Ich habe in der TED-Radiostunde gehört, dass bei der Neutronensternkollision, die LIGO kürzlich entdeckte, ein Teil der Masse der Neutronensterne in Energie in Form von Gravitationswellen umgewandelt wurde. Wie soll das gehen?
Dies ist nicht allzu schwer zu verstehen. Tatsächlich wird selbst die Anwendung der Newtonschen Intuition eine Antwort geben, die eine vernünftige (qualitative) Annäherung an die (immer komplizierte) relativistische Realität ist.
Einfach ausgedrückt kann dies als zwei Prozesse betrachtet werden:
Die gegenseitige Anziehungskraft beschleunigt die beiden Objekte. In Newtons Begriffen arbeiten die Gravitationskräfte, wenn die Inspirationsspirale schrumpft (potenzielle Gravitationsenergie in kinetische Energie umwandelt).
Während die beiden Neutronensterne im Gravitationsfeld des jeweils anderen kreisen, entstehen Gravitationswellen. (Dieses Bit ist eindeutig relativistisch und hat kein richtiges Newtonsches Gegenstück, aber wenn Sie möchten, können Sie darüber nachdenken, wie sich bewegende elektrische Ladungen elektromagnetische Wellen erzeugen.) Dieser Prozess nimmt kinetische Energie von den sich bewegenden Neutronensternen und wandelt sie in Gravitationsstrahlung um.
Das fasst ziemlich genau zusammen, was vor sich geht. Das ist natürlich etwas vereinfacht. In der Allgemeinen Relativitätstheorie haben Dinge wie kinetische und potentielle Energie keine schönen, lokalen Definitionen, was die Beschreibung viel schwieriger macht.
Beachten Sie, dass sich die Baryonenzahl der Neutronensterne im Gegensatz zu den Vorschlägen in den Kommentaren während der Inspiration nicht ändert. Insbesondere stammt die in den Gravitationswellen abgestrahlte Energie nicht aus der Umwandlung von Ruhemasse, sondern aus der Erhöhung der Bindungsenergie des Systems.
Mir ist klar, dass die beiden obigen Punkte die Frage "Wie verwandelt eine Neutronensternkollision Masse in Gravitationswellen?" nicht vollständig beantworten. Die fehlende Zutat ist, dass die schwere Masse des Systems als Ganzes gegeben ist durch
Daher bedeutet eine Erhöhung der Bindungsenergie eine Verringerung der Gravitationsmasse.
Die kurze Antwort ist, dass niemand weiß. Wenn Sie sagen, dass Masse in Form von Gravitationswellen in Energie umgewandelt wird, sprechen Sie von Masse in Form von Nukleonen (Neutronen), die irgendwie in Quanten von Gravitationswellen (Gravitonen) umgewandelt werden. Aus dieser Perspektive betrachtet lautet die Frage ungefähr: „Was ist die Quantennatur der Gravitation?“, und das ist eine offene Frage. Der Grund dafür ist, dass wir, um die Umwandlung von Neutronen in Gravitonen zu verstehen, in einem gewissen effektiven Sinne eine Kopplung zwischen den beiden Feldern voraussetzen, insbesondere einen Operator in der Lagrangefunktion, der einen Scheitelpunkt erzeugt, der die Standardmodell-Fermionen und ein gewisses Quantengravitationsfeld enthält ( normalerweise für ein masseloses Spin-2-Feld gehalten). Aber in Wirklichkeit ist eine solche Theorie noch lange nicht vollständig ausgearbeitet.
Kyle Kanos
JEB
Benutzer4552