Torstaina 11. helmikuuta ryhmä kansainvälisen LIGO Scientific Collaboration -projektin tutkijoita 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 Kiovan kansallisen Taras Shevchenko -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 värähtää 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, avaruus sulkeutuu tämän kappaleen ympärille 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 mainettaan. 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 pystynyt tuolloin todella korjaamaan aaltoa, vaikka Weber sanoi myös tehneensä sen: lehdistö kirjoitti siitä ja siellä oli "gravitaatiobuumi" - maailma alkoi heti 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.

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 gravitaatiosäteilyn, joka aiheutui 36 ja 29 aurinkomassan mustien aukkojen binäärijärjestelmän sulautumisesta objektiksi, 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.

Valentin Nikolaevich Rudenko jakaa tarinan vierailustaan ​​Kashinan kaupungissa (Italia), jossa hän vietti viikon hiljattain rakennetulla "gravitaatioantennilla" - Michelsonin optisella interferometrillä. Matkalla määränpäähän taksinkuljettaja on kiinnostunut siitä, mitä varten asennus on rakennettu. "Ihmiset täällä ajattelevat, että se on Jumalan kanssa puhumista varten", kuljettaja myöntää.

– Mitä ovat gravitaatioaallot?

– Gravitaatioaalto on yksi "astrofysikaalisen tiedon kantajista". Siellä on näkyviä astrofysikaalisen tiedon kanavia, erityinen rooli "kaukanäössä" kuuluu teleskoopeille. Tähtitieteilijät ovat myös hallitseneet matalataajuiset kanavat - mikroaaltouuni ja infrapuna sekä korkeataajuiset - röntgensäteet ja gamma. Sähkömagneettisen säteilyn lisäksi voimme rekisteröidä hiukkasvirtoja kosmoksesta. Tätä varten käytetään neutriinoteleskooppeja - suurikokoisia kosmisten neutriinojen ilmaisimia - hiukkasia, jotka ovat heikosti vuorovaikutuksessa aineen kanssa ja siksi niitä on vaikea rekisteröidä. Lähes kaikki teoreettisesti ennustetut ja laboratoriossa tutkitut "astrofysikaalisen tiedon kantajat" hallitaan luotettavasti käytännössä. Poikkeuksena oli gravitaatio - mikrokosmoksen heikoin vuorovaikutus ja makrokosmoksen tehokkain voima.

Painovoima on geometriaa. Gravitaatioaallot ovat geometrisia aaltoja, toisin sanoen aaltoja, jotka muuttavat avaruuden geometrisia ominaisuuksia kulkiessaan tilan läpi. Karkeasti sanottuna nämä ovat aaltoja, jotka muuttavat tilaa. Deformaatio on kahden pisteen välisen etäisyyden suhteellinen muutos. Gravitaatiosäteily eroaa kaikista muista säteilytyypeistä juuri siinä, että ne ovat geometrisia.

Ennakoiko Einstein gravitaatioaaltoja?

- Muodollisesti uskotaan, että Einstein ennusti gravitaatioaallot yhtenä yleisen suhteellisuusteoriansa seurauksista, mutta itse asiassa niiden olemassaolo tulee ilmeiseksi jo erityisessä suhteellisuusteoriassa.

Suhteellisuusteoria ehdottaa, että painovoiman vetovoiman vuoksi on mahdollista gravitaatioon kohdistuva romahdus, eli esineen supistuminen romahduksen seurauksena karkeasti sanottuna pisteeksi. Silloin painovoima on niin voimakas, että valo ei pääse edes pakoon siitä, joten tällaista esinettä kutsutaan kuvaannollisesti mustaksi aukoksi.

- Mikä on gravitaatiovuorovaikutuksen erikoisuus?

Gravitaatiovuorovaikutuksen piirre on ekvivalenssiperiaate. Hänen mukaansa testikappaleen dynaaminen vaste gravitaatiokentässä ei riipu tämän kappaleen massasta. Yksinkertaisesti sanottuna kaikki kappaleet putoavat samalla kiihtyvyydellä.

