¿De qué están hechas las ondas gravitacionales?

Una onda es una distorsión viajera. Esto vale para cualquier tipo de ola. Una ola oceánica es una distorsión de la superficie del agua. Una onda de sonido es una distorsión en la presión del aire. Una onda de luz es una distorsión en los campos electromagnéticos. Una onda está hecha de algo que vibra: las olas del océano están hechas de agua, etc. Entonces, una onda gravitatoria está hecha de espacio y tiempo, ya que la gravedad es el efecto de la deformación del espacio y el tiempo debido a las masas cercanas.

En la Relatividad General el efecto de la gravitación está representado por el tensor de energía de tensión,$T_{μν}$:

dónde$R_{μν}$es el tensor de curvatura de Ricci,$R$es la curvatura escalar,$g_{μν}$es el tensor métrico,$Λ$es la constante cosmológica,$G$es la constante gravitacional de Newton,$c$es la velocidad de la luz en el vacío, y$T_{μν}$es el tensor tensión-energía.

Las ondas gravitacionales son los cambios sinusoidales en el espacio-tiempo inducidos por cambios específicos dependientes del tiempo en el tensor de tensión-energía. En un marco newtoniano se llama aceleración, que no es suficiente para obtener una onda gravitacional, solo las distribuciones de masa asimétricas darán ondas gravitatorias.

Por lo tanto, son los cambios sinusoidales en el tensor de tensión-energía los que distorsionan las soluciones espacio-temporales que cumplen la ecuación de la relatividad general.

Las ondas en general son fluctuaciones u ondulaciones en algo. Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio (tiempo).

Ahora, ¿qué es el espacio? El espacio en sí no está definido. Lo que se define en GR son sus ciertas propiedades. Estas propiedades/atributos incluyen elementos como tensores, métricas y variedades. Como el espacio se define solo en términos de estas propiedades, una ondulación en el espacio tiene que ser una ondulación en el valor de una o más de estas propiedades. Lo que significa que el valor de una o más de estas propiedades está ondulando/cambiando. La ondulación en el valor se propaga a la velocidad de la luz.

Entonces, las ondas gravitatorias están hechas de fluctuación en el valor de cierta propiedad del espacio. No estoy seguro del papel de estos términos. Pero según anna v en su respuesta, parece que la propiedad de ondulación es el "tensor de energía de estrés".

En lenguaje común, la elasticidad del espacio está cambiando y ese cambio se está propagando a la velocidad de la luz. Debido a la elasticidad modificada, el comportamiento del espacio en su camino cambia ligeramente.

Puedo sospechar que es posible que no haya captado muy bien el concepto de Relatividad General, pero eso no importa. La belleza de la ciencia está en sus explicaciones.

Imagina que arrojas una piedra al agua. Puedes ver las olas formándose a partir de la distorsión en el agua. Ahora trata de dejar caer dos guijarros en el agua cercana y observa las ondas formadas por cada distorsión.

_{(fuente: compassblogs.org )}

Ahora, como una analogía con el GW, imagina que arrojas guijarros continuamente cerca uno del otro.

Ahora imagina que eres una criatura de 4 dimensiones y puedes ver el espacio-tiempo en una vista de 4 dimensiones. Verás las olas así.

Los GW son básicamente ondas/distorsiones en el medio en el que vivimos, el espacio-tiempo mismo.

Esa es la explicación más simple que podría dar, bueno, algunas no son precisas, pero es para simplificar el concepto.

Las ondas gravitacionales son fluctuaciones en el espacio-tiempo, pero ¿qué es el espacio-tiempo? Tu sentido intuitivo del espacio y el tiempo te dice qué SON el espacio y el tiempo . En ciencia, y en física en particular, usamos palabras de maneras muy específicas. En física, el espacio-tiempo es una combinación de distancia y tiempo. Entonces, cuando decimos que las ondas gravitacionales son fluctuaciones en el espacio-tiempo, estamos hablando de fluctuaciones en distancias y tiempos.

Las ondas gravitacionales son una predicción de la relatividad general (GR), una teoría del espacio y el tiempo (espacio-tiempo) y de la materia y la energía. Hablamos de los observadores en GR y hacemos preguntas como: "¿Qué observaría un observador cuando pasa una onda gravitatoria?" Ahora, usted dice: "El observador observa fluctuaciones en el espacio-tiempo, la distancia y el tiempo, por supuesto". ¿Y qué significa eso ?

Significa que las distancias entre puntos aumentan y luego disminuyen y luego aumentan y luego disminuyen, etc. Los aumentos y disminuciones son por encima y por debajo, respectivamente, de las distancias antes y después del paso de la onda. Lo mismo es cierto para el tiempo entre eventos, como el tiempo entre los tictacs de un reloj. A medida que la fuerza gravitacional pasa por el observador, el reloj del observador corre más rápido de lo normal, luego más lento de lo normal, luego más rápido de lo normal, etc.

¿Y qué es espacio-tiempo en lugar de espacio y tiempo? Eso es porque en GR y en la relatividad especial, que es un caso especial de GR, el espacio-tiempo está unificado. ¿Qué significa eso ? Significa que los observadores en diferentes posiciones y con diferentes velocidades relativas entre sí miden distancias y tiempos. Un observador puede ver dos eventos que suceden simultáneamente en dos lugares diferentes, mientras que otro observador ve que los dos eventos suceden en el mismo lugar en momentos diferentes. Entonces, el espacio y el tiempo fluyen de un lado a otro dependiendo de tu velocidad.

Considere un campo magnético mediado por fotones, las clásicas líneas de campo que se originan de un extremo al otro de una barra magnética.

Ahora traiga otro imán y 'perturbe' ese campo magnético.

Si tuviera un medidor que midiera la energía del campo magnético, cambiaría cuando el otro imán estuviera presente.

Dado que los gravitones son las partículas de fuerza teóricas que median la gravedad a lo largo de la distancia al igual que los fotones median el electromagnetismo a lo largo de la distancia, podemos usar la misma analogía.

Aquí en la Tierra tenemos muchas fuentes de gravitones, el Sol, la Tierra, la Luna, etc., por lo que vivimos en un océano de gravitones. Como dijiste, cuando dos agujeros negros chocan, crean una perturbación en su campo gravitatorio local que luego viaja a través del universo dentro del campo de gravitones que ya existe. Cuando esa onda ingresa a nuestro sistema solar y cambia la energía potencial de nuestro campo de gravitones local, podemos detectar ese cambio.

Entonces, para mí, la respuesta fundamental a su pregunta es que las ondas de gravedad son cambios en la energía del campo gravitacional local de los gravitones. En este caso, los detectores se instalaron de tal manera que descartaran otros cambios en el campo, como la órbita de la luna y los camiones que chocan contra el estacionamiento.

Hay dos tipos de ondas gravitacionales (GW), el primer tipo está "hecho de" campos EM de estado estacionario (gravedad normal); el segundo tipo está formado por campos EM dinámicos (grandes perturbaciones de los campos EM de estado estacionario, representados en la respuesta de Dendi).

Los hechos declarados son verdaderos cuando/si se aplican al segundo tipo de GW.