1973 schlugen Grishchuk und Sazhin in ihrer Arbeit "Emission von Gravitationswellen durch einen elektromagnetischen Hohlraum" vor, eine Methode zur Erzeugung von Gravitationswellen für Experimente, mit dem Argument, dass die Erzeugung zwar sehr schwach wäre, dies aber der Fall wäre auch nicht unter dem Zerfall in $ r ^ {- 2} $ leiden.

Die Idee war, eine schnelle Änderung des Quadrupolmoments in den Elektronen eines Metallhohlraums zu erzeugen, indem sehr hochfrequente EM-Strahlung an ihn angelegt wird. Es wurde gefunden, dass der Durchschnitt des Energieflusses in der Größenordnung von $ G c ^ {- 3} R ^ {- 2} \ lambda ^ 2 r_0 ^ 2 \ varepsilon ^ 2 $ liegt, wobei $ \ lambda $ die Frequenz der Gravitation ist Strahlung, $ r_0 $ die charakteristische Dimension des Hohlraums und $ \ varepsilon $ die Energiedichte der EM-Welle.

Anhand von $ G c ^ {- 3} $ können Sie erkennen, dass es ziemlich klein sein wird. Ich weiß nicht, ob diese Idee jemals wieder diskutiert wurde (auf dieses Papier wurde fast nie verwiesen) oder ob es heute plausibler wäre, aber es ist sicherlich ein ziemlich komplexer Aufbau für sehr kleine Ergebnisse.

Zwar ist LIGO unglaublich empfindlich, so dass es Welligkeiten in der Raumzeit messen kann, die bis zu einigen 1000-Dollar-mal kleiner sind als die Breite eines Protons, aber es ist ebenso wichtig, beispielsweise das GW150914-Ereignis zu berücksichtigen, wodurch einige andere Faktoren hervorgehoben werden, die bei der Erzeugung und Erfassung von Gravitationswellen eine Rolle spielen:

• Die Länge der Arme von LIGO beträgt physisch jeweils 4 km und virtuell 1120 km - siehe offizielle Quelle und Fabry-Pérot-Interferometer.

• Es wurde angenommen, dass das Paar der Schwarzen Löcher in diesem Ereignis eine Masse zwischen $ 30M _ {\ odot} $ und $ 35M _ {\ odot} $ aufweist, die ausreichend nahe beieinander liegen und bei etwa $ 0,3 c $ liegen auf $ 0.6c $ (wobei $ c = 3 \ mal 10 ^ {8} ms ^ {- 1} $), was schließlich zu einer Fusion in $ 0.2 $ Sekunden führt. Die Fusion strahlte die Massenenergie von ungefähr $ 3M _ {\ odot} $ als Gravitationswellen aus.

• Das Paar der Schwarzen Löcher befindet sich schätzungsweise in einer Entfernung von etwa 1,4 \ pm0,6 $ Lichtjahren von der Erde (zusätzliche Anmerkung: Der Radius des beobachtbaren Universums beträgt 46 $ Milliarden Lichtjahre). Auf kosmologischer Ebene liegt diese Entfernung also fast in unserer Nachbarschaft.

• Als diese Schwarzen Löcher verschmolzen, emittierten sie die Spitzenenergie von etwa $ 3,6 \ mal 10 ^ {49} Watt $ (ca. $ 5,3 \ mal 10 ^ {47} Joule $). Wiki besagt, dass dies mehr ist als die kombinierte Kraft des Lichts aller Sterne im beobachtbaren Universum. Um ein wenig Perspektive hinzuzufügen, hat der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger LHC eine maximale Leistung von $ 13TeV $, dh $ 2 \ times10 ^ {- 6} Joules $.

Trotz der oben erwähnten Anzahl von Massen b> von Objekten sind ihre Geschwindigkeiten b> und die Energie, die aufgrund ihrer Kollision b> emittiert wird, so überwältigend groß, plusDas Fusionsereignis des Schwarzen Lochs, das fast in unserer Nachbarschaft stattfand, die verfallenen Wellen, die die Erde erreichten, hatten kaum genug Kraft, um von LIGO bei a entdeckt zu werdenFrequenz von $ 35 Hz $ bis $ 250 Hz $ und erzeugen die Verzerrung, die auf der Skala eines Tausendstels einer Protonenbreite messbar ist!

Unter Berücksichtigung dieser Faktoren kann man sich daher vorstellen, wie wahrscheinlich es ist, ein Labor i> zu schaffen, das solche Massen aufnehmen kann, geschweige denn auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt und dennoch eine Kollision zwischen ihnen hervorruftFühren Sie dies alles in einer kontrollierten Umgebung durch, um die Chance zu haben, Gravitationswellen zu erzeugen / zu erfassen.

Kurze Antwort

Sie können, aber um sie erkennbar zu machen, benötigen Sie a lot Masse, und Sie können dies nicht (realistisch) kompensieren, indem Sie näher heranrücken.

Lange Antwort

Im Fall von zwei umlaufenden Massen (z. B. einem binären System oder einem Protonenpaar) skaliert die gemessene Größe - die strain-Amplitude - der emittierten Gravitationswellen wie folgt:

$$ | h | \ propto \ frac {v ^ 2M} {R} $$

wobei $ M $ die Masse des Systems ist, $ R $ der Abstand zwischen dem Detektor und der Quelle ist und $ v $ die Umlaufgeschwindigkeit ist. Beachten Sie, dass dies keine quadratische Abhängigkeit von $ R $ ist, sodass die Entfernung weniger wichtig ist als bei EM-Teleskopen, die den Energiefluss über einen Bildsensor proportional zu $ ​​R ^ messen {-2} $.