Gravitaatiovoima on heikoin, jonka tiedämme nykyään.

- Kuka oli ensimmäinen, joka yritti saada kiinni gravitaatioaallon?

– Gravitaatioaaltokokeen suoritti ensimmäisenä Joseph Weber Marylandin yliopistosta (USA). Hän loi gravitaatioilmaisimen, jota säilytetään nykyään Smithsonian Museumissa Washingtonissa. Vuosina 1968-1972 Joe Weber teki sarjan havaintoja kahdella toisistaan ​​erillään olevilla ilmaisimilla yrittääkseen eristää "sattumia". Sattumien vastaanotto on lainattu ydinfysiikasta. Weberin vastaanottamien gravitaatiosignaalien alhainen tilastollinen merkitsevyys aiheutti kriittisen suhtautumisen kokeen tuloksiin: ei ollut varmuutta gravitaatioaaltojen havaitsemisesta. Tulevaisuudessa tutkijat yrittivät lisätä Weber-tyyppisten ilmaisimien herkkyyttä. Kesti 45 vuotta kehittää ilmaisin, jonka herkkyys vastasi astrofysikaalista ennustetta.

Kokeen alussa ennen fiksaatiota tehtiin monia muitakin kokeita, impulsseja kirjattiin tänä aikana, mutta niiden intensiteetti oli liian pieni.

- Miksi signaalin korjaamisesta ei ilmoitettu heti?

– Gravitaatioaallot tallennettiin jo syyskuussa 2015. Mutta vaikka sattuma kirjattaisiinkin, on ennen julistamista todistettava, ettei se ole sattumaa. Mistä tahansa antennista otetussa signaalissa on aina kohinapurskeita (lyhytaikaisia ​​purskeita), ja yksi niistä voi vahingossa esiintyä samanaikaisesti toisen antennin kohinapurskeen kanssa. Ainoastaan ​​tilastollisten arvioiden avulla voidaan todistaa, että sattuma ei tapahtunut sattumalta.

– Miksi löydöt gravitaatioaaltojen alalla ovat niin tärkeitä?

– Kyky rekisteröidä gravitaatiotausta ja mitata sen ominaisuuksia, kuten tiheyttä, lämpötilaa jne., mahdollistaa universumin alkuvaiheen lähestymisen.

Houkutteleva asia on, että gravitaatiosäteilyä on vaikea havaita, koska se on erittäin heikosti vuorovaikutuksessa aineen kanssa. Mutta saman ominaisuuden ansiosta se kulkee imeytymättä meistä kaukaisimmista esineistä, joilla on aineen kannalta mysteerisimmät ominaisuudet.

Voimme sanoa, että gravitaatiosäteily kulkee ilman vääristymiä. Kaikkein kunnianhimoisin tavoite on tutkia painovoimasäteilyä, joka erotettiin primääriaineesta Big Bang -teoriassa, joka syntyi universumin syntyhetkellä.

– Sulkeeko gravitaatioaaltojen löytäminen pois kvanttiteorian?

Painovoimateoria olettaa painovoiman romahtamisen olemassaolon, eli massiivisten esineiden supistumisen pisteeksi. Samaan aikaan Kööpenhaminan koulukunnan kehittämä kvanttiteoria viittaa siihen, että epävarmuusperiaatteen ansiosta on mahdotonta määrittää täsmälleen sellaisia ​​parametreja kuin kappaleen sijainti, nopeus ja liikemäärä samaan aikaan. Tässä on epävarmuusperiaate, lentorataa on mahdotonta määrittää tarkasti, koska lentorata on sekä koordinaatti että nopeus jne. Tämän virheen sisällä on mahdollista määrittää vain tietty ehdollinen luottamuskäytävä, joka liittyy periaatteisiin epävarmuudesta. Kvanttiteoria kieltää kategorisesti pisteobjektien mahdollisuuden, mutta kuvaa niitä tilastollisesti todennäköisyydellä: se ei osoita erikseen koordinaatteja, vaan osoittaa todennäköisyyden, että sillä on tietyt koordinaatit.

