¿Por qué el espacio-tiempo propaga ondas gravitacionales?

Question

La puesta en escena:

Si me cae una piedra en el agua, la piedra se crea una depresión en el agua que la tensión superficial del agua y la gravedad (por lo que dice el artículo de Wiki: Dispersión (las ondas en el agua)) trabajará para neutralizar de manera que la superficie del agua vuelve a ser plana. Esto tiene el efecto secundario de la creación de una perturbación en la "planitud" de la superficie del agua que realmente se mueve (lejos de su origen).

Si me cae una piedra en la arena, que también está compuesto de partículas, la depresión sigue siendo en gran medida cuando me quite la piedra, y no viajan las ondas fueron creados.

De vuelta a la pregunta:

Las ondas gravitacionales aparentemente viajar a través del espacio, por lo que en mi comprensión primitiva de las cosas, el espacio (o el espacio-tiempo?) debe tener una posición neutral de "forma" que es obligada a reanudar después de ser deformado. Es esto cierto o estoy entendiendo mal?

Si es cierto, ¿por qué no en el espacio-tiempo se comportan como la arena en la que se conserva deformaciones después de que el objeto que causó ellos se ha mudado?

Actualización 1:

Gracias por las respuestas! Creo que Cleonis extendida respuesta diciendo que las ondas gravitacionales son predice que existen (o en realidad existe necesariamente si he entendido correctamente) y se propagan en el espacio-tiempo al asumir el principio de equivalencia de Einstein es una respuesta satisfactoria si uno no es para tratar de explicar lo que es el llamado "tejido del espacio-tiempo" en realidad está hecha de. No he hecho un libro de texto estudio de la Relatividad General, aunque, por lo que es (aún) más allá de mí cómo uno consigue desde el principio de equivalencia de las ondas gravitacionales. Tal vez hay un no-matemático para explicar esto? (mano ondulado como sea necesario)

Tengo entendido que la cuestión de lo que el tejido del espacio-tiempo es físicamente aún no se ha resuelto.

Cleonis y Ed999 me inspiró a hacer algo de googlear.

"el espacio-tiempo como un fluido": en particular, que conduce a un artículo de Wiki "Superfluido vacío de la teoría", en la que el vacío físico que supone ser un superfluido (un fluido con viscosidad cero) y las consecuencias son, a continuación, de la que deriva. Parece ser una franja idea, aunque.

"el espacio-tiempo de la elasticidad": Esto produjo dos pequeños documentos técnicos. "¿Cuál es la Rigidez del espacio-Tiempo?" (http://physics.princeton.edu/~mcdonald/ejemplos/rigidez.pdf) y "la Elasticidad de La Cuántica del espacio-Tiempo de la Tela" (http://www.bio21.bas.bg/conference/Conference_files/sa17/Cartas.pdf). Esto último hace que el intrigante afirmación de que:

"La conclusión de todo esto es que el espacio-tiempo tiene que tener un pequeña escala de la estructura, que es granular. Los "átomos" del espacio tiempo tienen que ser sujetos de una peculiar fuerza. Desde el punto elástico de vista, existen buenos argumentos para la fuerza de Casimir para calificar como la fuerza necesaria."

Pero el papel era demasiado técnico para mí hacer si el autor realmente hace un caso convincente para ello.

Answer 1

De hecho, se supone que, en ausencia de una fuente de la gravitación espacio-tiempo será uniforme. En ese sentido, podemos decir que el espacio-tiempo de curvatura debe ser considerada como una forma de la deformación elástica. Como en: cuando el origen de la deformación desaparece, la deformación desaparece.

Aparte de que la naturaleza del espacio-tiempo es desconocido. Esta elasticidad de la propiedad debe ser otorgado con el fin de formular una teoría del todo.

De manera más general:
En términos de GR se sabe muy poco acerca de la naturaleza del espacio-tiempo. Con el fin de formular GR en todas las hipótesis que debe ser hecho. Seguro: el hecho de que el éxito de la teoría se ha construido es una fuerte evidencia de apoyo para estos supuestos. Nuestro concepto de la naturaleza del espacio-tiempo es limitado al contenido de estos supuestos.

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[DESPUÉS DE EDITAR]
En respuesta al comentario de Ben Crowell:

Primero voy a presentar esta respuesta, a continuación, voy a explicar por qué se me juzga esta larga respuesta de ser necesario.

