Nell'ultima parte del XVII secolo, il primo fisico al mondo, Sir Issac Newton, si espanse l'opera di Galileo, postulava che le onde gravitazionali viaggiassero più velocemente di qualsiasi altra cosa nel universo. Ma nel 1915 Einstein contestò questo concetto di fisica newtoniana quando pubblicò la Teoria della Relatività Generale e suggerì che niente può viaggiare più veloce della velocità della luce, anche onde gravitazionali.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
L'importanza delle onde gravitazionali:
- Apre una nuova finestra sul cosmo
- Dimostra la teoria della relatività generale di Einstein
- Confuta la teoria di Newton secondo cui gli eventi gravitazionali si verificano ovunque contemporaneamente
- Ha portato alla scoperta dello spettro delle onde gravitazionali
- Potrebbe portare a potenziali nuovi dispositivi e tecnologie
Un evento epico
Il 14 settembre 2015, quando le prime onde gravitazionali misurabili hanno raggiunto la Terra esattamente nello stesso momento in cui hanno fatto le onde luminose dalla collisione di due buchi neri vicino al bordo dell'universo 1,3 miliardi di anni fa, la teoria della relatività generale di Einstein dimostrò corretta. Misurati dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory negli Stati Uniti, dal rivelatore Virgo in Europa e da circa 70 telescopi e osservatori spaziali e terrestri, questi le increspature hanno aperto una finestra sullo spettro delle onde gravitazionali - una nuovissima banda di frequenza - attraverso la quale scienziati e astrofisici ora guardano con impazienza il tessuto di spazio tempo.
Come gli scienziati misurano le onde gravitazionali
Negli Stati Uniti, gli osservatori LIGO siedono a terra a Livingston, Louisiana e Hanford, Washington. Gli edifici assomigliano a una L dall'alto con due ali che si estendono per 2 1/2 miglia in direzioni perpendicolari, ancorate a il punto cruciale a 90 gradi dagli edifici dell'osservatorio che ospitano un laser, il divisore di raggio, il rilevatore di luce e il controllo camera.
Con gli specchi posizionati all'estremità di ogni ala, un raggio laser, diviso in due, accelera lungo ciascun braccio per colpire il specchi alla fine e rimbalza quasi istantaneamente quando non rileva un'onda gravitazionale. Ma quando un'onda gravitazionale attraversa l'osservatorio senza alcun effetto sulla struttura fisica, distorce il campo gravitazionale e allunga il tessuto dello spazio-tempo lungo una braccio dell'osservatorio e lo schiaccia sull'altro, facendo sì che uno dei fasci sdoppiati ritorni al nodo più lento dell'altro, generando un piccolo segnale che solo un rilevatore di luce può misurare.
Entrambi gli osservatori funzionano allo stesso tempo, anche se le onde gravitazionali colpiscono in modo leggermente diverso volte e fornire agli scienziati due punti dati nello spazio per triangolare e risalire all'evento Posizione.
Le onde gravitazionali increspano il continuum spazio-temporale
Newton credeva che quando una grande massa si muove nello spazio, anche l'intero campo gravitazionale si muove istantaneamente e colpisce tutti i corpi gravitazionali nell'universo. Ma la teoria della relatività generale di Einstein suggeriva che fosse falso. Ha affermato che nessuna informazione proveniente da qualsiasi evento nello spazio potrebbe viaggiare più velocemente della velocità della luce - energia e informazioni - incluso il movimento di grandi corpi nello spazio. La sua teoria invece suggeriva che i cambiamenti nel campo gravitazionale si sarebbero mossi alla velocità della luce. Come lanciare un sasso in uno stagno, quando due buchi neri si fondono, ad esempio, il loro movimento e si combinano massa innesca un evento che si propaga attraverso il continuum spazio-temporale, allungando il tessuto di spazio tempo.
Onde gravitazionali ed effetti sulla Terra
Al momento della pubblicazione, un totale di quattro eventi in cui due buchi neri si fondono in un unico luogo in luoghi diversi nel l'universo ha fornito agli scienziati molteplici opportunità per misurare la luce e le onde gravitazionali negli osservatori intorno al mondo. Quando almeno tre osservatori misurano le onde, si verificano due eventi significativi: in primo luogo, gli scienziati possono localizzare con maggiore precisione la fonte dell'evento in i cieli, e in secondo luogo, gli scienziati possono osservare i modelli di distorsione spaziale causati dalle onde e confrontarli con la gravità nota teorie. Mentre queste onde distorcono il tessuto dello spazio-tempo e dei campi gravitazionali, passano attraverso la materia e le strutture fisiche con un effetto osservabile scarso o nullo.
Cosa riserva il futuro
Questo epico evento avvenne poco prima del centesimo anniversario della presentazione da parte di Einstein della sua teoria della relatività generale alla Royal Prussian Academy of Sciences il 25 novembre 1915. Quando i ricercatori hanno misurato sia le onde gravitazionali che quelle luminose nel 2015, ha aperto un nuovo campo di studio che continua a dare energia ad astrofisici, fisici quantistici, astronomi e altri scienziati con il suo sconosciuto potenziali.
In passato, ogni volta che gli scienziati scoprivano una nuova banda di frequenza nello spettro elettromagnetico, ad esempio, loro e altri scoprivano e creavano nuove tecnologie che includevano tali dispositivi come macchine a raggi X, radio e televisori che trasmettono dallo spettro delle onde radio insieme a walkie-talkie, radio amatoriali, eventualmente cellulari e una sfilza di altri dispositivi. Ciò che lo spettro delle onde gravitazionali porta alla scienza deve ancora essere scoperto.