Gravitationswellen nachgewiesen!

Bikeman · 15. Februar 2016

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: StephanPsy
 das versteh ich nicht: ich dachte (hat es doch vorher so geheissen) dass die Gravitationswelle Auswirkung nur auf eine Richtung, senkrecht zur Bewegungrichtung, hat ?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

"senkrecht zur Bewegungsrichtung" beschreibt eine Ebene , nicht eine Richtung. In dieser Ebene wiederum kommt es (zu einem gegebenen Zeitpunkt, im Takt der Frequenz der Welle) in einer Richtung zu einer Streckung und in der anderen Richtung zur Stauchung.

GünterD · 15. Februar 2016

Hallo Dominik,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: DK279
 ja, genau so ist es natürlich! Ich hoffe, es war nicht mein obiger Post, der dazu geführt hat dass sich nun die Diskussion in Richtung "Rotverschiebung" drehte, bzw. dass sich Poster in das Bild "Frequenzänderung" verliebten (nicht böse gemeint!). Ich meinte mit "Rotverschiebung 5" einfach nur ein beliebiges Beispiel für ein weit entferntes Objekt. Die direkteste Erklärung für die Funktionsweise von LIGO und Co. ist wirklich der Laufzeitunterschied.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Nein, ich dachte ich könnte Gert mit dem Hinweis auf die freien Spiegel einen Verständnishinweis geben.

Wenn wir hier schon bei Verständnisproblemen sind, da wird hartnäckig die Auffassung verteidigt (nicht in diesem thread, glaube ich) Gravitationswellendetektoren könnten kein Signal messen, weil die Lichtwellenlänge mit dem Raum gedehnt wird und sich netto nichts ändert. Obwohl das richtig ist, läßt es völlig außer acht, was tatsächlich gemessen wird. Harmlos ist dagegen die Vorstellung von "Dehnen" und "Stauchen" des Raums, was die ART so nicht hergibt. Danach sind die Spiegel mitbewegt und die Eigenlänge zwischen ihnen ändert sich. Das sage ich natürlich nicht Dir sondern ev. daran interessierten Mitlesern.

DK279 · 15. Februar 2016

Hi Günter,

ja, doch, die Frage warum man überhaupt was messen kann hatten wir doch!

Letzten Endes: Das schöne ist einerseits, dass das mal eine moderne, bahnbrechende Messung ist die eigentlich jeder intuitiv ein Stück weit nachvollziehen kann. Wie so oft lauert da aber auch die Gefahr, dass man das intuitive Verständnis zu 100% mit dem gleichsetzt was passiert, und dann gehts halt schief.

Viele Grüsse!
Dominik

M31Forscher · 15. Februar 2016

Hallo,

mal eine Frage zu der weiter oben erwähnten Lichtausbreitung und der Expansion:

Im frühen Universum, wo es nur 2 Milliarden Lichtjahre gross war, ist eine Galaxie 1 Milliarde Lichtjahre von uns entfernt. Das Licht bräuchte dann 1 Milliarde Jahre zu uns.

Jetzt expandiert das Universum aber und der Raum wird stetig größer. Erreicht das Licht dieser Galaxie uns in diesem Fall nicht erst später wie 1 Milliarde Jahre? Während das Licht von der Galaxie zu uns unterwegs ist, wird ja der Abstand zwischen der Galaxie und uns auch stetig größer.

Kalle66 · 16. Februar 2016

Moin M31Forscher,
ist zwar jetzt ein anderes Thema ...

Wenn zwei Galaxien 1 Mrd. LJ von einander entfernt sind, müssen wir uns erst mal darauf einigen, wie Du die 1 Mrd berechnet hast. Auf solchen Dimensionen ist das mit dem Prinzip der Gleichzeitigkeit nämlich so eine Sache.

Aber ok, sie seien jetzt aktuell 1 Mrd LJ entfernt, dann braucht ein Lichtstrahl der jetzt losgeschickt wird 1 Mrd Jahre plus die zusätzliche Zeit, um der das Universum sich aufgrund der Expansion noch ausdehnen wird. Beträgt die Expansionsrate z.B. 25 km je Mio LJ je Sekunde, wächst eine Strecke von 1 Mrd LJ dann
1 Mrd*365*24*60*60 = 3,1 E+16 Sekunden lang um je 25 km je Mio LJ (also 25.000 km auf Mrd. LJ) an, also
3,1 E+16*25.000 = 7,9 E+20 km,
das sind umgerechnet 83 Mio LJ.

