Torstaina 11. helmikuuta kansainvälisen LIGO Scientific Collaboration -projektin tutkijaryhmä ilmoitti onnistuneensa, jonka olemassaolon Albert Einstein ennusti jo vuonna 1916. Tutkijoiden mukaan 14. syyskuuta 2015 he tallensivat gravitaatioaallon, joka aiheutui kahden mustan aukon törmäyksestä, joiden massa oli 29 ja 36 kertaa Auringon massa, minkä jälkeen ne sulautuivat yhdeksi suureksi mustaksi aukoksi. . Heidän mukaansa tämä tapahtui oletettavasti 1,3 miljardia vuotta sitten 410 megaparsekin etäisyydellä galaksistamme.

LIGA.net puhui yksityiskohtaisesti gravitaatioaalloista ja laajamittaisesta löydöstä Bohdan Hnatyk, ukrainalainen tiedemies, astrofyysikko, fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori, johtava tutkija Taras Shevchenkon kansallisen yliopiston tähtitieteellisessä observatoriossa, joka johti observatoriota vuosina 2001–2004.

Teoria selkeällä kielellä

Fysiikka tutkii kappaleiden välistä vuorovaikutusta. On todettu, että kappaleiden välillä on neljän tyyppistä vuorovaikutusta: sähkömagneettinen, vahva ja heikko ydinvuorovaikutus sekä gravitaatiovuorovaikutus, jonka me kaikki tunnemme. Gravitaatiovuorovaikutuksesta johtuen planeetat pyörivät Auringon ympäri, kappaleilla on painoa ja ne putoavat maahan. Ihminen kohtaa jatkuvasti gravitaatiovuorovaikutusta.

Vuonna 1916, 100 vuotta sitten, Albert Einstein rakensi painovoimateorian, joka paransi Newtonin painovoimateoriaa, teki siitä matemaattisesti oikean: se alkoi täyttää kaikki fysiikan vaatimukset, alkoi ottaa huomioon sen tosiasian, että painovoima etenee erittäin korkealla. , mutta rajallinen nopeus. Tämä on oikeutetusti yksi Einsteinin kunnianhimoisimmista saavutuksista, sillä hän rakensi painovoimateorian, joka vastaa kaikkia nykyään havaitsemiamme fysiikan ilmiöitä.

Tämä teoria myös ehdotti olemassaoloa gravitaatioaaltoja. Tämän ennusteen perustana oli, että gravitaatioaallot ovat olemassa kahden massiivisen kappaleen yhdistymisen seurauksena tapahtuvan gravitaatiovuorovaikutuksen seurauksena.

Mikä on gravitaatioaalto

Monimutkaisella kielellä tämä on aika-avaruusmetriikan viritys. "Sanotaan, että avaruudella on tietty elastisuus ja aallot voivat kulkea sen läpi. Se on kuin silloin, kun heitämme kivin veteen ja aallot hajoavat siitä", fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori kertoi LIGA.netille.

Tutkijat onnistuivat todistamaan kokeellisesti, että tällaista vaihtelua tapahtui universumissa ja gravitaatioaalto juoksi kaikkiin suuntiin. "Astrofysikaalisella menetelmällä rekisteröitiin ensimmäisenä ilmiö binäärijärjestelmän katastrofaalisesta evoluutiosta, kun kaksi objektia sulautuvat yhdeksi, ja tämä sulautuminen johtaa erittäin voimakkaaseen gravitaatioenergian vapautumiseen, joka sitten etenee avaruudessa gravitaatioaaltoja", tutkija selitti.

Miltä se näyttää (kuva - EPA)

Nämä gravitaatioaallot ovat erittäin heikkoja ja jotta ne voisivat värähdellä aika-avaruutta, tarvitaan erittäin suurten ja massiivisten kappaleiden vuorovaikutusta, jotta gravitaatiokentän voimakkuus muodostumispaikalla on suuri. Mutta heikkouksistaan ​​​​huolimatta tarkkailija rekisteröi tämän gravitaatioaallon tietyn ajan kuluttua (yhtä kuin etäisyys vuorovaikutukseen jaettuna signaalin nopeudella).

Otetaanpa esimerkki: jos Maa putoaisi Auringon päälle, tapahtuisi gravitaatiovuorovaikutus: vapautuisi gravitaatioenergiaa, muodostuisi gravitaatiopallosymmetrinen aalto ja havainnoija voisi rekisteröidä sen. "Tässä tapahtui samanlainen, mutta astrofysiikan kannalta ainutlaatuinen ilmiö: kaksi massiivista kappaletta - kaksi mustaa aukkoa - törmäsi", Gnatyk huomautti.

Takaisin teoriaan

Musta aukko on toinen ennuste Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta, jonka mukaan kappale, jolla on valtava massa, mutta tämä massa on keskittynyt pieneen tilavuuteen, voi merkittävästi vääristää ympärillään olevaa tilaa sen sulkeutumiseen asti. Eli oletettiin, että kun tämän kappaleen massan kriittinen pitoisuus saavutetaan - niin että kappaleen koko on pienempi kuin ns. gravitaatiosäde, niin tämän kappaleen ympärillä oleva tila sulkeutuu ja sen topologia olla sellainen, että mikään signaali siitä ei leviä suljetun tilan ulkopuolelle.

