo a la ecuación (3) para equilibrar esto, que sería una muy pequeña cantidad dentro de los aparentes errores en la ZRF de datos. Así que aquí está el punto clave: La ZRF de datos no es lo suficientemente preciso para que nos digan si la ecuación de Einstein (1) o el de Newton la ecuación (2) es una mejor descripción de la realidad. Y Newton versión de la gravedad no tiene en cuenta la existencia de las ondas gravitacionales, lo que significa que ZRF no se podía medir las ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales son los cambios en el campo gravitatorio que no satisfacen la ecuación (2); realmente requieren $c$ a un ser finito, y realmente requieren de la forma completa de la ecuación (1). La razón por la que GW150914 es importante porque es la primera medida directa de un campo gravitatorio donde la ecuación (2) realmente no es suficiente; para GW150914, $c$ debe ser finito, y la ecuación (2) es simplemente incorrecto. Incluso, el campo gravitatorio de un único agujero negro no varían en el tiempo, por lo que el $\partial^2/\partial t^2$ lado es sólo $0$ [aunque hay cosas que me izquierdo de la ecuación (1) que vienen en]. Viendo la dinámica (dependiente del tiempo) el comportamiento del campo gravitacional en este formulario es una gran oferta. ZRF no hacer esto, los datos fueron consistentes con tanto finito $c$ e con $c=\infty$.

Por último, si aún no me creen, aquí un argumento sociológico: Sólo tienes que buscar en el documento de Zumberge, Rinker, y Faller como se cita en la OP. La única vez que la palabra "onda" es utilizado por la ZRF es cuando se refiere a la longitud de onda de su láser. Las ondas gravitacionales que se predijo en 1916 y el tema de investigación activa en el momento ZRF publicado. Así que no sólo no se le dará crédito por el "descubrimiento de las ondas gravitacionales", que ellos mismos no afirman lo han hecho, probablemente porque sabía que ellos no tenían. El efecto que ZRF medido fue variando en el tiempo, principalmente debido a la ubicación de su dispositivo de medición fue cambiando. Aunque las posiciones relativas del sol, la tierra y la luna también estaban cambiando, que fue en un tiempo mucho más lento escala, de tal manera que lo que vieron fue consistente con Newtoniana de la gravedad, y no fue a la detección de ondas gravitacionales.

Usted puede no estar de acuerdo acerca de la definición de la frase "ondas gravitacionales" con ZRF, LIGO, el resto de la comunidad de la física, y todo el mundo aquí en stackexchange todo lo que quieras, pero lo que importa en última instancia es que LIGO ha encontrado algo verdaderamente único en la historia de la ciencia.

49voto

DarioP Puntos 2902

Esta es la MISMA onda gravitacional efecto medido por la LIGO investigaciones recientemente

No es. Bob ya dio una buena respuesta, pero me gustaría añadir un par de laico analogías.

Imagen de un estanque. Con sencillos instrumentos se puede medir el nivel de agua más temporadas y tendrá un ondulado tendencia como la baja en verano, en invierno, sin embargo esto es sólo el agua de la tendencia. La medición de las ondas en el agua significa ser capaz de detectar las pequeñas ondas en la superficie cuando una gota cae en el estanque, y esta es una historia totalmente diferente.

Considerando aire en lugar de agua, la analogía consiste en la detección de la presión atmosférica, que se hace fácilmente con un barómetro, en comparación con la grabación de sonido, para el que necesita al menos un fonógrafo. Tenga en cuenta que entre estos dos instrumentos son más de dos siglos de la física y la ingeniería investigación!

13voto

Fernando Briano Puntos 3704

Me gustaría añadir una descripción sobre la diferencia entre LIGO y el experimento en la pregunta por entrar en el quantum marco, la aceptación de que el efectivo de cuantización se utiliza en cosmológico problemas es en el trabajo.

La comparación de la gravedad, los campos eléctricos y magnéticos que se ha mencionado en las respuestas y los comentarios. El experimento en la cuestión de los estudios gravitostatics, de forma análoga a la electrostática y magnetostatics.