Um diese Distanz wäre der Abstand der beiden Galaxien dann angewachsen, bevor das Licht eine Mrd LJ zurückgelegt hat. Es müsste also weitere 83 Mio LJ zurücklegen, während das Universum weiter wächst.

Das ist jetzt nur eine Abschätzung, bewusst einfach gehalten ohne "Zinseszinsrechnung" und unter Annahme einer konstanten Expansionsrate (so konstant ist die ja leider nicht).

Ich hoffe, dass mir jetzt ad hoc kein Rechenfehler unterlaufen ist. Wenn der Abstand hinreichend groß sind, dann wächst der Abstand schneller an, als dass Licht es durchwandern kann; es wird nicht ankommen. Man spricht vom (zukünftigen) sichtbaren Horizont.

Wenn man die Berechnung anders (rückwärts) führt, kann man ähnlich abschätzen, wie weit Galaxien beim Absenden des Lichts von einander entfernt waren, deren Licht heute bei uns ankommt bzw. ausrechnen, wie weit die Galaxie beim Absenden max. entfernt sein durften, damit das Licht heute bei uns ankommt. Eine Art historische Betrachtung des sichtbaren Horizonts.

Man kann dann noch natürlich ausrechnen wie weit heute die Galaxie von uns entfernt ist, deren Abstand beim Absenden gerade ausreichte, dass das Licht bei uns heute ankommt oder einfach die Dauer benennen, die das Licht gebraucht hat. Dauer wird dann aber gerne mit Entfernung verwechselt. Aus "das Licht brauchte 1,083 Mrd. Jahre", wird dann "1,083 Mrd LJ" als zurückgelegte Strecke des ankommenden Lichts. Ein Fall, aber am Ende drei verschiedene Entfernungsangaben, je nach Betrachtung.

Falls Du weitere Fragen hast, mach bitte ein neues Thema auf.

Gruß

Gert · 16. Februar 2016

Hallo Günter,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: GünterD
 Bei solchen Diskussionen wird manchmal die freie Aufhängung der Spiegel übersehen. Diese folgen dadurch kräftefrei der Dehnung in dem einen, bzw. gleichzeitigen Stauchung des Raums in dem anderen Arm des Instruments. D.h. es erfolgt gleichzeitig eine Abstandsvergrößerung und eine Abstandsverkürzung, was über die Laufzeitmessungen detektiert wird. Wenn ich mich richtig erinnere, gehen die Lichtpulse ein paar mal hin und her (eine Art sampling). Das kann man machen, weil die Lichtlaufzeit kurz verglichen mit der Dauer der Periode der Gravitationswelle ist.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Die Signifikanz der Aufhängung besteht in der Entkopplung von Störungen (Vibrationen) aus der Umbegung. Für das eigentliche Messprinzip halte ich das nicht für Ausschlaggebend. Viel Einigkeit in der Erklärung des Messeffekts sehe ich in diesem Thread noch nicht. Können wir uns mal einigen, ob folgende Statements zum Messprinzip richtig oder falsch sind. (Wie startet man in diesem Forum eigentlich ein 'Vote' ?)

<ul><li>Bei der Dehnung/Stauchung der Raumzeit bleiben die Spiegel zurueck und erzeugen den Wegunterschied im I-Meter.</li>
<li>Bei der Dehnung/Stauchung der Raumzeit sind die Spiegelatome starr an den Raum gekoppelt und bewegen sich (trägheitsfrei). Das Licht erfährt die selbe Raumzeit und es ist erstmal nicht klar wo die Phasendifferenz herkommt.</li>
<li>Der Laserstrahl erfährt bei durchlaufen der GW eine Rotverschiebung. Wer hatte das schicke Beispiel mit der Bleikugel gebracht? Aber es gibt ja auch den Weg zur Bleikugel. Gedankenexperiment: Ich stehte 10m vor der Kugel. Kurz vor der Kugel is ein Spiegel. Ich schicke einen Lichtstrahlt zum Spiegel. Auf dem Weg dorthin wird er Blauverschoben, triffty den Spiegel, wird reflektiert und kommtzu mir zurueck. Dabei wird er rotverschoben. Heben sich Blauverschiebung und Rotverschiebung auf? Wo ist dann der Trick?</li>
<li>Das Ganze liegt am Quadrupolmoment der GW und ist mit keinem der Vorstellung zugänglichen Model verständlich</li></ul>

