¿Las ondas gravitacionales se dispersan/refractan (como las ondas EM en un prisma)?

He leido esta pregunta:

¿Cuál es la relación entre una onda gravitacional y un gravitón?

donde kingledion dice:

Las ondas gravitacionales se teorizaron hace un siglo y se descubrieron recientemente, lo que llevó a la concesión del Premio Nobel de Física 2017. Según Wikipedia: Las ondas gravitacionales transportan energía como radiación gravitacional, una forma de energía radiante similar a la radiación electromagnética.

¿Por qué funcionan los prismas (por qué depende la frecuencia de refracción)?

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donde Ben Crowell dice:

Lo que en realidad se observa es la superposición de esta onda con la onda incidente. Esta superposición tiene dos partes, una onda reflejada y otra transmitida. En el límite de un medio de baja densidad (como un gas), el índice de refracción está dado por n2=1−ω2pf(ω), donde ωp, llamada frecuencia del plasma, está dada por ω2p=Ne2/mϵ0, donde N es la densidad numérica de electrones. La frecuencia del plasma tiene un e/m debido a la amplitud del oscilador armónico accionado, y otro factor de e porque la amplitud de la onda reemitida es proporcional a la cantidad de carga que oscila. En el caso del vidrio de sílice, creo que la resonancia de 0,1 μm es probablemente lo que describe el mecanismo anterior, mientras que las otras resonancias son similares matemáticamente pero involucran otros efectos además de la oscilación de los electrones enlazados. P.ej, los puentes Si-O-Si resonarían a una frecuencia más baja debido a la mayor inercia de los núcleos en comparación con los electrones. Lo anterior parece sugerir que existe un comportamiento muy universal en la interacción de las ondas EM con la materia.

donde annav dice:

Un fotón que incide sobre la superficie de la red, encuentra no dos rendijas, sino una profundidad de rendijas en todo el camino. El efecto observado de la diferente distribución angular según la frecuencia de incidencia del fotón debe ser el resultado de la interferencia mecánica cuántica del fotón, que debe ser constructiva en el ángulo de refracción dado por su frecuencia e índice de refracción y destructiva en cualquier otro lugar. , de lo contrario, estaríamos viendo franjas de interferencia (en realidad, obtenemos un segundo arcoíris, pero esa es una historia diferente :), aunque debería ser similar). Entonces el problema se reduce a explicar la dependencia de la frecuencia. Repetiré la onda manual y diré que cuanto menor sea la frecuencia, mayores serán las distancias en el patrón de interferencia de la onda de probabilidad;

Ahora hay una explicación clásica y QM para la dispersión/refracción de ondas/fotones EM a través de un prizm.

En óptica, la dispersión es el fenómeno en el que la velocidad de fase de una onda depende de su frecuencia. En óptica, una consecuencia importante y familiar de la dispersión es el cambio en el ángulo de refracción de diferentes colores de luz, 2 como se ve en el espectro . producido por un prisma dispersivo y en la aberración cromática de las lentes. El ejemplo más conocido de dispersión es probablemente un arco iris, en el que la dispersión provoca la separación espacial de una luz blanca en componentes de diferentes longitudes de onda (diferentes colores).

https://en.wikipedia.org/wiki/Dispersion_(óptica)

Ahora, incluso en la explicación clásica de las ondas EM, es fácilmente explicable por qué la longitud de onda de las diferentes ondas EM crea la dispersión que vemos en un prisma.

Ahora que GW se ha observado experimentalmente, existen.

No he encontrado nada sobre si los GW se dispersan en función de su longitud de onda. Algunos GW tienen su propia longitud de onda específica, y algunos deben ser una combinación de diferentes ondas de longitud de onda (al igual que la luz blanca es una combinación de todas las ondas EM de longitud de onda visible).

Ahora bien, si ya observamos GW, observamos su dispersión, deben obedecer las mismas leyes físicas y deben sufrir dispersión, ya que cambian de medio.

La fase de las ondas gravitacionales en el caso dispersivo y el caso no dispersivo y el desfase entre dos formas de onda. La masa total M=106 M⊙, la relación de masa simétrica ν=10−5, e=0,5, p=12M y a=0,9. Fijamos DL=1.00 Gpc, donde Z≈0.20 y D≈0.83 Gpc. La longitud de onda Compton del gravitón λg=1,6×1013 km. Las curvas cian, naranja y roja representan la fase de dispersión y no dispersiva y el desfase respectivamente.

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En principio, las ondas gravitacionales podrían existir en cualquier frecuencia. Sin embargo, las ondas de muy baja frecuencia serían imposibles de detectar y no existe una fuente creíble de ondas detectables de muy alta frecuencia.

https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave

http://inspirehep.net/record/1708562/parcelas

Pregunta:

  1. ¿Los GW se dispersan en el borde de diferentes medios (como las ondas EM en un prizm)?

  2. ¿Alguna vez hemos visto experimentalmente GW de diferentes longitudes de onda dispersarse en el borde de diferentes medios?

