Ondas gravitacionales y su interacción con la materia.

He estado leyendo un artículo sobre ondas gravitacionales aquí. Allí está escrito que la onda gravitacional, a diferencia de las ondas electromagnéticas, interactúa muy débilmente con la materia. El principio de los detectores LIGO también respalda este punto.

Pregunta 1: Pero, si la propia gravedad surge debido a las distribuciones de masa y energía en el espacio-tiempo, ¿por qué las ondas en el espacio-tiempo tienen un pequeño efecto sobre la materia?

Quiero decir, las radiaciones gravitacionales son causadas por eventos cósmicos violentos y, por lo tanto, deberían transportar una energía enorme. Pero esa energía parece tener un pequeño efecto sobre la materia. ¿Por qué esto es tan? Además, ¿existe alguna posibilidad de que haya alguna entidad en el espacio-tiempo con la que pueda interactuar? ¿GTR predice tales entidades?

Pregunta 2: ¿Es el espacio-tiempo realmente un medio para las ondas gravitacionales?

Lo pregunto porque el experimento de la sonda de gravedad b de la NASA revela que la deformación del espacio-tiempo es una realidad. Además, decimos que las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo. Las ondas son reales. ¿El medio también? En caso afirmativo, ¿es el mismo medio que buscaron Michelson y Morley (y lo llamaron éter)?

¿Podría alguien señalarme en la dirección correcta?

Gracias :)

Mira el suelo debajo de tus pies... hay mucha masa allí, solo para evitar que escapes al espacio. Hacer lo mismo con el electromagnetismo requeriría solo una pequeña cantidad de carga. Puedes darle la vuelta a la cuestión de la escala y preguntar... ¿cómo es que no vemos este enorme poder de la fuerza electromagnética en la vida cotidiana? Porque es autoprotector. En largas distancias, el electromagnetismo es irrelevante y la gravedad es la única fuerza que importa (aunque ni siquiera es una fuerza). La liberación de unas pocas masas solares en energía gravitacional es bastante pequeña, según los estándares universales, por cierto.
@Curioso: los estándares universales los elegimos nosotros. Por supuesto, esto nos ayuda a comparar y contrastar cosas. Pero, algo que causa una distorsión muy grande es que el espacio-tiempo envía ondas que se detectan débilmente. ¿Por que es esto entonces? Además, ¿hay algún tipo de entidad con la que estas ondas puedan interactuar?
Esto significa que la energía radiante tiene un efecto menor sobre el espacio-tiempo que la masa.
Solo estoy observando que el universo es capaz de una enorme gama de escalas y dentro de esa gama tanto la gravedad como el electromagnetismo tienen sus escalas. No se puede decir que un fenómeno es más fuerte que el otro porque, como resultado de interacciones efectivas, cambian de bando. La fuerza electromagnética gana en lo pequeño, la gravedad gana en lo grande. También dependen unos de otros. La gravedad, sin la capacidad de la materia para unirse electromagnéticamente, nunca se volvería fuerte... la masa-energía permanecería dispersa en el universo.
¿Cuál es su opinión sobre la pregunta no.2)
Los medios rompen la invariancia de Lorentz y definen sistemas de descanso. No usaría ese término en relación con la propagación de ondas gravitatorias o electromagnéticas. Sé que es tentador pensar en el vacío físico como una continuación del éter, pero la realidad es más complicada que eso. No sabemos qué causa la estructura del espacio-tiempo y casi todo lo que se ha dicho al respecto, hasta ahora, es una conjetura bastante infundada (¡juego de palabras!). Tenemos un límite de energía bajo (el modelo estándar), pero se desconoce prácticamente cómo encaja la gravedad en todo esto.
El Michelson Morley excluyó el éter luminífero, es decir, un marco inercial absoluto. Los marcos invariantes de Lorenz se pueden pensar como un tipo de éter, siempre que uno no los considere como un marco inercial absoluto. QFT, por ejemplo, que llena el espacio con campos de electrones (fotones, etc.), y los electrones son excitaciones en este campo.
@anna v: Gracias por su atención. Sí. Considerar el espacio-tiempo como un marco absoluto no tiene sentido. Pero, puede ser posiblemente como dijiste, según las restricciones. Pero todavía tengo una pregunta sin respuesta. ¿Existe alguna posibilidad de que alguna entidad interfiera con el GW? Lo siento, si estoy preguntando algo sin sentido.
¿Quieres decir "interactuar"? Sí, interactuará con una probabilidad muy baja debido a la pequeña constante de acoplamiento, el fotón de gravitón, el gluón de gravitón, el átomo de gravitón, etc.

