Zwaartekrachtgolven waargenomen? Ja!

[Professor Puntje]

Fotonen kunnen worden beschreven als elektromagnetische golven en die fotonen hebben een massa (omgekeerd evenredig met hun golflengte). Dus hebben elektromagnetische golven wel massa.

 
Wordt iets dergelijks ook voor gravitonen verwacht?

[Gast]

 
Ik ga er vanuit dat de lichtsnelheid contant blijft. Er wordt vervolgens een looptijdverschil gemeten in een buis bij het langskomen van de gravitatiegolf; dan moet de lengte daarvan, dus de materie, veranderd zijn.

 
Maar dan heeft dat toch allerlei gevolgen in de opbouw van materie (op microniveau) ???

[Marko]

Marko doelt op rustmassa, en ik bedoelde dat ook.

Bestaan er ook andere vormen van massa dan? 

[Olof Bosma]

Marko doelt op rustmassa, en ik bedoelde dat ook.

 
Wanneer je over de massa van EM-golven spreekt kan dat nooit over de rustmassa gaan, want EM-golven hebben altijd de snelheid van het licht.
Stel er is een voorwerp met een bepaalde massa en die zendt een portie EM-golven uit. Hierdoor vermindert de energie van dat voorwerp en daarmee de massa.
Waar is die massa gebleven? Die zit dan toch zeker in die EM-golven?

 
Maar dan heeft dat toch allerlei gevolgen in de opbouw van materie (op microniveau) ???

 
Het is de ruimte-tijd die verandert; het aantal moleculen van de materie blijft gelijk en daarmee de structuur.

[Professor Puntje]

Even een link naar het sticky bead argument:
 
https://en.wikipedia.org/wiki/Sticky_bead_argument
 
Citaat:
 

The thought experiment was first described by Feynman (under the pseudonym "Mr. Smith") in 1957, at a conference at Chapel Hill, North Carolina.^[2][3] His insight was that a passing gravitational wave should, in principle, cause a bead which is free to slide along a stick to move back and forth, when the stick is held transversely to the wave's direction of propagation. The wave generates tidal forces about the midpoint of the stick. These produce alternating, longitudinal tensile and compressive stresses in the material of the stick; but the bead, being free to slide, moves along the stick in response to the tidal forces. If contact between the bead and stick is 'sticky', then heating of both parts will occur due to friction. This heating, said Feynman, showed that the wave did indeed impart energy to the bead and rod system, so it must indeed transport energy.

 
Er gebeurt dus wel degelijk fysisch iets in de stok.

[Gast]

Het leek mij dat (elementaire) deeltjes heel even iets verder uit mekaar komen te staan.
Ik las zag iets over "plus"- en "kruis"- polarisatie in materie in de powerpointpesentatie
https://www.nikhef.nl/fileadmin/Doc/Docs%20&%20pdf/Evenementen/Open_Dag/gravitatiegolven-1.pdf
maar ik heb geen idee wat daarmee bedoeld wordt.

[Michel Uphoff]

In het berichtje van de ontdekking staat het volgende vermeld: De frequentie van het signaal was een sweep van 35 tot 250 Hz. Dat komt dus ruwweg overeen met een golflengte van 1200 tot 8500 km. De golflengte kan overigens sterk variēren afhankelijk van de bron.

[Lx]

TOT 250 Hertz, toen hield het op ? En betekent dit, dat de minimale afstand tussen de 2 zwarte gaten 1200 km is geweest ? waarom niet minder (singulariteit..)

[Michel Uphoff]

Een heel grove calculatie:
Het betekent dat de black holes 250 keer per seconde rond elkaar draaiden toen de samensmelting begon. Volgens het rapport was de omloopsnelheid toen de halve lichtsnelheid, dus zo'n 150.000 km/s.
Dat houdt dan weer in dat de omloopbaan rond het gemeenschappelijk massacentrum een omtrek van ruwweg 600 km had, en de straal van die baan ongeveer 95 km geweest moet zijn. Beide black holes hadden een Schwarzschildstraal van iets meer dan 90 km, en raakten elkaar dus.
 
Hierna heeft in luttele milliseconden de 'ringdown' plaatsgevonden. Hier een (100 keer vertraagde) computeranimatie van de fusie:
 

[Gast]

In het berichtje van de ontdekking staat het volgende vermeld: De frequentie van het signaal was een sweep van 35 tot 250 Hz. Dat komt dus ruwweg overeen met een golflengte van 1200 tot 8500 km. De golflengte kan overigens sterk variēren afhankelijk van de bron.

 
Tjongejonge, in de lokale krant stond dat zo'n golf 100.000 maal kleiner is dan een atoom.
(Leek me al zo vreemd) Dus geen wonder dat het weinig effect heeft op materie. 
Gelukkig weet ik dit nu.
 
