Onde gravitazionali: alcune domande(per esperti)

[Zefram_Cochrane]

da un pò di tempo mi sto interessando, cercando articoli su internet, su questo tema, le onde gravitazionali, teorizzate per la prima volta da Einstein..tuttavia, date le mie scarse conoscenze in materia, ho ancora alcuni dubbi che non riesco a risolvere da solo, per questo vorrei fare alcune domande a forumisti esperti di fisica che ne sanno più di me: primo, queste onde gravitazionali esistono davvero oppure sono solo una teorizzazione come tante altre, tutta da verificare? e se esistono davvero, perchè, nonostante tutti i tentativi(come il telescopio interferometrico Virgo, costruito presso Pisa nel 2003), non siamo ancora riusciti a captarne una(almeno a quanto ne so, ma potrei sbagliarmi, in caso mi sbagliassi correggetemi)?
Secondo, se queste onde saranno veramente rilevate, quali potrebbero essere le conseguenze a livello scientifico - sia a livello teorico che pratico(semmai ce ne potranno essere) - , di una tale scoperta?
ringrazio anticipatamente chiunque voglia rispondere

Thematrix

[are(a)zione]

Non sono un esperto di gravità, ma parlocchiai con un mio collega australiano che si occupava dell'argomento (onde).

Da quel che ho inteso io, il campo gravitazionale è sì a raggio infinito, come quello elettromagnetico (da qui il fatto che fotoni e gravitoni abbiano massa nulla, per questioni di analiticità di funzione, dovuta al potenziale di Yukawa. La massa infatti è presente al denominatore dell'argomento dell'esponenziale, quindi, a raggio infinito, deve corrispondere massa zero, brutalmente parlando), ma, a differenza del campo elettromagnetico, il campo gravitazionale è più lieve come interazione.
Per farla pratica, è come se gli strumenti non sentissero le vibrazioni che due palle con massa finita creano quando si scontrano.

Ora, non so se hai qualche idea di come funzioni un campo, ma tento di dartela brevemente.

Un campo di forze è un oggetto matematico-algebrico che permette di associare ad ogni punto dello spazio (spazio tridimensionale in teoria classica galileiana, spazio-tempo in termini relativistici, multidimensionale per spazi funzionali, quali per esempio la meccanica quantistica) corrisponde un'azione della forza. Dunque, non è necessario che l'informazione viaggi fisicamente da un punto ad un altro. Bastano dei messaggeri, quelli che vengono chiamati bosoni vettori (il fotone, il gravitone, i bosoni W+, W-, Z e i gluoni).
Essi trasportano l'informazione da un luogo ad un altro lungo le linee di campo. Immagina il campo di una forza come una fitta (infinitamente) rete di strade. I bosoni vettori ci corrono sopra.
Qual'è la grossa palla dei gravitoni? E' che hanno uno spin molto grande, in termini quantici. Il suo valore è due. Lo spin, nient'altro è che, facendo il paragone con la terra, il suo movimento rotazionale intrinseco.
Per farti un esempio, gli elettroni hanno spin 1/2, come i protoni, ed i fotoni 0.
Più lo spin è grande, più energia occorre per creare interazione subatomica.
Parlando in italiano e non in austro-ungarico, più hai spin, è più pesi in termini energetici.

Dunque, per rilevare i gravitoni, hai bisogno di strumenti estremamente fini, perchè paradossalmente, più energia ci vuole per creare il botto tra due particelle "spinose", più è difficile che ciò venga percepito da "orecchio umano".

Questo è il primo punto. Quindi, sti cavolo di gravitoni, messaggeri della forza gravitazionale, e quindi, possibili emissari delle onde gravitazionali, sono truffaldini e non si fanno scoprire così facilmente in laboratorio o in un satellite apposito.

Il secondo punto è forse ancora più complesso, ma spero di rendertelo chiaro.
Tutto ciò che si trova nell'universo, come immagino saprai, galleggia in una sorta di tappeto etereo (passami il paragone).
Questo tappeto nulla è se non il famoso spazio-tempo.

