अब हम गुरुत्वाकर्षण तरंगों से भरे ब्रह्मांड में रहते हैं।

वाशिंगटन में नेशनल साइंस फाउंडेशन (NSF) की बैठक से गुरुवार सुबह ऐतिहासिक घोषणा तक, केवल अफवाहें थीं कि लेजर इंटरफेरोमेट्रिक ग्रेविटेशनल वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) ने अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के एक प्रमुख घटक की खोज की थी, लेकिन अब हम जानते हैं जितना हमने सोचा था, वास्तविकता उससे कहीं अधिक गहरी है।

अद्भुत स्पष्टता के साथ, LIGO बाइनरी सिस्टम (एक दूसरे के चारों ओर घूमते हुए दो ब्लैक होल) के एक पूरे में विलय से पहले के क्षण को "सुनने" में सक्षम था, सैद्धांतिक मॉडल के अनुसार ऐसा स्पष्ट गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत बना रहा था जो नहीं था चर्चा की आवश्यकता है। LIGO ने एक शक्तिशाली ब्लैक होल का "पुनर्जन्म" देखा, जो लगभग 1.3 बिलियन साल पहले हुआ था।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें हमेशा हमारे ग्रह से गुजरती रही हैं (वास्तव में, हमारे बीच से गुजर रही हैं), लेकिन केवल अब हम जानते हैं कि उन्हें कैसे खोजना है। अब हमने विभिन्न ब्रह्मांडीय संकेतों के लिए अपनी आंखें खोल दी हैं, ज्ञात ऊर्जा घटनाओं के कारण कंपन, और खगोल विज्ञान के एक बिल्कुल नए क्षेत्र का जन्म देख रहे हैं।

दो ब्लैक होल के विलय की आवाज:

गुरुवार की विजयी बैठक के दौरान भौतिक विज्ञानी और एलआईजीओ के प्रवक्ता गैब्रिएला गोंजालेज ने कहा, "अब हम ब्रह्मांड को सुन सकते हैं। खोज ने एक नए युग की शुरुआत की है: गुरुत्वाकर्षण खगोल विज्ञान का क्षेत्र अब एक वास्तविकता है।"

ब्रह्मांड में हमारा स्थान बहुत बदल रहा है और यह खोज मौलिक हो सकती है, जैसे रेडियो तरंगों की खोज और ब्रह्मांड के विस्तार की समझ।

सापेक्षता का सिद्धांत अधिक मान्य हो जाता है

गुरुत्वाकर्षण तरंगें क्या हैं और वे इतनी महत्वपूर्ण क्यों हैं, यह समझाने के प्रयास उतने ही जटिल हैं जितने कि उनका वर्णन करने वाले समीकरण, लेकिन उन्हें खोजने से न केवल अंतरिक्ष-समय की प्रकृति के बारे में आइंस्टीन के सिद्धांत मजबूत होते हैं, अब हमारे पास ब्रह्मांड के उस हिस्से की जांच करने के लिए एक उपकरण है। हमारे लिए अदृश्य था। अब हम ब्रह्मांड में सबसे ऊर्जावान घटनाओं द्वारा बनाई गई ब्रह्मांडीय तरंगों का अध्ययन कर सकते हैं, और शायद नई भौतिक खोजों को बनाने और नई खगोलीय घटनाओं का पता लगाने के लिए गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग कर सकते हैं।

ओंटारियो इंस्टीट्यूट फॉर थियोरेटिकल फिजिक्स के लुईस लेहनर ने गुरुवार के बयान के बाद एक साक्षात्कार में कहा, "अब हमें यह साबित करना होगा कि हमारे पास गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज से आगे जाने की तकनीक है, क्योंकि इससे हमारे लिए कई अवसर खुलते हैं।"

लेहनेर का शोध घनीभूत वस्तुओं (जैसे ब्लैक होल) पर केंद्रित है जो शक्तिशाली गुरुत्वाकर्षण तरंगें बनाते हैं। हालांकि वे एलआईजीओ सहयोग से जुड़े नहीं हैं, लेहनेर ने इस ऐतिहासिक खोज के महत्व को जल्दी ही महसूस किया। "कोई बेहतर संकेत नहीं हैं," उन्होंने कहा।

खोज तीन रास्तों पर आधारित है, वह कारण। सबसे पहले, अब हम जानते हैं कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें मौजूद हैं, और हम जानते हैं कि उनका पता कैसे लगाया जाए। दूसरे, 14 सितंबर, 2015 को एलआईजीओ स्टेशनों द्वारा पता लगाया गया संकेत ब्लैक होल की एक बाइनरी प्रणाली के अस्तित्व के लिए मजबूत सबूत है, और प्रत्येक ब्लैक होल का वजन कई दसियों सौर द्रव्यमान होता है। संकेत ठीक वैसा ही है जैसा हमने दो ब्लैक होल के कठिन विलय के परिणामस्वरूप देखने की उम्मीद की थी, एक का वजन सूर्य से 29 गुना और दूसरे का 36 गुना था। तीसरा, और शायद सबसे महत्वपूर्ण, "ब्लैक होल में भेजे जाने की संभावना" निश्चित रूप से ब्लैक होल के अस्तित्व का सबसे मजबूत सबूत है।

ब्रह्मांडीय अंतर्ज्ञान

यह घटना कई अन्य वैज्ञानिक खोजों की तरह भाग्य के साथ थी। LIGO नेशनल साइंस फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित सबसे बड़ी परियोजना है और 2002 में शुरू हुई थी। यह पता चला कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों के मायावी संकेत की खोज के कई वर्षों के बाद, LIGO पर्याप्त संवेदनशील नहीं है और 2010 में वेधशालाएं जमी हुई थीं, जबकि उनकी संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए अंतर्राष्ट्रीय सहयोग किया जा रहा था। पांच साल बाद, सितंबर 2015 में, "बेहतर LIGO" का जन्म हुआ।

उस समय, LIGO के सह-संस्थापक और सैद्धांतिक भौतिकी हैवीवेट किप थॉर्न को LIGO की सफलता पर भरोसा था, उन्होंने बीबीसी को बताया: "हम यहाँ हैं। हम बड़े खेल में हैं। और यह बिल्कुल स्पष्ट है कि हम गोपनीयता का पर्दा हटा देंगे। ” और वह सही था, पुनर्निर्माण के कुछ दिनों बाद, हमारे ग्रह पर गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक विस्फोट हुआ, और LIGO उन्हें पता लगाने के लिए पर्याप्त संवेदनशील था।

इन ब्लैक होल विलय को कुछ खास नहीं माना जाता है; ऐसा अनुमान है कि इस तरह की घटनाएं ब्रह्मांड में हर 15 मिनट में कहीं न कहीं होती हैं। लेकिन यह विशेष विलय सही समय पर (1.3 अरब प्रकाश वर्ष की दूरी पर) सही समय पर (1.3 अरब वर्ष पहले) हुआ, ताकि एलआईजीओ वेधशालाएं अपना संकेत प्राप्त कर सकें। यह ब्रह्मांड से एक शुद्ध संकेत था, और आइंस्टीन ने इसकी भविष्यवाणी की, और उनकी गुरुत्वाकर्षण तरंगें वास्तविक निकलीं, जो एक ब्रह्मांडीय घटना का वर्णन करते हुए ब्रह्मांड के सभी सितारों की संयुक्त शक्ति से 50 गुना अधिक शक्तिशाली थी। गुरुत्वाकर्षण तरंगों के इस विशाल विस्फोट को LIGO द्वारा उच्च आवृत्ति वाले चिरप सिग्नल के रूप में रिकॉर्ड किया गया था क्योंकि ब्लैक होल एक में सर्पिल हो गए थे।

गुरुत्वाकर्षण तरंगों के प्रसार की पुष्टि करने के लिए, LIGO में दो अवलोकन स्टेशन होते हैं, एक लुइसियाना में, दूसरा वाशिंगटन में। झूठी सकारात्मकता को खत्म करने के लिए, दोनों स्टेशनों पर गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत का पता लगाया जाना चाहिए। 14 सितंबर को, परिणाम पहले लुइसियाना में और वाशिंगटन में 7 मिलीसेकंड के बाद प्राप्त किया गया था। संकेतों का मिलान हुआ, और त्रिकोणासन की मदद से, भौतिक विज्ञानी यह पता लगाने में सक्षम थे कि वे दक्षिणी गोलार्ध के आकाश में उत्पन्न हुए थे।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें: वे कैसे उपयोगी हो सकती हैं?

तो हमारे पास ब्लैक होल विलय संकेत की पुष्टि है, तो क्या? यह एक ऐतिहासिक खोज है, जो समझ में आती है - 100 साल पहले आइंस्टीन इन तरंगों की खोज का सपना भी नहीं देख सकते थे, लेकिन ऐसा हुआ।

सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत 20वीं शताब्दी के सबसे गहन वैज्ञानिक और दार्शनिक अहसासों में से एक था और वास्तविकता में सबसे अधिक बौद्धिक अनुसंधान का आधार बनता है। खगोल विज्ञान में, सामान्य सापेक्षता के अनुप्रयोग स्पष्ट हैं: गुरुत्वाकर्षण लेंस से लेकर ब्रह्मांड के विस्तार को मापने तक। लेकिन आइंस्टीन के सिद्धांतों का व्यावहारिक अनुप्रयोग बिल्कुल स्पष्ट नहीं है, लेकिन अधिकांश आधुनिक प्रौद्योगिकियां कुछ चीजों में सापेक्षता के सिद्धांत से सबक का उपयोग करती हैं जिन्हें सरल माना जाता है। उदाहरण के लिए, वैश्विक नेविगेशन उपग्रहों को लें, वे तब तक पर्याप्त सटीक नहीं होंगे जब तक कि समय फैलाव (सापेक्षता द्वारा अनुमानित) के लिए एक साधारण सुधार लागू नहीं किया जाता है।

यह स्पष्ट है कि वास्तविक दुनिया में सामान्य सापेक्षता के अनुप्रयोग हैं, लेकिन जब आइंस्टीन ने 1916 में अपना सिद्धांत प्रस्तुत किया, तो इसका आवेदन अत्यधिक संदिग्ध था, जो स्पष्ट प्रतीत होता था। उन्होंने ब्रह्मांड को वैसे ही जोड़ा जैसे उन्होंने इसे देखा, और सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का जन्म हुआ। और अब सापेक्षता के सिद्धांत का एक और घटक सिद्ध हो गया है, लेकिन गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग कैसे किया जा सकता है? खगोल भौतिकीविद और ब्रह्मांड विज्ञानी निश्चित रूप से चिंतित हैं।

सैद्धांतिक भौतिकी संस्थान के निदेशक, सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी नील तुरोक ने गुरुवार को एक वीडियो प्रस्तुति के दौरान कहा, "जब हमने ब्लैक होल के जोड़े से डेटा एकत्र किया है जो पूरे ब्रह्मांड में बिखरे हुए बीकन के रूप में कार्य करेगा।" "हम मापने में सक्षम होंगे ब्रह्मांड का गति विस्तार, या अत्यधिक सटीकता के साथ डार्क एनर्जी की मात्रा, आज की तुलना में कहीं अधिक सटीक है। ”