Angesichts der Tatsache, dass das GW150914-Ereignis mit $ | h | nahe an der Erkennbarkeitsschwelle lag \ ca. 10 ^ {- 21} $ können wir ungefähr herausfinden, wie sich die Amplitude skalieren würde, wenn wir ein Experiment mit einem Paar beschleunigter Protonen durchführen würden, die beispielsweise von $ 1 \, \ mathrm {m} $ aus beobachtet werden.

$$ \ frac {M_ \ text {proton}} {M_ \ text {GW150914}} \ approx \ frac {1.7 \ times10 ^ {- 27} \, \ mathrm {kg}} {3 \ times10 ^ { 31} \, \ mathrm {kg}} \ ca. 2,8 \ times10 ^ {- 58} $$

$$ \ frac {R_ {GW150914}} {1 \, \ mathrm {m}} \ approx \ frac {1.4 \ times10 ^ {25} \, \ mathrm {m}} {1 \, \ mathrm { m}} \ ca. 1.4 \ times10 ^ {25} $$

Wir müssen also bereits einen Amplitudenabfall um den Faktor $ 3,9 \ times10 ^ {33} $ überwinden. Selbst mit dem LHC, wo $ v>0.9c $, können Sie 33 Größenordnungen nicht wiederherstellen! Denken Sie auch daran, dass Sie Wellen nur im Fernfeldlimit $ R \ gg r $ beobachten können (wobei $ r $ der Umlaufradius ist).

Dies wird in Grundlagen interferometrischer Gravitationswellendetektoren diskutiert.

Einfach weil die Schwerkraft zu schwach ist.

Sie benötigen buchstäblich eine astronomische Menge an Materie, um signifikante Gravitationsfelder zu erzeugen.Und um signifikante Gravitationsstrahlung zu erzeugen, sind die "Systemanforderungen" noch höher: Sie benötigen eine astronomische Menge an Materie, die sich heftig bewegt.

Ihnen fehlt eine sehr wichtige Sache. Die Raumzeit ist auf der Erde bereits verzerrt, viel mehr als die Wellen, die wir entdeckt haben - und Raumzeitverzerrungen sind nicht das einzige, was die LIGO-Detektoren aufnehmen. Die Detektoren sind äußerst empfindlich, aber um nützlich zu sein, müssen sie in der Lage sein, den Unterschied zwischen einer Gravitationswelle und einem vorbeifahrenden LKW zu erkennen.

Eine Lösung hierfür ist, dass es zwei separate LIGO-Observatorien gibt. Wenn eine Verzerrung auf der einen, aber nicht auf der anderen Seite auftritt, wissen wir, dass sie von einer Umgebungsquelle stammt, wie z. B. thermischem Rauschen, Bodenvibrationen, möglicherweise sogar der Verschiebung der eigenen Schwerkraft der Erde (ich bin nicht sicher, ob die Änderungen groß genug sind, um von ihnen erkannt zu werden LIGO). Um eine Gravitationswelle zu erfassen, muss die "Wellenfront" groß genug sein, um beide Observatorien in genauen Zeitintervallen (bezogen auf die Quelle) zu beeinflussen. Wir haben sicherlich nicht die Energie oder Ausrüstung, um eine Gravitationswelle zu erzeugen, die massiv genug dafür ist.

Könnte LIGO eine vom Menschen verursachte Gravitationswelle erkennen? Möglicherweise - wie Sie bemerkt haben, ist es sehr empfindlich. Könnte es es vom Lärm isolieren? Nein, bei weitem nicht. Das Livingston-Observatorium befindet sich tatsächlich in einem bearbeiteten Wald und kann die Bäume fallen hören. Das heißt, es ist empfindlich genug, um die mikro-seismischen Schwingungen des auf den Boden auftreffenden Baumes sowie der Holztransporter, die die Holzscheite tragen, zu erfassen. Ich bin mir ziemlich sicher, dass es keinen Ort auf der Erde gibt, an dem man ein ähnliches Observatorium aufstellen könnte, ohne Umgebungsgeräusche zu haben, die weit über das hinausgehen, was man von künstlichen Gravitationswellen erwarten würde, und auf diesen Skalen den Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit Die Anzahl der Gravitationswellen und der damit verbundenen seismischen Wellen von der Quelle ist möglicherweise geringer als unsere Fähigkeit, sie zu erkennen. Ganz zu schweigen davon, dass Sie selbst mit nur einem Observatorium eine Wellenfront benötigen, die für den Detektor selbst mit ihren Abmessungen von 4 km x 4 km "flach" aussieht. Das ist ein ziemliches Problem, da sich die Wellen in drei Dimensionen ausbreiten.

We kann im Labor Gravitationswellen erzeugen! Zum Beispiel müssen wir nur unseren Körper bewegen und wir werden diese Wellen bereits erzeugen. He, die Wellen werden jedoch so schwach sein, dass wir sie mit den heutigen Messtechniken nicht messen können.Derzeit ist die Empfindlichkeit des LIGO-Experiments um mehrere Größenordnungen zu niedrig, um die vom Menschen erzeugten Gravitationswellen zu messen.