Clear Skies,
Gert

GünterD · 16. Februar 2016

Hallo Gert!
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Gert
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: GünterD
 Bei solchen Diskussionen wird manchmal die freie Aufhängung der Spiegel übersehen. Diese folgen dadurch kräftefrei der Dehnung in dem einen, bzw. gleichzeitigen Stauchung des Raums in dem anderen Arm des Instruments. D.h. es erfolgt gleichzeitig eine Abstandsvergrößerung und eine Abstandsverkürzung, was über die Laufzeitmessungen detektiert wird. Wenn ich mich richtig erinnere, gehen die Lichtpulse ein paar mal hin und her (eine Art sampling). Das kann man machen, weil die Lichtlaufzeit kurz verglichen mit der Dauer der Periode der Gravitationswelle ist.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Die Signifikanz der Aufhängung besteht in der Entkopplung von Störungen (Vibrationen) aus der Umbegung. Für das eigentliche Messprinzip halte ich das nicht für Ausschlaggebend.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Weil du die Erläuterung zur freien Aufhängung s. oben noch nicht zur Kenntnis genommen hast. Gegenbeispiel: Stell die einen starren Stab vor, an dessen Ende Spiegel starr befestigt sind. Ändert sich deren Abstand beim Durchgang einer Gravitationswelle?
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Gert<li>Bei der Dehnung/Stauchung der Raumzeit bleiben die Spiegel zurueck und erzeugen den Wegunterschied im I-Meter.</li>
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Die Raumzeit ist bereits dynamisch. Es ist der Raum, der gedehnt/gestaucht wird. Die Spiegel bleiben nicht zurück, sondern ändern im Takt der durchgehenden Gravitationswelle ihre Position und dies gegenläufig, s. oben.
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Gert<li>Bei der Dehnung/Stauchung der Raumzeit sind die Spiegelatome starr an den Raum gekoppelt und bewegen sich (trägheitsfrei). Das Licht erfährt die selbe Raumzeit und es ist erstmal nicht klar wo die Phasendifferenz herkommt.</li>
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">s. oben "Änderung der Position". Das Licht durchquert den Raum und es ist klar, daß eine Phasendifferenz durch unterschiedliche Laufzeiten generiert wird.
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Gert<li>Der Laserstrahl erfährt bei durchlaufen der GW eine Rotverschiebung. Wer hatte das schicke Beispiel mit der Bleikugel gebracht? Aber es gibt ja auch den Weg zur Bleikugel. Gedankenexperiment: Ich stehte 10m vor der Kugel. Kurz vor der Kugel is ein Spiegel. Ich schicke einen Lichtstrahlt zum Spiegel. Auf dem Weg dorthin wird er Blauverschoben, triffty den Spiegel, wird reflektiert und kommtzu mir zurueck. Dabei wird er rotverschoben. Heben sich Blauverschiebung und Rotverschiebung auf? Wo ist dann der Trick?</li><hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Im Interferometer spielt nicht eine Rotverschiebung sondern die Lichtlaufzeit eine Rolle.
Kein Trick, auf dem Weg zur Bleikugel gewinnt das Photon Energie, auf dem Weg zurück verliert es sie wieder.
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Gert<li>Das Ganze liegt am Quadrupolmoment der GW und ist mit keinem der Vorstellung zugänglichen Model verständlich</li>
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Das Ganze, Abstrahlung von GW, basiert auf dem zeitlich veränderlichen Quadrupolmoment von Massen, z.b. von sich umkreisende Massen. Die Erde strahlt 200 Watt ab. Bei sich sphärisch symmetrisch verändernden Massen (theoretisch aber nicht praktisch bei einer Supernova) passiert nichts, weil sich das Quadrupolmoment nicht ändert, obwohl Masse beschleunigt wird.

HWS · 16. Februar 2016

"Zitat:
Original erstellt von: Gert
Bei der Dehnung/Stauchung der Raumzeit bleiben die Spiegel zurueck und erzeugen den Wegunterschied im I-Meter.

Die Raumzeit ist bereits dynamisch. Es ist der Raum, der gedehnt/gestaucht wird. Die Spiegel bleiben nicht zurück, sondern ändern im Takt der durchgehenden Gravitationswelle ihre Position und dies gegenläufig, s. oben."

Im Verhältnis zum Raum ändert sich doch die Position der Spiegel nicht. Es ist doch das Licht, das längere oder kürzere Laufzeit braucht. Oder sehe ich das falsch?

Gert · 16. Februar 2016

Hallo HWS

So 100% überzeugt mich keiner der Punkte, die ich da angegeben habe. Deswegen bezeichne ich die auch nur als Hypothesen. Ich kann nicht nachvollziehen das etwas an der Raumzeit angenagelt ist noch dass die Raumzeit wackelt und etwas durch Trägheit zurück bleibt. Wenn da von einem Experten ein belegbare Statement kommt, bin ich ja gerne bereit das zu glauben.