"आइंस्टीन ने अपने सिद्धांत को प्रकृति से कुछ सुरागों के साथ विकसित किया, लेकिन एक तार्किक अनुक्रम के आधार पर। 100 वर्षों में, आप उनकी भविष्यवाणियों की बहुत सटीक पुष्टि देखते हैं। ”

इसके अलावा, 14 सितंबर की घटना में कुछ भौतिकी विशेषताएं हैं जिन्हें अभी भी तलाशने की जरूरत है। उदाहरण के लिए, लेहनेर ने देखा कि गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत का विश्लेषण करके, कोई ब्लैक होल विलय के "स्पिन" या कोणीय गति को माप सकता है। "यदि आप एक सिद्धांत पर लंबे समय से काम कर रहे हैं, तो आपको पता होना चाहिए कि एक ब्लैक होल में एक बहुत ही विशेष स्पिन होता है," उन्होंने कहा।

दो ब्लैक होल के विलय के दौरान गुरुत्वाकर्षण तरंगों का बनना:

किसी कारण से, ब्लैक होल का अंतिम घुमाव अपेक्षा से धीमा है, यह दर्शाता है कि ब्लैक होल कम गति से टकरा रहे हैं, या वे ऐसी टक्कर में थे जिससे संयुक्त कोणीय गति एक दूसरे का विरोध कर रही थी। "यह बहुत दिलचस्प है, प्रकृति ने ऐसा क्यों किया?" लेहनेर ने कहा।

यह हालिया पहेली कुछ बुनियादी भौतिकी को वापस ला सकती है जिसे छोड़ दिया गया है, लेकिन, अधिक दिलचस्प रूप से, "नई," असामान्य भौतिकी प्रकट कर सकता है जो सामान्य सापेक्षता में फिट नहीं होता है। और यह गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अन्य अनुप्रयोगों को प्रकट करता है: चूंकि वे मजबूत गुरुत्वाकर्षण घटनाओं द्वारा बनाए गए हैं, हमारे पास रास्ते में संभावित आश्चर्य के साथ दूर से इस वातावरण की जांच करने की क्षमता है। इसके अलावा, हम ब्रह्मांड की संरचना को बेहतर ढंग से समझने के लिए खगोलीय घटनाओं के अवलोकनों को विद्युत चुम्बकीय बलों के साथ जोड़ सकते हैं।

आवेदन पत्र?

स्वाभाविक रूप से, वैज्ञानिक खोजों के परिसर से की गई बड़ी घोषणाओं के बाद, वैज्ञानिक समुदाय के बाहर कई लोग सोच रहे हैं कि वे उन्हें कैसे प्रभावित कर सकते हैं। खोज की गहराई खो सकती है, जो निश्चित रूप से गुरुत्वाकर्षण तरंगों पर भी लागू होती है। लेकिन एक और मामले पर विचार करें, जब 1895 में विल्हेम रोएंटजेन ने कैथोड रे ट्यूब के साथ प्रयोग करते हुए एक्स-रे की खोज की, तो कम ही लोग जानते हैं कि कुछ ही वर्षों में, ये विद्युत चुम्बकीय तरंगें निदान से लेकर उपचार तक रोजमर्रा की दवा में एक प्रमुख घटक बन जाएंगी। इसी तरह, 1887 में रेडियो तरंगों के पहले प्रायोगिक निर्माण के साथ, हेनरिक हर्ट्ज़ ने जेम्स क्लर्क मैक्सवेल के ज्ञात विद्युत चुम्बकीय समीकरणों की पुष्टि की। 20वीं सदी के 90 के दशक में कुछ समय बाद ही रेडियो ट्रांसमीटर और रेडियो रिसीवर बनाने वाले गुग्लिल्मो मार्कोनी ने अपने व्यावहारिक अनुप्रयोग को साबित किया। इसके अलावा, श्रोडिंगर समीकरण जो क्वांटम गतिकी की जटिल दुनिया का वर्णन करते हैं, अब अल्ट्राफास्ट क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास में उपयोग किए जा रहे हैं।

सभी वैज्ञानिक खोजें उपयोगी होती हैं, और उनमें से कई के पास अंततः रोज़मर्रा के अनुप्रयोग होते हैं जिन्हें हम हल्के में लेते हैं। वर्तमान में, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का व्यावहारिक अनुप्रयोग खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान तक सीमित है - अब हमारे पास "अंधेरे ब्रह्मांड" में एक खिड़की है जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लिए दृश्यमान नहीं है। इसमें कोई संदेह नहीं है कि वैज्ञानिक और इंजीनियर ब्रह्मांड को महसूस करने के अलावा इन ब्रह्मांडीय स्पंदनों के लिए अन्य उपयोग करेंगे। हालांकि, इन तरंगों का पता लगाने के लिए, एलआईजीओ में ऑप्टिकल तकनीक में अच्छी प्रगति होनी चाहिए, जिसमें समय के साथ नई प्रौद्योगिकियां दिखाई देंगी।

एलआईजीओ वैज्ञानिक प्रयोग में प्रतिभागियों, जिसमें रूसी भौतिक विज्ञानी भी भाग लेते हैं, ने दो ब्लैक होल की टक्कर से उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अमेरिकी वेधशालाओं द्वारा पंजीकरण की घोषणा की।

14 सितंबर, 2015 को गुरुत्वाकर्षण तरंगें दर्ज की गईं, जिसकी घोषणा 11 फरवरी, 2016 को वाशिंगटन में LIGO प्रतिनिधियों के एक विशेष संवाददाता सम्मेलन में की गई। परिणामों को संसाधित करने और सत्यापित करने में वैज्ञानिकों को छह महीने लगे। इसे गुरुत्वाकर्षण तरंगों की आधिकारिक खोज माना जा सकता है, क्योंकि पहली बार वे सीधे पृथ्वी पर पंजीकृत हुई थीं। काम के परिणाम फिजिकल रिव्यू लेटर्स जर्नल में प्रकाशित हुए हैं।

एक प्रेस कॉन्फ्रेंस में मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के भौतिक विज्ञानी। मैक्सिम अबेव द्वारा फोटो।

संयुक्त राज्य अमेरिका के एक योजनाबद्ध मानचित्र पर इंटरफेरोमीटर की योजना और उनका स्थान। आकृति में परीक्षण दर्पण द्रव्यमान को परीक्षण द्रव्यमान कहा जाता है।

परीक्षण द्रव्यमान, वे फ़्यूज्ड क्वार्ट्ज से बने इंटरफेरोमीटर दर्पण भी हैं। फोटो: www.ligo.caltech.edu

ब्लैक होल के निकट आने से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का संख्यात्मक अनुकरण। चित्र: भौतिक समीक्षा पत्र http://physics.aps.org/articles/v9/17

लिविंगस्टन, लुइसियाना के पास एलआईजीओ वेधशाला। फोटो: www.ligo.caltech.edu

इस प्रकार, पिछले 100 वर्षों में भौतिकविदों के सामने सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक को हल किया गया है। गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अस्तित्व की भविष्यवाणी 1915-1916 में अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा विकसित सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत (जीआर) द्वारा की गई थी - मौलिक भौतिक सिद्धांत जो हमारी दुनिया की संरचना और विकास का वर्णन करता है। सामान्य सापेक्षता, वास्तव में, गुरुत्वाकर्षण का एक सिद्धांत है, जो अंतरिक्ष-समय के गुणों के साथ अपना संबंध स्थापित करता है। विशाल पिंड इसमें परिवर्तन उत्पन्न करते हैं, जिन्हें आमतौर पर अंतरिक्ष-समय की वक्रता कहा जाता है। यदि ये पिंड परिवर्तनशील त्वरण के साथ गति करते हैं, तो अंतरिक्ष-समय में प्रसार परिवर्तन होते हैं, जिन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगें कहा जाता है।

उनके पंजीकरण की समस्या यह है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें बहुत कमजोर होती हैं, और किसी भी स्थलीय स्रोत से उनका पता लगाना लगभग असंभव है। कई वर्षों तक अधिकांश अंतरिक्ष वस्तुओं से उनका पता लगाना संभव नहीं था। सुपरनोवा विस्फोट, न्यूट्रॉन सितारों की टक्कर या ब्लैक होल जैसी बड़ी ब्रह्मांडीय आपदाओं से गुरुत्वाकर्षण तरंगों पर ही उम्मीदें बनी रहीं। ये उम्मीदें जायज थीं। इस पेपर में, दो ब्लैक होल के विलय से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का ठीक-ठीक पता लगाया जाता है।

1992 में गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए, एक भव्य परियोजना प्रस्तावित की गई थी, जिसे LIGO (लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी - लेजर-इंटरफेरोमेट्रिक ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी) कहा जाता है। इसके लिए तकनीक लगभग बीस वर्षों से विकसित की गई है। और इसे संयुक्त राज्य अमेरिका के दो सबसे बड़े वैज्ञानिक केंद्रों - कैलिफोर्निया और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी द्वारा लागू किया गया था। सामान्य वैज्ञानिक टीम, एलआईजीओ सहयोग में 16 देशों के लगभग 1,000 वैज्ञानिक शामिल हैं। रूस का प्रतिनिधित्व मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी और इंस्टीट्यूट ऑफ एप्लाइड फिजिक्स ऑफ द रशियन एकेडमी ऑफ साइंसेज (निज़नी नोवगोरोड) द्वारा किया जाता है।

LIGO में वाशिंगटन और लुइसियाना राज्यों में 3000 किमी की दूरी पर स्थित वेधशालाएं शामिल हैं, जो एक एल-आकार के माइकलसन इंटरफेरोमीटर हैं जिनकी दो भुजाएँ 4 किमी लंबी हैं। दर्पणों की प्रणाली से गुजरने वाली लेजर बीम को दो बीमों में विभाजित किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक इसके कंधे में फैलती है। वे शीशों से उछलकर वापस आ जाते हैं। फिर ये दो प्रकाश तरंगें, जो अलग-अलग रास्तों से गुजरी हैं, डिटेक्टर में जुड़ जाती हैं। प्रारंभ में, सिस्टम की स्थापना की जाती है ताकि तरंगें एक दूसरे को रद्द कर दें, और डिटेक्टर को कुछ भी हिट नहीं करता है। गुरुत्वाकर्षण तरंगें परीक्षण द्रव्यमान के बीच की दूरी को बदल देती हैं, जो एक साथ इंटरफेरोमीटर दर्पण के रूप में काम करती हैं, जिससे इस तथ्य की ओर जाता है कि तरंगों का योग अब शून्य के बराबर नहीं है और फोटोडेटेक्टर पर सिग्नल की तीव्रता इन परिवर्तनों के समानुपाती होगी। इस सिग्नल का उपयोग गुरुत्वाकर्षण तरंग को पंजीकृत करने के लिए किया जाता है।

