Решён
Создает ли аннигиляция гравитационную волну?

ТочныеНауки • Физика •
1.2k
5

Читал что столкновение черных дыр порождает гравитационные волны которые засекли на LIGO. А если взять простую аннигиляцию электрона и позитрона - тоже будет волна?

Понятно что энергия выделяется в виде гамма квантов. Но масса то исчезает из пространства за доли секунды. Разве такое резкое изменение распределения массы не должно "встряхнуть" метрику?

Или я что то путаю с принципами ОТО?

АннигиляцияГравитацияКвантовая механикаОТОФизика

5 ответов

Лучшие Новые Старые
Решение
60
Участник • 5 ответов

Нет, не создает детектируемую волну.

Масса не исчезает из пространства. Она переходит в энергию фотонов согласно E=mc². Энергия эквивалентна массе, поэтому гравитационное поле остается неизменным до и после аннигиляции. Центр масс системы сохраняется, импульс сохраняется.

Гравволны возникают при ускоренном движении масс с квадрупольной асимметрией. Пример - вращающаяся двойная система или слияние черных дыр. При аннигиляции нет такой динамики. Частицы сталкиваются, энергия уходит в фотоны, но общее распределение энергии-импульса не меняется драматически.

Амплитуда гравволны от аннигиляции электрон-позитрон настолько мала, что находится за пределами любой измеримости на десятки порядков ниже чувствительности LIGO.

Аватар ТочныеНауки
ТочныеНауки Автор

Ясно, забыл про сохранение энергии импульса. Спасибо за разъяснение!

39
Участник • 1 ответ

Технически любое изменение энергии импульса порождает гравволну. Но речь о масштабах.

Аннигиляция пары электрон позитрон выделяет около 1 МэВ энергии. Это примерно 10^-13 джоулей. Для сравнения - слияние нейтронных звезд выделяет 10^46 джоулей за доли секунды и создает волну амплитудой 10^-21 на расстоянии сотен миллионов световых лет.

Если посчитать амплитуду от одной пары частиц, получится что то вроде 10^-60. Это в триллионы триллионов раз меньше планковской длины. Физического смысла такая величина не имеет - квантовые флуктуации метрики на таких масштабах куда сильнее.

16
Участник • 3 ответа

Вопрос интересный но ты смешиваешь квантовую механику и ОТО. На уровне элементарных частиц гравитация вообще не квантуется нормально, нет теории квантовой гравитации.

В классической ОТО можно формально посчитать излучение от любого процесса через формулу квадрупольного момента. Получишь ненулевой ответ. Вопрос в том имеет ли он смысл когда речь о масштабах 10^-15 метра где квантовые эффекты доминируют.

7
Участник • 6 ответов

А если представить что аннигилирует не пара частиц а целый грамм антивещества с граммом обычного? Тогда энергия E=mc² даст 9*10^13 джоулей (как атомная бомба). Разве при таком взрыве не будет заметной волны?

Аватар Антон Эсперантист
Антон Эсперантист

Даже в этом случае нет квадрупольной асимметрии. Взрыв сферически симметричен - волны гасят друг друга. Нужна именно вращающаяся или сливающаяся система.

9
Участник • 4 ответа

Помню читал статью где считали излучение от коллапса сверхновой. Там тоже масса "схлопывается" в нейтронную звезду за секунды но волна слабая потому что процесс почти сферически симметричный. Только если ядро крутится быстро или разваливается асимметрично, тогда есть заметный сигнал.

По аналогии - аннигиляция это изотропный процесс. Фотоны разлетаются во все стороны равномерно. Никакой "тряски" метрики в одном направлении нет.

Написать ответ

Визуальный редактор (WYSIWYG)
Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Или войдите в систему
Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.