Clear Skies,
Gert

DK279 · 16. Februar 2016

Hallo Gert,

was wäre denn ein belegbares Statement von einem Experten? Was Günter oben schrieb ist korrekt, der eine Abstand Spiegel/Quelle/Detektor wird grösser, der andere gleichzeitig(!) kleiner. Dadurch sind die Lichtlaufzeiten nichtmehr genau so wie einjustiert, und die destruktive Interferenz nichtmehr perfekt --> Detektion.

Also, zusammen gefasst: Der Raum wird beim Durchgang der Gravitationswelle gedehnt (entlang Arm 1) und gleichzeitig gestaucht (entlang Arm 2). Die Lichtgeschwindigkeit bleibt gleich. Durch den gedehnten Arm braucht das Licht also logischerweise ein wenig länger, durch den gestauchten kürzer.

(In der Realität gibt es nicht nur einen kurzen Wellenabschnitt, und das Licht läuft ausserdem mehrfach, die GW kommt nicht genau senkrecht usw. usw. --> hier mal vernachlässigt...)

Ehrlich gesagt verstehe vielleicht ja aber auch ich die Frage nur nicht; mal andersrum gefragt daher: warum genau sollte man denn _keinen_ Effekt sehen? Was meinst Du mit "das Licht erfährt die selbe Raumzeit" in einem Deiner bullet points?

Viele Grüsse,
Dominik

Gert · 16. Februar 2016

Hallo Dominik,

Danke für die Arbeit, die Du Dir mit der Antwort gemacht hast.

Ich habe Probleme damit, einzusehen, dass sich die Raumzeit ändert (stauchen oder dehnen sei mal egal) und dies etwas ist, was man mit einem sich in der Raumzeit befindenden Beobachter sehen kann. Die Aussage '... Durch den gedehnten Arm braucht das Licht länger ... ' ist das Problem. Wenn ich nach Einstein Längen und Zeiten / Gleichzeitigkeiten messe nehme ich Lichtstrahlen, die sich auf Geodäten bewegen. Das ist für Licht die 'geradeste' Möglichkeit der Ausbreitung. Sieh' Dir eine Gravitationslinse an. Für einen Beobachter 'auf dem Lichtstrahl' bewegt dieser sich schnurgerade. Nur wir, die wir das von der Erde sehen, sagen das Licht macht eine Kurve. Der Lichtstrahl folgt der Geodäte der Raumzeit egal wie krumm die ist. Ob Linse oder Welle. Wenn jemand sagt '... der Arm wird kürzer ...' dann wüerde ich mir einen Erklärung wünschen, die mir sagt mit welchem (ART konformen) Masstab die Längenänderung ermittelt worden ist. Und dann möchte ich gezeigt bekommen, warum das Argument, was für den Masstab gilt nicht für den Lichstrahl im Arm gelten soll.

Ist aber eigentlich egal. Die Leute haben ja eine Änderung gemessen, also ist es mein Problem nicht zu verstehen warum. (Don't argue with success). In dem Sinne spiele ich hier nur meinen persönlichen 'Devils Advocat'.

Clear Skies,
Gert

GünterD · 17. Februar 2016

Gert, schade, daß die dir angebotenen Erklärungen nicht fruchten. Sie zu wiederholen würde wahrscheinlich auch nicht helfen.

Vielleicht schaust du nochmal hier. Wenn du dir 2 gegenüberliegende Testpartikel durch Spiegel ersetzt denkst (darauf hatte ich dich weiter oben schon hingewiesen), dann ändert sich deren Position entsprechend. Du kannst dir einen Maßstab zwischen den Spiegeln vorstellen. Ändert sich sich die Position der Spiegel lokal relativ zum Maßstab?

Gert · 17. Februar 2016

Hallo Günter,

Danke nochmal für den Hinweis.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: GünterD
... Vielleicht schaust du nochmal hier. ...
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Da steht : "... indem die lokalen Änderungen der Raumzeit-Eigenschaften die empfindliche Interferenz zweier Laserstrahlen verändern. ..."

Meinem Verständnis hilft das wenig, aber wie gesagt, die LIGO Leute haben die Messung ja gemacht, also muss es irgendwier gehen. Vielliecht finde ich mal irgendwo einen Vortrag, wo das genau erklärt wird.

Auf alle Fälle eine sehr spannende Diskussion und man wird sehen, was in Zukunft von LIGO kommt. Es liegen ja noch Daten aus weiteren Messkampagnen vor, die noch ausgewertet werde sollen. Ein paar 'Events' mehr würde ich mir schon wünschen.