"Toisin sanoen musta aukko yksinkertaisesti sanottuna on massiivinen esine, joka on niin painava, että se sulkee aika-avaruuden ympärilleen", tutkija sanoo.

Ja me hänen mukaansa voimme lähettää mitä tahansa signaaleja tälle esineelle, mutta hän ei voi lähettää meille. Eli mikään signaali ei voi mennä mustan aukon ulkopuolelle.

Musta aukko elää tavanomaisten fysikaalisten lakien mukaan, mutta voimakkaan painovoiman seurauksena yksikään ainekappale, edes fotoni, ei pysty ylittämään tätä kriittistä pintaa. Mustat aukot syntyvät tavallisten tähtien evoluution aikana, kun keskusydin romahtaa ja osa tähden aineesta romahtaa mustaksi aukoksi ja toinen osa tähdestä sinkoutuu ulos supernovakuoren muodossa muuttuen niin sanottu supernovan "välähdys".

Kuinka näimme gravitaatioaallon

Otetaan esimerkki. Kun meillä on kaksi kelluketta veden pinnalla ja vesi on tyyni, niiden välinen etäisyys on vakio. Kun aalto tulee, se siirtää näitä kellukkeita ja kellukkeiden välinen etäisyys muuttuu. Aalto on ohitettu - ja kellukkeet palaavat edellisiin asentoihinsa, ja niiden välinen etäisyys palautuu.

Gravitaatioaalto etenee samalla tavalla aika-avaruudessa: se puristaa ja venyttää matkallaan kohtaavia kappaleita ja esineitä. "Kun tietty esine kohdataan aallon reitillä, se muuttaa muotoaan akseleillaan ja ohituksen jälkeen se palaa entiseen muotoonsa. Gravitaatioaallon vaikutuksesta kaikki kappaleet muuttuvat, mutta nämä muodonmuutokset ovat erittäin merkityksetön”, Hnatyk sanoo.

Kun aalto ohitti, jonka tutkijat rekisteröivät, ruumiiden suhteellinen koko avaruudessa muuttui luokkaa 1 x 10 miinus 21 potenssiin. Esimerkiksi, jos otat metriviivaimen, se kutistui sellaisella arvolla, että se oli sen koko, kerrottuna 10:llä miinus 21 asteeseen. Tämä on hyvin pieni määrä. Ja ongelma oli, että tutkijoiden oli opittava mittaamaan tämä etäisyys. Perinteiset menetelmät antoivat tarkkuuden luokkaa 1-10 miljoonan yhdeksänteen potenssiin, mutta tässä tarvitaan paljon suurempaa tarkkuutta. Tätä varten luotiin ns. gravitaatioantennit (painovoimaaaltojen ilmaisimet).

LIGO-observatorio (kuva - EPA)

Painovoimaaallot tallentava antenni on rakennettu tällä tavalla: siinä on kaksi noin 4 kilometriä pitkää putkea, jotka on järjestetty "L"-kirjaimen muotoon, mutta samalla käsivarrella ja suorassa kulmassa. Kun gravitaatioaalto putoaa järjestelmään, se muuttaa antennin siipien muotoaan, mutta suuntauksestaan ​​riippuen se muuttaa toista enemmän ja toista vähemmän. Ja sitten on polkuero, signaalin häiriökuvio muuttuu - on positiivinen tai negatiivinen kokonaisamplitudi.

"Toisin sanoen gravitaatioaallon kulku on samanlainen kuin aalto vedessä, joka kulkee kahden kellun välissä: jos mittaamme niiden välisen etäisyyden aallon kulun aikana ja sen jälkeen, näkisimme, että etäisyys muuttuisi ja muuttuisi sama uudestaan", Gnatyk sanoi.

Se mittaa myös interferometrin kahden siiven suhteellista etäisyyttä, joista kumpikin on noin 4 kilometriä pitkä. Ja vain erittäin tarkat tekniikat ja järjestelmät voivat mitata gravitaatioaallon aiheuttaman siipien mikroskooppisen siirtymän.

Universumin reunalla: mistä aalto tuli

Tutkijat tallensivat signaalin kahdella ilmaisimella, jotka Yhdysvalloissa sijaitsevat kahdessa osavaltiossa: Louisianassa ja Washingtonissa noin 3 tuhannen kilometrin etäisyydellä. Tutkijat pystyivät arvioimaan, mistä ja miltä etäisyydeltä tämä signaali tuli. Arvioiden mukaan signaali tuli 410 megaparsekin etäisyydeltä. Megaparsek on matka, jonka valo kulkee kolmessa miljoonassa vuodessa.

Kuvittelun helpottamiseksi: meitä lähin aktiivinen galaksi, jonka keskellä on supermassiivinen musta aukko, on Centaurus A, joka on neljän megaparsekin päässä meiltä, ​​kun taas Andromeda-sumu on 0,7 megaparsekin etäisyydellä. "Toisin sanoen etäisyys, josta gravitaatioaaltosignaali tuli, on niin suuri, että signaali meni Maahan noin 1,3 miljardiksi vuodeksi. Nämä ovat kosmologisia etäisyyksiä, jotka ulottuvat noin 10% universumimme horisontista", tutkija sanoi.

