Wie legt eine Gravitationswelle große Entfernungen zurück, ohne ihre Energie zu verlieren? Könnten sie so lange weitermachen wie der Weltraum?
Danke dir
Die anderen Antworten umgehen das, was meiner Meinung nach das Problem ist, nach dem das OP fragt. In einem verlustfreien Medium wird ein durch eine Störung verursachtes Kugelwellenpaket selbst keine "Energie verlieren". Wenn Sie über ein großes Volumen integrieren, erhalten Sie eine konstante Energie gegenüber der Zeit. Natürlich nimmt der Fluss pro Flächeneinheit mit der gleichen Rate ab, mit der die Fläche zunimmt, aber das ist ein triviales Ergebnis.
Aber wenn Gravitationswellen Materie passieren, deponieren sie wirklich Energie in der Materie und werden dadurch gedämpft. Der Effekt ist für eine gegebene Menge an Materie sehr, sehr klein, aber er ist ungleich Null und das Universum ist ziemlich groß.
In dieser Antwort auf die Frage Energieübertragung von der Schwerkraft zurück zu anderen „bekannteren“ Energieformen? Ich habe gesagt:
Dies ist aus dem erwähnten Wikipedia-Artikel . Ich denke, dies ist wirklich lesenswert, da es nicht nur einen Teil der mit der akzeptierten Antwort verbundenen Physik und das Zitat von Feynmans Argument über eine Perle mit einem Stock beschreibt, sondern vielleicht auch einen kleinen Einblick in die Entwicklung des Feldes gibt.
Feynmans Argument
Später auf der Chapel Hill-Konferenz benutzte Richard Feynman – der darauf bestanden hatte, sich unter einem Pseudonym anzumelden, um seine Verachtung für den heutigen Stand der Gravitationsphysik auszudrücken – Piranis Beschreibung, um darauf hinzuweisen, dass eine vorbeiziehende Gravitationswelle im Prinzip eine Perle auf einem Stab verursachen sollte (quer zur Ausbreitungsrichtung der Welle orientiert) hin und her gleiten und dabei die Raupe und den Stab durch Reibung erwärmen. Diese Erwärmung, so Feynman, zeige, dass die Welle tatsächlich Energie auf das Kugel-Stab-System übertragen habe, also müsse es tatsächlich Energie transportieren, im Gegensatz zu der 1955 von Rosen geäußerten Ansicht.
In zwei Veröffentlichungen von 1957 verwendeten Bondi und (getrennt) Joseph Weber und John Archibald Wheeler dieses Perlenargument, um detaillierte Widerlegungen von Rosens Argument zu präsentieren.(5)(6)
(5) Bondi, Hermann (1957). "Ebene Gravitationswellen in der allgemeinen Relativitätstheorie". Natur 179 (4569): 1072–1073. Bibcode:1957Natur.179.1072B. doi:10.1038/1791072a0.
(6) Weber, Joseph & Wheeler, John Archibald (1957). "Realität der zylindrischen Gravitationswellen von Einstein und Rosen". Rev. Mod. Phys. 29 (3): 509–515. Bibcode:1957RvMP...29..509W. doi:10.1103/RevModPhys.29.509.
Im leeren Raum breiten sie sich wie eine Lichtwelle aus, werden mit zunehmender Entfernung von ihrer Quelle schwächer, verschwinden aber nie ganz. Irgendwann könnten die Wellen eines entfernten Ereignisses im lokalen Rauschen nicht mehr nachweisbar oder so schwach sein, dass Quanteneffekte relevant werden könnten, aber im Wesentlichen sterben sie nie aus.
Wie @uhoh betont, verlieren sie etwas Energie, wenn sie mit Materie interagieren.
Es ist eine Welle, und wie jede andere Welle verliert sie mit dem Quadrat der Entfernung an Fluss (Leistung über Fläche). Das heißt, wenn Sie die zurückgelegte Strecke verdoppeln, hat Ihre Welle ein Viertel des Flusses, den sie hatte. Wenn Sie die Entfernung verdreifachen, hat Ihre Welle ein Neuntel des Flusses, den sie hatte. Dies ist eine Eigenschaft von Wellen und kann bei Lichtintensität, Schall und jeder anderen Welle beobachtet werden.
Technisch gesehen wird sich die Welle niemals vollständig auflösen. Wenn die Welle die millionenfache Entfernung zurücklegt, wird die Welle auf ein Billionstel ihrer ursprünglichen Größe schwächer. Immer noch nicht Null, aber trotzdem sehr klein.
Karl Witthöft