En la pregunta original Mads le preguntó: "¿por Qué no en el espacio-tiempo preservar las deformaciones después de que el objeto que causó la ha abandonado?"

Yo infiero que Mads está preguntando: "¿por Qué el espacio-tiempo se someten a la deformación elástica en lugar de deformación plástica?"

Por supuesto, la deformación plástica del espacio-tiempo es un extraño concepto que nunca se produce a un físico, no entran a la mente. Pero, por supuesto, podemos interpretar la pregunta en un sentido más general: "¿qué es la física subyacente que hace que el espacio-tiempo se comportan en la forma en que lo hace?"

En la siguiente el fondo es la distinción entre 'implícita' y 'explícita'

Como sabemos: Einstein usó Einstein principio de equivalencia y la demanda que en la no-relativista condiciones GR debe reproducir de Newton la ley de cuadrado inverso de la gravedad de las cosas que su nueva teoría tendría que cumplir para ser considerado viable. En general estos dos límites impuestos eran suficientes para reducir las posibilidades de 1915 GR.

Implícitamente el principio de equivalencia tiene vastas consecuencias.
Si usted otorga a estos dos:
- el principio de equivalencia conduce a la GR
- GR implica la existencia de ondas gravitacionales
Luego de ello se desprende que debe conceder la combinación de: principio de equivalencia, en última instancia, implica la existencia de ondas gravitacionales.

Mientras que la lógica consecuencias son de largo alcance, el principio de equivalencia no describe el espacio-tiempo de forma explícita. En ese sentido, el principio de equivalencia es muy cauteloso. El principio de equivalencia es mínimo, el mínimo que se necesita con el fin de reducir el GR de búsqueda lo suficiente.

Permítanme hacer una comparación: históricamente la segunda ley de la termodinámica fue el primero de una ley empírica. Más tarde en la ciencia de la mecánica estadística se trasladó a la descripción de la entropía a un nivel más profundo. Antes del desarrollo de la mecánica estadística a la pre-estadística termodinámica fue un completo éxito de la teoría. Aún así, en un momento posterior se desarrolló un esquema que estableció una fundación por debajo de su predecesor.

No podemos excluir la posibilidad de que en algún momento en el futuro una teoría del espacio-tiempo será developeded que es GR lo de la mecánica estadística era pre-estadístico de la termodinámica. Si tal teoría del espacio-tiempo que se desarrolla en ella puede describir en un nivel fundamental de un mecanismo físico permite que el espacio-tiempo se curve, y que hace que volver a uncurved estado cuando la fuente de la gravitación se aleja de nuevo.

A Mads, que pidió a la pregunta original:
por decisión consciente de los supuestos en los que se conceden con el fin de formular GR son mínimos. No sabemos por qué el espacio-tiempo tiene las propiedades que tiene. Lo que sabemos es lo que necesita con el fin de ser capaz de formular GR; el principio de equivalencia. Concedemos que. Debido al éxito de GR juzgamos que este es un buen llamada.

Ahora: ¿por qué una larga respuesta, mucho más que mi primera respuesta a Mads.
A Ben Crowell:

1) insto a que aplicar siempre la conciencia histórica.
Cada nueva teoría de la física está formulado a partir de uno o más supuestos que se debe conceder a fin de formular la teoría del todo. Ejemplo: en la publicación de los Principia muchos de los contemporáneos de Newton objetado que desde ningún mecanismo físico por la ley del cuadrado inverso se describe la teoría debe ser rechazado. Newton sostuvo que el éxito de la inversa del cuadrado de la ley de la gravitación era evidencia suficiente en sí mismo. Newton era cierto, por supuesto.

En la historia de la física no es nunca el caso de que el actual teoría es la exhaustiva de la teoría de que no tendrá un sucesor. Una nueva teoría sustituye a un predecesor si se mueve la descripción de la física teniendo lugar a un nivel más profundo de la descripción, por lo tanto la profundización de la comprensión.

Sí, por supuesto GR es un fondo éxito de la teoría del movimiento y la gravitación. Pero como todas las teorías de la física con el fin de ser capaz de formular en todas las hipótesis que se han concedido. La concesión de estas hipótesis se justifica por el éxito de la teoría.

