Increspature nella struttura dello spazio-tempo: come funzionano le onde gravitazionali? -Esplorazione scientifica-cnBeta.COM

Notizie dal 15 settembre ora di Pechino,La gravità non è solo una forza che tiene insieme tutto. Grazie alla nostra comprensione della relatività generale, sappiamo che la gravità può produrre increspature nella struttura delle onde gravitazionali nello spazio e nel tempo.

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Diagramma schematico della simulazione di increspature causate dalla collisione di buchi neri nella struttura spazio-temporale

Quindi, come funzionano esattamente le onde gravitazionali?

Poco dopo che Einstein propose la relatività generale, si rese conto che la gravità poteva produrre onde. Ma presto ha di nuovo messo in dubbio la sua conclusione. Riconobbe l’esistenza delle onde gravitazionali attraverso la forma semplificata della relatività generale, ma Einstein non sapeva se le onde gravitazionali esistessero davvero o fossero semplicemente un prodotto della semplificazione.

Come tutti sappiamo, le equazioni della relatività generale sono difficili da risolvere, quindi non c’è da meravigliarsi che anche lo stesso Einstein fosse vago al riguardo. Ci sono voluti diversi decenni prima che i fisici arrivassero finalmente alla conclusione finale che la relatività generale supporta l’esistenza delle onde gravitazionali. In altre parole, le onde gravitazionali sono reali.

Quasi tutti i movimenti di tutte le cose nell’universo generano onde gravitazionali. Come qualsiasi altra onda, un’onda gravitazionale può essere generata da una leggera oscillazione. Se muovi l’acqua, vedrai le onde dell’acqua. Se la tua gola vibra, emetterà onde sonore. Se scuoti un elettrone, creerà onde elettromagnetiche. Per generare onde gravitazionali, tutto ciò che devi fare è accelerare l’oggetto.

Le onde gravitazionali si propagano verso l’esterno dalla sorgente d’onda alla velocità della luce e formano increspature sotto l’influenza della gravità. Quando le onde gravitazionali ti attraversano, sarai allungato e schiacciato, come se una mano enorme ti stesse impastando come l’argilla.

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Sentirai le onde gravitazionali?

Sebbene tutto nell’universo generi onde gravitazionali, non le hai mai notate. La gravità è di gran lunga la più debole delle quattro forze fondamentali in natura. Anche se ingrandiamo la gravità di 10^27 volte, la gravità è ancora molte volte più debole delle altre tre forze fondamentali: la forza nucleare debole, la forza elettromagnetica e la forza nucleare forte. le onde gravitazionali sono più deboli; Le onde gravitazionali sono piccoli disturbi al di sopra della gravità normale.

Ciò significa anche che le onde gravitazionali generate dall’onda della tua mano sono quasi del tutto inesistenti. Per creare un gran numero di onde gravitazionali nello spazio e nel tempo, sono necessari movimenti di massa ed energia molto grandi, come collisioni di buchi neri, effetti di stelle di neutroni, esplosioni di supernova, buchi neri supermassicci che inghiottono stelle intere e persino le forze caotiche emesse al inizio del Big Bang.

Se ti trovassi entro mezzo miglio da due buchi neri che si fondono, le onde gravitazionali emesse dai buchi neri che si fondono sarebbero abbastanza forti da farti a pezzi. Tuttavia, se sei a centinaia di chilometri di distanza, i tuoi capelli non si muoveranno.

E il nostro pianeta è in una posizione molto vantaggiosa, a milioni o miliardi di anni luce da questi eventi catastrofici. L’ampiezza dell’onda gravitazionale che si propaga sulla Terra non sarà maggiore della larghezza del protone.

Ovviamente le onde gravitazionali sono molto misteriose

Poiché le onde gravitazionali sono così deboli, agli esseri umani ci sono voluti quasi un quarto di secolo di sviluppo tecnologico per rilevare finalmente le onde gravitazionali. Nel 2015, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha confermato la prima rilevazione di onde gravitazionali. L’onda gravitazionale proviene dalla fusione di due buchi neri distanti 1,4 miliardi di anni luce.

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Anche le onde gravitazionali deboli hanno un vantaggio: poiché le onde gravitazionali sono deboli, raramente interagiscono con la materia, quindi le onde gravitazionali possono viaggiare liberamente attraverso l’universo senza essere disperse o assorbite. Significa anche che possiamo vedere cose che normalmente non si vedono.

Se due buchi neri si scontrano nel mezzo dello spazio, come possiamo osservare questo evento? Se i due buchi neri non emettessero alcuna forma di radiazione elettromagnetica durante la collisione, il nostro telescopio non sarebbe in grado di osservare l’intero processo. Tuttavia, queste collisioni rilasciano molta energia sotto forma di onde gravitazionali, solitamente più dell’energia totale prodotta da tutte le stelle dell’universo.

Da quando LIGO ha rilevato per la prima volta le onde gravitazionali nel 2015, LIGO e Virgo, un altro grande interferometro in Italia utilizzato anche per rilevare le onde gravitazionali, hanno confermato più di 48 collisioni di buchi neri. Siamo passati dalla scoperta accidentale delle onde gravitazionali a un ramo maturo dell’astronomia. Queste vibrazioni di frazioni di secondo aiuteranno la prossima generazione di astronomi a comprendere il funzionamento interno dell’universo e i nuovi misteri. (Yunlin)

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