माप का पहला, प्रारंभिक चरण 2002-2010 में हुआ और गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने की अनुमति नहीं दी। उपकरणों की संवेदनशीलता पर्याप्त नहीं थी (4x10 -18 मीटर तक की शिफ्ट को ट्रैक किया गया था)। फिर 2010 में काम बंद करने और उपकरणों को अपग्रेड करने का निर्णय लिया गया, जिससे संवेदनशीलता 10 गुना से अधिक बढ़ गई। बेहतर उपकरण, जिसने 2015 की दूसरी छमाही में काम करना शुरू किया, एक रिकॉर्ड 10 -19 मीटर की पारी को नोटिस करने में सक्षम था। और पहले से ही परीक्षण चलाने पर, वैज्ञानिक एक खोज की प्रतीक्षा कर रहे थे, उन्होंने एक घटना से गुरुत्वाकर्षण वृद्धि दर्ज की कि, एक लंबे अध्ययन के बाद, 29 और 36 सौर द्रव्यमान वाले दो ब्लैक होल के विलय के रूप में पहचाना गया।

इसके साथ ही वाशिंगटन के साथ मास्को में एक प्रेस कॉन्फ्रेंस भी की गई। इस पर, मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के भौतिकी संकाय का प्रतिनिधित्व करने वाले प्रयोग के प्रतिभागियों ने इसके कार्यान्वयन में उनके योगदान के बारे में बताया। वीबी ब्रैगिंस्की के समूह ने परियोजना की शुरुआत से ही काम में भाग लिया। मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के भौतिकविदों ने एक जटिल संरचना की असेंबली सुनिश्चित की, जिसे इंटरफेरोमीटर दर्पण द्वारा दर्शाया जाता है जो एक साथ परीक्षण द्रव्यमान के रूप में कार्य करता है।

इसके अलावा, उनके कार्यों में बाहरी उतार-चढ़ाव (शोर) के खिलाफ लड़ाई शामिल थी, जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने में हस्तक्षेप कर सकती थी। यह मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के विशेषज्ञ थे जिन्होंने साबित किया कि उपकरण फ्यूज्ड क्वार्ट्ज से बना होना चाहिए, जो ऑपरेटिंग तापमान पर अन्य शोधकर्ताओं द्वारा पेश किए गए नीलम की तुलना में कम शोर करेगा। विशेष रूप से, थर्मल शोर को कम करने के लिए, यह सुनिश्चित करना आवश्यक था कि पेंडुलम की तरह निलंबित परीक्षण द्रव्यमान के दोलन बहुत लंबे समय तक क्षय न हों। MSU भौतिकविदों ने 5 साल का क्षय समय हासिल किया है!

किए गए मापों की सफलता एक नए गुरुत्वाकर्षण-तरंग खगोल विज्ञान को जन्म देगी और ब्रह्मांड के बारे में बहुत कुछ सीखना संभव बनाएगी। शायद भौतिक विज्ञानी डार्क मैटर के कुछ रहस्यों और ब्रह्मांड के विकास के शुरुआती चरणों को उजागर करने में सक्षम होंगे, साथ ही उन क्षेत्रों को भी देखेंगे जहां सामान्य सापेक्षता का उल्लंघन होता है।

LIGO सहयोग की प्रेस कॉन्फ्रेंस के आधार पर।

, अमेरीका
© रॉयटर्स, हैंडआउट

अंतत: खोजी गई गुरुत्वाकर्षण तरंगें

लोकप्रिय विज्ञान

आइंस्टीन द्वारा भविष्यवाणी किए जाने के एक सदी बाद अंतरिक्ष-समय में दोलनों की खोज की गई। खगोल विज्ञान में एक नया युग शुरू होता है।

वैज्ञानिक ब्लैक होल विलय के कारण अंतरिक्ष-समय में उतार-चढ़ाव का पता लगाने में सक्षम हैं। यह अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के अपने सामान्य सिद्धांत में इन "गुरुत्वाकर्षण तरंगों" की भविष्यवाणी करने के सौ साल बाद हुआ, और सौ साल बाद भौतिकविदों ने उनकी तलाश शुरू की।

एलआईजीओ लेजर इंटरफेरोमेट्रिक ग्रेविटेशनल वेव ऑब्जर्वेटरी के शोधकर्ताओं द्वारा आज ऐतिहासिक खोज की सूचना दी गई। उन्होंने उन अफवाहों की पुष्टि की जो कई महीनों से एकत्र किए गए डेटा के पहले सेट के विश्लेषण के आसपास थीं। खगोल भौतिकीविदों का कहना है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज ब्रह्मांड को देखने का एक नया तरीका प्रदान करती है और दूर की घटनाओं को पहचानना संभव बनाती है जो ऑप्टिकल टेलीस्कोप में नहीं देखी जा सकती हैं, लेकिन आप अंतरिक्ष के माध्यम से हम तक पहुंचने वाली उनकी बेहोशी कांपना महसूस कर सकते हैं और सुन भी सकते हैं।

“हमने गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाया है। हमने कर दिया!" 1,000 सदस्यीय शोध दल के कार्यकारी निदेशक डेविड रिट्ज ने आज वाशिंगटन डीसी में नेशनल साइंस फाउंडेशन में एक संवाददाता सम्मेलन में घोषणा की।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें शायद आइंस्टीन की भविष्यवाणियों की सबसे मायावी घटना हैं, वैज्ञानिक ने दशकों तक अपने समकालीनों के साथ इस विषय पर चर्चा की। उनके सिद्धांत के अनुसार, स्थान और समय एक खिंचाव वाला पदार्थ बनाते हैं जो भारी वस्तुओं के प्रभाव में झुक जाता है। गुरुत्वाकर्षण को महसूस करने का अर्थ है इस मामले के मोड़ में गिरना। लेकिन क्या यह अंतरिक्ष-समय ढोल की खाल की तरह कांप सकता है? आइंस्टीन भ्रमित थे, उन्हें नहीं पता था कि उनके समीकरणों का क्या मतलब है। और बार-बार अपनी बात बदली। लेकिन उनके सिद्धांत के सबसे कट्टर समर्थक भी मानते थे कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें इतनी कमजोर थीं कि किसी भी तरह से देखा नहीं जा सकता। वे कुछ प्रलय के बाद बाहर की ओर कैस्केड करते हैं, और वैकल्पिक रूप से अंतरिक्ष-समय को स्थानांतरित करते हैं और संकुचित करते हैं। लेकिन जब तक ये तरंगें पृथ्वी पर पहुँचती हैं, तब तक वे अंतरिक्ष के हर किलोमीटर में एक परमाणु नाभिक के व्यास के एक छोटे से अंश से फैलती और संकुचित होती हैं।

© रॉयटर्स, हनफोर्ड, वाशिंगटन में हैंगआउट एलआईजीओ वेधशाला डिटेक्टर

इन तरंगों का पता लगाने के लिए धैर्य और सावधानी की जरूरत थी। एलआईजीओ वेधशाला ने दो डिटेक्टरों के चार किलोमीटर लंबे, दाहिने कोण वाले घुटनों के साथ आगे और पीछे लेजर बीम दागे, एक हनफोर्ड, वाशिंगटन में और दूसरा लिविंगस्टन, लुइसियाना में। यह गुरुत्वाकर्षण तरंगों के पारित होने के दौरान इन प्रणालियों के मिलान विस्तार और संकुचन की तलाश में किया गया था। अत्याधुनिक स्टेबलाइजर्स, वैक्यूम उपकरणों और हजारों सेंसरों का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने इन प्रणालियों की लंबाई में परिवर्तन को मापा, जो एक प्रोटॉन के आकार का एक हजारवां हिस्सा था। सौ साल पहले उपकरणों की ऐसी संवेदनशीलता अकल्पनीय थी। यह 1968 में अविश्वसनीय लग रहा था, जब मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के रेनर वीस ने एलआईजीओ नामक एक प्रयोग की कल्पना की थी।

"यह एक महान चमत्कार है कि अंत में वे सफल हुए। वे उन छोटे-छोटे स्पंदनों को पकड़ने में सक्षम थे!" अरकंसास विश्वविद्यालय के सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी डैनियल केनेफिक ने कहा, जिन्होंने 2007 की पुस्तक ट्रैवलिंग एट द स्पीड ऑफ थॉट: आइंस्टीन एंड द क्वेस्ट फॉर ग्रेविटेशनल वेव्स लिखी थी।

इस खोज ने गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल विज्ञान में एक नए युग की शुरुआत की। यह आशा की जाती है कि हमारे पास ब्लैक होल के गठन, संरचना और गांगेय भूमिका के बारे में अधिक सटीक विचार होंगे - द्रव्यमान की वे सुपरडेंस गेंदें जो अंतरिक्ष-समय को इतनी तेजी से घुमाती हैं कि प्रकाश भी इससे नहीं बच सकता। जब ब्लैक होल एक-दूसरे के पास आते हैं और विलीन हो जाते हैं, तो वे एक आवेग संकेत उत्पन्न करते हैं - अंतरिक्ष-समय में उतार-चढ़ाव जो आयाम और स्वर में वृद्धि करते हैं, और फिर अचानक समाप्त हो जाते हैं। वे संकेत जिन्हें वेधशाला पहचान सकती है, वे ऑडियो रेंज में हैं - हालांकि, वे इतने कमजोर हैं कि उन्हें नग्न कानों से नहीं सुना जा सकता है। आप अपनी उंगलियों को पियानो कीज़ पर चलाकर इस ध्वनि को फिर से बना सकते हैं। "सबसे कम नोट पर शुरू करें और तीसरे सप्तक तक अपना काम करें," वीस ने कहा। "यही हम सुनते हैं।"

इस समय रिकॉर्ड किए गए संकेतों की संख्या और ताकत पर भौतिक विज्ञानी पहले से ही हैरान हैं। इसका मतलब है कि दुनिया में पहले की तुलना में अधिक ब्लैक होल हैं। "हम भाग्यशाली थे, लेकिन मैं हमेशा इस तरह के भाग्य पर भरोसा करता था," कैल्टेक खगोल भौतिकीविद् किप थॉर्न ने कहा, जिन्होंने वीस और रोनाल्ड ड्रेवर के साथ एलआईजीओ का सह-निर्माण किया, वह भी कैल्टेक से। "यह आमतौर पर तब होता है जब ब्रह्मांड में एक पूरी नई खिड़की खुलती है।"

गुरुत्वाकर्षण तरंगों को सुनकर, हम अंतरिक्ष के बारे में पूरी तरह से अलग विचार बना सकते हैं, और शायद अकल्पनीय ब्रह्मांडीय घटनाओं की खोज कर सकते हैं।

कोलंबिया विश्वविद्यालय के बरनार्ड कॉलेज के सैद्धांतिक खगोल भौतिक विज्ञानी जना लेविन ने कहा, "मैं इसकी तुलना पहली बार आकाश में दूरबीन की ओर इशारा करते हुए कर सकता हूं।" "लोग समझ गए थे कि वहाँ कुछ था, और आप इसे देख सकते हैं, लेकिन वे ब्रह्मांड में मौजूद संभावनाओं की अविश्वसनीय सीमा की भविष्यवाणी नहीं कर सकते।" इसी तरह, लेविन ने कहा, गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज यह दिखा सकती है कि ब्रह्मांड "काले पदार्थ से भरा है जिसे हम केवल एक दूरबीन से नहीं पहचान सकते।"

