Una nueva forma de detectar ondas gravitacionales
(nature.com)- La observación de ondas gravitacionales se consolidó como un campo experimental importante de la física moderna a partir de la primera detección directa en 2015
- La señal observada entonces, en septiembre de 2015, fue una vibración que duró una quinta de segundo, y se convirtió en un punto de inflexión histórico para la física
- Esta señal condujo a la primera detección directa de ondas gravitacionales, y tuvo gran importancia por haber observado de manera directa una perturbación del espacio-tiempo
- Las ondas gravitacionales son perturbaciones de la geometría del espacio-tiempo que viajan por el universo a la velocidad de la luz
- El extracto incluido en la entrada no contiene los nombres ni el funcionamiento de los cinco nuevos métodos de detección anunciados en el título
La primera detección directa en 2015
- En septiembre de 2015, una vibración que duró una quinta de segundo fue presentada como un hecho que cambió la historia de la física
- Esa vibración fue la primera detección directa de ondas gravitacionales
- Las ondas gravitacionales son perturbaciones en la estructura geométrica del espacio-tiempo
- Esta perturbación viaja por el universo a la velocidad de la luz
Alcance verificable del texto
- El título anticipa cinco nuevos métodos para captar ondas gravitacionales y los secretos que podrían revelar
- En el extracto proporcionado no se incluyen el nombre de cada método, su funcionamiento, los objetos de observación ni los resultados científicos
- La mayor parte del resto del texto verificable corresponde a elementos fuera del cuerpo principal, como opciones de acceso, guía de suscripción y referencias bibliográficas
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Parece que los detectores de ondas gravitacionales de primera generación, que tenían un diseño completamente distinto al de los interferómetros actuales, quedaron casi olvidados en la historia.
Los dispositivos de aquella época no funcionaron, y la afirmación de Weber en 1987 de que había detectado ondas gravitacionales de SN1987A también perdió credibilidad ampliamente.
https://en.wikipedia.org/wiki/Weber_bar
En los textos sobre la Weber bar no veo muchas objeciones a la teoría de base del experimento en sí; me intriga si, con el entendimiento actual, se puede esperar un efecto detectable.
Pienso que quizá sería más barato fabricar cientos o miles de Weber bars y procesar la señal que construir otro LIGO, e incluso se podría imaginar poner una Weber bar en el espacio.
No es solo que la Weber bar no funcionara; según la mayoría de los físicos, no podía funcionar, y Weber, por supuesto, no estaba de acuerdo.
Si se pasa de una banda de frecuencia muy estrecha, hasta 1000 Hz, a un rango mucho más amplio, en teoría se podría codificar información con algo como modulación de frecuencia.
Me pregunto si una civilización lo suficientemente avanzada podría considerar la comunicación gravitacional, y si deberíamos buscar Hello, world en alguna “frecuencia natural”, como hacemos con las ondas electromagnéticas.
La energía necesaria por bit transmitido parece que sería enorme, y aunque fuera teóricamente posible, para fines de comunicación parece tener muchas desventajas y casi ninguna ventaja.
Aun así, me viene a la mente un episodio de PBS Space Time sobre si se podrían encontrar civilizaciones alienígenas mediante las ondas gravitacionales producidas cuando enormes naves espaciales aceleran casi a la velocidad de la luz.
https://www.pbs.org/video/could-ligo-find-massive-alien-spac...
¿Podrían rodear obstáculos? En vez de línea de visión, grandes distorsiones gravitacionales como agujeros negros o estrellas serían fuentes de interferencia; aun así, la interferencia en sí parece posible.
Cláusula de humildad: no sé de qué estoy hablando.
Nuestra especie y muchas especies de la Tierra solo pueden ver una banda muy estrecha del espectro de radiación.
Tal vez alguna civilización avanzada no desarrolló esos sentidos y, en cambio, evolucionó mucho más estrechamente ligada a la energía gravitacional. Después de todo, estamos hablando del universo.
¿Moverían objetos del tamaño de planetas para generar ondas gravitacionales?
Claro que la respuesta evasiva de “usan tecnología avanzada que no conocemos” podría ser realmente correcta.
El problema es modular la señal, y la única forma es mover grandes masas rápidamente.
Las instalaciones de LIGO se pueden visitar gratis.
Hace unos años visité las instalaciones de Hanford; incluyó una charla previa, recorrimos todo el complejo e incluso entramos a la sala de control. Eran personas realmente geniales.
https://www.ligo.caltech.edu/WA/page/lho-public-tours
Es el primer reactor nuclear a escala real.
Me sorprende que no se haya mencionado LISA.
Es un detector espacial de ondas gravitacionales que usa tres satélites volando en formación, separados por 2.5 millones de km, y es un proyecto de ingeniería realmente increíble con lanzamiento planeado para 2035.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Laser_Interferometer_Space_A...
Es la parte que dice: “Los investigadores están desarrollando ahora varios observatorios tipo LIGO de próxima generación, tanto en tierra como en el espacio; del lado espacial está la Laser Interferometer Space Antenna”.
Recuerdo haber leído sobre LISA cuando era niño; entonces estaba previsto que se lanzara en el futuro muy lejano de 2015.
Ahora me sorprendería más bien que realmente se lance en 2035.
Me enteré de una nueva propuesta para usar una sonda ya planificada como detector de ondas gravitacionales.
Si no se me pasó por alto, parece que el texto no la cubre.
