Gravitationswellen - noch eine Verständnisfrage

[photon]

Hallo nochmal,

ich finde die Suche nach Gravitationswellen richtig spannend, besonders da da so viel Aufwand getrieben wird, z.B. 4 km lange Kanäle, in denen man Abstandsschwankungen um einiges kleiner als der Durchmesser eines Atoms feststellen kann, Messungen in der eisigen Antarktis... ist das eigentlich sicher, daß die da nur Staub gesehen haben und keine Gravitationswellen? Schade, daß der LISA Satellit gecancelt wurde...

nun, meine Frage ist, wenn Licht sich den Raumzeitkrümmungen durch Gravitationsfelder "beugt", sind dann Gravitationswellen überhaupt messbar? Weil wenn sozusagen alles - wie bei Teilchen auf einer Wasserwelle - der Bewegung (den Auslenkungen) der Gravitationswelle folgt, inklusive der Photonen / Lichtwellen, dann vielleicht auch die Messgeräte und die Atome aus denen sie zusammengesetzt sind auch und ein Unterschied wäre nicht erkennbar? An welcher Stelle wird der Unterschied also sichtbar?

ich vergleiche das (z. Zt. noch) mit einem 2-d Wesen was sich auf einer (unendlich dünnen) Geraden bewegt, die sich zu einem Kreis gebogen hat. Die Länge der Geraden ändert sich dabei ja nicht (oder?) und da es oben und unten nicht kennt wundert es sich nur, daß es irgendwann wieder am Startpunkt ankommt. Daß die Gerade gekrümmt wurde hat es nicht "bemerkt" bzw. konnte es mit seinen 2-d Messgeräten nicht messen.
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Mit freundlichem Gruße
das photon

[Herr Senf]

Hallo photon, so geht's
wenn man sich einen großen Kreis z.B. aus Testmassen vorstellt, so wird der durch eine Gravitationswelle zur Ellipse verformt.
Nun braucht man in diesem Kreis nur zwei senkrechte Interferometer-Arme, die werden unterschiedlich gestaucht oder gestreckt.
Im Ergebnis wertet man die Phasenverschiebung zwischen den beiden Längen zB 4km(+) und 4km(-) aus wie beim Michelson-Interferometer.
Grüße Senf
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ich muß auch mal was dazu sagen

[photon]

Hallo Herr Senf,

eine simple, sehr einleuchtende Erklärkung, danke! Doch da würde ich gerne nochmal nachhaken. Diese Stauchung / Streckung, genau darauf beziehe ich mich. Wenn sozusagen 1 m 1m bleibt, obwohl die Gravitationswelle die Raumzeit gestaucht / gestreckt hat, dann ist zwar real die Raumzeit auf dem einen Arm länger bzw. kürzer als auf dem anderen, doch da die Gravitationswelle gleichzeitig alle Objekte und Lichtwellen in ihr, also auch die Interferometer mit gestaucht / gestreckt hat (so der mglw. irrige Gedanke) würde man die Phasenverschiebung nicht messen - obwohl die Gravitationswelle passiert war.

Plakativ ausgedrückt: das Lineal wurde zwar verbogen doch für uns erschien es trotzdem grade, da wir selbst und das Lineal "Teil" der Raumzeit sind / wären.
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Mit freundlichem Gruße
das photon

[photon]

weiß jemand eine Antwort? Also gibt es für meine Überlegung (bzgl. der Möglichkeit der Nicht-Messbarkeit von Gravitationswellen (Annahme: Gravitationswellen sind existent)) überhaupt eine physikalische Grundlage oder bin ich da auf dem Holzweg. Wenn unbekannt bitte auch antworten, dann mache ich mir noch ein paar Gedanken dazu
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Mit freundlichem Gruße
das photon

[Herr Senf]

Hallo photon, die Antwort geht so

in der Frage versteckt sich die Vermutung, daß sich die Koordinaten freier Testteilchen im Gravitationsfeld nicht ändern - das ist so.
Der "Testkreis" von Teilchen schwingt aber trotzdem senkrecht zur Ausbreitung von Gravitationswellen, Teilchen werden beschleunigt.
Das liegt an der Zeitabhängigkeit des "metrischen Tensors", es ändern sich die relativen Abstände der Teilchen - ist auch so.
Man kann es anders so sagen:
das Koordinatenintervall (Δx)² zwischen den Teilchen bleibt konstant, der physikalische Abstand ist aber das räumliche Linienelement (Δl)².
Der lineare Ansatz in der Minkowski-Metrik kommt dann zum Ergebnis Δl = (1-h11) * Δx , Komponenten des Krümmungstensors R sind ≠0.
Noch einfacher, wir haben in der Gravitationswelle ganz schwache Felder, deshalb bleiben Längenmaßstäbe und Uhren konstant.