पहली गुरुत्वाकर्षण लहर की खोज की कहानी सितंबर में सोमवार सुबह शुरू हुई और इसकी शुरुआत कपास से हुई। संकेत इतना स्पष्ट और जोर से था कि वीस ने सोचा: "नहीं, यह बकवास है, इससे कुछ नहीं आएगा।"

भावनाओं की तीव्रता

डेटा संग्रह की आधिकारिक शुरुआत से दो दिन पहले 14 सितंबर के शुरुआती घंटों में सिमुलेशन चलाने के दौरान यह पहली गुरुत्वाकर्षण लहर उन्नत एलआईजीओ के डिटेक्टरों में पहले लिविंगस्टन में और सात मिलीसेकंड बाद में हनफोर्ड में बह गई।

आधुनिकीकरण के बाद डिटेक्टर "चल रहे थे", जो पांच साल तक चला और 200 मिलियन डॉलर की लागत आई। वे शोर में कमी के लिए नए दर्पण निलंबन और वास्तविक समय में बाहरी कंपन को दबाने के लिए एक सक्रिय प्रतिक्रिया प्रणाली से लैस थे। अपग्रेड ने पुराने एलआईजीओ की तुलना में उन्नत वेधशाला को उच्च स्तर की संवेदनशीलता दी, जिसे 2002 और 2010 के बीच "पूर्ण और शुद्ध शून्य" मिला, जैसा कि वीस ने कहा था।

सितंबर में जब शक्तिशाली संकेत आया, तो यूरोप के वैज्ञानिकों ने, जहां उस समय सुबह थी, जल्दी से अपने अमेरिकी सहयोगियों पर ई-मेल से बमबारी की। जब समूह के बाकी लोग जागे तो खबर बहुत तेजी से फैली। वस्तुतः सभी को संदेह था, वीस ने कहा, खासकर जब उन्होंने संकेत देखा। यह एक वास्तविक पाठ्यपुस्तक क्लासिक थी, और इसलिए कुछ लोगों ने सोचा कि यह नकली है।

1960 के दशक के उत्तरार्ध से गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज में झूठे दावे कई बार किए गए हैं, जब मैरीलैंड विश्वविद्यालय के जोसेफ वेबर ने सोचा कि उन्होंने तरंगों के जवाब में सेंसर के साथ एक एल्यूमीनियम सिलेंडर में गुंजयमान दोलनों का पता लगाया है। 2014 में, BICEP2 नामक एक प्रयोग हुआ, जिसके परिणामस्वरूप आदिम गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज की घोषणा हुई - बिग बैंग से अंतरिक्ष-समय में उतार-चढ़ाव, जो अब तक ब्रह्मांड की ज्यामिति में फैला और स्थायी रूप से जमे हुए हैं। BICEP2 समूह के वैज्ञानिकों ने बड़ी धूमधाम से अपनी खोज की घोषणा की, लेकिन फिर उनके परिणामों को स्वतंत्र रूप से सत्यापित किया गया, जिसके दौरान यह पता चला कि वे गलत थे, और यह संकेत ब्रह्मांडीय धूल से आया था।

जब एरिज़ोना स्टेट यूनिवर्सिटी के ब्रह्मांड विज्ञानी लॉरेंस क्रॉस ने एलआईजीओ टीम की खोज के बारे में सुना, तो उन्होंने पहले सोचा कि यह एक "अंधा धोखा" था। पुरानी वेधशाला के संचालन के दौरान, प्रतिक्रिया का परीक्षण करने के लिए नकली संकेतों को डेटा स्ट्रीम में गुप्त रूप से डाला गया था, और अधिकांश कर्मचारियों को इसके बारे में पता नहीं था। जब क्रॉस को एक जानकार स्रोत से पता चला कि इस बार यह "ब्लाइंड स्टफिंग" नहीं है, तो वह शायद ही अपने हर्षित उत्साह को रोक सके।

25 सितंबर को, उन्होंने अपने 200,000 अनुयायियों को ट्वीट किया: "एलआईजीओ डिटेक्टर में गुरुत्वाकर्षण लहर का पता लगाने के बारे में अफवाहें। हैरानी की बात है अगर सच है। अगर यह नकली नहीं है तो मैं आपको विवरण बता दूंगा। इसके बाद 11 जनवरी से एक प्रविष्टि आती है: “LIGO के बारे में पूर्व अफवाहों की स्वतंत्र स्रोतों द्वारा पुष्टि की गई। खबर का पालन करें। शायद गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज कर ली गई हो!"

वैज्ञानिकों की आधिकारिक स्थिति इस प्रकार थी: प्राप्त संकेत के बारे में तब तक बात न करें जब तक कि एक सौ प्रतिशत निश्चितता न हो। गोपनीयता के इस दायित्व से बंधे थॉर्न ने अपनी पत्नी से कुछ भी नहीं कहा। "मैंने अकेले मनाया," उन्होंने कहा। शुरू करने के लिए, वैज्ञानिकों ने बहुत शुरुआत में वापस जाने का फैसला किया और यह पता लगाने के लिए कि विभिन्न डिटेक्टरों के हजारों माप चैनलों के माध्यम से संकेत कैसे फैलता है, और यह समझने के लिए कि क्या उस समय कुछ अजीब था संकेत का पता चला था। उन्हें कुछ भी असाधारण नहीं मिला। उन्होंने हैकर्स को भी खारिज कर दिया, जिन्हें प्रयोग के दौरान हजारों डेटा स्ट्रीम के बारे में सबसे अच्छी तरह से पता होना चाहिए था। थॉर्न ने कहा, "यहां तक ​​​​कि जब टीम ब्लाइंड थ्रो करती है, तो वे पर्याप्त रूप से परिपूर्ण नहीं होते हैं और अपने पीछे बहुत सारे निशान छोड़ते हैं।" "लेकिन कोई निशान नहीं थे।"

इसके बाद के हफ्तों में, उन्होंने एक और कमजोर संकेत सुना।

वैज्ञानिकों ने पहले दो संकेतों का विश्लेषण किया, और उन्हें अधिक से अधिक नए प्राप्त हुए। जनवरी में, उन्होंने फिजिकल रिव्यू लेटर्स जर्नल में अपना शोध प्रस्तुत किया। यह मामला आज ऑनलाइन हो रहा है। उनके अनुमानों के अनुसार, पहले, सबसे शक्तिशाली संकेत का सांख्यिकीय महत्व "5-सिग्मा" से अधिक है, जिसका अर्थ है कि शोधकर्ता इसकी प्रामाणिकता के बारे में 99.9999% सुनिश्चित हैं।

गुरुत्वाकर्षण को सुनना

आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के समीकरण इतने जटिल हैं कि अधिकांश भौतिकविदों को इस बात से सहमत होने में 40 साल लग गए कि हाँ, गुरुत्वाकर्षण तरंगें मौजूद हैं और उनका पता लगाया जा सकता है - सैद्धांतिक रूप से भी।

पहले तो आइंस्टीन ने सोचा कि वस्तुएं गुरुत्वाकर्षण विकिरण के रूप में ऊर्जा नहीं छोड़ सकतीं, लेकिन फिर उन्होंने अपना विचार बदल दिया। 1918 में लिखे गए अपने ऐतिहासिक काम में, उन्होंने दिखाया कि किस तरह की वस्तुएं ऐसा कर सकती हैं: डम्बल के आकार की प्रणालियाँ जो एक साथ दो अक्षों के चारों ओर घूमती हैं, उदाहरण के लिए, बाइनरी और सुपरनोवा तारे जो पटाखों की तरह फटते हैं। वे अंतरिक्ष-समय में तरंगें उत्पन्न कर सकते हैं।

© रॉयटर्स, हैंडआउट सौर मंडल में गुरुत्वाकर्षण तरंगों की प्रकृति को दर्शाने वाला एक कंप्यूटर मॉडल

लेकिन आइंस्टीन और उनके सहयोगी डगमगाते रहे। कुछ भौतिकविदों ने तर्क दिया है कि भले ही लहरें मौजूद हों, दुनिया उनके साथ दोलन करेगी, और उन्हें महसूस करना असंभव होगा। यह 1957 तक नहीं था कि रिचर्ड फेनमैन ने एक विचार प्रयोग में यह प्रदर्शित करके प्रश्न को बंद कर दिया कि यदि गुरुत्वाकर्षण तरंगें मौजूद हैं, तो उन्हें सैद्धांतिक रूप से पता लगाया जा सकता है। लेकिन किसी को नहीं पता था कि बाहरी अंतरिक्ष में डंबल के आकार की ये प्रणालियां कितनी आम थीं, और परिणामी तरंगें कितनी मजबूत या कमजोर थीं। "आखिरकार, सवाल यह था: क्या हम उन्हें कभी ढूंढ पाएंगे?" केनेफिक ने कहा।

1968 में, रेनर वीस एमआईटी में एक युवा प्रोफेसर थे और उन्हें सामान्य सापेक्षता में एक पाठ्यक्रम पढ़ाने के लिए नियुक्त किया गया था। एक प्रयोगकर्ता के रूप में, वह इसके बारे में बहुत कम जानता था, लेकिन अचानक वेबर द्वारा गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज की खबर आई। वेबर ने एल्यूमीनियम से तीन डेस्क-आकार के अनुनाद डिटेक्टरों का निर्माण किया और उन्हें विभिन्न अमेरिकी राज्यों में रखा। अब उन्होंने कहा कि तीनों डिटेक्टरों ने "गुरुत्वाकर्षण तरंगों की आवाज़" रिकॉर्ड की।

वीस के छात्रों को गुरुत्वाकर्षण तरंगों की प्रकृति की व्याख्या करने और संदेश के बारे में अपनी राय व्यक्त करने के लिए कहा गया था। विवरणों का अध्ययन करते हुए, वह गणितीय गणनाओं की जटिलता से प्रभावित हुए। "मैं यह पता नहीं लगा सका कि वेबर क्या कर रहा था, सेंसर ने गुरुत्वाकर्षण तरंग के साथ कैसे बातचीत की। मैं बहुत देर तक बैठा रहा और अपने आप से पूछा: "मैं सबसे आदिम चीज क्या सोच सकता हूं जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाती है?" और फिर मेरे दिमाग में एक विचार आया, जिसे मैं एलआईजीओ का वैचारिक आधार कहता हूं।

अंतरिक्ष-समय में तीन वस्तुओं की कल्पना करें, जैसे त्रिभुज के कोनों पर दर्पण। "एक से दूसरे को एक प्रकाश संकेत भेजें," वेबर ने कहा। "देखो, एक द्रव्यमान से दूसरे द्रव्यमान में जाने में कितना समय लगता है, और देखें कि क्या समय बदल गया है।" यह पता चला है, वैज्ञानिक ने कहा, यह जल्दी से किया जा सकता है। "मैंने इसे अपने छात्रों को एक वैज्ञानिक असाइनमेंट के रूप में सौंपा। सचमुच पूरा समूह इन गणनाओं को करने में सक्षम था।"