Wat gebeurt er wanneer gravitatiegolven van twee bronnen mekaar tegen komen? 

[Michel Uphoff]

TW: in de lokale krant stond dat zo'n golf 100.000 maal kleiner is dan een atoom

 
Een golf heeft een golflengte (in dit geval 1200 km of langer) en een amplitude. De amplitude is over de lengte van de meetarmen van Ligo inderdaad een fractie van een atoomkern groot. Lees de eerste berichten eens door voor meer informatie.

[Gast]

Een golf heeft een golflengte (in dit geval 1200 km of langer) en een amplitude. De amplitude is over de lengte van de meetarmen van Ligo inderdaad een fractie van een atoomkern groot. Lees de eerste berichten eens door voor meer informatie.

 
Ja, ik begreep het vlak na ik geschreven had dat ik dus een totaal verkeerd beeld had van gravitatiegolven.

[Michel Uphoff]

Olof: Waar is die massa gebleven? Die zit dan toch zeker in die EM-golven?

Marko: Bestaan er ook andere vormen van massa dan?

Einstein: "Es ist nicht gut von der Masse eines bewegten Körpers zu sprechen, wofür keine klare Definition gegeben werden kann. Man beschrankt sich besser auf die 'Ruhe-Masse'.

 
En ondanks dat hoor je de verwarrende term 'relativistische massa' nogal eens. Relativistische massa is echter waarnemersafhankelijk.

e=mc² leidt tot problemen bij deeltjes zonder massa. Bereken je bij een relativistische snelheid de totale energie-inhoud dan zou je dat kunnen doen door de rustmassa met gamma te vermenigvuldigen (en zo de 'relativistische' massa te bekomen) dus: e=mγc² 
Maar bij een foton (of een gravitatiegolf) is gamma oneindig en de rustmassa nul, dat leidt (0 * _∞) tot een onbepaald resultaat.
 
De formule om de energie-inhoud van een deeltje mét en zonder massa bij relativistische snelheden uit te rekenen is e² = p²c² + m²c⁴
 
Voor een foton (m = 0) krijgen we dus e²=p²c²+ 0 oftewel e=p.c. Aangezien de impuls van een foton h/λ is, is e dus hc/λ.
Voor een deeltje met een bepaalde massa in het waarnemersframe (v = 0, dus impuls is 0) krijgen we e=√(0+m²c⁴) oftewel e=mc²

[cock]

Kan men bij de gravitatiegolven iets hypothetiseren dat lijkt op het (nog niet ontdekte) graviton? (Ik denk aan een analogie met de fotonen en EM golven.)

[Michel Uphoff]

Ja, zie bericht 43.

 

Maar of een graviton überhaupt zou kunnen bestaan, is nog maar de vraag. De huidige theorievorming sluit het niet uit, maar maakt het ook onwaarschijnlijk omdat er allerhande problemen ontstaan.

 

Mocht blijken dat zwaartekrachtgolven iets minder snel dan het licht gaan dán is er een deeltje met een minieme massa (minder dan 1,2 × 10^-22eV/c², dus nog heel veel minder dan de massa van een neutrino). Maar het wordt niet waarschijnlijk geacht dat het hypothetische graviton massa heeft, en ook de detectie van deze zwaartekrachtgolven biedt geen enkele aanleiding een massa aan een graviton toe te kennen (er is in het chirp signaal geen spoor van dispersie aangetroffen).

 

De doelen bij de toekomstige simultane detectie van zwaartekrachtgolven en elektromagnetische straling, zo bevestigde het Nikhef onlangs, zijn onder meer:

• Het verwerpen of bevestigen van alternatieve zwaartekrachtstheorieën die stellen dat op grote afstanden waar de zwaartekracht zeer zwak is (< 10^-10 m/s²) de gravitatie net iets anders werkt dan nu wordt aangenomen (de zogenoemde MOdified Newtonian Dynamics theorie, MOND). Een bevestigde MOND theorie zou tevens het probleem van de donkere materie op kunnen lossen.
• Nader onderzoek naar de bestaansmogelijkheid van het graviton.

Een belangrijk punt bij zwaartekracht is dat deze kracht, hoewel ze de beweging van enorme kosmische structuren regeert, extreem zwak is en niet nauwkeurig gemeten kan worden op zeer kleine en zeer grote afstanden. Dit zou eventueel bij deze extremen een mogelijkheid openlaten voor een andere werking dan de omgekeerde evenredigheid met het kwadraat van de afstand.

 

Zie verder onder meer dit artikel in Wikipedia over gravitonen.