Tällä etäisyydellä jossakin kaukaisessa galaksissa kaksi mustaa aukkoa sulautui yhteen. Nämä reiät olivat toisaalta kooltaan suhteellisen pieniä, ja toisaalta signaalin suuri amplitudi osoittaa, että ne olivat erittäin raskaita. Todettiin, että niiden massat olivat vastaavasti 36 ja 29 auringon massaa. Auringon massa, kuten tiedät, on arvo, joka on 2 kertaa 10 kilogramman 30 potenssiin. Sulautumisen jälkeen nämä kaksi kappaletta sulautuivat ja nyt niiden tilalle on muodostunut yksi musta aukko, jonka massa on 62 auringon massaa. Samaan aikaan noin kolme Auringon massaa roiskui ulos gravitaatioaaltoenergian muodossa.

Kuka löydön teki ja milloin

Kansainvälisen LIGO-projektin tutkijat onnistuivat havaitsemaan gravitaatioaallon 14. syyskuuta 2015. LIGO (Laser Interferometry Gravitation Observatory) on kansainvälinen hanke, johon osallistuu joukko valtioita, jotka ovat antaneet tietyn taloudellisen ja tieteellisen panoksen, erityisesti USA, Italia ja Japani, jotka ovat edistyneitä näiden tutkimusten alalla.

Professorit Rainer Weiss ja Kip Thorne (kuva - EPA)

Seuraava kuva tallennettiin: gravitaatioilmaisimen siivet siirtyivät, koska gravitaatioaalto kulki planeettamme läpi ja tämän laitteiston läpi. Tätä ei silloin raportoitu, koska signaali piti käsitellä, "puhdistaa", sen amplitudi löytää ja tarkistaa. Tämä on vakiomenettely: todellisesta löydöstä löydöstä ilmoittamiseen kestää useita kuukausia pätevän vaatimuksen esittäminen. "Kukaan ei halua pilata heidän mainetta. Nämä ovat kaikki salaisia ​​tietoja, joiden julkistamista ennen - kukaan ei tiennyt niistä, oli vain huhuja", Hnatyk sanoi.

Tarina

Gravitaatioaaltoja on tutkittu viime vuosisadan 70-luvulta lähtien. Tänä aikana luotiin useita ilmaisimia ja tehtiin useita perustutkimuksia. 80-luvulla amerikkalainen tiedemies Joseph Weber rakensi ensimmäisen painovoima-antennin alumiinisylinterin muodossa, jonka koko oli useita metrejä ja joka oli varustettu pietsosensoreilla, joiden oli tarkoitus tallentaa gravitaatioaallon kulku.

Tämän instrumentin herkkyys oli miljoona kertaa huonompi kuin nykyisten ilmaisimien. Ja tietenkään hän ei voinut oikein korjata aaltoa tuolloin, vaikka Weber sanoi tehneensä sen: lehdistö kirjoitti siitä ja "gravitaatiobuumi" tapahtui - maailma alkoi välittömästi rakentaa gravitaatioantenneja. Weber rohkaisi muita tutkijoita tutkimaan gravitaatioaaltoja ja jatkamaan tämän ilmiön kokeita, mikä mahdollisti ilmaisimien herkkyyden lisäämisen miljoona kertaa.

Kuitenkin itse gravitaatioaaltojen ilmiö kirjattiin viime vuosisadalla, kun tutkijat löysivät kaksoispulsarin. Se oli epäsuora rekisteröinti tosiasialle, että gravitaatioaaltoja on olemassa, mikä on todistettu tähtitieteellisillä havainnoilla. Russell Hulse ja Joseph Taylor löysivät pulsarin vuonna 1974 tarkkaillessaan Arecibon observatorion radioteleskoopilla. Tiedemiehet saivat Nobel-palkinnon vuonna 1993 "uuden tyyppisen pulsarin löytämisestä, joka antoi uusia mahdollisuuksia painovoiman tutkimukseen".

Tutkimus maailmassa ja Ukrainassa

Italiassa samanlainen Virgo-niminen projekti on valmistumassa. Japani aikoo myös käynnistää samanlaisen ilmaisimen vuoden sisällä, Intia valmistelee myös tällaista kokeilua. Eli monissa osissa maailmaa on samanlaisia ​​ilmaisimia, mutta ne eivät ole vielä saavuttaneet sitä herkkyystilaa, jotta voimme puhua gravitaatioaaltojen kiinnittämisestä.

"Virallisesti Ukraina ei ole LIGO:n jäsen, eikä myöskään osallistu Italian ja Japanin hankkeisiin. Tällaisten perusalueiden joukossa Ukraina osallistuu nyt LHC-projektiin (LHC - Large Hadron Collider) ja CERNiin" (otamme virallisesti liity jäseneksi vasta kun olet maksanut liittymismaksun)", - fysiikan ja matemaattisten tieteiden tohtori Bogdan Gnatyk kertoi LIGA.netille.

