Gravitationswellen sind anscheinend teuflisch schwierig mit Einstein-Feldgleichungen zu modellieren, da sie hochdynamisch und nicht symmetrisch sind. Traditionell bestand die einzige Möglichkeit, der Vorhersage der wahrscheinlichen Auswirkungen von Gravitationswellen nahe zu kommen, darin, die erforderlichen Einstein-Gleichungsparameter abzuschätzen, indem angenommen wurde, dass die Objekte, die die Gravitationswellen verursachen, selbst keine starken Gravitationsfelder erzeugten - und sich auch nicht mit Geschwindigkeiten in der Nähe bewegten die Lichtgeschwindigkeit.
Das Problem ist, dass die wahrscheinlichsten Kandidatenobjekte, die nachweisbare Gravitationswellen erzeugen könnten - nahe binäre Neutronensterne und verschmelzende Schwarze Löcher - genau diese Eigenschaften haben. Sie sind sehr kompakte, sehr massive Körper, die sich oft mit relativistischen Geschwindigkeiten (d. H. Nahe der Lichtgeschwindigkeit) bewegen.
Ist es dann nicht seltsam, dass der oben beschriebene "Guesstimate" -Ansatz tatsächlich hervorragend funktioniert, um das Verhalten von engen, massiven Binärdateien vorherzusagen und schwarze Löcher zusammenzuführen? Daher ein kürzlich veröffentlichtes Papier mit dem Titel: Zur unangemessenen Wirksamkeit der post-Newtonschen Approximation in der Gravitationsphysik.
Erstens hat noch niemand Gravitationswellen entdeckt. Aber auch 1916 hielt Einstein ihre Existenz für wahrscheinlich und demonstrierte mathematisch, dass Gravitationsstrahlung entstehen sollte, wenn Sie eine kugelförmige Masse durch eine rotierende Hantel derselben Masse ersetzen, die aufgrund ihrer Geometrie dynamische Ebbe- und Flusseffekte auf die Raumzeit erzeugt wie es sich dreht.
Um Einsteins Theorie zu testen, müssen sehr empfindliche Detektionsgeräte entwickelt werden - und bis heute sind alle derartigen Versuche fehlgeschlagen. Weitere Hoffnungen ruhen jetzt weitgehend auf der Laserinterferometer-Weltraumantenne (LISA), die voraussichtlich nicht vor 2025 auf den Markt kommen wird.
Neben empfindlichen Detektionsgeräten wie LISA müssen Sie jedoch auch berechnen, welche Art von Phänomenen und welche Art von Daten einen endgültigen Beweis für eine Gravitationswelle darstellen würden - hier werden alle theoretischen und mathematischen Aspekte benötigt, um diese zu bestimmen erwartet Werte sind wichtig.
Zunächst arbeiteten Theoretiker a post-Newtonian (d. h. Einstein-Ära) Annäherung (dh Schätzung) für ein rotierendes Binärsystem - obwohl anerkannt wurde, dass diese Näherung nur für ein System mit geringer Masse und niedriger Geschwindigkeit effektiv funktionieren würde - bei komplizierten relativistischen und Gezeiteneffekten, die sich aus der Selbstgravitation und den Geschwindigkeiten der binären Objekte ergeben selbst könnte ignoriert werden.
Dann kam die Ära der numerischen Relativitätstheorie, in der das Aufkommen von Supercomputern es ermöglichte, die gesamte Dynamik von engen massiven Binärdateien, die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen, tatsächlich zu modellieren, ähnlich wie Supercomputer sehr dynamische Wettersysteme auf der Erde modellieren können.
Überraschenderweise oder wenn Sie möchten unvernünftigDie berechneten Werte aus der numerischen Relativitätstheorie waren nahezu identisch mit denen, die durch die angeblich bodgy post-Newtonsche Näherung berechnet wurden. Der post-Newtonsche Approximationsansatz sollte für diese Situationen einfach nicht funktionieren.
Den Autoren bleibt nur die Möglichkeit, dass die Gravitationsrotverschiebung Prozesse in der Nähe sehr massereicher Objekte für einen externen Beobachter langsamer und gravitativ „schwächer“ erscheinen lässt als sie tatsächlich sind. Das könnte - irgendwie, irgendwie - die unvernünftige Wirksamkeit erklären ... aber nur irgendwie, irgendwie.
Weiterführende Literatur: Will, C. Zur unangemessenen Wirksamkeit der post-Newtonschen Näherung in der Gravitationsphysik.
