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重力波というものが有るそうですが、重力波が伝わるためには空間に媒介がないと駄...

luc********さん

2017/10/1017:25:20

重力波というものが有るそうですが、重力波が伝わるためには空間に媒介がないと駄目のように思うのですが、波を伝える宇宙空間を満たしている物質という物は、有るのですか?

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chi********さん

2017/10/1100:10:03

空間にある「媒介」というのは物質でなくても構いません。
今回であれば、重力場が媒介となっています。光であれば、真空中でも伝わりますよね?これは電磁場(物質ではない)を媒介としている波です。

重力場は「時空の曲がりを表す」とは良く言いますが、重力波は曲っていない時空(ηとします)からの重力場の揺らぎ(hとします)が伝わる現象です。

以下はやや難しい話になります。
全体の時空をgとしてg = η+h のようになるのですが、このhはηに比べて十分小さいとして重力波の計算を(摂動的に)行います。このhがηの上を伝わる、というように計算します。
一方で、電磁波は曲っていない時空ηの上で電場Eや磁場Bが伝わるというように計算します。

そして波の伝播に関して、この電場で計算した方程式と重力場で計算した方程式を比較すると、全く同じ形になります。(重力波の方程式のhをEに置き換えればそのまま電場の方程式になる)これが、重力波の速度が電磁波すなわち光の速度と同じ所以です。

以下はさらに難しい話かつ脱線します。
他の回答者で、「粒が飛んでいる」と仰っている方がいますが、これは実は今まで述べてきた「場」を量子化したものです。この量子化された場は決して単純な「粒」ではないのですが、「粒の個数」に対応した物理量を計算できます。この理屈で電磁場を量子化すると、「光は粒(光子)で、電磁波は整数個(この整数というのが量子化の結果です)の粒が集まって飛んでいるもの」というような計算になります。(そして、この整数がとても大きい時に古典的な計算ができます)

「重力子」というのも同様に重力場の量子化に対応したものですが、これについてはそもそも場が量子化されているのか、という点についてすら実験的な検証はできていません。重力波が見つかった今では、この量子化されているのか、という点が次なる実験の目標となっています。

質問した人からのコメント

2017/10/11 22:14:46

大変、有難う御座いました。

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yh87654321さん

2017/10/1017:26:43

波は粒の性質も持っているので
伝えるための粒がいます。

※重力子(じゅうりょくし、英: graviton、グラビトン)は、素粒子物理学における四つの力のうちの重力相互作用を伝達する役目を担わせるために導入される仮説上の素粒子

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