Clear Skies,
Gert

AS-Fan · 17. Februar 2016

Hallo zusammen,
Ich stell mir das so vor: Die Welle kommt ja aus einer Richtung und trifft zuerst den ersten Laseremitter. Dieser verschiebt sich etwas und dadurch verändert sich der Abstand zum Empfänger, bevor auch der von der Gravitationswelle getroffen wird.
Dadurch ergibt sich die Differenz der Lichtlaufzeit.
Kann man das so laienhaft, bildlich sehen?
Viele Grüße
Armin

Gert · 18. Februar 2016

Hallo Beisammen,

Ich eine nette Vorlesungsreihe über das Thema gefunden und meine Frage beantwortet.

https://labcit.ligo.caltech.edu/~ajw/LIGO_SURF02_1.pdf
https://labcit.ligo.caltech.edu/~ajw/LIGO_SURF02_2.pdf
https://labcit.ligo.caltech.edu/~ajw/LIGO_SURF02_3.pdf
https://labcit.ligo.caltech.edu/~ajw/LIGO_SURF02_4.pdf

Am besten Teil 1 Folie 26.

Ich habe dadurch folgende Ansicht erlangt.

Die Odulationen der Raumzeit huschen unter der Materie durch.
Die Materia ist nicht irgendwie an die Raunmzeit gepinnt.
Deswegen funktioniert überhaupt die LISA Planung im Weltraum. Da kann man die Spiegel ja nciht am Boden festschrauben.

Die Phasenverschiebung am I-Meter Ausgang entsteht also folgendermassen:

Die GW rauscht durchs I-Meter und staucht/dehnt die Raumzeit in den Armen. Die Spiegel stört das nicht. Die bleiben träge aufgehängt Ortsfest (was immer 'Ort' hier bedeuten mag). Der Laserstrahl erlebt die zwischen den Spiegel veränderte Raumzeit und fühlt eine andere Wegstrecke. Er kommt daher bei der Interferenz mit Phasenverschiebung an. Alles klar.

Clear Skies,
Gert

Kalle66 · 19. Februar 2016

Gert,
Spiegel frei aufgehängt heißt soviel, wie kräftefrei, nur ihrer Trägheit unterliegend und den wirkenden Schwerkräften unterworfen.

Da nach allg. RT die "Schwerkraft" äquivalent zu "beschleunigt" ist, kann man sich also aussuchen, was einem lieber ist. Letztlich alles nur eine Frage des Bezugssystems.

Wenn Du die Wirkung von Gravitationswellen auf die Spiegel halbwegs nachvollziehen möchtest, mach Dir Gedankenspiele, was man nach klassischer Newtonscher Mechanik an den Spiegeln erleben würde, wenn man das Gravitationspotential der beiden SL (nimm doch die 30 Sonnenmassen, rechne den Unterschied im Gravitationspotential aus, der entsteht, wenn sie "in einer Linie" zu uns stehen (Abstand ~200km zueinander, das nähere also x LJ, das dahinter dann in x+200km) bzw. wenn sie "in Linie quer" zu uns stehen (Abstand der beiden dann x+100km). Dann kannst du anschließend ausrechnen, wie die Spiegel des I-Meters in diesem Potential "beschleunigen" (sprich "fallen") würden und ihren Abstand verändern, während der Lasermesstrahl unterwegs ist (der ist ja 4 km * 300 unterwegs). Das ergäbe dann mal eine erste Näherung, ohne per Tensormathematik die Raumzeit verbiegen zu müssen.

Gruß

stefan-h · 19. Februar 2016

Hi Gert, <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Die Spiegel stört das nicht. Die bleiben träge aufgehängt Ortsfest<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Hüäng dich nicht an den Spiegeln auf.

Wenn die Stauchung auch diese betrifft dann wirkt sich das natürlich auch an den Spiegeln aus. Aber die sind im Vergleich zur Messstrecke ja nur ein paar cm dick, die Strecke für das Licht ist dagegen 4km lang.

Und wie Kalle schon erwähnt hat, das Licht läuft ja nicht nur einmal hin und zurück =8km) sondern wird durch eine spezielle Anordnung (ähnlich einem Etalon) spektral aufgeteilt und dadurch mehrfach reflektiert bevor es durch den zentralen Strahlteiler durchgeht und auf die Messanordnung triff.

