Zwaartekrachtsgolven zijn blijkbaar duivels moeilijke dingen om te modelleren met Einstein-veldvergelijkingen, omdat ze zeer dynamisch en niet-symmetrisch zijn. Traditioneel was de enige manier om dicht bij de voorspelling van de waarschijnlijke effecten van zwaartekrachtgolven te komen, het schatten van de vereiste Einstein-vergelijkingsparameters door te veronderstellen dat de objecten die de zwaartekrachtgolven veroorzaakten, zelf geen sterke zwaartekrachtvelden genereerden - en evenmin bewogen ze zich met snelheden overal dichtbij de snelheid van het licht.
Het probleem is dat de meest waarschijnlijke kandidaat-objecten die detecteerbare zwaartekrachtgolven zouden kunnen genereren - sluit binaire neutronensterren en samenvoegende zwarte gaten - precies die eigenschappen hebben. Het zijn zeer compacte, zeer massieve lichamen die vaak bewegen met relativistische (d.w.z. dichtbij de lichtsnelheid) snelheden.
Is het dan niet raar dat de hierboven beschreven 'guesstimate'-aanpak op briljante wijze werkt in het voorspellen van het gedrag van enorme binaire bestanden en het samenvoegen van zwarte gaten. Vandaar een recent artikel getiteld: Over de onredelijke effectiviteit van post-Newtoniaanse benadering in de zwaartekrachtfysica.
Ten eerste heeft nog niemand zwaartekrachtgolven gedetecteerd. Maar zelfs in 1916 achtte Einstein hun bestaan waarschijnlijk en demonstreerde wiskundig dat er zwaartekrachtsstraling zou moeten ontstaan wanneer je een bolvormige massa vervangt door een roterende halter met dezelfde massa die, vanwege zijn geometrie, dynamische eb- en vloei-effecten op de ruimtetijd zal genereren terwijl het roteert.
Om de theorie van Einstein te testen, is het nodig om zeer gevoelige detectieapparatuur te ontwerpen - en tot op heden zijn al deze pogingen mislukt. Verdere hoop rust nu grotendeels op de Laser Interferometer Space Antenna (LISA), die naar verwachting niet voor 2025 zal worden gelanceerd.
Naast gevoelige detectieapparatuur zoals LISA, moet u echter ook berekenen wat voor soort verschijnselen en wat voor soort gegevens het definitieve bewijs zouden zijn van een zwaartekrachtgolf - dat is waar alle theorie en wiskunde nodig zijn om deze te bepalen verwacht waarden is essentieel.
Aanvankelijk werkten theoretici a post-Newtoniaanse (d.w.z. Einstein-tijdperk) benadering (dwz inschatting) voor een roterend binair systeem - hoewel erkend werd dat deze benadering alleen effectief zou werken voor een systeem met lage massa en lage snelheid - waar complicerende relativistische en getijdeneffecten optreden, die voortvloeien uit de zelfzwaartekracht en snelheden van de binaire objecten zelf, kan worden genegeerd.
Toen brak het tijdperk van numerieke relativiteit aan, waar de komst van supercomputers het mogelijk maakte om alle dynamica van dichtbij gelegen enorme binaries die met relativistische snelheden bewegen, daadwerkelijk te modelleren, net zoals hoe supercomputers zeer dynamische weersystemen op aarde kunnen modelleren.
Verrassend, of als je wilt onredelijkwaren de berekende waarden uit numerieke relativiteit bijna identiek aan die berekend door de veronderstelde lijfelijke post-Newtoniaanse benadering. De benadering van post-Newtoniaanse benadering zou voor deze situaties niet moeten werken.
Het enige wat de auteurs overhouden is de mogelijkheid dat gravitationele roodverschuiving ervoor zorgt dat processen in de buurt van zeer massieve objecten langzamer en zwaartekracht ‘zwakker’ lijken voor een externe waarnemer dan ze in werkelijkheid zijn. Dat zou - soort van - soort van de onredelijke effectiviteit kunnen verklaren ... maar alleen soort van soort.
Verder lezen: Will, C. Over de onredelijke effectiviteit van de post-Newtoniaanse benadering in de zwaartekrachtfysica.