2) los insto a ser siempre conscientes de las implicaciones de largo alcance de suposiciones iniciales. Sí, por supuesto GR no hacer declaraciones explícitas acerca de las propiedades elásticas del espacio-tiempo. Pero si se concede que la propagación de las ondas gravitacionales es posible que implícitamente han concedido la elástica de la propiedad que permite que.

Aquí en stackexchange comentarios se limitan a 600 caracteres para una buena razón; la stackexchange diseñadores quieren dar un poco de espacio para el comentario, pero todo el mundo se insta a abstenerse de caer en prolongada de uno-a-uno el debate. Yo apoyo que la política de todo corazón.

Así que sí, la escritura de esta prolongada respuesta a un comentario que se siente muy incómoda.

En general, si usted siente una respuesta que escribí está apagado, entonces por favor emitir su respuesta en la forma de una respuesta a la pregunta, una respuesta donde intenta llevar al lector en la dirección que usted considere mejor. Dejar que el lector decida qué respuesta es la que mejor se ajusta a la pregunta.

Answer 2

Las ondas gravitacionales aparentemente viajar a través del espacio, por lo que en mi comprensión primitiva de las cosas, el espacio (o el espacio-tiempo?) debe tener una posición neutral de "forma" que es obligada a reanudar después de ser deformado. Es esto cierto o estoy entendiendo mal?

Yo diría que esto no es una buena manera de pensar en eso. Por ejemplo, después de una onda gravitacional que pasa por encima de la tierra, el espacio-tiempo alrededor de la tierra no ir a un preferido de forma plana, simplemente vuelve al estado original de la curvatura de la que tenía antes porque de la tierra del campo.

Una buena analogía es lo que pasa si me la emisión de radio beep. La señal de radio es un campo electromagnético, y la tierra también tiene su propio campo magnético estático. Mientras que la señal de radio se propagan sus campos eléctricos y magnéticos que acaba de agregar en el campo magnético de la tierra. Cuando la onda de radio se ha ido, el campo magnético de la tierra está de regreso a lo que había sido.

Esto se llama superposición, que es sólo una forma elegante de decir que, además de. Otro ejemplo clásico de superposición, que es de dos conjuntos de ondas en un estanque de difusión a través de cada uno de los otros sin necesidad de interacción.

Ahora, en realidad, no es cierto que la relatividad general obedece a una ley de la superposición, pero es una muy buena aproximación para una pequeña amplitud de la onda gravitacional que pasa a través de la curvatura estática de un objeto, como las de la tierra.

Answer 3

Esta es una respuesta a la 1 de la actualización de su pregunta.

Debo señalar: el diseño de stackexchange es que una lo suficientemente distintos pregunta de seguimiento se debe pedir por separado, como una pregunta por su propia cuenta.

La pregunta:
Hay alguna mano-ondulado camino desde el principio de la equivalencia a la existencia de las ondas gravitacionales?

El caso de las ondas gravitacionales es muy diferente de las ondas electromagnéticas. Para más información sobre que les sugiero que lean el artículo de la Aberración y de la velocidad de la gravedad por Steven Carlip.

A pesar de las diferencias que yo todavía uso el electromagnetismo como una analogía.
Alrededor de la época de Faraday los conceptos de "campo eléctrico" y "campo magnético" se introdujo, y Faraday introdujo un concepto de líneas de campo'. El campo fue pensado como un mediador de las interacciones, la interacción electrostática y la interacción magnética. No se sabía si estos campos existió realmente, pero aun cuando no lo eran, al menos, buenos instrumentos para orientar la reflexión acerca de los problemas. Para ayudar a su pensamiento, Maxwell se utiliza un modelo físico del éter. Este modelo fue diseñado para encarnar propiedades conocidas de la electricidad y el magnetismo. Algunas de las implicaciones lógicas de la modelo demostró ser cierto propiedades físicas del mundo real, que es la forma de Maxwell modelo fue worthwile.

Una condición necesaria para la propagación de la onda es la capacidad de oscilación en cualquiera de sus formas. Maxwell se dio cuenta de que en su modelo de condiciones de oscilación estaban presentes. Hay un estado libre, una fuerza de tensión que el estado de el modelo de la libre estado, y en el rebote el cambio de estado de sobreimpulso. Es decir, una vez que el estado se encuentra en una tasa de cambio, se tiende a continuar en la tasa de cambio, de forma análoga a la inercia. Que es lo que usted necesita para la oscilación. Maxwell demostró que si se concede la existencia de un hipotético (pero plausible) fenómeno que él denomina el 'desplazamiento', entonces, de acuerdo a su teoría de las ondas electromagnéticas que debe de existir, y él pudo calcular la velocidad de propagación, y que era conocido dentro de la precisión de la medición de la misma como la velocidad de la luz.