Respuestas (2)

En física llamamos ondas a cualquier perturbación física de alguna cantidad que se propaga a través del espacio o el tiempo o ambos y que obedece a la ecuación de onda de D'Alembert o alguna generalización de la misma.

A esta ecuación no le importa la perturbación del agua (ondas del océano), la presión del aire (ondas de sonido), las tensiones mecánicas de la corteza terrestre (ondas sísmicas), las líneas de campo del campo electromagnético (luz ) o sobre la curvatura del espacio-tiempo (ondas gravitacionales). Para un número fijo de dimensiones, esta ecuación produce las mismas predicciones para todas ellas. Puede haber polarización, difracción, refracción, coherencia, reflexión y otros fenómenos, la única gran diferencia es qué dispositivos o sistemas físicos deberían ser los responsables de esos.

Las ondas gravitacionales difieren de las ondas electromagnéticas en algunos aspectos fundamentales. Por ejemplo; la tensión de una onda gravitatoria depende de r 1 mientras que la intensidad de la luz depende de r 2 (dónde r es la distancia del detector a la fuente). También está el hecho de que la materia es transparente a las ondas gravitacionales de cualquier frecuencia. Pero aún podemos rescatar parte de la fenomenología compartida.

Ahora sabemos que las ondas gravitacionales con frecuencias de microondas (todavía tan altas para cualquier fenómeno astrofísico conocido) pueden reflejarse en películas delgadas superconductoras. Las ondas gravitacionales mueven la materia y la materia que cambia sus movimientos genera ondas gravitacionales, el efecto general puede producir un reflejo coherente de estas películas (al igual que las ondas electromagnéticas se reflejan porque el campo eléctrico oscilante mueve cargas en el espejo y, a su vez, generan su propio reflejo). ondas electromagnéticas).

Consulte este artículo de investigación: ¿Existen espejos para las ondas gravitacionales?

También se sabe que la luz puede moverse en caminos no rectos en geometrías curvas del espacio-tiempo. Por ejemplo, la luz puede hacer un círculo completo alrededor de un agujero negro en lo que se conoce como esfera de fotones . Y también se sabe que incluso hay soluciones en las que un rayo de luz puede volver a la fuente de emisión después de rodear el agujero negro.

Entonces, los alrededores de un agujero negro pueden actuar como un espejo (puedes verte a ti mismo). Lo mismo ocurre con las ondas gravitacionales, se difractan tanto que podrían volver a donde vinieron. Por lo tanto, los agujeros negros son espejos para ondas gravitacionales más grandes, solo un espejo muy complicado con una extraña imagen distorsionada de ti mismo. Por cierto, la animación proviene de una serie de videos realizados por Viascience (muy recomendable).

Se ha investigado la búsqueda de ecos (como los de las ondas sonoras) por reflejos de ondas gravitatorias sobre determinados espacios-tiempos que pudieran comportarse como "muros".

Consulte este artículo de investigación: Fuentes de ondas gravitacionales: reflejos y ecos

La difracción de las ondas gravitacionales puede ocurrir en cúmulos estelares, así que tal vez podamos usarlos como su "prisma".

Consulte este trabajo de investigación: Emisión de ondas gravitacionales de sistemas binarios en el centro galáctico y difracción por cúmulos estelares

De hecho, la idea de difractar las ondas gravitatorias puede extenderse para enfocarlas. Podemos imaginar algunos objetos astrofísicos como análogos a elementos ópticos en un sistema óptico. Si enfocamos las ondas gravitatorias podemos hacer telescopios gravitacionales (y no solo observatorios). De hecho, los agujeros negros no solo pueden magnificar las fuentes de luz lejanas, sino que también pueden magnificar las ondas gravitacionales, este fenómeno se denomina lente gravitacional de las ondas gravitacionales y hay algunos artículos que exploran el tema.

Consulte este artículo de investigación: Lentes gravitacionales de ondas gravitacionales: naturaleza de las ondas y posibilidades de detección

Consulte este artículo de investigación: Lentes gravitacionales de ondas gravitacionales: una perspectiva estadística

Consulte este trabajo de investigación: Efecto de la lente gravitacional en la distribución de ondas gravitacionales de fusiones de agujeros negros binarios distantes

Consulte este artículo de investigación: Efectos de onda en lentes gravitacionales de ondas gravitacionales de binarios chirriantes

Entonces, si podemos configurar una matriz de agujeros negros equidistantes, ¿podemos obtener el efecto de una rejilla de difracción con eso?
Esta respuesta establece que la materia es transparente a las ondas gravitacionales de cualquier frecuencia. Me gustaría saber más sobre esto, así que abrí una pregunta relacionada en physics.stackexchange.com/questions/627384/…

Las ondas gravitacionales son una perturbación en el espacio y el tiempo y se mueven al penetrar en el espacio-tiempo, por lo que no se produce refracción. La longitud de onda de las ondas de gravedad es mucho más corta que la de los electrones y los protones.