बाद के वर्षों में, जब अन्य शोधकर्ताओं ने वेबर के गुंजयमान डिटेक्टर प्रयोग के परिणामों को दोहराने की कोशिश की, लेकिन लगातार असफल रहे (यह स्पष्ट नहीं है कि वह क्या देख रहा था, लेकिन वे गुरुत्वाकर्षण तरंगें नहीं थे), वीस ने एक अधिक सटीक और महत्वाकांक्षी प्रयोग तैयार करना शुरू किया : गुरुत्वीय तरंग व्यतिकरणमापी। लेज़र बीम "L" अक्षर के आकार में स्थापित तीन दर्पणों से परावर्तित होता है और दो बीम बनाता है। प्रकाश तरंगों की चोटियों और डिप्स का अंतराल "G" अक्षर के मोड़ की लंबाई को सटीक रूप से इंगित करता है, जो अंतरिक्ष-समय के x और y अक्ष बनाते हैं। जब पैमाना स्थिर होता है, तो दो प्रकाश तरंगें कोनों से उछलती हैं और एक दूसरे को रद्द कर देती हैं। डिटेक्टर में सिग्नल शून्य है। लेकिन अगर कोई गुरुत्वाकर्षण तरंग पृथ्वी से होकर गुजरती है, तो यह "G" अक्षर की एक भुजा की लंबाई को खींचती है और दूसरी की लंबाई को संकुचित करती है (और इसके विपरीत बारी-बारी से)। दो प्रकाश पुंजों का बेमेल संसूचक में एक संकेत बनाता है, जो अंतरिक्ष-समय में मामूली उतार-चढ़ाव दिखाता है।

सबसे पहले, साथी भौतिकविदों को संदेह हुआ, लेकिन प्रयोग को जल्द ही थॉर्न में समर्थन मिला, जिसके सिद्धांतकारों का कैलटेक समूह ब्लैक होल और गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अन्य संभावित स्रोतों के साथ-साथ उनके द्वारा उत्पन्न संकेतों की जांच कर रहा था। थॉर्न वेबर प्रयोग और रूसी वैज्ञानिकों के इसी तरह के प्रयासों से प्रेरित थे। 1975 में वीस के साथ एक सम्मेलन में बोलने के बाद, "मुझे विश्वास होने लगा कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाना सफल होगा," थॉर्न ने कहा। "और मैं चाहता था कि कैल्टेक भी इसका हिस्सा बने।" उन्होंने स्कॉटिश प्रयोगकर्ता रोनाल्ड ड्राइवर को काम पर रखने के लिए संस्थान के साथ व्यवस्था की, जिसने गुरुत्वाकर्षण तरंग इंटरफेरोमीटर बनाने का भी दावा किया। समय के साथ, थॉर्न, ड्राइवर और वीस ने एक टीम के रूप में काम करना शुरू किया, प्रत्येक ने एक व्यावहारिक प्रयोग की तैयारी में अनगिनत समस्याओं के अपने हिस्से को हल किया। तीनों ने 1984 में LIGO का गठन किया, और जब प्रोटोटाइप बनाए गए और एक लगातार बढ़ती टीम के हिस्से के रूप में सहयोग शुरू हुआ, तो उन्हें 1990 के दशक की शुरुआत में नेशनल साइंस फाउंडेशन से 100 मिलियन डॉलर का फंड मिला। विशाल एल-आकार के डिटेक्टरों की एक जोड़ी के निर्माण के लिए चित्र तैयार किए गए थे। एक दशक बाद, डिटेक्टरों ने काम करना शुरू कर दिया।

हनफोर्ड और लिविंगस्टन में, डिटेक्टरों के चार किलोमीटर घुटनों में से प्रत्येक के केंद्र में, एक वैक्यूम होता है, जिसके लिए लेजर, इसकी बीम और दर्पण ग्रह के निरंतर उतार-चढ़ाव से अधिकतम रूप से अलग होते हैं। सुरक्षित पक्ष पर रहने के लिए, एलआईजीओ वैज्ञानिक अपने डिटेक्टरों की निगरानी करते हैं क्योंकि वे हजारों उपकरणों के साथ काम करते हैं, वे जो कुछ भी कर सकते हैं उसे मापते हैं: भूकंपीय गतिविधि, बैरोमीटर का दबाव, बिजली, ब्रह्मांडीय किरणें, उपकरण कंपन, लेजर बीम के चारों ओर ध्वनियां, और इसी तरह। फिर वे इन बाहरी पृष्ठभूमि शोरों के लिए अपने डेटा को फ़िल्टर करते हैं। शायद मुख्य बात यह है कि उनके पास दो डिटेक्टर हैं, और यह आपको प्राप्त आंकड़ों की तुलना करने की अनुमति देता है, उन्हें मिलान संकेतों की उपस्थिति के लिए जांचता है।

संदर्भ

गुरुत्वाकर्षण तरंगें: आइंस्टीन ने बर्न में जो शुरू किया था, उसे पूरा किया

स्विसइन्फो 13.02.2016

ब्लैक होल कैसे मरते हैं

मध्यम 10/19/2014
एलआईजीओ परियोजना के उप प्रवक्ता मार्को कैवाग्लिक कहते हैं, "निर्वात के अंदर, यहां तक ​​​​कि लेजर और दर्पण पूरी तरह से अलग और स्थिर होने के साथ, "अजीब चीजें हर समय होती हैं।" वैज्ञानिकों को इन "सुनहरी मछली", "भूत", "अजीब समुद्री राक्षसों" और अन्य बाहरी कंपन संबंधी घटनाओं को ट्रैक करना चाहिए, ताकि इसे खत्म करने के लिए उनके स्रोत का पता लगाया जा सके। एक कठिन मामला परीक्षण चरण के दौरान हुआ, एलआईजीओ शोधकर्ता जेसिका मैकइवर ने कहा, जो इस तरह के बाहरी संकेतों और हस्तक्षेप का अध्ययन करती है। आवधिक एकल-आवृत्ति शोर की एक श्रृंखला अक्सर डेटा के बीच दिखाई देती है। जब उसने और उसके सहयोगियों ने दर्पणों के कंपन को ऑडियो फाइलों में बदल दिया, "फोन की घंटी स्पष्ट रूप से श्रव्य हो गई," मैकाइवर ने कहा। "यह पता चला कि यह संचार विज्ञापनदाता थे जो लेजर रूम के अंदर फोन कॉल कर रहे थे।"

अगले दो वर्षों में, वैज्ञानिक उन्नत लेजर इंटरफेरोमेट्रिक ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी एलआईजीओ के डिटेक्टरों की संवेदनशीलता में सुधार करना जारी रखेंगे। और इटली में, उन्नत कन्या नामक एक तीसरा इंटरफेरोमीटर काम करना शुरू कर देगा। एक उत्तर जो निष्कर्ष निकालने में मदद करेगा वह यह है कि ब्लैक होल कैसे बनते हैं। क्या वे सबसे शुरुआती बड़े सितारों के पतन के उत्पाद हैं, या वे घने तारा समूहों के भीतर टकराव का परिणाम हैं? "ये सिर्फ दो अनुमान हैं, मेरा मानना ​​​​है कि चीजें शांत होने पर और भी कुछ होगा," वीस कहते हैं। जैसे ही एलआईजीओ अपने आगामी कार्य के दौरान नए आंकड़े जमा करना शुरू कर देगा, वैज्ञानिक अंतरिक्ष द्वारा उन्हें फुसफुसाते हुए ब्लैक होल की उत्पत्ति के बारे में कहानियां सुनना शुरू कर देंगे।

इसके आकार और आकार को देखते हुए, पहला, सबसे तेज नाड़ी संकेत उस स्थान से 1.3 बिलियन प्रकाश-वर्ष हुआ, जहां आपसी गुरुत्वाकर्षण आकर्षण के प्रभाव में धीमी गति से नृत्य के अनंत काल के बाद, दो ब्लैक होल, प्रत्येक के द्रव्यमान का लगभग 30 गुना सूरज, अंत में विलीन हो गया। ब्लैक होल तेजी से और तेजी से चक्कर लगाते हुए, एक भँवर की तरह, धीरे-धीरे आ रहे थे। फिर एक विलय हुआ, और पलक झपकते ही उन्होंने तीन सूर्यों की ऊर्जा के बराबर ऊर्जा वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगें छोड़ दीं। यह विलय अब तक दर्ज की गई सबसे शक्तिशाली ऊर्जा घटना थी।

"यह ऐसा है जैसे हमने कभी तूफान में समुद्र को नहीं देखा," थॉर्न ने कहा। वह 1960 के दशक से अंतरिक्ष-समय में इस तूफान का इंतजार कर रहे हैं। वे कहते हैं कि जब ये लहरें लुढ़कती हैं तो थॉर्न ने जिस भावना का अनुभव किया, उसे उत्साह नहीं कहा जा सकता। यह कुछ और था: गहन संतुष्टि की अनुभूति।

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11 फरवरी, 2016 को गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज (पहचान) का आधिकारिक दिन माना जाता है। यह तब था, जब वाशिंगटन में एक प्रेस कॉन्फ्रेंस में, एलआईजीओ सहयोग के नेताओं ने घोषणा की कि शोधकर्ताओं की एक टीम मानव जाति के इतिहास में पहली बार इस घटना को रिकॉर्ड करने में सफल रही है।

महान आइंस्टीन की भविष्यवाणियां

तथ्य यह है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अस्तित्व अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा पिछली शताब्दी (1916) की शुरुआत में उनके द्वारा तैयार किए गए सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत (जीआर) के ढांचे के भीतर सुझाया गया था। कोई केवल प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी की शानदार क्षमताओं पर आश्चर्यचकित हो सकता है, जो कम से कम वास्तविक डेटा के साथ इस तरह के दूरगामी निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे। अगली शताब्दी में पुष्टि की गई कई अन्य अनुमानित भौतिक घटनाओं में से (समय के प्रवाह को धीमा करना, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में विद्युत चुम्बकीय विकिरण की दिशा बदलना, आदि), इस प्रकार की लहर की उपस्थिति का व्यावहारिक रूप से पता लगाना संभव नहीं था। हाल तक निकायों की बातचीत।

गुरुत्वाकर्षण - एक भ्रम?

