Fale grawitacyjne - klucz do tajemnic wszechświata

Przemieszczające się działanie w polach fizycznych , może być wykorzystane jako nośnik przekazu informacji.Takim przemieszczajacym się działaniem w polu elektromagnetycznym są fale elektromagnetyczne.Czy potrzeba jakiejś specjalnej mocy wyobraźn,i by się zgodzić z tym,że fale elektromagnetyczne to “okno” na wszechświat,przedtem nieznany,a nawet-  nie przeczuwany.

Detekcja fal grawitacyjnych otwiera nowe okno na wszechświat,wiele hipotez,modeli teoretycnych,lub nawet teorii fizyki może podlegać przeobrazeniom o kierunkach dzisiaj nam nieznanych.

Z interesującą hipotezą wystąpił zespół fizyków z Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik,przedstawioną wpracy [1[.

 

dr  David Andriot  fot.:Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

W Ogólnej Teorii Względności [ General Relativity- GR] Alberta Einsteina, pole grawitacyjne jest równoważne krzywiźnie czasoprzestrzeni i fale grawitacyjne są rozumiane,  jako rozchodzace się z prędkością ‘c” oscylacje krzywizny czasoprzestrzeni.

dr  Gustavo  Gómez, fot:ibidem

Krzywizna czasoprzestrzeni jest wywołana przez masę,toteż jeśli masa[np.masa gwiazdy neutronowej]ma przyspieszenie ,to pojawia się dynamika krzywizny, czyli fala grawitacyjna.

Andrze Trautman [ polski fizyk,uczeń Leopolda Infelda] pokazał matematycznie [2] [3],że promieniowanie grawitacyjne nie jest dipolowe[ tak jak promieniowanie elektromagnetyczne] ,lecz kwadrupolowe.

Andrzej  Trautman,  fot.: wikipedia

W pracy [3] podał wzór na moc (P) wypromieniowanej fali grawitacynej przez układ dwóch ciał o równych masach m,promieniu ruchu r i prędkości kątowej f :

P=mc^2 f(km/rc^2)^7/2

(  gdzie  "c"- prędkość światła w  próżni,k-stała  grawitacji) i dla układu dwóch przeciętnych gwiazd jest poza czułością pomyślanych detektorów.

Jeśli natomiast jest układ dwóch gwiazd neutronowych, lub hipotetycznych „czarnych dziur” ,to interferometry laserowe w układzie Weissa już od 1915 roku rejestrują fale grawitacyjne[sieć trzech detektorów].

Andrzej Trautman również zbadał teoretycznie polaryzację fal grawitacyjnych,a ponieważ równanie tych fal jest nieliniowe,to polaryzacja ich ma inną strukturę od polaryzacji fal ExH [animacja 1]

1.Efekt dodatnio spolaryzowanej  fali  g. na pierścieniu  czastek

źródło:  wikipedia

Spolaryzowana fala grawitacyjna padając na rozciągłe ciała wywołuje efekty rozciągania i ściskania kształtów tych ciał.

1.Efekt  spolaryzowanej  fali  g. dla "x" na pierścieniu  cząstek

źródło:  wikipedia

Grupa fizyków z instytutu fizyki grawitacji w Poczdamie,nawiazując do teorii Kleina-Kaluzy o zwiniętych wymiarach czasoprzestrzeni wyższego rzędu od n=3,oraz do teorii strun,która operuje 10-przestrzenią ,postawili hipotezę wyjaśniającą małą moc fal grawitacyjnych: część mocy/energii tych fal jest rozłożona w wyższych wymiarach ,gdzie biegną składowe impulsu o wyższych częstościach(> 1000 Hz).Dodatkowo występuje drugi efekt:wyższe wymiary modyfikują polaryzację impulsu o postaci „breathing mode” („trybu oddychania”) pokazanej na rys.1-2.

Istniejąca więc sieć detektorów fal grawitacyjnych (LIGO,VIRGO)może testować hipotezę istnienia wymiarów czasoprzestrzeni wyższych od 4 przez zbadanie ich skutków przewidzianych przez autorów pracy[1].Teoria strun ,której fundamentem jest idea 11-wymiarowej czasoprzestrzeni ,może dostać kolejny wyrok śmierci.

Literatura

[1]David Andriot et al. Signatures of extra dimensions in gravitational waves, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics,vol.2017,june,2017. Arxiv:https://arxiv.org/abs/1704.07392

[2]I.Robinson,A.Trautman,Some spherical gravitational waves in general relativity,Proceedings of The Royal Society A, 6 February, 1962

[3]W.Kopczyński,A.Trautman,Czasoprzestrzeń i grawitacja, PWN, Warszawa,1981,str.179-184