El muy existencia de las ondas electromagnéticas también implica que el campo electromagnético es una verdadera entidad física, no sólo una construcción mental. Una onda electromagnética sigue propagando, independientemente de la fuente que las emite todavía existe.

Maxwell predicción de la velocidad de las ondas electromagnéticas es algo análogo a la forma en que Isaac Newton calculó la velocidad de propagación del sonido a partir de primeros principios. El aire cumple con los requisitos de oscilación:
- el aire se ha elasticidad
- el aire tiene masa inercial, por lo que en el rebote va a atinar
En los Principia de Newton presentó un cálculo que utiliza estas propiedades: dada la elasticidad del aire y su masa por unidad de volumen, la velocidad del sonido se pueden derivar.

En el caso del electromagnetismo de la restauración de la fuerza que actúa para restaurar el estado de nuevo en la dirección de átonas estado es muy, muy fuerte. Por lo tanto la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es muy, muy rápido.

Principio de equivalencia y de las ondas gravitacionales

Como se menciona en otra parte, el principio de equivalencia tiene grandes implicaciones. Como el electromagnetismo creció de fuerza a la fuerza physicsts comenzó a explorar la posibilidad de la existencia de un campo gravitatorio, un campo que actúa como mediador de la interacción gravitatoria. El principio de equivalencia implica la suposición de que el espacio-tiempo en sí mismo es el campo gravitacional. De acuerdo a GR espacio-tiempo en sí actúa como mediador de la interacción gravitatoria.

Si usted conceder el principio de equivalencia tiene implícitamente sentado que el espacio-tiempo en sí tiene propiedades físicas, para ser descrito por una teoría cuantitativa. Hay un estado libre, lo que se conoce como 'geométricamente plano espacio-tiempo', y de cualquier fuente de gravitación provoca una tensa estado del campo, que se conoce como 'la curvatura del espacio-tiempo'.

Mi conocimiento de GR es suficiente para ir más allá de esta etapa de la discusión.

Permítanme señalar algunas marcadas diferencias con la historia de Maxwell a la conclusión de que las ondas electromagnéticas debe existir. Era posible que Maxwell para calcular la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas a partir de primeros principios. Sin embargo, en el caso de las ondas gravitacionales que se supone que se propagan a la misma velocidad que la luz. Claramente, es muy plausible que las ondas gravitacionales que se propagan a la velocidad de la luz, pero, lógicamente, hay espacio para las teorías alternativas de la gravedad, según la cual las ondas gravitacionales se propagan más lentamente. (Un reciente LIGO observación de ondas gravitacionales y la luz de un evento cataclísmico de llegar de manera efectiva al mismo tiempo es una fuerte evidencia de que las ondas gravitacionales, de hecho, se propagan a la velocidad de la luz.)

De acuerdo a la página de la wikipedia sobre ondas gravitatorias de Einstein fue de ida y vuelta en la cuestión de si la existencia de ondas gravitacionales, por lo que, evidentemente, este es uno de los más opacos los aspectos de la GR.

Answer 4

Una onda (wave) en un líquido, como el agua, es un tipo de movimiento que la relativamente fluido (sin juego de palabras!) la naturaleza del medio permite que, por el hecho de que el medio es líquido: es decir, no tiende a resistir el movimiento de las moléculas, de hecho un bajo grado de resistencia a dicho movimiento.

La arena, al ser un sólido, tiene un mucho mayor grado de resistencia. Existe una fricción entre las moléculas de un sólido. De Gas, por otro lado, exhibe casi ninguna fricción entre las moléculas de gas a todos, por lo que es incluso menos resistencia a su movimiento de un líquido. Claramente, es una cuestión de densidad: la baja densidad de las moléculas en un gas permite mayor movimiento de las moléculas, y la alta densidad de las moléculas de los sólidos permite menos movimiento de las moléculas.

