βαρυτικά κύματα (3 άρθρα)

Βαρυτικά κύματα και σκοτεινή ύλη

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Η συνεργασία NANOGrav πρόσφατα κατέγραψε τα πρώτα σημάδια βαρυτικών κυμάτων πολύ χαμηλής συχνότητας (nanohertz). Οι ερευνητές ανέλυσαν τα δεδομένα και, ειδικότερα, εξέτασαν το ενδεχόμενο αν αυτό μπορεί να δείξει μία νέα φυσική πέρα ​​από το καθιερωμένο μοντέλο.

nanograv
Απεικόνιση της Γης που είναι ενσωματωμένη στον χωροχρόνο και η οποία παραμορφώνεται από τα κύματα βαρύτητας του υπόβαθρου, καθώς και οι επιπτώσεις τους στα ραδιοσήματα που προέρχονται από τα παρατηρούμενα πάλσαρ

Ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό SciPost Physics ( “Ψίθυροι από τη σκοτεινή πλευρά: Αντιμετώπιση της νέας φυσικής με τα δεδομένα NANOGrav” ), αναφέρει ότι το σήμα βαρυτικών κυμάτων πολύ χαμηλής συχνότητας  που ανιχνεύτηκε,  είναι συνεπές τόσο με τη μετάβαση φάσης στο πρώιμο σύμπαν όσο και με την παρουσία ενός πεδίου από εξαιρετικά ελαφριά σωματίδια τύπου αξιονίων (ALP). Τα τελευταία θεωρούνται ότι είναι πολλά υποσχόμενα υποψήφια σωματίδια για την σκοτεινή ύλη.

Τα βαρυτικά κύματα ανοίγουν ένα παράθυρο στο πρώιμο σύμπαν. Ενώ το πανταχού παρόν κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων δεν δίνει ενδείξεις για τα πρώτα 280.000 χρόνια του σύμπαντος, παρέχουν κάποιες ματιές για το τι συνέβη κατά τη διάρκεια του Big Bang. «Είναι ακριβώς αυτό το πολύ πρώιμο σύμπαν που είναι τόσο συναρπαστικό για τους φυσικούς σωματιδίων», εξηγεί ο Pedro Schwaller, καθηγητής Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Mainz (JGU). «Τότε ήταν  η στιγμή που υπήρχαν τα στοιχειώδη σωματίδια όπως τα κουάρκ και τα γλουόνια, και στη συνέχεια συνδυάζονται μαζί για να σχηματίσουν τα δομικά στοιχεία των ατομικών πυρήνων.»

Το ιδιαίτερο γεγονός με τα βαρυτικά κύματα που η NANOGrav Collaboration εντόπισε για πρώτη φορά είναι ότι έχουν πολύ χαμηλή συχνότητα 10 ^ -8 Hertz, που ισοδυναμεί με περίπου μία ταλάντωση ετησίως. Αυτό οφείλεται στο αντίστοιχο μεγάλο μήκος κύματος, που για να τα ανιχνεύσουμε ο κάθε ανιχνευτής θα πρέπει επίσης να είναι εξίσου μεγάλος. Επειδή ένας τέτοιος ανιχνευτής δεν είναι δυνατόν να γίνει εδώ στη Γη, οι αστρονόμοι στο NANOGrav χρησιμοποιούν απομακρυσμένους πάλσαρ και τα φωτεινά τους σήματα ως τεράστιους ανιχνευτές.

Ο Wolfram Ratzinger περιγράφει το κίνητρο πίσω από τη δουλειά τους: «Παρόλο που μέχρι στιγμής τα δεδομένα μας παρέχουν μόνο μια πρώτη υπόδειξη για την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων χαμηλής συχνότητας, είναι πολύ συναρπαστικό για εμάς να συνεργαστούμε μαζί τους. Αυτό συμβαίνει επειδή τέτοια κύματα θα μπορούσαν να παραχθούν από διάφορες διαδικασίες που συνέβησαν στο πρώιμο σύμπαν. Μπορούμε τώρα να χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα και θα πρέπει ήδη να αποφασίσουμε, ποια από αυτά θα ληφθούν υπόψη και ποια δεν ταιριάζουν καθόλου. “

Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες με έδρα το Μάιντς αποφάσισαν να ρίξουν μια προσεκτική ματιά σε δύο σενάρια που θα μπορούσαν να έχουν προκαλέσει τα παρατηρούμενα κύματα βαρύτητας χαμηλής συχνότητας: Μεταβάσεις φάσης στο πρώιμο σύμπαν και ένα πεδίο σκοτεινής ύλης από εξαιρετικά ελαφριά σωματίδια τύπου αξιονίων (ALPs). Μεταβάσεις φάσης, όπως αυτές συμβαίνουν λόγω της πτώσης της θερμοκρασίας στην αρχέγονη σούπα μετά το Big Bang και έχουν ως αποτέλεσμα τεράστιες αναταράξεις – ωστόσο, όπως η σκοτεινή ύλη δεν καλύπτονται από το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα, οι Pedro Schwaller και Wolfram Ratzinger ερμηνεύουν τα αποτελέσματα της ανάλυσής τους με σχετική προσοχή: «Ίσως λίγο πιο πιθανό είναι το σενάριο μετάβασης της πρώιμης φάσης του σύμπαντος». Από την άλλη πλευρά, οι δύο φυσικοί πιστεύουν ότι το γεγονός ότι είναι σε θέση να επεξεργαστούν ορισμένες δυνατότητες με βάση μόνο περιορισμένα δεδομένα, αποδεικνύει το δυναμικό της προσέγγισής τους. “Η δουλειά μας είναι μια πρώτη, αλλά σημαντική εξέλιξη – μας δίνει μεγάλη εμπιστοσύνη ότι με πιο ακριβή δεδομένα μπορούμε να βγάλουμε αξιόπιστα συμπεράσματα σχετικά με το μήνυμα που τα βαρυτικά κύματα μας στέλνουν από το πρώιμο σύμπαν.”
«Επιπλέον,» καταλήγει ο Pedro Schwaller, «μπορούμε ήδη να αρχίσουμε να εντοπίζουμε ορισμένα χαρακτηριστικά των σεναρίων αυτών και να θέσουμε περιορισμούς, στην περίπτωσή μας την ισχύ της μετάβασης φάσης και τη μάζα των αξιονίων.»

Πηγή: Johannes Gutenberg University Mainz

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Γιατί ο αριθμός «π» έκανε την εμφάνισή του [και] στα βαρυτικά κύματα;

| 0 ΣΧΟΛΙΑ


Ο αριθμός π στον ουρανό: Χρησιμοποιώντας τα βαρυτικά κύματα για τον υπολογισμό του π, οι φυσικοί ελέγχουν τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν

Πριν από τουλάχιστον 3.700 χρόνια, οι Βαβυλώνιοι μαθηματικοί προσέγγισαν τον λόγο της περιφέρειας ενός κύκλου προς τη διάμετρό του. Και κατέγραψαν σε μια ταπεινή πήλινη πλάκα, τον πρώτο υπολογισμό της τιμής του π, σύμφωνα με τον οποίο π= 25/8 ή 3,125.

Σήμερα, ο Carl-Johan Haster, ένας θεωρητικός αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, κατάφερε κάτι παρόμοιο: σε δημοσίευσή του με τίτλο «Pi from the sky. A null test of general relativity from a population of gravitational wave observations», υπολόγισε τον αριθμό π περίπου 3,115 (π=3.115+0.048−0.088).

Μέχρι σήμερα οι μαθηματικοί έχουν υπολογίσει 50 τρισεκατομμύρια από τα άπειρα δεκαδικά ψηφία του αριθμού π με τη βοήθεια ισχυρών υπολογιστών (τα πρώτα ψηφία είναι: 3,141592653…). Η προσέγγιση του Haster μπορεί να είναι μερικές χιλιετίες πίσω όσον αφορά την ακρίβεια, αλλά αυτό δεν επηρεάζει καθόλου τον πραγματικό του στόχο: να ελέγξει την γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία συνδέει τη βαρύτητα με τον χώρο και τον χρόνο.

Ο Haster, που  συμμετέχει στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων με τον ανιχνευτή LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), χρησιμοποιεί το γεγονός ότι το π εμφανίζεται σε με διάφορους όρους μιας εξίσωσης που περιγράφει τη διάδοση των κυμάτων. Ο Haster συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να αντιμετωπίσει τον αριθμό π ως μεταβλητή αντί για σταθερά. Μεταβάλλοντας τον αριθμό π έλεγχε αν οι μετρήσεις ήταν συνεπείς [με την γενική σχετικότητα].

