Sabemos que las ondas gravitacionales estiran el espacio-tiempo, por lo que la luz que viaja a través de ese espacio también debería estirarse. Así que mi pregunta es cómo sabemos que algo se está estirando si todos los objetos del universo experimentan el efecto.
Entiendo tu pregunta y luché con ella durante algún tiempo.
La razón por la que la configuración del interferómetro tipo Michelson funciona es que el tiempo de viaje de los fotones en cada brazo es mucho más corto que el período de tiempo de la onda gravitacional. Por lo tanto, los fotones no se estiran en absoluto por la onda gravitatoria, sino que simplemente se emiten en un brazo que ha cambiado su longitud aparente. El efecto es diferente en los dos brazos perpendiculares (uno se estira mientras que el otro se contrae) y esto produce una diferencia de fase en la señal cuando se recombinan los haces de los dos brazos. La diferencia de fase se modula con la frecuencia de la onda gravitatoria (que es mucho más baja que la frecuencia de la luz láser).
Por ejemplo, los brazos LIGO tienen efectivamente 1120 km de largo, porque la luz rebota hacia adelante y hacia atrás 280 veces. La luz pasa 3,7 microsegundos en el aparato. Las ondas gravitacionales que se están detectando tienen frecuencias por debajo de un kHz, por lo que la longitud del brazo solo cambia significativamente en tiempos superiores a un milisegundo. Así, los fotones "ven" brazos de longitud fija.
La geometría de las ondas gravitacionales es tal que estira y contrae el espacio-tiempo de manera diferente en direcciones perpendiculares. Entonces, el detector nota la diferencia en el tiempo de vuelo entre dos fotones que van a lo largo de diferentes ejes del detector, ya que la velocidad de la luz es constante. "Estiramiento" de un fotón significaría que cambia de color (longitud de onda) pero no de tiempo de vuelo.
Si está interesado en las matemáticas, eche un vistazo a La geometría de la detección de ondas gravitacionales de John T Wheelan.
céfiro
james k
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