Ciò che Einstein ed altri matematici prima di lui predissero (specie la scuola russa di fine 800) fu che lo spazio-tempo viene deformato dal "peso" degli oggetti che contiene.
Immagina una superficie elastica: disegna su di essa linee parallele e trasversali. Appoggiaci sopra una palla e vedrai che il tessuto si deforma, modificando le linee rette che avevi prima disegnato, rendendole curve. Questa è la famosa "curvatura" spazio-temporale. Da dove provengono dunque le onde? Immagina, sempre su quel tessuto elastico, di posare una altra palla, a debita distanza dalla prima.
Noterai che nella zona intermedia tra le due palle, vi sarà una superficie, più o meno ampia, sostanzialmente piatta (spazio euclideo). Ora, imprimi alle due palle un impulso, in modo tale che si scontrino tra loro (come due palle da biliardo).
Se il tuo spazio-tempo è costruito a dovere, noterai della frastagliature (si dice così in italiano? boh!) sulla superficie. Un po' come quando lanci un sassolino in uno stagno, e si creano onde sferiche concentriche che si diramano, formando, creste sulla superficie.

Le onde gravitazionali sono esattamente questo. Il grosso problema è che non si è ancora in grado di scovarle perchè lo spazio-tempo è difficile da manipolare e quindi da sondare. In pratica, è come se volessi sentire ad orecchio nudo, degli ultrasuoni.
Se poi, immagini che tra te e la sorgente di onde, vi siano oggetti che ne inficino l'ampiezza del segnale, effetti Doppler (la larghezza d'onda cambia) interferenze con il mezzo interstellare, allora ti accorgerai che è difficile ascoltare tutto quel rumore di fondo.

E di rumore ve ne è un sacco, se pensi che ogni tuo spostamento, anche quando cammini per strada, crea onde gravitazionali. Quindi, oltre ad essere debolmente percepibili, le onde gravitazionali che vorresti analizzare, sono mascherate da un "background noise", non solo elettromagnetico (pensa quanti scontri tra ioni, particelle libere, fotoni e raggi gamma ci possano essere in una qualsiasi regione dell'universo), ma anche gravitazionale.

Questa è una breve introduzione all'argomento.

Come ho detto, non ne so molto, solo i rudimenti di base, che apprendi quasi per osmosi in un qualsiasi corso di campi.
Se ti serve però dell'altro, fammi pure sapere.


Ciao

[are(a)zione]

Sulle conseguenze poi ne discutiamo una volta che ciò che ti ho raccontato ti sia risultato chiaro. Lo spero, non sono un grandissimo divulgatore.

[Tango do Hermano]

più energia ci vuole per creare il botto tra due particelle "spinose", più è difficile che ciò venga percepito da "orecchio umano".

Perchè?

Noterai che nella zona intermedia tra le due palle, vi sarà una superficie, più o meno ampia, sostanzialmente piatta (spazio euclideo).

Paragone geniale... e l'ho capito solo superficialmente, credo.

[are(a)zione]

Perchè?



Paragone geniale... e l'ho capito solo superficialmente, credo.

Il perchè è dovuto al fatto che negli acceleratori, più energia vuoi raggiungere e più massiva la particella diventa (la famosa legge energetica relativistica di Einstein).

Ecco che, più energia vuoi ottenere, più energia devi inserire nell'esperimento dall'esterno per far muovere la particella obesa e cicciona. E per ora, siamo arrivati se non sbaglio "solo" al TeV con il Large Hadron Collider a Ginevra.
Almeno si presume che ci si possa arrivare. Inizierà ad essere operativo a breve.
Per far tirare fuori il bosone di Higgs, probabile particella che definisce la massa di tutto l'universo (non a caso chiamata particella di Dio) e gravitoni, ci vogliono ben altre scale di grandezza energetica.


Grazie per il "geniale".

[are(a)zione]

Turambar so che è un fisico. Sicuramente potrà dare altri dettagli alla questione.

[Tango do Hermano]

Grazie per il "geniale".

Ringrazio io te.

