Das Leben auf der Erde kann seinen Glücksstern für Jupiter und Saturn danken

Paul Sutter ist Gastwissenschaftler am Zentrum für Kosmologie und AstroPartikelphysik der Ohio State University (CCAPP). Sutter ist auch Gastgeber der Podcasts Frage einen Raumfahrer und RealSpaceund die YouTube-Serie Raum in deinem Gesicht. Sutter hat diesen Artikel beigetragen ProfoundSpace.org Experten-Stimmen: Op-Ed & Insights

Wolltest du schon immer mal von weit her kommen und einfach ... jemanden schlagen? Normalerweise ist es ziemlich schwierig, aber wenn Sie beide in etwas Wasser stehen, ist es nicht so schwer. Du schlägst das Wasser, das Wasser macht eine Welle, die Welle reist zu deinem Gegner und es schlägt dir zu.

Es muss auch kein Wasser sein. Sie können es auch in der Luft tun, obwohl es nicht sehr effektiv ist. [Die Jagd nach Gravitationswellen: Vollständige Abdeckung]

Und Sie können es in einem perfekten Vakuum tun.

Der Schlüssel hier ist die Natur der Raumzeit. Ich habe vor der Bedeutung von Raum-Zeit diskutiert - wie Raum und Zeit in einem einzigen Gewebe vereint sind, das sich in vier Dimensionen über die Ewigkeit erstreckt. Das war die Magie, die Albert Einstein ermöglichte, seine Theorie der speziellen Relativitätstheorie zu entwickeln. Aber um die spezielle Relativität zu verallgemeinern, musste Einstein einen weiteren Sprung machen: Raum-Zeit ist nicht nur eine Bühne, fest und unbeweglich, ein Hintergrund für alle Teilchen und Kräfte, auf denen man herumspielen kann.

In der allgemeinen Relativität ist Raum-Zeit dynamisch. Die Bühne ist auch ein Schauspieler! Es kann sich verformen und verdrehen und biegen und biegen. Es kann Welle. Es reagiert auf die Anwesenheit von Materie und Energie und kann das Verhalten derselben Materie und Energie genau so beeinflussen, wie Sie es können. Raumzeit ist ein Ding.

Raum-Zeit ist kein Holzboden; Es ist ein Trampolin. Es biegt und krümmt sich unter dir, und dieses Biegen beeinflusst die Bewegung von Dingen um dich herum. Geh voran: Stell dich in die Mitte eines Trampolins und lass ein paar Freunde Bälle rollen. Schau dir an, wie ihre Bahnen kreisen. Congrats - du bist eine lebende, atmende Allgemeine Relativitätstheorie.

Genau wie jedes andere dynamische Material, wie Wasser oder Luft, erlaubt die Raum-Zeit-Wellen, durch sie zu reisen. Aber Wellen von Was?

Nun, Wasserwellen sind Wellen aus Wasser. Luftwellen bestehen aus Luft. Raum-Zeit-Wellen bestehen aus ... du hast es erraten: Raum-Zeit!

Ich habe das Bedürfnis zu beachten, dass dies eine große Voraussage der allgemeinen Relativitätstheorie ist und niemals in reiner Newtonscher Schwerkraft zustande kommen würde. In der Tat bin ich mir ziemlich sicher, dass Isaac Newton dich ins Gefängnis bringen würde, weil du es überhaupt erwähnt hast.

Sie können sich eine Welle als Störung sowohl in Raum als auch Zeit vorstellen. Schwimme an einer Stelle im Ozean und du wirst mit jedem vorbeiziehenden Kamm auf und ab hüpfen. Machen Sie ein Foto des Ozeans von Ihrem Penthouse-Balkon, ein Moment in der Zeit eingefroren, und Sie können das Wellenmuster sehen, das sich bis zum Horizont erstreckt.

Aber wenn du deine Bojen-Imitation ("David Booy?") In der Mitte des Wassers machst, wirst du feststellen, dass du, wenn du dich nicht herumwirbelst, tatsächlich mehr oder weniger an einer Stelle bleibst. Auf und ab rutschen, ja, aber immer wieder dorthin zurückkehren, wo du angefangen hast. Wellen übertragen nicht Sachen; sie übertragen Energie.