Ich denke, jetzt sind alle Klarheiten beseitigt - Grüße Senf
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ich muß auch mal was dazu sagen

[photon]

Hallo Herr Senf,

wenn mit Linienelement die Raumkrümmung (Biegung entlang der Linie zwischen den Teilchen) gemeint ist, die "uns" gerade erscheint denke ich, habe ich in etwa verstanden was du meinst. Was dann gemessen wird ist also die Krümmung dieses Linienelements, richtig? Und wenn ja, wie wird das dann gemessen. Du meintest eingangs, daß der Phasenunterschied gemessen wird, wird dieser durch die Krümmung geändert bzw. wandert die Lichtwelle entlang der Krümmung und legt daher einen etwas längeren/ kürzeren Weg zurück als die interferierende Welle deren Weg durch die Gravitationswelle nicht geändert wurde?
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Mit freundlichem Gruße
das photon

[Herr Senf]

Hallo photon,
die Gravitationswelle bewirkt eine Oszillation des Krümmungstensors, was zur periodischen Beschleunigung und Auslenkung der Testteilchen im gedachten Kreis führt.
Zur Messung nimmst du zwei frei bewegliche Spiegel X+Y um 90° versetzt auf einem möglichst großen Kreisumfang, im Mittelpunkt O ist der halbdurchlässige Spiegel für die Interferenz.
Wichtig ist, daß die Spiegel "mit dem Raum wackeln können", sie dürfen also untereinander nicht starr verbunden sein, der Radius O-X bzw O-Y sollte auch größer als 1 km sein.
Wenn Y in Richtung O gestaucht wird, wird X gestreckt und umgekehrt, wir bekommen anstelle des Kreises eine rotierende Ellipse mit der Frequenz der Gravitationswelle.
Wenn die Detektoren hoffentlich bald die erforderliche Empfindlichkeit haben, würden wir ein sich periodisch veränderndes Interferenzmuster beim Durchgang einer Welle sehen.
Grüße Senf
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ich muß auch mal was dazu sagen

[photon]

Hallo Herr Senf,

interessant, muß ich mich mal genauer rein lesen wenn ich Zeit hab. Blöd, daß die Amplitude mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, sonst wäre es bestimmt leichter diese Wellen zu messen. Hier das Bild, zu dem was du oben beschrieben hast:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/Ligo.svg

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationswellendetektor

(den Link habe ich erst jetzt gefunden )

wenn ich es richtig verstanden habe haben die Wissis am Südpol versucht (oder versuchen es noch) Gravitationswellen vom Urknall zu messen. Da gab es Anfang 2014 eine Erfolgsmeldung, die aber später von anderen Physis durch intergalaktischen Staub erklärt wurde: http://physicsworld.com/cws/article/news/2014/sep/22/bicep2-gravitational-wave-result-bites-the-dust-thanks-to-new-planck-data

kann man Gravitationswellen nicht irgendwie auch künstlich erzeugen oder simulieren, vielleicht am LHC? Wenn dort Protonen mit so ungeheurer Energie zusammenknallen und man den Detektor so nah wie möglich ran bringt, vielleicht könnte man da was messen?
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Mit freundlichem Gruße
das photon

[photon]

Hallo Herr Senf und alle,

habe noch ein paar kleinere Fragen bzgl. des Interferometer Experiments.

1. habe mal gehört, daß Gravitationswellen nur messbar sind wenn das sie auslösende Ereignis nicht symmetrisch (oder zentralsymmetrisch) ist. Was heißt das: werden im symmetrischen Fall keine Grav.wellen erzeugt oder sind die dann nur nicht messbar weil beide Testmassen im gleichen Maße ausgelenkt würden?

und daran anschließend:

2. spielt die Ausrichtung des Interferometers gegenüber der eintreffenden Gravitationswelle keine Rolle und wenn dem so ist, wieso nicht?

3. ab welcher Energie / Masse (z.B. bei einem Stoß zweier Objekte wie im Teilchenbeschleuniger) wäre bei idealer Nähe zum (künstlich erzeugten) Ereignis eine Gravitationswelle - mit heutigen Mitteln - überhaupt messbar. Wäre also mein Vorschlag mit dem LHC theoretisch durchführbar oder läge die Wirkung dabei ettliche Größenordnungen unter dem was messbar wäre?

bitte nur so ausführlich antworten wie dir / euch zeitlich möglich ist (ich erwarte keine formalen Begründungen wie z.B. in Barney's Thread). Bei einigen Fragen reichen ja sicherlich auch reine Zahlenwerte bzw. ein ja oder nein mit vielleicht kurzer Begründung. Evtl. auch (nicht zu theoretische) Links zum lesen
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Mit freundlichem Gruße
das photon

[Barney]

Hallo Photon,

[photon]

Hallo Barney,

das im physicsworld Artikel erwähnte BICEP2 Experiment:

http://de.wikipedia.org/wiki/Background_Imaging_of_Cosmic_Extragalactic_Polarization

ist (war) am Südpol lokalisiert.

[ralfkannenberg]

[photon]

dann eben der indirekte Nachweis von Gravitationswellen

[ralfkannenberg]

[photon]

danke für den Hinweis Ralf, siehe:

http://de.wikipedia.org/wiki/PSR_1913%2B16