सामान्य तौर पर, सापेक्षता के सिद्धांत के आलोक में, गुरुत्वाकर्षण को शायद ही कोई बल कहा जा सकता है। स्पेस-टाइम सातत्य की गड़बड़ी या वक्रता। इस अभिधारणा को दर्शाने वाला एक अच्छा उदाहरण कपड़े का एक फैला हुआ टुकड़ा है। ऐसी सतह पर रखी किसी भारी वस्तु के भार के नीचे एक अवकाश बनता है। इस विसंगति के पास जाने वाली अन्य वस्तुएं अपने आंदोलन के प्रक्षेपवक्र को बदल देंगी, जैसे कि "आकर्षित"। और वस्तु का वजन जितना अधिक होगा (वक्रता का व्यास और गहराई जितनी अधिक होगी), "आकर्षण का बल" उतना ही अधिक होगा। जब यह कपड़े के माध्यम से चलता है, तो एक अलग "लहर" की उपस्थिति का निरीक्षण कर सकता है।

ऐसा ही कुछ विश्व अंतरिक्ष में होता है। कोई भी तेजी से बढ़ने वाला विशाल पदार्थ स्थान और समय के घनत्व में उतार-चढ़ाव का एक स्रोत है। एक महत्वपूर्ण आयाम के साथ एक गुरुत्वाकर्षण तरंग अत्यधिक बड़े द्रव्यमान वाले निकायों द्वारा या भारी त्वरण के साथ आगे बढ़ने पर बनती है।

भौतिक विशेषताएं

अंतरिक्ष-समय मीट्रिक के दोलन स्वयं को गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में परिवर्तन के रूप में प्रकट करते हैं। इस घटना को अन्यथा अंतरिक्ष-समय तरंग कहा जाता है। गुरुत्वाकर्षण तरंग सामना करने वाले पिंडों और वस्तुओं पर कार्य करती है, उन्हें संकुचित और खींचती है। विरूपण मान बहुत छोटे हैं - मूल आकार के लगभग 10 -21। इस घटना का पता लगाने में पूरी कठिनाई यह थी कि शोधकर्ताओं को यह सीखना था कि उपयुक्त उपकरणों की मदद से ऐसे परिवर्तनों को कैसे मापना और रिकॉर्ड करना है। गुरुत्वाकर्षण विकिरण की शक्ति भी बहुत कम है - पूरे सौर मंडल के लिए यह कुछ किलोवाट है।

गुरुत्वीय तरंगों के संचरण की गति चालक माध्यम के गुणों पर कुछ हद तक निर्भर करती है। स्रोत से दूरी के साथ दोलन आयाम धीरे-धीरे कम हो जाता है, लेकिन कभी भी शून्य तक नहीं पहुंचता है। आवृत्ति कई दसियों से लेकर सैकड़ों हर्ट्ज़ तक की सीमा में होती है। तारे के बीच के माध्यम में गुरुत्वाकर्षण तरंगों की गति प्रकाश की गति के करीब पहुंचती है।

परिस्थितिजन्य साक्ष्य

पहली बार, गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अस्तित्व की सैद्धांतिक पुष्टि अमेरिकी खगोलशास्त्री जोसेफ टेलर और उनके सहायक रसेल हल्स ने 1974 में प्राप्त की थी। अरेसीबो ऑब्जर्वेटरी (प्यूर्टो रिको) के रेडियो टेलीस्कोप का उपयोग करके ब्रह्मांड के विस्तार का अध्ययन करते हुए, शोधकर्ताओं ने पल्सर PSR B1913 + 16 की खोज की, जो एक स्थिर कोणीय वेग के साथ द्रव्यमान के एक सामान्य केंद्र के चारों ओर घूमते हुए न्यूट्रॉन सितारों की एक द्विआधारी प्रणाली है। बल्कि दुर्लभ मामला)। हर साल, क्रांति की अवधि, जो मूल रूप से 3.75 घंटे थी, 70 एमएस कम हो जाती है। यह मान गुरुत्वाकर्षण तरंगों के उत्पादन के लिए ऊर्जा के व्यय के कारण ऐसी प्रणालियों की घूर्णन गति में वृद्धि की भविष्यवाणी करने वाले जीआर समीकरणों के निष्कर्षों के अनुरूप है। इसके बाद, समान व्यवहार वाले कई डबल पल्सर और सफेद बौने खोजे गए। रेडियो खगोलविद डी. टेलर और आर. हुल्स को गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों के अध्ययन के लिए नई संभावनाओं की खोज के लिए 1993 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

एक मायावी गुरुत्वाकर्षण लहर

गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के बारे में पहला बयान 1969 में मैरीलैंड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक जोसेफ वेबर (यूएसए) से आया था। इन उद्देश्यों के लिए, उन्होंने अपने स्वयं के डिजाइन के दो गुरुत्वाकर्षण एंटेना का इस्तेमाल किया, जो दो किलोमीटर की दूरी से अलग थे। गुंजयमान डिटेक्टर संवेदनशील पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर से लैस एक अच्छी तरह से कंपन एक टुकड़ा दो मीटर एल्यूमीनियम सिलेंडर था। वेबर द्वारा कथित रूप से दर्ज किए गए उतार-चढ़ाव का आयाम अपेक्षित मूल्य से दस लाख गुना अधिक निकला। अमेरिकी भौतिक विज्ञानी की "सफलता" को दोहराने के लिए ऐसे उपकरणों का उपयोग करने वाले अन्य वैज्ञानिकों द्वारा किए गए प्रयासों से सकारात्मक परिणाम नहीं आए। कुछ साल बाद, इस क्षेत्र में वेबर के काम को अस्थिर माना गया, लेकिन इसने "गुरुत्वाकर्षण उछाल" के विकास को गति दी जिसने अनुसंधान के इस क्षेत्र में कई विशेषज्ञों को आकर्षित किया। वैसे, अपने दिनों के अंत तक जोसेफ वेबर खुद आश्वस्त थे कि उन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगें प्राप्त हुईं।

उपकरण प्राप्त करने में सुधार

70 के दशक में, वैज्ञानिक बिल फेयरबैंक (यूएसए) ने SQUIDs - सुपरसेंसिटिव मैग्नेटोमीटर का उपयोग करके ठंडा एक गुरुत्वाकर्षण तरंग एंटीना का डिज़ाइन विकसित किया। उस समय मौजूद प्रौद्योगिकियां आविष्कारक को "धातु" में महसूस किए गए अपने उत्पाद को देखने की अनुमति नहीं देती थीं।

इस सिद्धांत के अनुसार, ऑरिगा ग्रेविटेशनल डिटेक्टर नेशनल लेग्नार्ड लेबोरेटरी (पडुआ, इटली) में बनाया गया था। डिजाइन एक एल्यूमीनियम-मैग्नीशियम सिलेंडर पर आधारित है, जो 3 मीटर लंबा और 0.6 मीटर व्यास है। 2.3 टन वजन वाले रिसीविंग डिवाइस को एक पृथक वैक्यूम चैम्बर में लगभग पूर्ण शून्य तक ठंडा किया जाता है। झटकों को ठीक करने और पता लगाने के लिए एक सहायक किलोग्राम गुंजयमान यंत्र और एक कंप्यूटर-आधारित मापन परिसर का उपयोग किया जाता है। उपकरण की घोषित संवेदनशीलता 10 -20 है।

इंटरफेरोमीटर

गुरुत्वाकर्षण तरंगों के हस्तक्षेप डिटेक्टरों की कार्यप्रणाली उन्हीं सिद्धांतों पर आधारित है जिनके द्वारा माइकलसन इंटरफेरोमीटर संचालित होता है। स्रोत द्वारा उत्सर्जित लेजर बीम दो धाराओं में विभाजित है। डिवाइस के कंधों के साथ कई प्रतिबिंबों और यात्रा के बाद, प्रवाह को फिर से एक साथ लाया जाता है, और अंतिम का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि क्या किसी भी गड़बड़ी (उदाहरण के लिए, एक गुरुत्वाकर्षण लहर) ने किरणों के पाठ्यक्रम को प्रभावित किया है। इसी तरह के उपकरण कई देशों में बनाए गए हैं:

• GEO 600 (हनोवर, जर्मनी)। वैक्यूम टनल की लंबाई 600 मीटर है।
• तम (जापान) 300 मीटर के कंधों के साथ।
• VIRGO (पीसा, इटली) एक संयुक्त फ्रेंको-इतालवी परियोजना है जिसे 2007 में 3 किमी सुरंगों के साथ लॉन्च किया गया था।
• LIGO (यूएसए, पैसिफिक कोस्ट), 2002 से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का शिकार कर रहा है।

उत्तरार्द्ध अधिक विस्तार से विचार करने योग्य है।

एलआईजीओ उन्नत

परियोजना मैसाचुसेट्स और कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान के वैज्ञानिकों की पहल पर बनाई गई थी। तीन समान इंटरफेरोमीटर के साथ वाशिंगटन (लिविंगस्टन और हनफोर्ड शहर) में तीन हजार किमी की दूरी पर दो वेधशालाएं शामिल हैं। लंबवत वैक्यूम सुरंगों की लंबाई 4 हजार मीटर है। ये वर्तमान में प्रचालन में इस तरह की सबसे बड़ी संरचनाएं हैं। 2011 तक, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के कई प्रयासों का कोई परिणाम नहीं निकला। किए गए महत्वपूर्ण आधुनिकीकरण (उन्नत एलआईजीओ) ने 300-500 हर्ट्ज की सीमा में उपकरणों की संवेदनशीलता को पांच गुना से अधिक बढ़ा दिया, और कम आवृत्ति क्षेत्र (60 हर्ट्ज तक) में परिमाण के लगभग एक क्रम तक पहुंच गया। 10 -21 का इतना प्रतिष्ठित मूल्य। अद्यतन परियोजना सितंबर 2015 में शुरू हुई, और सहयोग के एक हजार से अधिक कर्मचारियों के प्रयासों को परिणामों के साथ पुरस्कृत किया गया।

गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता चला

14 सितंबर, 2015 को, 7 एमएस के अंतराल के साथ उन्नत एलआईजीओ डिटेक्टरों ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों को रिकॉर्ड किया जो हमारे ग्रह तक पहुंचने वाली सबसे बड़ी घटना से देखने योग्य ब्रह्मांड के बाहरी इलाके में हुई - 29 और 36 गुना द्रव्यमान वाले दो बड़े ब्लैक होल का विलय सूर्य का द्रव्यमान। इस प्रक्रिया के दौरान, जो 1.3 अरब साल पहले हुई थी, पदार्थ के लगभग तीन सौर द्रव्यमान गुरुत्वाकर्षण तरंगों के विकिरण पर एक सेकंड के अंश में खर्च किए गए थे। गुरुत्वाकर्षण तरंगों की निश्चित प्रारंभिक आवृत्ति 35 हर्ट्ज थी, और अधिकतम शिखर मूल्य 250 हर्ट्ज तक पहुंच गया।

प्राप्त परिणामों को बार-बार व्यापक सत्यापन और प्रसंस्करण के अधीन किया गया था, और प्राप्त आंकड़ों की वैकल्पिक व्याख्याओं को सावधानीपूर्वक काट दिया गया था। अंत में, पिछले साल आइंस्टीन द्वारा भविष्यवाणी की गई घटना के प्रत्यक्ष पंजीकरण की घोषणा विश्व समुदाय के लिए की गई थी।