Steht auch in den von dir gelinkten Papier, da ist was von 150x zu finden. Bedeutet- die Messstrecke ist also tatsächlich nicht 2x5lm sondern 150x (oder 300x ?) 4km. Damit wirkt sich die Stauchung auf die Messstrecke betrachtet also viel stärker aus als auf die dazu gesehen sehr dünnen Spiegel.

Gruß
Stefan

Gert · 19. Februar 2016

Hallo Stefan,

Die Sache mit der 150fachen Messtrecke ist so ein Ding. Die verwenden ja Perot-Fabry I-Meter, wo das Licht zwischen den teilreflektierenden Spiegeln hinundher geschleudert wird und dabei jedesmal ein bischen durch die Spiegel durchkommt und dann als Vielstrahlinterferenz zusammenkommt. Die Interferenz beim Etalon wird dann als Summe (oder im Grenzfall als Integral) berechnet. So richtig sagen, dass jedes Photon 150x durch das Etalon gelaufen ist, kann man dann nicht mehr. Es kann bei der ersten Teilreflektion schon durchgekommen sein oder erst bei der 150ten. Wenn man Lichtgeschwindigkeit und Detektionsfrequenz des LIGO zusammennimmt gibt es ganz eklige Effekte. Man käbnnte ja sagen man nimmt die Raumzeit als quasistatisch an während dieser ganze Photonenschleuderkram im Etalon passiert und es stellt sich am Beamsplitter dann die korrekte Interferenz ein. Aber bei einer Beobachtungsfrequenz von 100Hz und c=3e8m/sec kommt man auf 3e6m und 4km x 150 ist 6e5m. Also 1:5. Da ändert sich die Raumzeit schon mal während noch das selbe 'Messpaket' Photonen durchs I-Meter fliegt. Nun gut, das werden die LIGO Leute alles bei der Auswertung berücksichtig haben.

Clear Skies,
Gert

GünterD · 19. Februar 2016

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Gert

https://labcit.ligo.caltech.edu/~ajw/LIGO_SURF02_1.pdf
Am besten Teil 1 Folie 26.

Ich habe dadurch folgende Ansicht erlangt.

Die Odulationen der Raumzeit huschen unter der Materie durch.
Die Materia ist nicht irgendwie an die Raunmzeit gepinnt.
Deswegen funktioniert überhaupt die LISA Planung im Weltraum. Da kann man die Spiegel ja nciht am Boden festschrauben.

Die Phasenverschiebung am I-Meter Ausgang entsteht also folgendermassen:

Die GW rauscht durchs I-Meter und staucht/dehnt die Raumzeit in den Armen. Die Spiegel stört das nicht. Die bleiben träge aufgehängt Ortsfest (was immer 'Ort' hier bedeuten mag). Der Laserstrahl erlebt die zwischen den Spiegel veränderte Raumzeit und fühlt eine andere Wegstrecke. Er kommt daher bei der Interferenz mit Phasenverschiebung an. Alles klar.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Leider nicht.

Auf Folie 26 findet sich tatsächlich eine sehr gute Erklärung. Du hast sie allerdings falsch interpretiert.

"GW acts on freely falling masses" ist anzuwenden auf die trägheitsfrei aufgehängten Spiegel. Um mit deinen Worten zu sprechen, der Durchgang einer GW stört die Spiegel, sie sind nicht ortsfest, wie du behauptest. Wären sie ortsfest hätten man kein Signal. Schau dir nochmal die Zeichnung rechts an. Damit man es nicht mißverstehen kann, sind die Spiegel sogar eingezeichnet. Die Distanzen ändern sich aufgrund der Auslenkung der Spiegel um +delta L und gleichzeitig im anderen Arm um - delta L. Dadurch kommt es zu unterschiedlichen Laufzeiten und damit zu einem Signal. Ich finde, klarer als in dieser Zeichnung kann man das für die Messung Wesentliche nicht darstellen.

GünterD · 19. Februar 2016

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: GünterD
 <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Gert

https://labcit.ligo.caltech.edu/~ajw/LIGO_SURF02_1.pdf
Am besten Teil 1 Folie 26.

Ich habe dadurch folgende Ansicht erlangt.

Die Odulationen der Raumzeit huschen unter der Materie durch.
Die Materia ist nicht irgendwie an die Raunmzeit gepinnt.
Deswegen funktioniert überhaupt die LISA Planung im Weltraum. Da kann man die Spiegel ja nciht am Boden festschrauben.

Die Phasenverschiebung am I-Meter Ausgang entsteht also folgendermassen:

Die GW rauscht durchs I-Meter und staucht/dehnt die Raumzeit in den Armen. Die Spiegel stört das nicht. Die bleiben träge aufgehängt Ortsfest (was immer 'Ort' hier bedeuten mag). Der Laserstrahl erlebt die zwischen den Spiegel veränderte Raumzeit und fühlt eine andere Wegstrecke. Er kommt daher bei der Interferenz mit Phasenverschiebung an. Alles klar.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Leider nicht.

