La naturaleza de onda de las "ondas gravitacionales simples"
¿Que hace que una onda gravitatoria sea una onda? Las ilustraciones estándar (y animaciones) muestran la influencia de una onda gravitatoria sobre un conjunto de partículas que flotan en el espacio:
En esta animación, las esferas rojas son las partículas libres, y les han conectado con las líneas azules. Mientras que la impresión resultante es la de una rejilla sólida, las conexiones azules están allí sólo para su comodidad visual, para ayudar a mantener un registro de las cuales las partículas se encuentra junto a la otra partícula. En particular, no existe vínculo sólido o elástico entre las partículas.
La influencia de las ondas gravitacionales se muestra en la forma en que las distancias entre las partículas están cambiando con el tiempo. En el sencillo ejemplo de arriba, hay dos posibilidades distintas: A veces, la onda gravitatoria extiende todas las distancias verticales entre las partículas y, al mismo tiempo, contrae todas las distancias horizontales. En otras ocasiones, todas las distancias horizontales se estiran mientras que todas las distancias verticales son contraidas. Como siempre en estos ejemplos, el estiramiento se ha exagerado para que sea visible a simple vista - en realidad, el estiramiento es más de un billón de billones de veces menos pronunciadas.
Con el fin de producir este patrón, la onda gravitatoria debe viajar en un ángulo recto al plano de imagen, ya sea directamente hacia o directamente lejos del espectador.
oscilaciones sinusoidales simples
Si se toma dos partículas y se hiciera un gráfico de su distancia cambiando con el tiempo, el resultado sería una sucesión regular de máximos y mínimos - para la animación de arriba, se vería algo como esto:
El "factor de estiramiento" es el factor por el que la distancia se estira o bien (cuando el factor es mayor que uno) o exprimido (cuando es más pequeño de uno). El momento exacto de la animación puede ser diferente a la que aquí se muestra, dependiendo de su computadora y navegador.
En este caso particularmente simple, la magnitud física que se utiliza para describir las ondas gravitacionales (es decir, el cambio en el cuadrado de la distancia entre las partículas adyacentes), es una sencilla función seno. En consecuencia, estas ondas se llaman ondas sinusoidales.
Sin embargo, lo que hemos visto en la animación de arriba son, simplemente "oscilaciones gravitacionales" - cambios periódicos en la distancia de partículas en un plano particular. Una onda es más que eso - es un patrón oscilatorio que se propaga a través del espacio.
A partir de la oscilación de la onda
En el caso de nuestras simples ondas gravitacionales, significa tomar la tercera dimensión espacial en cuenta. La animación de arriba muestra un único plano. Pero paralelo a este plano, por encima de ella, así como debajo de ella, son otros planos en los que se pueden situar partículas. Las distancias entre las partículas que residen en estos planos experimentan exactamente el mismo tipo de distorsión como en nuestro ejemplo particular - con una diferencia crucial: la sincronización.
Por ejemplo, en el momento cuando las distancias de partículas en un plano particular, se estiran al máximo en la dirección vertical, las distancias verticales en el plano directamente detrás están en una etapa ligeramente antes que el estiramiento no ha todavía alcanzado su valor máximo. Animación que muestra lo que está sucediendo en los diferentes planos:
El tiempo que transcurre entre un plano y el siguiente es lo que genera el patrón de onda viajera. En la animación, se puede ver cómo los Crestas y valles - máximas y mínimas que se extiende en una dirección dada - viajan hacia usted.
Si cambiamos nuestro punto de vista con el fin de ver los planos de canto, se puede ver más claramente que la onda consiste en un modelo de estiramiento y contracción con máximos y mínimos en movimiento a través del espacio a una velocidad constante, al igual que las crestas y los valles de una onda de agua:
La animación también ilustra una propiedad más general de las ondas gravitacionales simples. Como se puede ver, en la dirección de propagación de la onda, la separación entre las partículas no cambia. En esta animación particular, la onda se desplaza de derecha a izquierda, y en la mapeo de la variación de las distancias de partículas causadas por la onda gravitatoria, sólo cambian de partículas hacia arriba o hacia abajo, hacia nosotros o fuera de nosotros, pero no hacia los lados. ondas gravitacionales sólo expanden y contraen el espacio en direcciones perpendiculares a la dirección de su propagación. En el lenguaje de la física, tales ondas se llaman transversales.
En una fotografía de que la propagación de ondas, se puede reconocer el ejemplo anterior para el lapso de tiempo - el pano que, pesenta el máximo estiramiento se extiende en la dirección vertical y los planos vecinos lo hacen poco después.
Por supuesto, incluso si nos limitamos a las ondas sinusoidales simples, el aspecto exacto del patrón de desplazamiento en tres dimensiones dependerá de los detalles de su oscilación (en lo que los físicos llaman "polarización" de la onda). Este es un ejemplo diferente de la anterior - un "polarizada elípticamente" de onda que parece algo así como una hélice que través del espacio:
Pero cualesquiera que sean los detalles de la oscilación - siempre tenemos un patrón simple que se propaga a través del espacio, y es por esto que no llamamos a este fenómeno "oscilaciones gravitacionales",si no ondas gravitacionales.
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