शोधकर्ताओं के टाइटैनिक कार्य को दर्शाने वाला एक तथ्य: इंटरफेरोमीटर हथियारों के आयामों में उतार-चढ़ाव का आयाम 10 -19 मीटर था - यह मान एक परमाणु के व्यास से उतना ही कम है जितना कि यह एक नारंगी से कम है।

भविष्य की संभावनाएं

खोज एक बार फिर पुष्टि करती है कि सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत केवल अमूर्त सूत्रों का एक सेट नहीं है, बल्कि सामान्य रूप से गुरुत्वाकर्षण तरंगों और गुरुत्वाकर्षण के सार पर एक मौलिक रूप से नया रूप है।

आगे के शोध में, वैज्ञानिकों को ईएलएसए परियोजना के लिए उच्च उम्मीदें हैं: लगभग 5 मिलियन किमी के हथियारों के साथ एक विशाल कक्षीय इंटरफेरोमीटर का निर्माण, जो गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों के मामूली गड़बड़ी का भी पता लगाने में सक्षम है। इस दिशा में काम की गहनता ब्रह्मांड के विकास में मुख्य चरणों के बारे में बहुत कुछ बता सकती है, उन प्रक्रियाओं के बारे में जो पारंपरिक बैंड में मुश्किल या असंभव हैं। इसमें कोई शक नहीं कि ब्लैक होल, जिनकी गुरुत्वाकर्षण तरंगें भविष्य में दर्ज की जाएंगी, उनकी प्रकृति के बारे में बहुत कुछ बताएंगी।

अवशेष गुरुत्वाकर्षण विकिरण का अध्ययन करने के लिए, जो बिग बैंग के बाद हमारी दुनिया के पहले क्षणों के बारे में बता सकता है, अधिक संवेदनशील अंतरिक्ष उपकरणों की आवश्यकता होगी। ऐसी परियोजना मौजूद है बिग बैंग ऑब्जर्वर), लेकिन इसका कार्यान्वयन, विशेषज्ञों के अनुसार, 30-40 वर्षों से पहले संभव नहीं है।

अपना हाथ हिलाओ और गुरुत्वाकर्षण तरंगें पूरे ब्रह्मांड में दौड़ेंगी।
एस। पोपोव, एम। प्रोखोरोव। ब्रह्मांड की भूत लहरें

खगोल भौतिकी में एक ऐसी घटना घटी है जिसका दशकों से इंतजार था। आधी सदी की खोज के बाद, गुरुत्वाकर्षण तरंगों की आखिरकार खोज हो गई है, अंतरिक्ष-समय में ही उतार-चढ़ाव, जिसकी भविष्यवाणी सौ साल पहले आइंस्टीन ने की थी। 14 सितंबर, 2015 को, अद्यतन एलआईजीओ वेधशाला ने लगभग 1.3 बिलियन प्रकाश वर्ष की दूरी पर दूर की आकाशगंगा में 29 और 36 सौर द्रव्यमान वाले दो ब्लैक होल के विलय से उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण तरंग फटने का पता लगाया। गुरुत्वाकर्षण-तरंग खगोल विज्ञान भौतिकी की एक पूर्ण शाखा बन गया है; इसने हमारे लिए ब्रह्मांड को देखने का एक नया रास्ता खोल दिया है और हमें मजबूत गुरुत्वाकर्षण के प्रभावों का अध्ययन करने की अनुमति देगा जो पहले दुर्गम थे।

गुरुत्वाकर्षण लहरों

गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत अलग-अलग आ सकते हैं। ये सभी हमारी दुनिया का समान रूप से वर्णन करेंगे, जब तक हम खुद को इसकी एक ही अभिव्यक्ति तक सीमित रखते हैं - न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम। लेकिन अन्य, अधिक सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण प्रभाव हैं जिनका सौर मंडल के पैमाने पर प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया गया है, और वे एक विशेष सिद्धांत - सामान्य सापेक्षता (जीआर) की ओर इशारा करते हैं।

सामान्य सापेक्षता केवल सूत्रों का एक समूह नहीं है, यह गुरुत्वाकर्षण के सार का एक मौलिक दृष्टिकोण है। यदि सामान्य भौतिकी में अंतरिक्ष केवल एक पृष्ठभूमि के रूप में कार्य करता है, भौतिक घटनाओं के लिए एक पात्र है, तो सामान्य सापेक्षता में यह स्वयं एक घटना बन जाता है, एक गतिशील मात्रा जो सामान्य सापेक्षता के नियमों के अनुसार बदलती है। यह एक सपाट पृष्ठभूमि के सापेक्ष अंतरिक्ष-समय की ये विकृतियां हैं - या, ज्यामिति की भाषा में, अंतरिक्ष-समय मीट्रिक की विकृतियां - जिन्हें गुरुत्वाकर्षण के रूप में महसूस किया जाता है। संक्षेप में, सामान्य सापेक्षता गुरुत्वाकर्षण की ज्यामितीय उत्पत्ति को प्रकट करती है।

सामान्य सापेक्षता की एक महत्वपूर्ण भविष्यवाणी है: गुरुत्वाकर्षण तरंगें। ये अंतरिक्ष-समय की विकृतियां हैं जो "स्रोत से अलग होने" में सक्षम हैं और, आत्मनिर्भर, उड़ जाते हैं। यह अपने आप में गुरुत्वाकर्षण है, किसी का नहीं, अपना। अल्बर्ट आइंस्टीन ने अंततः 1915 में सामान्य सापेक्षता तैयार की और लगभग तुरंत महसूस किया कि उनके समीकरणों ने ऐसी तरंगों के अस्तित्व की अनुमति दी थी।

किसी भी ईमानदार सिद्धांत की तरह, सामान्य सापेक्षता की ऐसी स्पष्ट भविष्यवाणी को प्रयोगात्मक रूप से परखा जाना चाहिए। कोई भी गतिमान पिंड गुरुत्वाकर्षण तरंगों को विकीर्ण कर सकता है: ग्रह, ऊपर की ओर फेंका गया पत्थर और हाथ की लहर। हालाँकि, समस्या यह है कि गुरुत्वाकर्षण संपर्क इतना कमजोर है कि कोई भी प्रायोगिक सेटअप सामान्य "उत्सर्जक" से गुरुत्वाकर्षण तरंगों के उत्सर्जन का पता लगाने में सक्षम नहीं है।

एक शक्तिशाली तरंग को "ड्राइव" करने के लिए, आपको स्पेस-टाइम को बहुत दृढ़ता से विकृत करने की आवश्यकता है। आदर्श विकल्प दो ब्लैक होल हैं जो अपने गुरुत्वाकर्षण त्रिज्या (चित्र 2) के क्रम की दूरी पर एक तंग नृत्य में एक दूसरे के चारों ओर घूमते हैं। मीट्रिक का विरूपण इतना मजबूत होगा कि इस जोड़ी की ऊर्जा का एक ध्यान देने योग्य हिस्सा गुरुत्वाकर्षण तरंगों में विकीर्ण हो जाएगा। ऊर्जा खोते हुए, जोड़ी तेजी से और तेजी से चक्कर लगाती है, मीट्रिक को अधिक से अधिक विकृत करती है और और भी मजबूत गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करती है - अंत में, इस जोड़ी के पूरे गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का एक कट्टरपंथी पुनर्गठन होता है और दो ब्लैक होल एक में विलीन हो जाते हैं।

ब्लैक होल का ऐसा विलय जबरदस्त शक्ति का विस्फोट है, लेकिन केवल यह सभी विकिरणित ऊर्जा प्रकाश में नहीं, कणों में नहीं, बल्कि अंतरिक्ष के कंपन में जाती है। विकिरणित ऊर्जा ब्लैक होल के प्रारंभिक द्रव्यमान का एक ध्यान देने योग्य हिस्सा बना देगी, और यह विकिरण एक सेकंड के एक अंश में बाहर निकल जाएगा। इसी तरह के उतार-चढ़ाव से न्यूट्रॉन सितारों का विलय होगा। ऊर्जा की थोड़ी कमजोर गुरुत्वाकर्षण-लहर रिलीज भी अन्य प्रक्रियाओं के साथ होती है, जैसे कि सुपरनोवा कोर का पतन।

दो कॉम्पैक्ट वस्तुओं के विलय से फटने वाली गुरुत्वाकर्षण तरंग में एक बहुत ही विशिष्ट, अच्छी तरह से गणना की गई प्रोफ़ाइल है, जिसे अंजीर में दिखाया गया है। 3. दोलन काल एक दूसरे के चारों ओर दो वस्तुओं की कक्षीय गति द्वारा दिया जाता है। गुरुत्वाकर्षण तरंगें ऊर्जा ले जाती हैं; परिणामस्वरूप, वस्तुएं एक-दूसरे के पास पहुंचती हैं और तेजी से घूमती हैं - और इसे दोलनों के त्वरण और आयाम में वृद्धि दोनों में देखा जा सकता है। कुछ बिंदु पर, एक विलय होता है, आखिरी मजबूत लहर निकल जाती है, और फिर एक उच्च आवृत्ति "आफ्टर-रिंग" निम्नानुसार होती है ( रिंगडाउन) गठित ब्लैक होल का घबराना है, जो सभी गैर-गोलाकार विकृतियों को "फेंक देता है" (यह चरण चित्र में नहीं दिखाया गया है)। इस विशिष्ट प्रोफ़ाइल को जानने से भौतिकविदों को अत्यधिक शोर डिटेक्टर डेटा में इस तरह के विलय से कमजोर संकेत देखने में मदद मिलती है।

अंतरिक्ष-समय मीट्रिक के दोलन - एक भव्य विस्फोट की गुरुत्वाकर्षण-लहर प्रतिध्वनि - स्रोत से सभी दिशाओं में पूरे ब्रह्मांड में बिखर जाएगी। दूरी के साथ उनका आयाम घटता जाता है, उसी तरह जैसे किसी बिंदु स्रोत की चमक उससे दूरी के साथ घटती जाती है। जब दूर की आकाशगंगा से एक विस्फोट पृथ्वी से टकराता है, तो मीट्रिक में उतार-चढ़ाव 10 −22 या उससे भी कम के क्रम में होगा। दूसरे शब्दों में, भौतिक रूप से असंबंधित वस्तुओं के बीच की दूरी समय-समय पर ऐसे सापेक्ष मूल्य से बढ़ेगी और घटेगी।

इस संख्या के परिमाण का क्रम स्केलिंग विचारों से प्राप्त करना आसान है (वी। एम। लिपुनोव द्वारा लेख देखें)। न्यूट्रॉन सितारों या तारकीय द्रव्यमान के ब्लैक होल के विलय के समय, उनके ठीक बगल में मेट्रिक्स का विरूपण बहुत बड़ा होता है - 0.1 के क्रम पर, यही कारण है कि यह मजबूत गुरुत्वाकर्षण है। इस तरह की गंभीर विकृति इन वस्तुओं के आकार के क्रम के क्षेत्र को प्रभावित करती है, अर्थात कई किलोमीटर। स्रोत से दूर जाने पर, दोलन का आयाम दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसका मतलब यह है कि 100 Mpc = 3·10 21 किमी की दूरी पर दोलनों का आयाम परिमाण के 21 क्रमों से गिर जाएगा और लगभग 10 −22 हो जाएगा।