[Zefram_Cochrane]

grazie areazione, sei stato chiarissimo, ovviamente essendo questi argomenti molto complessi ho bisogno di un pò di tempo per metabolizzarli, ma sei stato veramente molto chiaro...ad ogni modo, se tu vuoi, vorrei approfondire alcuni punti della tua risposta:

Il secondo punto è forse ancora più complesso, ma spero di rendertelo chiaro.
Tutto ciò che si trova nell'universo, come immagino saprai, galleggia in una sorta di tappeto etereo (passami il paragone).
Questo tappeto nulla è se non il famoso spazio-tempo.

Ciò che Einstein ed altri matematici prima di lui predissero (specie la scuola russa di fine 800) fu che lo spazio-tempo viene deformato dal "peso" degli oggetti che contiene.
Immagina una superficie elastica: disegna su di essa linee parallele e trasversali. Appoggiaci sopra una palla e vedrai che il tessuto si deforma, modificando le linee rette che avevi prima disegnato, rendendole curve. Questa è la famosa "curvatura" spazio-temporale. Da dove provengono dunque le onde? Immagina, sempre su quel tessuto elastico, di posare una altra palla, a debita distanza dalla prima.
Noterai che nella zona intermedia tra le due palle, vi sarà una superficie, più o meno ampia, sostanzialmente piatta (spazio euclideo). Ora, imprimi alle due palle un impulso, in modo tale che si scontrino tra loro (come due palle da biliardo).
Se il tuo spazio-tempo è costruito a dovere, noterai della frastagliature (si dice così in italiano? boh!) sulla superficie. Un po' come quando lanci un sassolino in uno stagno, e si creano onde sferiche concentriche che si diramano, formando, creste sulla superficie.

Le onde gravitazionali sono esattamente questo. Il grosso problema è che non si è ancora in grado di scovarle perchè lo spazio-tempo è difficile da manipolare e quindi da sondare. In pratica, è come se volessi sentire ad orecchio nudo, degli ultrasuoni.
Se poi, immagini che tra te e la sorgente di onde, vi siano oggetti che ne inficino l'ampiezza del segnale, effetti Doppler (la larghezza d'onda cambia) interferenze con il mezzo interstellare, allora ti accorgerai che è difficile ascoltare tutto quel rumore di fondo.

E di rumore ve ne è un sacco, se pensi che ogni tuo spostamento, anche quando cammini per strada, crea onde gravitazionali. Quindi, oltre ad essere debolmente percepibili, le onde gravitazionali che vorresti analizzare, sono mascherate da un "background noise", non solo elettromagnetico (pensa quanti scontri tra ioni, particelle libere, fotoni e raggi gamma ci possano essere in una qualsiasi regione dell'universo), ma anche gravitazionale.

Questa è una breve introduzione all'argomento.

Come ho detto, non ne so molto, solo i rudimenti di base, che apprendi quasi per osmosi in un qualsiasi corso di campi.
Se ti serve però dell'altro, fammi pure sapere.


Ciao

quindi, da quello che ho capito, le onde gravitazionali, si creano soltanto quando c'è uno scontro tra due oggetti, giusto? un oggetto solo, anche se di massa enorme, se non entra in collisione con altri oggetti non produce onde gravitazionali, giusto? secondo, tu hai detto che anche un mio spostamento provoca onde gravitazionali. Eppure, essendo la mia massa(e non solo la mia, ma anche quella della terra),non in grado di deformare, se non in maniera assolutamente trascurabile, lo spaziotempo, le onde gravitazionali che io produco saranno di "intensità"(scusa il termine rozzo, ma non conosco un equivalente termine tecnico) così irrisoria che non sarà mai possibile rilevarle...è giusto o mi sbaglio? tempo fa lessi che soltanto eventi che coinvolgano corpi di massa enorme(come ad esempio la collisione fra due buchi neri) produrrebbero onde gravitazionali che potrebbero essere, forse, un giorno, rilevate, ma le onde gravitazionali che produciamo noi
durante i nostri spostamenti, o anche quelle che producono corpi di massa non in grado di deformare in maniera apprezzabile lo spaziotempo(che ne so, lo scontro della terra con un asteroide, entrambi i corpi non in grado di deformare lo spaziotempo in maniera apprezzabile, è giusto l'esempio?), non sarà mai possibile rilevarle. è giusto?
grazie per le eventuali precisazioni che vorrai darmi
Thematrix