Kysymys kvanttiteorian ja painovoimateorian yhdistämisestä on yksi yhtenäisen kenttäteorian luomisen peruskysymyksistä.

He jatkavat työskentelyä sen parissa nyt, ja sanat "kvanttigravitaatio" tarkoittavat täysin kehittynyttä tieteen aluetta, tiedon ja tietämättömyyden rajaa, jossa kaikki maailman teoreetikot työskentelevät nyt.

– Mitä löytö voi antaa tulevaisuudessa?

Gravitaatioaaltojen täytyy väistämättä muodostaa perusta nykyaikaiselle tieteelle yhtenä tietomme komponenteista. Heille on osoitettu merkittävä rooli universumin evoluutiossa ja näiden aaltojen avulla maailmankaikkeutta tulisi tutkia. Löytö edistää tieteen ja kulttuurin yleistä kehitystä.

Jos päätät mennä nykypäivän tieteen ulkopuolelle, on sallittua kuvitella gravitaatioviestintälinjoja, gravitaatiosäteilyn suihkulaitteita, gravitaatioaallon introskopialaitteita.

- Onko gravitaatioaalloilla mitään yhteyttä ekstrasensoriseen havaintoon ja telepatiaan?

Ei ole. Kuvatut efektit ovat kvanttimaailman vaikutuksia, optiikan vaikutuksia.

Haastatteli Anna Utkina

Mutta minua kiinnostaa enemmän, mitä odottamattomia asioita voidaan havaita gravitaatioaaltojen avulla. Joka kerta kun ihmiset ovat havainneet maailmankaikkeutta uudella tavalla, olemme havainneet monia odottamattomia asioita, jotka ovat kääntäneet käsityksemme maailmankaikkeudesta ylösalaisin. Haluan löytää nämä gravitaatioaallot ja löytää jotain, josta meillä ei ollut aavistustakaan aiemmin.

Auttaako tämä meitä tekemään todellista loimia?

Koska gravitaatioaallot ovat heikosti vuorovaikutuksessa aineen kanssa, niitä tuskin voidaan käyttää tämän aineen liikuttamiseen. Mutta vaikka voisitkin, gravitaatioaalto kulkee vain valon nopeudella. Ne eivät toimi loimiasemaan. Vaikka se olisi siistiä.

Entä painovoimalaitteet?

Antigravitaatiolaitteen luomiseksi meidän on muutettava vetovoima hylkimisvoimaksi. Ja vaikka gravitaatioaalto levittää muutoksia painovoimassa, tämä muutos ei koskaan ole vastenmielinen (tai negatiivinen).

Painovoima houkuttelee aina, koska negatiivista massaa ei näytä olevan olemassa. Loppujen lopuksi on olemassa positiivinen ja negatiivinen varaus, pohjoinen ja eteläinen magneettinapa, mutta vain positiivinen massa. Miksi? Jos negatiivinen massa olisi olemassa, ainepallo putoaisi ylös eikä alas. Maan positiivinen massa torjuisi sen.

Mitä tämä tarkoittaa aikamatkailun ja teleportaation mahdollisuudelle? Voimmeko löytää tälle ilmiölle muuta käytännön sovellusta kuin universumimme tutkimisen?

Nyt paras tapa matkustaa ajassa (ja vain tulevaisuudessa) on matkustaa lähes valon nopeudella (muistakaa yleisen suhteellisuusteorian kaksoisparadoksi) tai mennä alueelle, jolla on lisääntynyt painovoima (tällaista aikamatkailua esiteltiin Interstellarissa) . Koska gravitaatioaalto levittää painovoiman muutoksia, ajan nopeudessa on hyvin pieniä vaihteluita, mutta koska gravitaatioaallot ovat luonnostaan ​​heikkoja, niin ovat myös ajalliset vaihtelut. Ja vaikka en usko, että voit soveltaa tätä aikamatkustukseen (tai teleportaatioon), älä koskaan sano ei koskaan (lyön vetoa, että hengästyit).

Tuleeko päivä, jolloin lopetamme Einsteinin vahvistamisen ja alamme jälleen etsiä outoja asioita?

