Gravitationswellen

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    • Gravitationswellen

      Während dem alltäglichen Stöbern nach neuem Wissen, bin ich auf folgenden
      Artikel gestoßen:

      deutsch: mpg.de/7123803/massereichster_…research_topic=PA&seite=1

      englisch: nature.com/news/massive-double…-s-gravity-theory-1.12880


      Kann man die beschriebenen Gravitationswellen durchaus, neben Änderungen der Raumzeit, auch als Anregung des Gravitaionsfeldes betrachten?

      Falls dem so ist, entstehen dabei möglicherweise Eichbosonen der Gravitation -so, wie die Anregung des BEH-Felds,
      also dem Higgs oder dem Photon als Anregung des elektromagnetischen Felds- ? Sind diese in/direkt mit der Gravitationswelle beobachtbar?
    • Hallo Hannes,

      Das ist tatsächlich richtig: Gravitationswellen sind Anregungen des Gravitationsfeldes. Allerdings soltle man beim Vergleich mit der Teilchenphysik und dem Higgs erstmal zwei Arten von Feldern unterscheiden:
      1. Felder der Quantenfeldtheorie (QFT): Hier hat jedes Teilchen (nicht nur Higgs-Bosonen) sondern auch Elektronen, Photonen, Quarks etc. ein QFT-Feld. Einzelne Teilchen sind lokale Anregungen dieses Feldes. Im Vakuum haben alle QFT-Felder den Erwartungswert Null, ausser dem Brout-Englert-Higgs-Feld des Higgs-Bosons: dieses hat im Vakuum den Wert v=246 GeV.
      2. Felder der Klassischen Feldtheorie: Am bekanntesten sind hier das Elektromagnetische Feld und das Gravitationsfeld. Diese werden an jedem Ort mit einem Vektor (oder allgemein einer Matrix, genannt Feldtensor) beschrieben. Zum Beispiel mit dem Vektor B des Magnetfelds oder E des elektrischen Feldes. Quantenphysikalisch gesehen "besteht" das Elektromagnetische Feld aus vielen einzelnen Photonen, deren Zahl aber so riesig ist, dass niemand ersthaft versuchen würde, z.B. das E-Feld eines Plattenkondensators mit Hilfe von Photonen zu beschreiben. Auch diese makroskopischen Felder kann man anregen, z.B. in Form von elektromagnetischen Wellen. Bei einer SMS versendet ein Handy z.B. ca 10^22 Photonen pro Sekunde.

      Gravitationswellen sind nun tatsächlich Anregungen des klassischen Gravitationsfeldes. Deren "indirekter" Nachweis in Form von Energieverlust des abstrahlenden Systems wurde in dem Artikel beschrieben. Historisch gab es für die erste Beobachtung der Gravitationswellenabstrahlung vom Hulse-Taylor-Pulsar 1993 den Nobelpreis. Inzwischen sind weitere solche Systeme beobachtet worden, wie aktuell in dem von Dir erwähnten Artikel. Mit hochpräzisen Lasern versucht man seit Jahren auch "direkt" die Verbiegung des Raumes (erdgebunden oder über Satelliten) zu messen, wenn mal in unserer Nähe eine Supernova explodieren oder ein Doppelsternsystem kollabieren sollte.
      Quantenphysikalisch müssten diese Gravitationswellen (anloag wie elektromagnetische Wellen) aus einer riesigen Anzahl von Gravitonen bestehen. Aber genauso hoffnungslos wie ein einzelnes abgestrahltes Photon eines Handys zu messen, wäre es, Gravitonen in Gravitationswellen zu suchen. Dazu muss man in der Tat teilchenphysikalische Experimente machen, und einzelne Gravitonen erzeugen. Manche Theorien (solche mit "großen" zusätzlichen Raumdimensionen) sagen vorher, dass das am LHC möglich sein sollte. Da gibt es auch Leute, die danach suchen. Das find ich ziemlich spannend 8)

      happy researching! Michael
    • Hallo Michael,

      welche Forschungsgruppen beschäftigen sich derzeit damit? Gab es dazu inzwischen wieder etwas Interessantes zu berichten?
      Von folgendem habe ich bereits Kenntnis genommen: spektrum.de/news/urknallphysik-fuer-einsteiger/1257165 bzw. spektrum.de/news/nicht-einmal-…orstellen-koennen/1257161.

      Welche konkreten Ansätze bietet ein Verständnis um die klassischen Gravitationswellen? Wie kann man sich ihre Wirkung vorstellen?

      Viele Grüße

      Hannes

      The post was edited 2 times, last by Hannes Vogel ().

    • Lieber Hannes,

      Die beiden von Dir gelisteten artikel beschäftigen sich mit Gravitationswellen die direkt nach dem Urknall entstanden sein könnten und als Polarisationsmuster in die kosmische hintergundstrahlung eingeprägt sein würden. Dazu gibt es die viel diskutierte (aber auch noch nicht unabhängig bestätigte) Massung von BICEP2. Das wären die ersten Fusspuren einer *Quanten*gravitation und extrem aufregend.

      Die meisten heutigen Experimente bechäftigen sich jedoch mit den *klassichen* Graviationswellen, die schon Einstein vorhergesagt hat, wo sich Verbiegungen der Raumzeit wellenförmig durchs Weltall ausbreiten. Die räumlichen Amplituden solcher Verbiegungen sind winzig, kleinerals der Durchmesser eines Protons. Ausgelöst können sie durch kosmische katastrophen werden, wie Supernovae oder zusammensturz zweier sich umkreisender Neutronensterne. Eine sehr schöne Animation hat astroparticle.org ins web gestellt.

      Hier eine Liste der drei (aus meiner Sicht) bekanntesten Experimente:

      1. GEO600 in Niedersachsen: weltderphysik.de/gebiet/astro/kosmologie/gravitation/geo-600
      2. Das European Grasvitational Observatory EGO mit dem VIRGO Experiment in der Nähe von Pisa: ego-gw.it/public/about/whatis.aspx
      3. Das LIGO Experiment in den USA: ligo.caltech.edu
      Wenn Du von zu Hause etwas beitragen willst, geht das "vom Sofa aus"
      Viele Grüße
      Michael