Auf Folie 26 findet sich tatsächlich eine sehr gute Erklärung. Du hast sie allerdings falsch interpretiert.

"GW acts on freely falling masses" ist anzuwenden auf die trägheitsfrei aufgehängten Spiegel. Um mit deinen Worten zu sprechen, der Durchgang einer GW stört die Spiegel, sie sind nicht ortsfest, wie du behauptest. Wären sie ortsfest hätten man kein Signal. Schau dir nochmal die Zeichnung rechts an. Damit man es nicht mißverstehen kann, sind die Spiegel sogar eingezeichnet. Die Distanzen ändern sich aufgrund der Auslenkung der Spiegel um +delta L und gleichzeitig im anderen Arm um - delta L. Dadurch kommt es zu unterschiedlichen Laufzeiten und damit zu einem Signal. Und nicht dadurch, daß der Laserstrahl zwischen ortsfesten Spiegeln eine veränderte Raumzeit erlebt, wie du offenbar glaubst.
Ich finde, klarer als in dieser Zeichnung kann man das für die Messung Wesentliche nicht darstellen.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

ngc2051 · 19. Februar 2016

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: Stathis
1. Zum Messprinzip: Der Raum selbst wird ja wellenförmig deformiert. Müsste das Licht dem nicht auch folgen? Warum wird die Stauchung und Streckung der Messröhren überhaupt durch den Laserstrahl registriert?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Hallo Stathis,

der "Witz" ist, dass die Gravi-Welle nicht nur den Raum dehnt, sondern auch einen zeitlichen Dilatationseffekt bewirkt. Beide Effekte bewirken die Interferenzerscheinungen.

LISA Pathfinder nimmt demnächst den wissenschaftlichen Betrieb auf. Diese Mission misst diese relativistischen Effekte mit ihren beiden frei fallenden Gold-Platin-Würfeln noch unmittelbarer und weitgehend ungestört. Auf Ergebnisse dort darf man jetzt auch sehr gespannt sein.

Atlas · 28. Februar 2016

Hallo zusammen,

es stehen hier wohl immer noch zwei scheinbar entgegengesetzte Auffassungen im Raum. Folgt man der Erklärung, die Kip Thorne für den Nachweis von Gravitationswellen durch Interferometrie gibt, dann zeigt sich, daß sie im Prinzip äquivalent sind.

Es gibt zwei verschiedene mathematische Beschreibungen von Gravitationswellen. Beide Beschreibungen sind möglich, haben aber verschiedene Vor- und Nachteile. Jedenfalls darf man sie nicht vermischen.

Die erste Beschreibung („Proper Reference Frame“): Man legt das lokale, als inertial gedachte Bezugssystem eines Beobachters zugrunde, der die GW vorbeiziehen sieht und ihren Einfluß auf die relative Bewegung freier Teilchen beobachtet, also etwa ein Physiker im LIGO. Er wird beobachten, daß zwei solche Teilchen (können z.B. frei aufgehängte Spiegel sein) gegeneinander ausgelenkt werden. Die Ursache liegt im Riemann Krümmungstensor des GW Feldes, man kann sie sich aber auch als Newtonische Gezeitenkräfte vorstellen. Diese Betrachtung ist relativistisch unsauber, aber sie funktioniert innerhalb gewisser Grenzen gut.

Folgt man dieser Beschreibung, taucht immer wieder die Frage auf, wieso man mit einem Lichtstrahl überhaupt die Auslenkung messen kann. Denn wenn die Auslenkung durch Raumzeitdehnung/-stauchung zustande kommt, müßte man annehmen, daß sich die Geodäte des Lichtstrahls entsprechend mit modifiziert, so daß "netto" keine Veränderung herauskommt. Entfernen sich die Spiegel durch Raumzeitdehnung voneinander, und wird durch die Raumzeitdehnung der in der Raumzeit verlaufende Wellenzug ebenfalls auseinander gezogen, ergäbe sich keinerlei Veränderung der Phasendifferenz von auslaufender und einlaufender Welle – man würde nichts messen.