Hänen mukaansa Ukraina on vuodesta 2015 lähtien ollut täysjäsen kansainvälisessä yhteistyössä CTA:ssa (MChT-Cherenkov Telescope Array), joka rakentaa modernia teleskooppimultia. TeV laaja gamma-alue (fotonienergialla jopa 1014 eV). "Tällaisten fotonien päälähteet ovat juuri supermassiivisten mustien aukkojen lähialueet, joiden gravitaatiosäteily tallensi ensimmäisenä LIGO-ilmaisimen. Siksi tähtitieteen uusien ikkunoiden avautuminen - gravitaatioaalto ja multi TeV uusi sähkömagneettinen kenttä lupaa meille paljon lisää löytöjä tulevaisuudessa”, tutkija lisää.

Mitä seuraavaksi ja miten uusi tieto auttaa ihmisiä? Tiedemiehet ovat eri mieltä. Jotkut sanovat, että tämä on vain yksi askel maailmankaikkeuden mekanismien ymmärtämisessä. Toisten mielestä tämä on ensimmäinen askel kohti uutta ajassa ja tilassa liikkuvaa teknologiaa. Tavalla tai toisella tämä löytö osoitti jälleen kerran, kuinka vähän ymmärrämme ja kuinka paljon on vielä opittavaa.

Keskeinen ero on, että vaikka ääni tarvitsee väliaineen kulkeakseen, gravitaatioaallot liikuttavat väliainetta - tässä tapauksessa itse aika-avaruutta. "Ne kirjaimellisesti murskaavat ja venyttävät aika-avaruuskudosta", sanoo Caltechin gravitaatioaaltojen astrofyysikko Chiara Mingarelli. Meidän korvillemme LIGO:n havaitsemat aallot kuulostavat kohinalta.

Miten tämä vallankumous oikein tapahtuu? LIGOlla on tällä hetkellä kaksi ilmaisinta, jotka toimivat tutkijoiden "korvina", ja tulevaisuudessa ilmaisimia tulee lisää. Ja jos LIGO löysi ensimmäisenä, se ei varmasti ole ainoa. Gravitaatioaaltoja on monenlaisia. Itse asiassa niitä on kokonainen spektri, aivan kuten sähkömagneettisessa spektrissä on erilaisia ​​valotyyppejä eri aallonpituuksilla. Siksi muut yhteistyöt alkavat metsästää aaltoja sellaisilla taajuuksilla, joita LIGO ei ole suunniteltu.

Mingarelli työskentelee NanoGRAV-yhteistyön (North American Nanohertz Gravitational Wave Observatory) kanssa, joka on osa suurta kansainvälistä konsortiota, johon kuuluvat European Pulsar Timing Array ja Parkes Pulsar Timing Array Australiassa. Kuten nimestä voi päätellä, NanoGRAV-tutkijat metsästävät matalataajuisia gravitaatioaaltoja 1-10 nanohertsin tilassa; LIGO:n herkkyys on spektrin kilohertsien (kuuluvassa) osassa ja etsii erittäin pitkiä aallonpituuksia.


Tämä yhteistyö perustuu Puerto Ricon Arecibon observatorion ja Länsi-Virginiassa sijaitsevan Green Bank Telescopen keräämiin pulsaritietoihin. Pulsarit ovat nopeasti pyöriviä neutronitähtiä, jotka syntyvät, kun aurinkoa massiivisemmat tähdet räjähtävät ja romahtavat itseensä. Ne pyörivät nopeammin ja nopeammin, kun niitä puristetaan, aivan kuten köyden päässä oleva paino pyörii nopeammin mitä lyhyemmäksi köysi tulee.

Ne myös lähettävät voimakkaita säteilypurskeita pyöriessään, kuten majakka, jotka tallennetaan valopulsseina maan päällä. Ja tämä jaksollinen pyöriminen on erittäin tarkkaa - melkein yhtä tarkka kuin atomikello. Se tekee niistä ihanteellisia kosmisia gravitaatioaaltoilmaisimia. Ensimmäiset epäsuorat todisteet tulivat pulsareiden tutkimisesta vuonna 1974, jolloin Joseph Taylor Jr. ja Russell Hulse havaitsivat, että neutronitähteä kiertävä pulsari kutistuu hitaasti ajan myötä – vaikutus, joka olisi odotettavissa, jos se muuttaisi osan massastaan ​​energiaksi gravitaatioaaltojen muoto.

NanoGRAV:n tapauksessa tupakointiaseessa on eräänlainen välkkyminen. Impulssien pitäisi saapua samaan aikaan, mutta jos gravitaatioaalto osuu niihin, ne saapuvat hieman aikaisemmin tai myöhemmin, koska aika-avaruus supistuu tai venyy aallon ohittaessa.

Pulsar-aikaruudukkojärjestelmät ovat erityisen herkkiä gravitaatioaalloille, jotka syntyvät supermassiivisten mustien aukkojen yhdistämisestä, jotka ovat miljardi tai kymmenen miljardia kertaa aurinkomme massa, kuten ne, jotka väijyvät massiivimpien galaksien keskellä. Jos kaksi tällaista galaksia sulautuvat yhteen, myös niiden keskuksissa olevat reiät sulautuvat ja lähettävät gravitaatioaaltoja. "LIGO näkee fuusion lopun, kun parit ovat hyvin lähellä", Mingarelli sanoo. "SDM:n avulla pystyimme näkemään ne spiraalivaiheen alussa, kun ne ovat juuri saapumassa toistensa kiertoradalle."