“Bridging the micro-Hz gravitational wave gap via Doppler tracking with the Uranus Orbiter and Probe Mission: Massive black hole binaries, early universe signals and ultra-light dark matter”
https://arxiv.org/abs/2406.02306
“Practically Free Primordial Gravitational Waves Detector”
https://www.youtube.com/watch?v=XfOxNJvSvf4
Puede que sea una pregunta tonta, pero entonces me pregunto si en la práctica quedó demostrado que la gravedad no existe.
Si el efecto de la gravedad en realidad es resultado de la geometría del espacio-tiempo, los experimentos con ondas gravitacionales parecen mostrar que el espacio-tiempo existe y tiene una geometría medible.
Pero cuando aparece el tema de la mecánica cuántica, se dice que todavía no se ha encontrado la partícula mediadora de la fuerza de la gravedad; si la gravedad no existe y es resultado de la geometría del espacio-tiempo, no entiendo esa afirmación.
Así como las ecuaciones de Maxwell bastan para ondas de intensidad macroscópica, la relatividad general también basta para las ondas gravitacionales astrofísicas.
La pregunta aparte es cuál es la teoría de mecánica cuántica que tiene a la relatividad general como límite clásico.
En electromagnetismo, la electrodinámica cuántica, entendida en la década de 1940, es la versión cuantizada de la teoría de Maxwell y predice que los resultados de medir energía electromagnética aparecen en “paquetes” llamados fotones.
En cambio, sobre la gravedad cuántica, se conocen muchas características que sugieren que el gravitón sería una partícula sin masa de espín 2, pero todavía no hay consenso sobre la teoría exacta.
La forma de conciliar la imagen de la partícula mediadora de la fuerza con la imagen del espacio-tiempo es que, incluso clásicamente, se puede pensar en la geometría de espacio-tiempo de fondo creada por toda la Tierra y observar pequeñas perturbaciones sobre ella.
Dicho de forma intuitiva, un gravitón es que esas pequeñas perturbaciones se enciendan en cantidades cuantizadas.
La manera en que el propio fondo se forma como una “enorme pila de gravitones” depende de la teoría exacta de gravedad cuántica, y la teoría de cuerdas tiene respuestas parciales, por lo que puede modelar cuánticamente objetos como los agujeros negros.
Esto contrasta con que las otras fuerzas fundamentales se expliquen mediante teoría cuántica de campos.
Nuestra comprensión actual de la gravedad no funciona de la misma manera que las demás, y todavía no hemos encontrado una teoría verificable que haga funcionar juntos ambos marcos en todas las escalas.
Entiendo que la teoría de cuerdas se propuso como una forma de crear una teoría cuántica de la gravedad y explicar también el resto, pero cayó en preferencia porque terminó siendo más bien un marco matemático ajustable a las observaciones y con poca capacidad predictiva.
Por eso, las predicciones de una posible partícula mediadora de la fuerza de la gravedad, es decir, el gravitón, suelen salir de ahí.
En teorías como la gravedad cuántica de bucles, el propio espacio-tiempo está cuantizado, de modo que puede encajar con el enfoque de funciones de onda usado por otras teorías cuánticas.
Pero eso por sí solo no parece predecir mucho sobre el campo cuántico de la gravedad.
También tengo entendido que en la relatividad aparecen muchos infinitos en las ecuaciones y en los resultados, y que para evitarlo se usa una matemática llamada renormalización, pero que también surgen problemas al pasar entre la teoría cuántica y la relatividad.
Pero no hemos logrado integrarlos por completo.
Como lecturas relacionadas que valen la pena están “Kerr-enhanced optical spring for next-generation gravitational wave detectors” y “Physicists Have Figured Out a Way to Measure Gravity on a Quantum Scale”.
El segundo es un artículo de 2024 que usa una trampa magnética superconductora hecha con tantalio.
https://news.ycombinator.com/item?id=39957123
https://news.ycombinator.com/item?id=39495482
Desde la perspectiva de alguien muy común, me dio curiosidad si se puede detectar un evento de función de onda cuántica.
https://physics.stackexchange.com/questions/275556/can-you-d...
Quiero agregar qué tan sensible es LIGO.
Las ondas gravitacionales que detecta LIGO equivalen a medir la distancia desde la Tierra hasta Alpha Centauri con un cambio del ancho de un cabello humano.
Pero estas tecnologías no buscan solo aumentar la sensibilidad, sino también detectar distintos tipos de ondas gravitacionales.
No sé bien qué determina la frecuencia de una onda gravitacional.
Para ser honesto, todavía no entiendo qué son realmente la expansión del espacio o las ondas gravitacionales, pero para empezar no soy más que un tonto que no entiende tractor calculus.
https://www.math.auckland.ac.nz/mathwiki/images/c/cf/Staffor...
Si el tractor se mueve a una velocidad constante V_tractor m/s, puedes multiplicar el ancho del arado o la sembradora por el tiempo de trabajo (en segundos) para obtener el área total del campo en m^2.
Esto puede extenderse a un tractor con velocidad V(t), y basta con sumar el área correspondiente a cada intervalo infinitesimal de tiempo dt.
Este es el teorema fundamental del cálculo de tractores y la base de Tractor Field Theory ;)
Un método más de nicho, pero interesante, que esperaba que se tratara en el texto es el de los campos magnéticos.
Hace tiempo escuché de un profesor de física que, en campos magnéticos intensos, se espera que las ondas gravitacionales decaigan en fotones.
En ese entonces entendía algo de las matemáticas, pero ahora ya no puedo.
Aun así, parece que todavía hay gente explorando esta línea.
https://indico.cern.ch/event/1074510/contributions/4519384/a...