Uma nova maneira de detectar ondas gravitacionais
(nature.com)- A observação de ondas gravitacionais se consolidou como uma importante área experimental da física moderna a partir da primeira detecção direta em 2015
- Na época, o sinal observado em setembro de 2015 foi uma oscilação que durou um quinto de segundo, tornando-se um ponto de virada histórico para a física
- Esse sinal levou à primeira detecção direta de ondas gravitacionais e teve grande importância por representar a observação direta de uma perturbação no espaço-tempo
- Ondas gravitacionais são perturbações na geometria do espaço-tempo e se propagam pelo universo à velocidade da luz
- O trecho incluído na entrada não contém os nomes nem o funcionamento dos cinco novos métodos de detecção anunciados no título
A primeira detecção direta em 2015
- Em setembro de 2015, uma oscilação que durou um quinto de segundo é apresentada como um evento que mudou a história da física
- Essa oscilação foi a primeira detecção direta de ondas gravitacionais
- Ondas gravitacionais são perturbações na estrutura geométrica do espaço-tempo
- Essa perturbação se desloca pelo universo à velocidade da luz
Alcance verificável do texto
- O título anuncia cinco novas maneiras de captar ondas gravitacionais e os segredos que elas poderão revelar
- O trecho fornecido não inclui o nome de cada método, seu funcionamento, os alvos de observação nem os resultados científicos
- A maior parte do restante do texto verificável consiste em itens fora do corpo principal, como opções de acesso, informações de assinatura e referências bibliográficas
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Parece que os detectores de ondas gravitacionais de primeira geração, cujo projeto era totalmente diferente dos interferômetros atuais, foram quase esquecidos pela história
Os aparelhos da época não funcionavam, e a alegação de Weber, em 1987, de que havia detectado ondas gravitacionais em SN1987A também perdeu ampla credibilidade
https://en.wikipedia.org/wiki/Weber_bar
Nos textos sobre as barras de Weber, não vejo muita oposição à teoria de base do experimento em si; fico curioso se, pelo entendimento atual, ainda se esperaria um efeito detectável
Penso que talvez fosse mais barato fabricar centenas ou milhares de barras de Weber e fazer processamento de sinais do que construir mais um LIGO, e também dá para imaginar barras de Weber no espaço
As barras de Weber não foram simplesmente algo que não funcionou; para a maioria dos físicos, elas não poderiam funcionar, e o próprio Weber obviamente não concordava
Se sairmos de uma faixa de frequência muito estreita, no máximo 1000 Hz, para uma faixa muito mais ampla, em teoria seria possível codificar informação usando algo como modulação de frequência
Fico pensando se uma civilização suficientemente avançada poderia considerar comunicação gravitacional, e se deveríamos procurar um Hello, world em alguma “frequência natural”, como fazemos com ondas eletromagnéticas
A energia necessária por bit transmitido parece que seria enorme e, mesmo que seja teoricamente possível, para fins de comunicação parece ter muitas desvantagens e quase nenhuma vantagem
Ainda assim, isso me lembra um episódio do PBS Space Time sobre se seria possível encontrar civilizações alienígenas por meio das ondas gravitacionais geradas por uma espaçonave gigantesca acelerando perto da velocidade da luz
https://www.pbs.org/video/could-ligo-find-massive-alien-spac...
Será que elas conseguem contornar obstáculos? Em vez de linha de visada, grandes distorções gravitacionais como buracos negros ou estrelas simplesmente virariam fontes de interferência; ainda assim, imagino que a interferência em si seja possível
Cláusula de humildade: não faço ideia do que estou dizendo
Nossa espécie e muitas espécies da Terra só conseguem enxergar uma faixa muito estreita do espectro de radiação
Alguma civilização avançada talvez não tenha desenvolvido esse tipo de sentido e, em vez disso, tenha evoluído de forma muito mais ligada à energia gravitacional. Afinal, estamos falando do universo
Seria algo como mover objetos do tamanho de planetas para gerar ondas gravitacionais?
Claro, a resposta escapista do tipo “eles usam uma tecnologia avançada que desconhecemos” pode, na prática, estar correta
O problema é modular o sinal, e a única forma é mover uma grande massa rapidamente
As instalações do LIGO podem ser visitadas de graça
Visitei as instalações de Hanford alguns anos atrás; houve uma palestra introdutória, percorremos todo o complexo e até entramos na sala de controle. Eram pessoas realmente incríveis
https://www.ligo.caltech.edu/WA/page/lho-public-tours
É o primeiro reator nuclear em escala real
Surpreende que a LISA não tenha sido mencionada
É um detector de ondas gravitacionais espacial que usa três satélites voando em formação, separados por 2,5 milhões de km, e é um projeto de engenharia realmente fantástico, com lançamento planejado para 2035
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Laser_Interferometer_Space_A...