Ja siellä on myös LISA (Laser Interferometer Space Antenna) -avaruustehtävä. Maan päällä sijaitseva LIGO on erinomainen havaitsemaan gravitaatioaaltoja, jotka vastaavat murto-osaa kuuluvan äänen spektristä, kuten sulautuvat mustat aukkomme ovat tuottaneet. Mutta monet mielenkiintoiset näiden aaltojen lähteet tuottavat matalia taajuuksia. Joten fyysikkojen on mentävä avaruuteen löytääkseen heidät. Nykyisen LISA Pathfinder () -tehtävän päätehtävänä on testata ilmaisimen toimintaa. "LIGO:lla voit pysäyttää työkalun, avata tyhjiön ja korjata kaiken", sanoo MIT:n Scott Hughes. Mutta avaruudessa ei voi avata mitään. Sinun on tehtävä se heti, jotta se toimii."

LISA:n tavoite on yksinkertainen: laserinterferometreillä avaruusalus yrittää mitata tarkasti kahden 1,8 tuuman kulta-platinakuution suhteellisen sijainnin vapaassa pudotuksessa. Erillisiin elektrodilaatikoihin 15 tuuman etäisyydellä toisistaan ​​sijoitetut testikohteet suojataan aurinkotuulelta ja muilta ulkoisilta voimilta, joten gravitaatioaaltojen aiheuttama pieni liike voidaan havaita (toivottavasti).

Lopuksi on olemassa kaksi koetta, jotka on suunniteltu etsimään alkuperäisten gravitaatioaaltojen jättämiä sormenjälkiä CMB:ssä (alkuräjähdyksen jälkihehku): BICEP2 ja Planck-satelliittitehtävä. BICEP2 väitti havainneensa sellaisen vuonna 2014, mutta kävi ilmi, että signaali oli väärennös (kosminen pöly oli syyllinen).

Molemmat yhteistyöt jatkavat metsästystä toivoen valaisevan universumimme varhaista historiaa - ja toivottavasti vahvistaakseen inflaatioteorian keskeiset ennusteet. Tämä teoria ennusti, että pian syntymänsä jälkeen universumi koki nopean kasvun, joka ei voinut olla jättämättä voimakkaita gravitaatioaaltoja, jotka jäivät taustasäteilyyn erityisten valoaaltojen muodossa (polarisaatio).

Jokainen neljästä gravitaatioaaltojärjestelmästä avaa tähtitieteilijöille neljä uutta ikkunaa universumissa.

Mutta tiedämme, mitä ajattelet: on aika käynnistää loimi, jätkät! Auttaako LIGO-löytö rakentamaan Kuolemantähden ensi viikolla? Ei tietenkään. Mutta mitä paremmin ymmärrämme painovoiman, sitä paremmin ymmärrämme, kuinka näitä asioita rakennetaan. Loppujen lopuksi tämä on tiedemiesten työtä, sillä he ansaitsevat leipänsä. Ymmärtämällä, miten maailmankaikkeus toimii, voimme luottaa enemmän kykyihimme.

Helmikuun 11. päivänä 2016 kansainvälinen tiedemiesryhmä, mukaan lukien Venäjältä, ilmoitti lehdistötilaisuudessa Washingtonissa löydöstä, joka ennemmin tai myöhemmin muuttaa sivilisaation kehityksen. Oli mahdollista todistaa käytännössä gravitaatioaaltoja tai aika-avaruuden aaltoja. Albert Einstein ennusti heidän olemassaolonsa 100 vuotta sitten.

Kukaan ei epäile, etteikö tämä löytö palkittaisiin Nobel-palkinnolla. Tiedemiehet eivät kiirehdi puhumaan sen käytännön soveltamisesta. Mutta he muistuttavat, että aivan viime aikoihin asti ihmiskunta ei myöskään tiennyt tarkalleen mitä tehdä sähkömagneettisilla aalloilla, mikä johti lopulta todelliseen tieteelliseen ja teknologiseen vallankumoukseen.

Mitä ovat gravitaatioaallot yksinkertaisesti sanottuna

Gravitaatio ja universaali gravitaatio ovat yksi ja sama. Gravitaatioaallot ovat yksi OTS-ratkaisuista. Niiden tulee levitä valon nopeudella. Sitä säteilee mikä tahansa muuttuvalla kiihtyvyydellä liikkuva kappale.

Esimerkiksi se pyörii kiertoradalla muuttuvalla kiihtyvyydellä tähteen päin. Ja tämä kiihtyvyys muuttuu jatkuvasti. Aurinkokunta säteilee painovoimaaaltoina usean kilowatin luokkaa olevaa energiaa. Tämä on pieni määrä, verrattavissa kolmeen vanhaan väritelevisioon.

Toinen asia on kaksi pulsaria (neutronitähteä), jotka pyörivät toistensa ympäri. Ne liikkuvat erittäin tiukoilla kiertoradoilla. Astrofyysikot löysivät tällaisen "parin", ja sitä on havaittu pitkään. Kohteet olivat valmiita putoamaan toistensa päälle, mikä epäsuorasti osoitti, että pulsarit säteilevät avaruus-aika-aaltoja eli energiaa kentässään.