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[are(a)zione]

quindi, da quello che ho capito, le onde gravitazionali, si creano soltanto quando c'è uno scontro tra due oggetti, giusto? un oggetto solo, anche se di massa enorme, se non entra in collisione con altri oggetti non produce onde gravitazionali, giusto? secondo, tu hai detto che anche un mio spostamento provoca onde gravitazionali. Eppure, essendo la mia massa(e non solo la mia, ma anche quella della terra),non in grado di deformare, se non in maniera assolutamente trascurabile, lo spaziotempo, le onde gravitazionali che io produco saranno di "intensità"(scusa il termine rozzo, ma non conosco un equivalente termine tecnico) così irrisoria che non sarà mai possibile rilevarle...è giusto o mi sbaglio? tempo fa lessi che soltanto eventi che coinvolgano corpi di massa enorme(come ad esempio la collisione fra due buchi neri) produrrebbero onde gravitazionali che potrebbero essere, forse, un giorno, rilevate, ma le onde gravitazionali che produciamo noi
durante i nostri spostamenti, o anche quelle che producono corpi di massa non in grado di deformare in maniera apprezzabile lo spaziotempo(che ne so, lo scontro della terra con un asteroide, entrambi i corpi non in grado di deformare lo spaziotempo in maniera apprezzabile, è giusto l'esempio?), non sarà mai possibile rilevarle. è giusto?
grazie per le eventuali precisazioni che vorrai darmi
Thematrix


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A me sembra che le onde gravitazionali possano prodursi solo con l'interazione di due corpi massivi (dove per massivi si intende dotati di massa, non necessariamente di proporzioni stellari).
Però, gli oggetti che vibrano (pensa ad un diapason) emettono onde. E' possbile che il corpo stesso emetta onde gravitazionali. Per esempio, in fase di supernova, quando il nucleo collassa e la forza gravitazionale supera quella elettromagnetica e forte.


Ritornando alle dimensioni, per esempio è risaputo che gli effetti relativistici di contrazione delle lunghezze si manifestano anche a velocità qualunque. Quando parli, e ti avvicini verso di me, vi è contrazione relativistica. Minima, irrisoria, infinitesima, ma esiste, perchè la matematica dell'equazione lo dice e lo permette.

In fisica particellare le differenze minime sono a volte quelle che contano. Potrei citarti tanti esempi. Uno fra tutti è l'effetto è il lamb shift
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...ntum/lamb.html

Ma anche la differenza di massa tra protone e neutrone. Di un MeV (circa l'1 x1000), ma talmente fondamentale che genera il mondo che vedi attorno a te.


Sono però d'accordo con te quando dici che tali effetti infinitesimi siano difficilmente riscontrabili dagli strumenti odierni. Se non riusciamo a scoprire onde gravitazionali in presenza di buchi neri, figuriamoci flessioni dello spazio-tempo dovute al camminare degli esseri umani.

Se ti interessano le onde gravitazionali, allora sarà certamente d'interesse per te "la lente gravitazionale"

http://www.repubblica.it/2004/b/sezi.../galassia.html

http://www.repubblica.it/2006/a/sezi...anetageme.html

Qui trovi un'introduzione su gravitational lens

http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lensing

[cacalupo]

Ciao ?
Gravitazione non e un problema d onde.

Cui in Francia c é il laboratorio RMI Research of Infinite Magnitude.
Un piccolo laboratorio che fisse una sperianza sul gli onde in medio polarizatto e frecuence radio correlatte.

La scoperta e che non si puo parlar d onde di gravta sono sisteme complessi similare a gli onde ma di un modo differente, e un caso di premio prezzo prix price NOBEL, ma me pare che il governo non vuole dare piu credito per avvanzare nel gli sperimenti.

Cercate : rydgberg, polarzacione, onde, e corente magnetichi.
C e vuole un puo di conocenza de la scienza de la materia et degli onde radar, hyperfrequency, per compire che gravita escapa del fenomeno Ondulatorio.

Cacalupo