¿Qué nos hace pensar que podemos detectar realmente las ondas gravitacionales?

Question

Esto se refiere a la discusión sobre ondas gravitacionales para el vídeo de YouTube Observatorio de ondas gravitacionales LIGO .

Tengo dos preguntas:

1. Cuando la onda gravitacional atraviesa el espacio por el que viaja la luz, el propio haz de luz se distorsionará según la distorsión del espacio (porque la onda gravitacional distorsiona todo en su camino) y el ligero cambio que esperan detectar debería ser anulado. Por ejemplo, supongamos que la onda encoge uno de los tubos a la mitad y aumenta el otro al doble, las ondas del interior se distorsionarían de forma similar, con lo que no habría ningún cambio global en la interferencia. ¿Me estoy perdiendo algo?

2. Se necesita una gran cantidad de energía para distorsionar algo (por ejemplo, un bloque de hierro). Si la onda gravitacional distorsiona todo que atraviesa (como la Tierra, el Sol y el propio espacio), perderá su energía a un ritmo muy alto al intentar hacer esta distorsión (mucho más de lo que implica la ley del cuadrado inverso) cuando atraviese objetos sólidos. La idea actual es que las ondas gravitacionales no se ven afectadas por nada y atraviesan un sólido como si fuera el vacío. ¿Cómo es esto posible?

Answer 1

Una onda gravitacional distorsionará el espacio-tiempo y la luz que se encuentre en una trayectoria afectada por dicha onda se verá igualmente afectada, pero seguirá tardando más (o menos) en recorrer esa trayectoria. Imaginemos que un coche se desplaza por la superficie de un trampolín, una onda en el trampolín podría hacer que su trayectoria se alargara, pero no será imposible detectar si esa trayectoria fue más larga. La clave está en controlar las longitudes de las trayectorias en dos direcciones ortogonales y compararlas continuamente, una onda gravitacional hará que una sea más corta y la otra más larga durante el tiempo suficiente para que sea detectable por un láser. Las longitudes de onda no se verán necesariamente afectadas, pero sí el tiempo de vuelo y, por tanto, la fase de retorno de las ondas, que puede medirse con gran precisión mediante técnicas interferométricas similares a las de un dispositivo Michelson-Morley.

En cuanto a la energía para distorsionar la materia, eso es irrelevante, es el espacio-tiempo el que está siendo distorsionado por las ondas gravitacionales, los cálculos de energía para comprimir la materia sólida no se aplican. Coge una sola moneda, esa moneda está distorsionando todo el espacio-tiempo en, efectivamente, todo el Universo. Ahora mueva la moneda, ahora está enviando ondas gravitacionales que afectan al espacio-tiempo en todo el Universo también. Incluso, eventualmente, estrellas de neutrones distantes o galaxias enteras. Es cierto que, para una sola moneda, las perturbaciones son tan pequeñas que son totalmente indetectables e intrascendentes, pero aun así se producen. Los fenómenos a una escala mucho mayor, como las estrellas de neutrones que orbitan estrechamente, enviarán ondas gravitacionales mucho más fuertes, que podríamos detectar con instrumentos suficientemente precisos. Sin embargo, siguen comprimiendo y expandiendo el espacio-tiempo que nos rodea, pero no es un proceso que requiera un aporte continuo de energía, como tampoco se requiere un aporte continuo de energía para mantener un objeto en órbita de otro.