Gravitationswellen

Wir wissen, dass Gravitationswellen die Raumzeit dehnen, also sollte Licht, das durch diesen Raum reist, ebenfalls gestreckt werden. Meine Frage ist also, woher wir wissen, dass sich etwas dehnt, wenn die Wirkung von jedem Objekt im Universum erfahren wird.

Zum einen passiert es jedem Objekt, das zufällig dort ist, wo sich die Gravitationswelle befindet, die nicht überall im Universum gleichzeitig ist. Zweitens erleben wir die Veränderung der Dehnung. Das hat LIGO gemessen .
@zephyr, das kannst du beantworten.
@JamesK Ich weiß, ich war nur faul. Nehmen Sie es aber gerne mit. Vielleicht schreibe ich später etwas, wenn niemand eine offizielle Antwort geschrieben hat.

Antworten (2)

Ich verstehe Ihre Frage und habe selbst einige Zeit damit gerungen.

Der Grund, warum der Aufbau des Michelson-Interferometers funktioniert, liegt darin, dass die Laufzeit der Photonen in jedem Arm viel kürzer ist als die Zeitspanne der Gravitationswelle. Die Photonen werden also durch die Gravitationswelle gar nicht wirklich gedehnt, sondern einfach in einen Arm emittiert, der seine scheinbare Länge verändert hat. Der Effekt ist in den beiden senkrechten Armen unterschiedlich (einer wird gedehnt, während der andere zusammengezogen wird) und dies erzeugt eine Phasendifferenz im Signal, wenn die Strahlen in den beiden Armen rekombiniert werden. Die Phasendifferenz wird mit der Frequenz der Gravitationswelle moduliert (die viel niedriger ist als die Frequenz des Laserlichts).

Beispielsweise sind die LIGO-Arme effektiv 1120 km lang, weil das Licht 280 Mal hin und her geworfen wird. Licht verbringt 3,7 Mikrosekunden in der Vorrichtung. Die erfassten Gravitationswellen haben Frequenzen unter einem kHz, sodass sich die Armlänge nur bei Zeiten von mehr als einer Millisekunde signifikant ändert. Die Photonen "sehen" also Arme fester Länge.

Ah-ha, und damit die Tatsache, dass wir in LIGO! nur Fusionen bestimmter Massen sehen können! Danke @Rob Jeffries, tolle Antwort
@AtmosphericPrisonEscape Die Frequenzempfindlichkeit von LIGO ist am unteren Ende durch seismisches Rauschen begrenzt ( < 10 Hz) und Schrotrauschen bei hohen Frequenzen. Der zentrale Teil dieser Frequenzempfindlichkeit wird durch die Orbitalfrequenzen von angepasst ∼ 10 Schwarze Löcher mit Sonnenmasse kurz vor der Verschmelzung. Die Obergrenze ist nicht auf die obige Annäherung zurückzuführen, was kein Problem wäre, bis Sie über 100 kHz angekommen sind, denke ich.

Die Geometrie von Gravitationswellen ist so, dass sie die Raumzeit in senkrechten Richtungen unterschiedlich dehnt und schrumpft. Der Detektor bemerkt also den Unterschied in der Flugzeit zwischen zwei Photonen, die sich entlang verschiedener Achsen des Detektors bewegen, da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. "Strecken" eines Photons würde bedeuten, dass es die Farbe (Wellenlänge) ändert, aber nicht die Flugzeit.

Wenn Sie sich für Mathematik interessieren, schauen Sie sich The Geometry of Gravitational Wave Detection von John T Wheelan an.

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