Cuando el medio se considera en relación a una ola, esta cuestión de la densidad se convierte quizás menos importante. Sabemos que las ondas pueden existir en un gas: las ondas sonoras en el aire son bastante bien conocidos. Igualmente, las olas pueden existir en un líquido, por lo que las ondas en un estanque o un océano son también muy familiar para nosotros. Pero, de hecho, la existencia de ondas en sólidos, dentro de nuestra experiencia normal: las ondas de los terremotos son muy bien entendidos.

Pero si tenemos en cuenta un terremoto, podemos encontrar que la roca - es decir, la roca sólida - es una peligrosa y eficaz del conductor de tales ondas. La arena es, en cambio, más eficaz amortiguador de tales ondas. Así que la naturaleza de la media es al menos tan importante como su sólido: una sólida y rígida de la estructura, tales como una roca, tiene un comportamiento diferente a un sólido, pero no rígido medio como arena.

Podríamos tal vez considerar la naturaleza del espacio-tiempo de la luz de nuestra experiencia de estas ondas en otros medios. En teoría, el hecho de que las ondas electromagnéticas de hacer propagarse en el espacio-tiempo implica que el tejido del espacio-tiempo debe comportarse de manera más similar a la de un sólido, pero una estructura rígida, capaz de transmitir una onda, y no algo parecido a la arena medio que tiende rápidamente la humedad, la velocidad de una onda.

Ola movimiento parece requerir una molécula, en (digamos) un líquido, que chocan con la siguiente, lo que pasa en el movimiento, pero con lo que devuelve al resto: el de frente de onda representa una secuencia de colisiones, causando lo que equivale a una compresión de frente para viajar a través del agua. Toda la onda de movimiento es esencialmente un movimiento en un medio, donde las unidades individuales que componen el medio de cada movimiento muy poca distancia, y pasar en movimiento sí mismos, sin ir a ninguna parte.

El espacio-tiempo, como el agua o el gas o el rock, un "resto" del estado, que un (electromagnética) de la onda sólo brevemente molesta antes de que el original del estado de reposo se reanuda. A continuación se hará una breve perturbado de nuevo, por el paso de la próxima ola de frente. Teóricamente, una onda gravitatoria es similar alteración del espacio-tiempo de la tela.

La arena no tiene la coherencia a pasar en la onda de movimiento. Roca sólida que hace, como lo hace el agua y el aire. Parece ser una cuestión de la arena ofrece demasiada resistencia, que la roca sólida de que debido a su estructura rígida - ¿ no se ofrecen. El rigity de la roca es una positiva ayuda a la realización de la onda del terremoto, a pesar de que en la cara de un sólido se ve poderoso poco prometedoras como una ola conductor. Pero, por supuesto, usted necesita una poderosa fuente de vibración para establecer que el efecto de onda en un sólido, en comparación con (por ejemplo) la energía requerida para hacer una onda de sonido en un gas.

La distincion es algo reflejado en el espacio-tiempo: la poca energía que se requiere para generar una onda electromagnética, ninguna estrella puede hacer (en realidad, en una escala más pequeña, hasta yo puedo hacerlo, por la iluminación de una vela); mientras que para generar una onda gravitatoria requiere una energía inicial de la perturbación que sólo la fusión de dos agujeros negros pueden generar.

¿Por qué la arena no volver a su estado original? La arena no tiene la capacidad de transmitir la energía en una onda de movimiento. Un medio que no tiene la capacidad para transmitir un movimiento nunca se reanudará su inicial estado de reposo, porque el efecto es incompleta. Recibe el movimiento, pero no la transmiten. Newton señaló que la acción y la reacción son iguales y opuestas: si la molécula pasa en el movimiento, como en un líquido, el acto de pasarlo genera una reacción igual y opuesta, la devolución de la molécula donde se inició. Pero no se si la moción no es aprobada.

En teoría, si la entrada de energía suficiente, entonces - al igual que con el terremoto y la sólida roca de la arena, probablemente sería exhibición de movimiento de la onda. Pero sospecho que la cantidad de energía requerida probablemente sería como para fundir la arena, por lo que sería a partir de entonces se comportan en la forma normal de un líquido, y su valor para el estudio del movimiento de las ondas en sólidos sería discutible. Su caída de una roca pequeña, no produce suficiente energía.

La arena, como tal, carece de la tensión superficial que hace que los líquidos se da una vívida demostración de los principios involucrados. Que la tensión superficial representa la coherencia de bonos que mantiene las moléculas juntos, el uno al otro, que parece ser necesario para permitir que el líquido de transmisión de la onda de movimiento.