La cuantización marco de la electrodinámica permite a los campos eléctricos y magnéticos estáticos a ser descrito por los intercambios de virtual fotones. Hay una interesante respuesta por Lubos Motl a la pregunta "Virtual fotones descripción de B y E de los campos" que se puede extender de forma análoga para el campo gravitacional como una confluencia de gravitones virtuales.

Así que la diferencia en los experimentos es que LIGO es el estudio de un haz de shell gravitones a partir de la cual la onda gravitacional que emerge, de la misma manera que los experimentos ópticos de medida de un haz de shell de fotones a partir de la cual el elecromagnetic campo emerge.

El experimento en la cuestión de los estudios el equivalente eléctrico (o magnético) de campo, en el mejor con gravitón virtual interacciones.

10voto

tfb Puntos 707

Una manera muy fácil ver que este no es el mismo fenómeno que el de las ondas gravitacionales predichas por la GR es considerar la energía del sistema.

A tal fin, considerar la posibilidad de una puramente Newtoniano de la Tierra/Luna/Sol (o sólo de la Tierra/Sol si se desaniman por el de los tres cuerpos de problema). Deje que cada uno de los cuerpos ser perfectamente elástica, por lo que no se pierde energía a través de los efectos de la marea (equivalentemente, deje que cada cuerpo rígido, o un punto de partículas: sólo tenemos que evitar que el sistema de disipadores por fricción).

Dos cosas son ahora claro.

  1. Este sistema no irradia energía: al menos en los dos cuerpo a cuerpo caso de que seguirá existiendo por siempre, ya que podemos encontrar una solución exacta (para el cuerpo rígido / punto de masas caso de todos modos), que muestra que lo hará. En los tres cuerpos caso probablemente será así: sin duda no dejará de hacerlo porque tiene irradia energía.

  2. Una medición del valor local de $g$ en la superficie de los cuerpos se muestran la variación, como en el anterior.

A partir de estas dos cosas es claro que la energía no se llevó lejos de el sistema a través de este fenómeno. En otras palabras, este fenómeno es no una onda gravitacional.

Esto es completamente diferente del caso en el GR, donde las ondas gravitacionales llevar la energía fuera del sistema, provocando un movimiento en órbita espiral de los cuerpos y su eventual colisión.

Otra forma de verlo es considerar una de dos cuerpos, Newtoniano del sistema, en donde los cuerpos son esferas rígidas (esto es una idealización). Los dos cuerpos están en órbita entre otros, y vamos a tener a uno de ellos (o ambos, no importa) girar así, con un período mucho menor que en el período del sistema en general, pero sobre el mismo eje (este está destinado a ser un rudimentario modelo de la Tierra-Luna o Sol-Tierra del sistema). Ahora considere un dispositivo que mide el $g$ en la rotación del cuerpo: este dispositivo se va a medir claramente una variación en el valor de $g$ a que la frecuencia angular $\omega_r \pm \omega_o$ donde $\omega_r$ es la frecuencia angular de la hilatura planeta y $\omega_o$ es la frecuencia angular de todo el sistema. Y usted puede girar el planeta tan rápido como usted quiera, haciendo de esta frecuencia tan alto como quieras, pero, evidentemente, esto no afecta la medición no realizada por un dispositivo conectado a la hilatura planeta: la totalidad de la medición es un artefacto.

Un último enfoque es considerar la potencia radiada desde el sistema Tierra-Luna. Hay una aproximación para esto:

$$P = \frac{32 G^4}{5 c^5}\frac{(m_1 m_2)^2(m_1+m_2)}{r^5}$$

Y puedes conectar varios valores para las masas y el radio orbital, y se obtiene una potencia radiada aparente de alrededor de $7\times10^{-6}\mathrm{W}$. Esta es la potencia radiada por todo el sistema: simplemente no es plausible que un detector podría ser construido que era sensible a responder a lo que la pequeña fracción de esta que intercepta.

(La Tierra y el sistema solar irradia sobre $200\mathrm{W}$.)

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