Respuestas (2)

La gravedad, en general, se acopla muy débilmente a la materia, por eso a menudo se la llama la "fuerza más débil" . Puedes ver esto examinando las 'constantes de acoplamiento' ---donde la gravedad es 10 37 veces más débil que el electromagnetismo, o comparando cuántas "cosas" necesitas para obtener fuerzas equivalentes , donde la gravedad es aproximadamente 10 32 veces más débil.

Su segunda pregunta es en gran medida filosófica. Pero, básicamente, sí --- el espacio-tiempo es el medio por el cual se siente la gravedad y el medio a través del cual viajan las ondas gravitacionales.

Gracias, yo mismo hice esos cálculos (comparando las fuerzas eléctricas y gravitatorias) y sabía el gran orden en el que difieren. ¡Pero los objetos densos como los agujeros negros doblan el espacio-tiempo tan brutalmente y la energía que proviene de un cuerpo cósmico de este tipo que hace un evento violento es muy pobre! En el caso de las ondas electromagnéticas, podrían impartir una fuerza significativa sobre las cargas y dado que las cargas comprenden materia, interactúan con la materia. Pero, ¿por qué las ondas gravitacionales se comportan de manera tan diferente?
@Unnikrishnan GW no se comporta de manera diferente a la gravedad normal. ambos se acoplan débilmente. Esa es la única explicación que hay, nadie puede explicar "por qué la gravedad se acopla débilmente".
Supongamos que tenemos alguna entidad cósmica con una densidad de carga eléctrica muy alta. Estoy hablando del análogo eléctrico de un agujero negro. Esto podría acabar con la mayor parte del universo a su alrededor mediante el mismo análisis de la magnitud de las dos fuerzas que dijiste. Pero, no entiendo que la energía radiante originada por las distribuciones de masa y energía se vean afectadas débilmente por lo mismo :(
Lo siento, no entiendo lo que preguntas.

Re: "Quiero decir, las radiaciones gravitatorias son causadas por eventos cósmicos violentos y, por lo tanto, deberían transportar una energía enorme. Pero esa energía parece tener un pequeño efecto sobre la materia".

Una enorme cantidad de energía está involucrada, tal vez unas pocas masas solares se convierten en ondas gravitacionales cuando dos grandes agujeros negros se fusionan. Pero la energía de esas ondas luego se esparce por el universo tridimensional. Las detecciones de LIGO son de fusiones hace miles de millones de años, a miles de millones de años luz de distancia. Las olas se han extendido y debilitado por un factor de esos miles de millones... al cubo. Así que las ondas gravitacionales que detecta LIGO son casi... indetectables. A miles de millones de LY de distancia, la oscilación del espacio-tiempo es demasiado débil para doblar el hormigón bajo los brazos de LIGO porque las fuerzas electromagnéticas que lo mantienen unido son mucho más fuertes que las ondas gravitacionales. Pero el espacio-tiempo dentro de los brazos se dobla, y los espejos suspendidos libremente se mueven, por lo tanto, permitiendo la detección de las ondas por interferencia causada por la variación en el tiempo de viaje de la luz entre los 2 brazos. Pensaría que si LIGO estuviera en un planeta orbitando la fusión, tal vez el bamboleo del espacio-tiempo sería lo suficientemente fuerte como para superar las fuerzas EM, y la materia sólida se doblaría y rompería. Quiero decir, debe suceder, supongo que a cierta distancia. Pero no sé a qué distancia sería eso. Pero aquí, a miles de millones de LY de distancia, las ondas son demasiado débiles para romper cosas: apenas se pueden detectar (se tambalean a lo largo de 4 km por menos de 1/1000 del ancho de un protón). Quiero decir, debe suceder, supongo que a cierta distancia. Pero no sé a qué distancia sería eso. Pero aquí, a miles de millones de LY de distancia, las ondas son demasiado débiles para romper cosas: apenas se pueden detectar (se tambalean a lo largo de 4 km por menos de 1/1000 del ancho de un protón). Quiero decir, debe suceder, supongo que a cierta distancia. Pero no sé a qué distancia sería eso. Pero aquí, a miles de millones de LY de distancia, las ondas son demasiado débiles para romper cosas: apenas se pueden detectar (se tambalean a lo largo de 4 km por menos de 1/1000 del ancho de un protón).

No soy un profesional por cierto; lo anterior es solo mi entendimiento como un laico interesado que ha leído los excelentes boletines de LIGO ( https://www.ligo.org/magazine/ ) en los últimos años.

Está previsto que el período de observación O4 de LIGO comience en marzo de 2023. ¡Llegan muchas más detecciones! # :)

Ondas gravitacionales y su interacción con la materia.
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