Painovoima on vetovoima. Meitä vedetään maahan. Ja gravitaatioaallon olemus on muutos tällä alalla, erittäin heikko, kun se tulee meille. Otetaan esimerkiksi veden taso säiliössä. Gravitaatiokentän intensiteetti on vapaan pudotuksen kiihtyvyys tietyssä pisteessä. Altaan yli kulkee aalto, ja yhtäkkiä vapaan pudotuksen kiihtyvyys muuttuu, vain hieman.

Tällaiset kokeet alkoivat viime vuosisadan 60-luvulla. Tuolloin he keksivät tämän: he ripustivat valtavan alumiinisylinterin, jäähdytettiin sisäisten lämpövaihtelujen välttämiseksi. Ja he odottivat, että aalto esimerkiksi kahden massiivisen mustan aukon törmäyksestä yhtäkkiä saavuttaisi meidät. Tutkijat olivat innostuneita ja sanoivat, että ulkoavaruudesta tuleva gravitaatioaalto voisi vaikuttaa koko maapalloon. Planeetta alkaa värähdellä ja näitä seismisiä aaltoja (puristus-, leikkaus- ja pinta-aaltoja) voidaan tutkia.

Tärkeä artikkeli laitteesta selkeällä kielellä ja kuinka amerikkalaiset ja LIGO varastivat neuvostotieteilijöiden idean ja rakensivat löydön mahdollistavat introferometrit. Kukaan ei puhu siitä, kaikki ovat hiljaa!

Muuten, gravitaatiosäteily on mielenkiintoisempaa jäännössäteilyn näkökulmasta, jota he yrittävät löytää muuttamalla sähkömagneettisen säteilyn spektriä. Jäännös ja sähkömagneettinen säteily ilmestyivät 700 tuhatta vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, sitten laajenivat maailmankaikkeutta, joka oli täytetty kuumalla kaasulla liikkuvilla shokkiaalloilla, jotka myöhemmin muuttuivat galakseiksi. Tässä tapauksessa tietysti olisi pitänyt lähettää jättimäinen, järkyttävä määrä avaruus-aika-aaltoja, jotka vaikuttavat kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn aallonpituuteen, joka tuolloin oli vielä optinen. Kotimainen astrofyysikko Sazhin kirjoittaa ja julkaisee säännöllisesti artikkeleita tästä aiheesta.

Väärintulkinta gravitaatioaaltojen löydöstä

"Peili roikkuu, siihen vaikuttaa gravitaatioaalto ja se alkaa värähdellä. Ja pienimmätkin heilahtelut, joiden amplitudi on pienempi kuin atomiytimen koko, havaitsevat instrumentit ”- tällaista väärää tulkintaa käytetään esimerkiksi Wikipedia-artikkelissa. Älä ole laiska, etsi Neuvostoliiton tutkijoiden artikkeli vuonna 1962.

Ensinnäkin peilin on oltava massiivinen, jotta se voi tuntea "värähtelyn". Toiseksi se on jäähdytettävä lähes absoluuttiseen nollaan (Kelvin), jotta vältetään sen omat lämpövaihtelut. Todennäköisesti ei vain 2000-luvulla, mutta yleensäkään ei ole koskaan mahdollista havaita alkeishiukkasta - gravitaatioaaltojen kantajaa:

Mitä ovat gravitaatioaallot?

Gravitaatioaallot - gravitaatiokentän muutokset, jotka etenevät aaltojen tavoin. Liikkuvat massat säteilevät niitä, mutta säteilyn jälkeen ne irtoavat niistä ja ovat olemassa näistä massoista riippumatta. Matemaattisesti liittyy aika-avaruusmetriikan häiriöön ja sitä voidaan kuvata "avaruus-ajan väreilyksi".

Yleisessä suhteellisuusteoriassa ja useimmissa muissa nykyaikaisissa painovoimateorioissa gravitaatioaallot synnyttävät massiivisten kappaleiden liikkeet vaihtelevalla kiihtyvyydellä. Gravitaatioaallot etenevät vapaasti avaruudessa valon nopeudella. Gravitaatiovoimien suhteellisen heikkouden vuoksi (verrattuna muihin) näillä aalloilla on hyvin pieni suuruus, jota on vaikea rekisteröidä.

Gravitaatioaaltoja ennustaa yleinen suhteellisuusteoria (GR). Ne havaittiin ensimmäisen kerran suoraan syyskuussa 2015 LIGO-observatorion kahdella kaksoisdetektorilla, jotka rekisteröivät gravitaatioaaltoja, luultavasti kahden mustan aukon yhdistämisen ja yhden massiivisen pyörivän mustan aukon muodostumisen seurauksena. Epäsuorat todisteet niiden olemassaolosta on ollut tiedossa 1970-luvulta lähtien - yleinen suhteellisuusteoria ennustaa kaksoistähtien läheisten järjestelmien lähentymisnopeutta, joka on sama kuin havainnot, jotka johtuvat gravitaatioaaltojen emission energian menetyksestä. Gravitaatioaaltojen suora rekisteröinti ja niiden käyttö astrofysikaalisten prosessien parametrien määrittämiseen on nykyajan fysiikan ja tähtitieteen tärkeä tehtävä.