Tietysti! Koska painovoima on voimista heikoin, sitä on myös vaikea kokeilla. Toistaiseksi joka kerta, kun tiedemiehet ovat testanneet GR:ää, he ovat saaneet tarkalleen ennustetut tulokset. Jopa gravitaatioaaltojen löytö vahvisti jälleen Einsteinin teorian. Mutta luulen, että kun alamme testata teorian pienimpiä yksityiskohtia (ehkä gravitaatioaaltojen kanssa, ehkä toisella), löydämme "hauskoja" asioita, kuten kokeen tulos, joka ei täsmälleen vastaa ennustetta. Tämä ei tarkoita GR:n virhettä, vain tarvetta selventää sen yksityiskohtia.

Joka kerta kun vastaamme yhteen luontoa koskevaan kysymykseen, ilmaantuu uusia. Lopulta meillä on kysymyksiä, jotka ovat siistimpiä kuin GR:n sallimat vastaukset.

Voitko selittää, kuinka tämä löytö voi liittyä yhtenäisen kentän teoriaan tai vaikuttaa siihen? Olemmeko lähempänä sen vahvistamista vai kumoamista?

Nyt löytömme tulokset on pääasiassa omistettu yleisen suhteellisuusteorian todentamiseen ja vahvistamiseen. Yhdistetty kenttäteoria etsii tapaa luoda teoria, joka selittää erittäin pienen (kvanttimekaniikka) ja erittäin suuren (yleinen suhteellisuusteoria) fysiikan. Nyt nämä kaksi teoriaa voidaan yleistää selittämään sen maailman laajuutta, jossa elämme, mutta ei enempää. Koska löytömme keskittyy erittäin suuren fysiikkaan, se itsessään ei juurikaan edistä meitä yhtenäisen teorian suuntaan. Mutta siitä ei ole kysymys. Nyt gravitaatioaaltojen fysiikan ala on juuri syntynyt. Kun opimme lisää, laajennamme varmasti tuloksiamme yhtenäisen teorian alueelle. Mutta ennen juoksua sinun täytyy kävellä.

Nyt kun kuuntelemme gravitaatioaaltoja, mitä tiedemiesten on kuultava voidakseen kirjaimellisesti potkia tiiliä? 1) Luonnottomat kuviot/rakenteet? 2) Gravitaatioaaltojen lähteet alueilta, joita pidimme tyhjinä? 3) Rick Astley

Kun luin kysymyksesi, muistin heti kohtauksen "Yhteystiedot"-kappaleesta, jossa radioteleskooppi poimii alkulukukuvioita. On epätodennäköistä, että tätä löytyy luonnosta (sikäli kuin tiedämme). Joten sinun versiosi, jossa on luonnoton kuvio tai rakenne, olisi todennäköisin.

En usko, että voimme koskaan olla varmoja tyhjyydestä tietyllä avaruuden alueella. Loppujen lopuksi löytämämme musta aukkojärjestelmä oli eristetty, eikä valoa tullut siltä alueelta, mutta silti löysimme gravitaatioaaltoja sieltä.

Mitä tulee musiikkiin... Olen erikoistunut erottamaan gravitaatioaaltosignaalit staattisesta kohinasta, jota mittaamme jatkuvasti ympäristön taustaa vasten. Jos löytäisin musiikkia gravitaatioaallon kautta, varsinkin sellaisen, jonka olen kuullut aiemmin, se olisi pilaa. Mutta musiikkia, jota ei ole koskaan kuultu maan päällä... Se olisi kuin yksinkertaiset tapaukset "Contactista".

Koska koe rekisteröi aallot muuttamalla kahden kohteen välistä etäisyyttä, onko yhden suunnan amplitudi suurempi kuin toisen? Muuten eivätkö lukemat tarkoittaisi, että maailmankaikkeuden koko muuttuu? Ja jos on, vahvistaako tämä laajennus vai jotain odottamatonta?