É o trecho que diz: “os pesquisadores agora estão desenvolvendo vários observatórios de próxima geração do tipo LIGO, tanto em terra quanto no espaço; no espaço, há a Laser Interferometer Space Antenna”
Lembro de ter lido sobre a LISA quando era criança; na época, ela estava prevista para ser lançada em 2015, um futuro muito distante
Agora, eu até ficaria surpreso se ela de fato fosse lançada em 2035
Fiquei sabendo de uma nova proposta para usar uma sonda já planejada como detector de ondas gravitacionais
Se eu não perdi nada, parece que isso não foi tratado no texto
“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
Pode ser uma pergunta boba, mas então fico pensando se, na prática, isso prova que a gravidade não existe
Se os efeitos da gravidade são, na verdade, resultado da geometria do espaço-tempo, os experimentos com ondas gravitacionais parecem mostrar que o espaço-tempo existe e tem uma geometria mensurável
Mas, quando entra a mecânica quântica na conversa, dizem que ainda não encontramos a partícula mediadora da força da gravidade; então, se a gravidade não existe e é resultado da geometria do espaço-tempo, não entendo essa afirmação
Assim como as equações de Maxwell são suficientes para ondas de intensidade macroscópica, a relatividade geral também é suficiente para ondas gravitacionais astrofísicas
A pergunta separada é qual é a teoria quântica que tem a relatividade geral como limite clássico
No eletromagnetismo, a eletrodinâmica quântica, compreendida na década de 1940, é a versão quantizada da teoria de Maxwell e prevê que medições de energia eletromagnética apareçam em “pacotes” chamados fótons
Já sobre gravidade quântica, muita coisa se sabe sobre características que sugerem que o gráviton seria uma partícula sem massa de spin 2, mas ainda não há consenso sobre a teoria exata
A maneira de conciliar a imagem da partícula mediadora da força com a imagem do espaço-tempo é que, mesmo classicamente, podemos pensar na geometria de fundo do espaço-tempo criada pela Terra inteira e observar pequenas perturbações sobre ela
Intuitivamente, um gráviton é essa pequena perturbação ativada em uma quantidade quantizada
A forma como o próprio fundo se forma como uma “enorme pilha de grávitons” depende da teoria exata de gravidade quântica, e a teoria das cordas tem respostas parciais, permitindo modelar objetos como buracos negros de maneira quântica
Isso contrasta com as outras forças fundamentais, que são explicadas pela teoria quântica de campos
O entendimento atual da gravidade não funciona do mesmo modo que os outros, e ainda não encontramos uma teoria testável que faça os dois sistemas funcionarem juntos em todas as escalas
Entendo que a teoria das cordas foi proposta como uma forma de criar uma teoria quântica da gravidade e explicar também o restante, mas perdeu preferência por se tornar uma estrutura matemática ajustável para se adequar às observações, com pouco poder preditivo
Por isso, a previsão de uma possível partícula mediadora da força da gravidade, o gráviton, geralmente vem daí
Em teorias como a gravidade quântica em loop, o próprio espaço-tempo é quantizado, de modo que pode se encaixar na abordagem de funções de onda usada por outras teorias quânticas
Mas isso, por si só, não parece prever muita coisa sobre o campo quântico da gravidade
Também sei que, na relatividade, muitas vezes aparecem infinitos nas equações e nos resultados, e que se usa uma matemática chamada renormalização para evitar isso, mas também surgem problemas ao transitar entre a teoria quântica e a relatividade
Mas não conseguimos unificá-los completamente
Há textos relacionados que valem a pena ler, como “Kerr-enhanced optical spring for next-generation gravitational wave detectors” e “Physicists Have Figured Out a Way to Measure Gravity on a Quantum Scale”
O segundo é um texto de 2024 usando uma armadilha magnética supercondutora feita de tântalo
https://news.ycombinator.com/item?id=39957123
https://news.ycombinator.com/item?id=39495482
Do ponto de vista de um leigo total, fiquei curioso se seria possível detectar um evento de função de onda quântica
https://physics.stackexchange.com/questions/275556/can-you-d...
Quero acrescentar algo sobre o grau de sensibilidade do LIGO
As ondas gravitacionais que o LIGO detecta equivalem a medir a distância da Terra até Alpha Centauri com uma variação da largura de um fio de cabelo humano
Mas essas tecnologias não servem apenas para aumentar a sensibilidade; o objetivo também é detectar tipos diferentes de ondas gravitacionais
Não sei bem o que determina a frequência de uma onda gravitacional
Para ser sincero, ainda não entendo de verdade o que é expansão do espaço ou o que são ondas gravitacionais; para começo de conversa, sou apenas um idiota que não entende tractor calculus
https://www.math.auckland.ac.nz/mathwiki/images/c/cf/Staffor...
Se o trator se move a uma velocidade constante V_tractor m/s, você pode obter a área total do campo em m^2 multiplicando a largura do arado ou da semeadora pelo tempo de trabalho, em segundos
Isso pode ser estendido para um trator cuja velocidade é V(t), somando a área correspondente a cada intervalo infinitesimal de tempo dt
Esse é o teorema fundamental do cálculo de tratores e a base da Tractor Field Theory ;)
Um método mais de nicho, mas interessante, que eu gostaria que o texto tivesse abordado é o campo magnético
Ouvi de um professor de física, há muito tempo, que se espera que, em um campo magnético forte, ondas gravitacionais decaiam em fótons
Na época eu até entendia parte da matemática, mas hoje já não consigo
Ainda assim, parece que há pessoas explorando essa direção
https://indico.cern.ch/event/1074510/contributions/4519384/a...