Η θεωρία του Αϊνστάιν ταίριαζε με τις μετρήσεις αν και μόνο αν ο Haster χρησιμοποιούσε τιμές π κοντά στην τιμή που προσδιορίζεται με πολύ μεγάλη ακρίβεια με άλλες μαθηματικές μεθόδους. Δοκιμάζοντας τιμές του π από –20 έως 20, ο Haster έλεγξε περισσότερα από 20 γεγονότα βαρυτικών κυμάτων και διαπίστωσε ότι η κεντρική τιμή για τον αριθμό π, για την οποία συμφωνεί η θεωρία με το πείραμα ήταν 3,115. Έτσι, η θεωρία του Αϊνστάιν αντέχει και σ’ αυτό το περίεργο και διασκεδαστικό τεστ.

O αριθμός π αναδύεται συνεχώς –  όχι μόνο από τους κύκλους – , αλλά και σε πολλές άλλες περιπτώσεις, όπως για παράδειγμα, στο άτομο υδρογόνου , στο απλό εκκρεμές ή στον τρόπο με τον οποίο η βελόνα του Buffon πέφτει μεταξύ των γραμμών ή στις ελαστικές κρούσεις.

Ποιος είναι ο λόγος που το π εμφανίζεται στις εξισώσεις των βαρυτικών κυμάτων; Τα βαρυτικά κύματα αλληλεπιδρούν με τον εαυτό τους. Όταν διαδίδεται ένα βαρυτικό κύμα, «αντιλαμβάνεται» την καμπυλότητα του χωροχρόνου, συμπεριλαμβανομένης και της ενέργειας που δημιουργήθηκε από τα βαρυτικά κύματα που παράχθηκαν στο παρελθόν. Η πρώτη πέτρα που ρίχνετε σε μια ήρεμη λίμνη δημιουργεί τους γνωστούς κυματισμούς σε όλη την επιφάνεια. Αν ρίξετε άλλη μια πέτρα αμέσως μετά, η επιφάνεια δεν είναι πλέον ήρεμη – οι εναπομείναντες κυματισμοί από την προηγούμενη πέτρα θα επηρεάσουν τους νέους κυματισμούς. Τα βαρυτικά κύματα λειτουργούν παρόμοια, αλλά το μέσο διάδοσης είναι ο χωρόχρονος και όχι το νερό. Και η εξίσωση που περιγράφει αυτό το φαινόμενο αυτο-αλληλεπίδρασης περιέχει τον αριθμό π.

Βέβαια, αυτή η μέθοδος προσδιορισμού του αριθμού π μέσα από τις εξισώσεις των βαρυτικών κυμάτων, προσεγγίζουν τον αριθμό π μεταξύ των τιμών  3,027 έως 3,163. Για να βελτιωθεί η προσέγγιση του π με την μέθοδο Haster πρέπει να υπάρξουν περισσότερα δεδομένα από ανιχνεύσεις βαρυτικών κυμάτων, προερχομένων όμως από συγχωνεύσεις μικρότερων αντικειμένων, όπως άστρα νετρονίων. Προς το παρόν, υπάρχουν μόνο δύο καταγεγραμμένες συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων στα διαθέσιμα δεδομένα. Και έως ότου το LIGO – που έκλεισε λόγω του COVID-19 – επαναλάβει τη λειτουργία του, αυτή η προσέγγιση του αριθμού π δεν πρόκειται να βελτιωθεί.

πηγή: https://www.scientificamerican.com/article/pi-in-the-sky-general-relativity-passes-the-ratios-test/?utm_medium=social&utm_content=organic&utm_source=twitter&utm_campaign=SciAm_&sf234279574=1

διαβάστε όλες τις λεπτομέρειες εδώ: https://arxiv.org/abs/2005.05472

Πηγή: physicsgg.me

Κατηγορίες:
Φυσική & Φιλοσοφία

Μα τι είναι αυτά τα “βαρυτικά κύματα” που ακούμε από χτες; Η εξήγησή τους σ ένα θαυμάσιο κόμικ

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Einstein_surfing_on_his_gravitational_waves
Μετά από 19 χρόνια ερευνών, η επιστημονική κοινότητα ανακοίνωσε χτες την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων. Τι ακριβώς είναι όμως αυτά; Η ιστοσελίδα phdcomics δημιούργησε ένα θαυμάσιο κόμικ με την εκλαϊκευμένη επεξήγηση που χρειαζόμασταν εμείς οι μη ειδικοί. Αυτή είναι η απόδοσή του στα Ελληνικά

varitika_antikleidi1 varitika_antikleidi2 varitika_antikleidi3

 

phdcomics

Για την απόδοση : Θεοφάνης Παπαμιχαήλ

και το βίντεο των εμπνευστών του

Αντικλείδι , http://antikleidi.com

Κατηγορίες:
Νέα
web design by