Jos kuvittelemme aika-avaruutemme koordinaattiverkkona, gravitaatioaallot ovat häiriöitä, aaltoiluja, jotka kulkevat ruudukkoa pitkin, kun massiiviset kappaleet (esimerkiksi mustat aukot) vääristävät ympärillään olevaa tilaa.

Sitä voi verrata maanjäristykseen. Kuvittele, että asut kaupungissa. Siinä on joitain merkkejä, jotka luovat kaupunkitilan: taloja, puita ja niin edelleen. He ovat liikkumattomia. Kun jossain lähellä kaupunkia tapahtuu suuri maanjäristys, värähtelyt saavuttavat meidät - ja jopa liikkumattomat talot ja puut alkavat heilua. Nämä vaihtelut ovat gravitaatioaaltoja; ja värähtelevät esineet ovat tila ja aika.

Miksi tiedemiehillä kesti niin kauan havaita gravitaatioaaltoja?

Erityiset ponnistelut gravitaatioaaltojen havaitsemiseksi alkoivat sodan jälkeisellä kaudella jokseenkin naiiveilla laitteilla, joiden herkkyys ei tietenkään voinut olla riittävä tällaisten värähtelyjen havaitsemiseen. Ajan myötä kävi selväksi, että haun ilmaisimien tulisi olla erittäin suuria - ja niissä tulisi käyttää nykyaikaista lasertekniikkaa. Nykyaikaisten lasertekniikoiden kehittymisen myötä on tullut mahdolliseksi hallita geometriaa, jonka häiriöt ovat gravitaatioaalto. Tehokkain teknologian kehitys oli avainasemassa tässä löydössä. Huolimatta siitä, kuinka loistavia tiedemiehet olivat, 30-40 vuotta sitten se oli teknisesti yksinkertaisesti mahdotonta tehdä tämä.

Miksi aallontunnistus on niin tärkeä fysiikassa?

Gravitaatioaallot ennusti Albert Einstein yleisessä suhteellisuusteoriassaan noin sata vuotta sitten. Koko 1900-luvun fyysikot kyseenalaisti tämän teorian, vaikka vahvistuksia ilmestyi yhä enemmän. Ja gravitaatioaaltojen läsnäolo on niin kriittinen vahvistus teorialle.

Lisäksi ennen gravitaatioaaltojen rekisteröintiä tiesimme painovoiman käyttäytymisen vain taivaanmekaniikan, taivaankappaleiden vuorovaikutuksen, esimerkissä. Mutta oli selvää, että gravitaatiokentässä on aaltoja ja aika-avaruus voi muuttua samalla tavalla. Se, että emme olleet nähneet gravitaatioaaltoja aiemmin, oli tyhjä paikka modernissa fysiikassa. Nyt tämä valkoinen täplä on suljettu, uusi tiili on laskettu modernin fysiikan teorian perustalle. Tämä on perustavanlaatuinen löytö. Viime vuosina ei ole ollut mitään vertailukelpoista.

"Waiting for Waves and Particles" - dokumentti gravitaatioaaltojen etsinnästä(Kirjoittaja Dmitry Zavilgelskiy)

Gravitaatioaaltojen rekisteröinnissä on käytännön hetki. Todennäköisesti tekniikan jatkokehityksen jälkeen on mahdollista puhua gravitaatioastronomiasta - universumin korkeimman energian tapahtumien jälkien havainnointia. Mutta nyt on liian aikaista puhua siitä, puhumme vain aaltojen rekisteröinnin tosiasiasta, emme näitä aaltoja synnyttävien esineiden ominaisuuksien selvittämisestä.

Astrofyysikot ovat vahvistaneet gravitaatioaaltojen olemassaolon, joiden olemassaolon Albert Einstein ennusti noin 100 vuotta sitten. Ne tallennettiin Yhdysvalloissa sijaitsevan LIGO-gravitaatioaaltojen observatorion ilmaisimilla.

Ensimmäistä kertaa historiassa ihmiskunta on tallentanut gravitaatioaaltoja - avaruuden vaihteluita, jotka tulivat Maahan kahden mustan aukon törmäyksestä kaukana universumissa. Myös venäläiset tutkijat osallistuvat tähän havaintoon. Torstaina tutkijat puhuvat löydöstään ympäri maailmaa - Washingtonissa, Lontoossa, Pariisissa, Berliinissä ja muissa kaupungeissa, mukaan lukien Moskova.

Kuvassa on jäljitelmä mustien aukkojen törmäyksestä

Rambler & Co:n toimistossa pidetyssä lehdistötilaisuudessa LIGO-yhteistyön venäläisen osan johtaja Valeri Mitrofanov ilmoitti gravitaatioaaltojen löytämisestä:

”Meillä on kunnia olla mukana tässä projektissa ja esitellä sen tulokset teille. Kerron nyt sinulle löydön merkityksen venäjäksi. Olemme nähneet kauniita kuvia LIGO-ilmaisimista Yhdysvalloissa. Niiden välinen etäisyys on 3000 km. Gravitaatioaallon vaikutuksesta yksi ilmaisimista siirtyi, minkä jälkeen löysimme ne. Aluksi näimme vain melua tietokoneessa, ja sitten Hamford-ilmaisimien massan muodostuminen alkoi. Saatujen tietojen laskemisen jälkeen pystyimme päättämään, että mustat aukot törmäsivät 1,3 mlrd:n etäisyydellä. valovuoden päässä täältä. Signaali oli erittäin selkeä, hän pääsi ulos melusta erittäin selvästi. Monet sanoivat meille, että olimme onnekkaita, mutta luonto antoi meille sellaisen lahjan. Gravitaatioaaltoja on löydetty - se on varma."