Das ermöglicht das Slapping. Die Wellen, die an einer Küste brechen, sind das Ergebnis von fernen wilden Stürmen, die gegen das Wasser schlagen, oder von fernen Winden, die über die Oberfläche streichen. Du kannst den Sturm nicht sehen, aber er kann trotzdem einen Teil seiner Energie auf dich übertragen.

Und Gravitationswellen (beachten Sie hier, sie sind nicht "Gravitationswellen"; dieser Name wurde vor der allgemeinen Relativitätstheorie genommen.) sind ähnlich. Sie lassen dich auf und ab hüpfen. Naja fast. Es ist mehr wie rein und raus. Oder Stretchy-Squeezy, wie Raum-Zeit mit Kitt spielt. Wenn eine Gravitationswelle durch Sie hindurchgeht, werden Sie buchstäblich immer wieder ausgestreckt und gequetscht.

Aber wie könnte eine einfache Welle in der Raumzeit dich so beeinflussen? Welche Kraft benutzt es? Es nutzt die Schwerkraft, denn das ist die Schwerkraft istdas Biegen und Verziehen der Raumzeit. Und wenn die Raumzeit wackelt, wackelt es.

Es ist ziemlich einfach eine Gravitationswelle zu machen. Bewegen Sie sich einfach. Sehen? Ich sagte, es sei einfach! Aber um einen sogar kaum substanziell zu machen, hilft es schwer zu sein. Wie schwarzes Loch schwer. [Die Suche nach Gravitationswellen (Galerie)]

Ein schwarzes Loch, das nur dort sitzt und sich um seine eigenen Angelegenheiten kümmert, wird keine Wellen schlagen, so wie du es nicht in der Mitte eines Pools stehst. Aber wenn dieses schwarze Loch anfängt sich zu bewegen - zB indem es sich auf einen Kollisionskurs mit einem Verwandten dreht - wird es wie eine Glocke klingeln.

Diese Wellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit durch die Raumzeit und waschen sich schließlich über die Erde. Aber selbst große Wellen von den wichtigsten Ereignissen im Universum sind äußerst schwer zu finden. Ich meine, es ist nicht so wie du oder ich fühle mich von Minute zu Minute immer größer und kleiner. Sie könnten sie fühlen, wenn sie stark genug waren - oder wenn Sie das Pech hatten, dem Fusionsereignis nahe zu kommen - aber selbst die schweren Teilchen in unserem Universum machen nur die kleinste Raum-Zeit-Briese.

Es ist nicht so, dass wir noch keine Beweise für Gravitationswellen gesehen haben. Der Nobelpreis für Physik 1993 wurde für den indirekten Nachweis dieser Wellen vergeben: Ein Pulsar, der einen Neutronenstern umkreist, verliert ständig Energie, indem er die Raumzeit unter ihnen schwingt, wodurch sie langsam zusammenfallen.

Was wir uns mit Experimenten wie dem Laserinterferometer Gravitationswellen Observatorium (LIGO) erhoffen, ist direkt beobachten Gravitationswellen, wie sie auf die Erde schwappen. Stellen Sie sich all die fantastischen Ereignisse im Kosmos vor: Schwarze Löcher kollidieren, massereiche Sterne explodieren, selbst das schwächste Geflüster aus den frühesten Momenten des Universums.Aber hinter dichten Schichten undurchdringlichen Gases verborgen oder tief in der kosmischen Zeit vergraben, bleiben sie unerreichbar, unzugänglich für die traditionelle Astronomie. Aber die Wellen bleiben bestehen.

Die Fähigkeit, Gravitationswellen direkt zu sehen, würde die Scheuklappen von einem der letzten großen Fenster in das Universum entfernen und uns erlauben, die Grundlagen der Schwerkraft in einigen der extremsten Ecken des Kosmos zu studieren. Welche Wunder werden uns offenbart? Welche neuen Geheimnisse werden uns konfrontieren und verwirren?

Der Himmel über uns läutet aus der Kakophonie unzähliger Glocken, die alle eine einzigartige Signatur des Ereignisses erhalten, das sie geschaffen hat. Diese Wellen überschwemmen uns und durch uns, subtil und sanft die Raumzeit unter unseren Füßen und in unseren Körpern.

Irgendwo im Weltraum versucht ein schwarzes Loch dich zu schlagen. Sanft, streichelnd, aber trotzdem. Kannst du es spüren?