Meidän on nähtävä monia gravitaatioaaltoja, jotka tulevat monista eri suunnista universumissa, ennen kuin voimme vastata tähän kysymykseen. Tähtitiedessä tämä luo populaatiomallin. Kuinka monta erilaista asiaa on olemassa? Tämä on pääkysymys. Kun meillä on paljon havaintoja ja alamme nähdä odottamattomia kuvioita, esimerkiksi että tietyntyyppiset gravitaatioaallot tulevat tietystä universumin osasta eikä mistään muualta, tämä on erittäin mielenkiintoinen tulos. Jotkut mallit voivat vahvistaa laajentumisen (josta olemme erittäin varmoja) tai muita ilmiöitä, joista emme vielä ole tietoisia. Mutta ensin sinun täytyy nähdä paljon enemmän gravitaatioaaltoja.

Minulle on täysin käsittämätöntä, kuinka tiedemiehet päättelivät, että heidän mittaamansa aallot kuuluivat kahdelle supermassiiviselle mustalle aukolle. Kuinka aaltojen lähde voidaan määrittää näin tarkasti?

Tietojen analysointimenetelmät käyttävät luetteloa ennustetuista gravitaatioaaltosignaaleista verratakseen tietojamme. Jos jollakin näistä ennusteista tai kuvioista on vahva korrelaatio, emme vain tiedä, että se on gravitaatioaalto, vaan tiedämme myös, mikä järjestelmä sen loi.

Jokainen tapa luoda gravitaatioaalto, olipa kyseessä mustien aukkojen sulautuminen, tähdet pyörivät tai kuolevat, kaikilla aalloilla on eri muotoja. Kun havaitsemme gravitaatioaallon, käytämme näitä muotoja, kuten yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, määrittääksemme niiden syyn.

Mistä tiedämme, että nämä aallot tulivat kahden mustan aukon törmäyksestä eivätkä jostain muusta tapahtumasta? Voidaanko jollakin tarkkuudella ennustaa missä tai milloin tällainen tapahtuma tapahtui?

Kun tiedämme, mikä järjestelmä tuotti gravitaatioaallon, voimme ennustaa, kuinka voimakas gravitaatioaalto oli lähellä paikkaa, jossa se syntyi. Mittaamalla sen voimakkuutta sen saavuttaessa maan ja vertaamalla mittauksiamme lähteen ennustettuun voimakkuuteen, voimme laskea, kuinka kaukana lähde on. Koska gravitaatioaallot kulkevat valon nopeudella, voimme myös laskea, kuinka kauan gravitaatioaaltojen eteneminen Maata kohti kesti.

Löysimme mustan aukon järjestelmän tapauksessa maksimimuutoksen LIGO-varsien pituudessa 1/1000 protonin halkaisijaa kohti. Tämä järjestelmä sijaitsee 1,3 miljardin valovuoden päässä. Syyskuussa löydetty ja toissapäivänä julkistettu gravitaatioaalto on liikkunut meitä kohti 1,3 miljardia vuotta. Tämä tapahtui ennen eläinelämän muodostumista Maahan, mutta monisoluisten organismien ilmaantumisen jälkeen.

Ilmoitushetkellä todettiin, että muut ilmaisimet etsivät aaltoja pidemmällä aikavälillä - osa niistä on kosmisia. Mitä voit kertoa meille näistä suurista ilmaisimista?

Avaruusilmaisin on todellakin kehitteillä. Sitä kutsutaan nimellä LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Koska se on avaruudessa, se on melko herkkä matalataajuuksisille gravitaatioaalloille, toisin kuin maanpäälliset ilmaisimet, maan luonnollisen värähtelyn vuoksi. Se tulee olemaan vaikeaa, koska satelliitit on sijoitettava kauemmas Maasta kuin ihminen on koskaan ollut. Jos jokin menee pieleen, emme voi lähettää astronauteja korjattavaksi. Testaaksesi tarvittavia tekniikoita, . Toistaiseksi hän on selvinnyt kaikista asetetuista tehtävistä, mutta tehtävä ei ole kaukana ohi.

Voidaanko gravitaatioaaltoja muuttaa ääniaalloiksi? Ja jos on, miltä ne näyttävät?