Astrofyysikot ovat vahvistaneet huhut, että he pystyivät havaitsemaan gravitaatioaaltoja käyttämällä gravitaatioaaltoobservatorion LIGO-ilmaisimia. Tämä löytö antaa ihmiskunnalle mahdollisuuden edistyä merkittävästi universumin toiminnan ymmärtämisessä.

Löytö tapahtui 14. syyskuuta 2015, samanaikaisesti kahdella ilmaisimella Washingtonissa ja Louisianassa. Signaali saapui ilmaisimiin kahden mustan aukon törmäyksen seurauksena. Tutkijoilta kesti niin paljon aikaa varmistaakseen, että törmäyksen seurauksena olivat gravitaatioaallot.

Reikien törmäys tapahtui noin puolet valon nopeudesta, joka on noin 150 792 458 m/s.

"Newtonin painovoima kuvattiin tasaisessa avaruudessa, ja Einstein käänsi sen aikatasolle ja ehdotti, että se taivuttaa sitä. Gravitaatiovuorovaikutus on erittäin heikko. Maapallolla gravitaatioaaltojen luomisen kokemus on mahdotonta. He pystyivät havaitsemaan ne vasta mustien aukkojen yhdistämisen jälkeen. Ilmaisin on siirtynyt, kuvittele vain, 10 - -19 metriä. Älä koske siihen käsilläsi. Vain erittäin tarkkojen instrumenttien avulla. Kuinka tehdä se? Lasersäde, jolla siirtymä havaittiin, on luonteeltaan ainutlaatuinen. Toisen sukupolven LIGO laserpainovoimaantenni otettiin käyttöön vuonna 2015. Herkkyys mahdollistaa gravitaatiohäiriöiden rekisteröinnin noin kerran kuukaudessa. Tämä on edistynyt maailma ja amerikkalainen tiede, maailmassa ei ole mitään tarkempaa. Toivomme, että se pystyy ylittämään herkkyyden standardin kvanttirajan ”, löytö selitti. Sergei Vyatchanin, Moskovan valtionyliopiston fysiikan tiedekunnan työntekijä ja LIGO-yhteistyö.

Kvanttimekaniikan standardi kvanttiraja (SQL) on rajoitus, joka koskee jatkuvan tai monta kertaa toistuvan suuren mittauksen tarkkuutta, jonka on kuvaama operaattori, joka ei kommutoi itsensä kanssa eri aikoina. V. B. Braginsky ennusti vuonna 1967, ja termiä Standard Quantum Limit (SQL) ehdotti myöhemmin Thorne. SQL liittyy läheisesti Heisenbergin epävarmuusrelaatioon.

Yhteenvetona Valeri Mitrofanov puhui jatkotutkimuksen suunnitelmista:

"Tämä löytö on uuden gravitaatioaaltoastronomian alku. Gravitaatioaaltojen kanavan kautta odotamme oppivamme lisää maailmankaikkeudesta. Tiedämme vain 5 %:n aineen koostumuksen, loppu on mysteeri. Gravitaatioilmaisimien avulla voit nähdä taivaan "gravitaatioaaltoina". Jatkossa toivomme näkevämme kaiken alun, eli alkuräjähdyksen kosmisen mikroaaltotaustan, ja ymmärtävämme, mitä silloin tarkalleen tapahtui."

Albert Einstein ehdotti ensimmäistä kertaa gravitaatioaaltoja vuonna 1916, eli melkein tasan 100 vuotta sitten. Aaltojen yhtälö on seurausta suhteellisuusteorian yhtälöistä, eikä sitä johdeta yksinkertaisimmalla tavalla.

Kanadalainen teoreettinen fyysikko Clifford Burgess julkaisi aiemmin kirjeen, jossa todettiin, että observatorio oli havainnut gravitaatiosäteilyä, joka aiheutui 36 ja 29 aurinkomassan mustien aukkojen binäärijärjestelmän sulautumisesta esineeksi, jonka massa on 62 aurinkomassaa. Törmäys ja epäsymmetrinen painovoiman romahdus kestävät sekunnin murto-osan, ja tänä aikana jopa 50 prosenttia järjestelmän massasta menee gravitaatiosäteilyyn - aika-avaruuden aaltoiluksi.

Gravitaatioaalto on gravitaatioaalto, joka syntyy useimmissa painovoimateorioissa gravitaatiokappaleiden liikkeestä vaihtelevalla kiihtyvyydellä. Kun otetaan huomioon gravitaatiovoimien suhteellinen heikkous (verrattuna muihin), näillä aalloilla pitäisi olla hyvin pieni magnitudi, jota on vaikea rekisteröidä. Albert Einstein ennusti heidän olemassaolonsa noin sata vuotta sitten.