Sieht man sich aber die Form der lokalen Metrik in dieser Beschreibung an, so zeigt sich, daß sie (fast) völlig flach ist. D.h. die Raumzeit expandiert oder schrumpft fast gar nicht durch die Welle. Aber nur fast. Es gibt einen Korrekturfaktor zweiter Ordnung, der den Quotienten von Armlänge des Interferometers und Wellenlänge der GW enthält, und zwar zum Quadrat. Bei LIGO ist dieser Faktor sehr klein: 4 km Armlänge dividiert durch 500 km Wellenlänge, und das zum Quadrat gibt ungefähr 1/10000. D.h. die Wirkung der GW auf die Spiegel ist 10000 mal größer als ihre Wirkung auf die Metrik der Raumzeit. Die Änderung der Metrik durch die GW kann man also vernachlässigen und die Raumzeit als durchgängig flach bleibend ansehen. Aber: Bei LISA wird das nicht mehr gehen, weil dort die Armlänge genauso groß oder noch größer sein wird als die Wellenlänge der GW. Dadurch wird der Einfluß der GW auf die Geodäte des Lichtstrahls genau so groß oder noch größer als die auf die Position der Spiegel. Dann ist die Beschreibung im „proper reference frame“ nicht mehr möglich. Newton ade!

Die zweite Beschreibung nennt sich „TT Eichung“ (TT gauge, wobei TT für „transverse traceless“ steht). Sie ist relativistisch sauberer als die erste, weil sie nicht mehr an das Bezugssystem eines speziellen Beobachters gebunden ist, sondern überall gilt. Schaut man sich hier die Metrik an, errechnet die Geodäten zweier freier Teilchen (oder Spiegel) und daraus ihre Bewegungsgleichung, so stellt man fest, daß sich ihre Orte beim Durchgang der GW gar nicht verändern. Sie bleiben in einem beliebigen Koordinatensystem exakt dort, wo sie sind. Was sich ändert, ist allein die Metrik, also die Krümmung der Raumzeit, und damit die Geodäten der Photonen.

Die Ergebnisse eines mit Maßstab und Uhr ausgestatteten Beobachters, der die Abstände der beiden Teilchen mißt, kommen in beiden Beschreibungen genau gleich heraus. Nur würde man sie in der ersten Sichtweise eben so erklären, daß die Teilchen ausgelenkt werden, während die Metrik (im Wesentlichen) flach bleibt. In der zweiten sagt man hingegen, daß die Teilchen in Ruhe bleiben, während sich die Metrik unter der GW verändert.

Bezogen auf das LIGO Interferometer heißt das folgendes: Gemessen wird immer die Veränderung der Phasendifferenz zwischen auslaufendem und eingehendem Strahl. In der ersten Sichtweise entsteht die Veränderung der Phasendifferenz dadurch, daß die GW die Spiegel relativ zueinander beschleunigt und somit deren Abstand ändert, während der Lichtstrahl von der GW im Wesentlichen unbeeinflußt bleibt. In der zweiten Sichtweise hingegen entsteht die Veränderung der Phasendifferenz dadurch, daß die GW die Metrik zum oszillieren bringt, was Veränderungen in den Geodäten der Photonen bewirkt (z.B. Frequenzänderung), während der Ort der Spiegel unverändert bleibt. Die Meßergebnisse sind in beiden Fällen die gleichen.

Die erste Sichtweise („proper reference frame“) hat den Vorteil, daß man seinen Newtonischen Intuitionen freien Lauf lassen kann und die ART zum Verständnis fast gar nicht braucht. Der Nachteil ist aber, daß sie bei großen Anlagen wie LISA nicht mehr verwendbar ist. Die zweite Sichtweise („TT gauge“) ist dagegen zwar weniger anschaulich, aber universell anwendbar.

Die letzten Äußerungen von Gert beziehen sich wohl auf die "TT Gauge" Methode, die der anderen dagegen auf den "proper reference frame".

Viele Grüße
Johannes

ngc2051 · 10. März 2016

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: ngc2051
der "Witz" ist, dass die Gravi-Welle nicht nur den Raum dehnt, sondern auch einen zeitlichen Dilatationseffekt bewirkt.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Über den Dilatationseffekt kann man diskutieren. Man kann allerdings per Rechnung zeigen, dass die Lichtlaufzeit beeinflusst wird. Es ist also ein realer physikalischer Effekt, ganz unabhängig von den verwendeten Koordinaten.

HWS · 9. August 2018

Ist ja ein bißchen lange her, hätte aber doch noch eine Frage:

Laut Angaben war die gemessene Signalstärke 100 mal stärker als das stärkste, jemals gemessenes, elektromagnetische Signal.
Würde das auch für die Hintergrundstrahlung gelten, die frei wurde, als das Universum durchsichtig wurde?

Gravitationswellen nachgewiesen!

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