Voi. Tietenkään et kuule vain gravitaatioaaltoa. Mutta jos otat signaalin ja annat sen kaiuttimien kautta, voit kuulla sen.

Mitä tälle tiedolle pitäisi tehdä? Säteilevätkö nämä aallot muita tähtitieteellisiä kohteita, joilla on merkittävä massa? Voidaanko aaltoja käyttää planeettojen tai yksinkertaisten mustien aukkojen etsimiseen?

Gravitaatioarvoja etsittäessä ei pelkästään massalla ole merkitystä. Myös kiihtyvyys, joka on ominaista esineelle. Löytämämme mustat aukot kiertävät toisiaan 60 prosentilla valon nopeudella niiden sulautuessa. Siksi pystyimme havaitsemaan ne sulautumisen aikana. Mutta nyt ne eivät enää vastaanota gravitaatioaaltoja, koska ne ovat sulautuneet yhdeksi istuvaksi massaksi.

Joten kaikki, jolla on paljon massaa ja joka liikkuu erittäin nopeasti, luo gravitaatioaaltoja, jotka voit poimia.

Eksoplaneetoilla ei todennäköisesti ole tarpeeksi massaa tai kiihtyvyyttä havaittavien gravitaatioaaltojen luomiseksi. (En väitä, etteivätkö he tee niitä ollenkaan, vaan että ne eivät ole tarpeeksi vahvoja tai eri taajuudella). Vaikka eksoplaneetta olisi tarpeeksi massiivinen tuottamaan tarvittavat aallot, kiihtyvyys repii sen osiin. Älä unohda, että massiivimmat planeetat ovat yleensä kaasujättiläisiä.

Kuinka totta on analogia aalloista vedessä? Voimmeko ratsastaa näillä aalloilla? Onko olemassa gravitaatiohuippuja, kuten jo tunnetut "kaivot"?

Koska gravitaatioaallot voivat liikkua aineen läpi, niitä ei voi ajaa tai käyttää liikkumiseen. Ei siis gravitaatioaaltosurffausta.

"Piikit" ja "kaivot" ovat ihania. Painovoima houkuttelee aina, koska negatiivista massaa ei ole. Emme tiedä miksi, mutta sitä ei ole koskaan havaittu laboratoriossa tai maailmankaikkeudessa. Siksi painovoima esitetään yleensä "kaivona". Tätä "kaivoa" pitkin liikkuva massa putoaa sisäänpäin; niin vetovoima toimii. Jos sinulla on negatiivinen massa, saat vastenmielisyyden ja sen mukana "huipun". Massa, joka liikkuu "huipulla", kaartuu pois siitä. Joten "kaivoja" on olemassa, mutta "huippuja" ei ole.

Veden analogia on hyvä niin kauan kuin puhumme siitä, että aallon voimakkuus pienenee lähteestä kuljetun matkan myötä. Veden aalto pienenee koko ajan ja painovoima-aalto heikkenee ja heikkenee.

Miten tämä löytö vaikuttaa kuvaukseen alkuräjähdyksen inflaatiokaudesta?

Tällä löydöllä ei tällä hetkellä käytännössä ole vaikutusta inflaatioon. Tällaisten lausuntojen esittämiseksi on tarpeen tarkkailla alkuräjähdyksen jäännöspainovoimaaaltoja. BICEP2-projekti uskoi, että se tarkkaili epäsuorasti näitä gravitaatioaaltoja, mutta kävi ilmi, että syyllinen oli kosminen pöly. Jos hän saa oikeat tiedot, lyhyen inflaation olemassaolo pian alkuräjähdyksen jälkeen vahvistetaan sen mukana.

LIGO pystyy näkemään suoraan nämä gravitaatioaallot (se on myös heikoin painovoimaaaltojen tyyppi, jonka toivomme havaitsevan). Jos näemme ne, voimme katsoa syvälle maailmankaikkeuden menneisyyteen, kuten emme ole katsoneet aiemmin, ja arvioida inflaatiota saatujen tietojen perusteella.