बेशक, अगर हमारी घरेलू आकाशगंगा में विलय हो जाता है, तो अंतरिक्ष-समय का कंपन जो पृथ्वी पर पहुंच गया है, वह बहुत मजबूत होगा। लेकिन ऐसी घटनाएं हर कुछ हजार साल में एक बार होती हैं। इसलिए, किसी को वास्तव में केवल ऐसे डिटेक्टर पर भरोसा करना चाहिए जो दसियों से सैकड़ों मेगापार्सेक की दूरी पर न्यूट्रॉन सितारों या ब्लैक होल के विलय को महसूस करने में सक्षम होगा, जिसका अर्थ है कि यह कई हजारों और लाखों आकाशगंगाओं को कवर करेगा।

यहां यह जोड़ा जाना चाहिए कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अस्तित्व का एक अप्रत्यक्ष संकेत पहले ही खोजा जा चुका है, और यहां तक ​​कि 1993 के लिए भौतिकी का नोबेल पुरस्कार भी इसके लिए दिया गया था। बाइनरी सिस्टम PSR B1913+16 में पल्सर के दीर्घकालिक अवलोकन से पता चला है कि गुरुत्वाकर्षण विकिरण को ऊर्जा हानि को ध्यान में रखते हुए, सामान्य सापेक्षता द्वारा अनुमानित दर पर कक्षीय अवधि बिल्कुल घट जाती है। इस कारण से, व्यावहारिक रूप से कोई भी वैज्ञानिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों की वास्तविकता पर संदेह नहीं करता है; एकमात्र सवाल यह है कि उन्हें कैसे पकड़ा जाए।

इतिहास खोजें

गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज लगभग आधी सदी पहले शुरू हुई थी - और लगभग तुरंत ही एक सनसनी में बदल गई। मैरीलैंड विश्वविद्यालय के जोसेफ वेबर ने पहला अनुनाद डिटेक्टर डिजाइन किया: पक्षों पर संवेदनशील पीजो सेंसर के साथ एक ठोस दो मीटर एल्यूमीनियम सिलेंडर और बाहरी कंपन से अच्छा कंपन अलगाव (चित्र 4)। गुरुत्वाकर्षण तरंग के पारित होने के साथ, सिलेंडर समय के साथ अंतरिक्ष-समय की विकृतियों के साथ प्रतिध्वनित होगा, जिसे सेंसर द्वारा पंजीकृत किया जाना चाहिए। वेबर ने ऐसे कई डिटेक्टर बनाए, और 1969 में, एक सत्र के दौरान उनके रीडिंग का विश्लेषण करने के बाद, उन्होंने सादे पाठ में कहा कि उन्होंने एक साथ कई डिटेक्टरों में "गुरुत्वाकर्षण तरंगों की ध्वनि" दर्ज की थी, जो एक दूसरे से दो किलोमीटर की दूरी पर थे ( जे. वेबर, 1969 एविडेंस फॉर डिस्कवरी ऑफ ग्रेविटेशनल रेडिएशन)। उन्होंने दावा किया कि दोलन आयाम 10 -16 के क्रम पर अविश्वसनीय रूप से बड़ा निकला, जो कि विशिष्ट अपेक्षित मूल्य से एक लाख गुना बड़ा है। वेबर के संदेश को वैज्ञानिक समुदाय द्वारा बहुत संदेह के साथ मिला; इसके अलावा, इसी तरह के डिटेक्टरों से लैस अन्य प्रयोगात्मक समूह भविष्य में ऐसा कोई संकेत नहीं पकड़ सके।

हालांकि, वेबर के प्रयासों ने अनुसंधान के इस पूरे क्षेत्र को शुरू कर दिया और लहरों की तलाश शुरू कर दी। 1970 के दशक से, व्लादिमीर ब्रागिंस्की और मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के उनके सहयोगियों के प्रयासों के लिए धन्यवाद, यूएसएसआर ने भी इस दौड़ में प्रवेश किया है (गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेतों की अनुपस्थिति देखें)। उस समय के बारे में एक दिलचस्प कहानी निबंध में है अगर कोई लड़की छेद में गिर जाती है .... वैसे, ब्रैगिंस्की क्वांटम ऑप्टिकल मापन के पूरे सिद्धांत के क्लासिक्स में से एक है; वह पहली बार मानक क्वांटम माप सीमा की अवधारणा के साथ आए - ऑप्टिकल माप में एक महत्वपूर्ण सीमा - और दिखाया कि सिद्धांत रूप में उन्हें कैसे दूर किया जा सकता है। वेबर रेज़ोनेंट सर्किट में सुधार किया गया था, और इंस्टॉलेशन की गहरी कूलिंग के लिए धन्यवाद, शोर काफी कम हो गया था (इन परियोजनाओं की सूची और इतिहास देखें)। हालांकि, ऐसे ऑल-मेटल डिटेक्टरों की सटीकता अभी भी अपेक्षित घटनाओं के विश्वसनीय पता लगाने के लिए अपर्याप्त थी, और इसके अलावा, उन्हें केवल एक किलोहर्ट्ज़ के आसपास बहुत ही संकीर्ण आवृत्ति रेंज में प्रतिध्वनित करने के लिए ट्यून किया गया है।

बहुत अधिक आशाजनक लग रहे थे डिटेक्टर जो एक प्रतिध्वनि वस्तु का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन दो असंबंधित, स्वतंत्र रूप से निलंबित निकायों के बीच की दूरी को ट्रैक करते हैं, उदाहरण के लिए, दो दर्पण। गुरुत्वाकर्षण तरंग के कारण अंतरिक्ष के उतार-चढ़ाव के कारण दर्पणों के बीच की दूरी या तो थोड़ी अधिक या थोड़ी कम होगी। इस मामले में, हाथ की लंबाई जितनी लंबी होगी, किसी दिए गए आयाम की गुरुत्वाकर्षण तरंग के कारण पूर्ण विस्थापन उतना ही अधिक होगा। इन कंपनों को दर्पणों के बीच चलने वाली लेजर बीम द्वारा महसूस किया जा सकता है। इस तरह की योजना 10 हर्ट्ज से 10 किलोहर्ट्ज़ तक एक विस्तृत आवृत्ति रेंज में दोलनों का पता लगाने में सक्षम है, और यह ठीक वही अंतराल है जिसमें न्यूट्रॉन सितारों या तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के विलय जोड़े विकीर्ण होंगे।

माइकलसन व्यतिकरणमापी पर आधारित इस विचार का आधुनिक कार्यान्वयन इस प्रकार है (चित्र 5)। दर्पण दो लंबे, कई किलोमीटर लंबे, एक दूसरे के निर्वात कक्षों के लंबवत में निलंबित हैं। स्थापना के प्रवेश द्वार पर, लेजर बीम विभाजित होता है, दोनों कक्षों से गुजरता है, दर्पणों से परिलक्षित होता है, वापस लौटता है और एक पारभासी दर्पण में फिर से जुड़ जाता है। ऑप्टिकल सिस्टम का गुणवत्ता कारक बहुत अधिक है, इसलिए लेजर बीम न केवल एक बार आगे-पीछे होता है, बल्कि इस ऑप्टिकल रेज़ोनेटर में लंबे समय तक रहता है। "शांत" स्थिति में, लंबाई को चुना जाता है ताकि दो बीम, पुनर्संयोजन के बाद, सेंसर की दिशा में एक दूसरे को बुझा दें, और फिर फोटोडेटेक्टर पूरी तरह से छाया में है। लेकिन जैसे ही दर्पण गुरुत्वाकर्षण तरंगों की क्रिया के तहत एक सूक्ष्म दूरी तय करते हैं, दो बीमों का मुआवजा अधूरा हो जाता है और फोटोडेटेक्टर प्रकाश को पकड़ लेता है। और पूर्वाग्रह जितना मजबूत होगा, फोटोसेंसर द्वारा उतनी ही तेज रोशनी दिखाई देगी।

शब्द "सूक्ष्म विस्थापन" प्रभाव की पूर्ण सूक्ष्मता को व्यक्त करने के करीब भी नहीं आते हैं। प्रकाश की तरंग दैर्ध्य, यानी माइक्रोन द्वारा दर्पणों के विस्थापन को बिना किसी चाल के भी नोटिस करना आसान है। लेकिन 4 किमी के कंधे की लंबाई के साथ, यह 10 −10 के आयाम के साथ अंतरिक्ष-समय के दोलनों से मेल खाती है। परमाणु के व्यास द्वारा दर्पणों के विस्थापन को नोटिस करना भी कोई समस्या नहीं है - यह एक लेज़र बीम को लॉन्च करने के लिए पर्याप्त है जो हजारों बार आगे-पीछे चलेगी और वांछित चरण घुसपैठ प्राप्त करेगी। लेकिन यह भी 10 −14 की ताकत देता है। और हमें विस्थापन के पैमाने को लाखों बार और नीचे जाने की जरूरत है, यानी, एक परमाणु द्वारा भी नहीं, बल्कि एक परमाणु नाभिक के हजारवें हिस्से द्वारा दर्पण शिफ्ट को पंजीकृत करना सीखें!

वास्तव में इस अद्भुत तकनीक के रास्ते में, भौतिकविदों को कई कठिनाइयों को दूर करना पड़ा। उनमें से कुछ विशुद्ध रूप से यांत्रिक हैं: आपको एक निलंबन पर बड़े पैमाने पर दर्पण लटकाए जाने की आवश्यकता है जो दूसरे निलंबन पर लटका हुआ है, वह एक तीसरे निलंबन पर है, और इसी तरह - और सभी जितना संभव हो बाहरी कंपन से छुटकारा पाने के लिए। अन्य समस्याएं भी सहायक हैं, लेकिन ऑप्टिकल हैं। उदाहरण के लिए, प्रकाशिक प्रणाली में परिसंचारी किरण जितनी अधिक शक्तिशाली होती है, फोटोसेंसर द्वारा दर्पणों के विस्थापन का उतना ही कमजोर पता लगाया जा सकता है। लेकिन एक बीम जो बहुत शक्तिशाली है, वह ऑप्टिकल तत्वों को असमान रूप से गर्म करेगा, जो कि बीम के गुणों पर प्रतिकूल प्रभाव डालेगा। इस प्रभाव को किसी तरह मुआवजा दिया जाना चाहिए, और इसके लिए 2000 के दशक में इस विषय पर एक संपूर्ण शोध कार्यक्रम शुरू किया गया था (इस अध्ययन के बारे में एक कहानी के लिए, समाचार देखें अत्यधिक संवेदनशील गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर के रास्ते में एक बाधा दूर हो गई है , "तत्व", 06/27/2006)। अंत में, गुंजयमान यंत्र में फोटॉन के क्वांटम व्यवहार और अनिश्चितता सिद्धांत से संबंधित विशुद्ध रूप से मौलिक भौतिक सीमाएं हैं। वे सेंसर की संवेदनशीलता को मानक क्वांटम सीमा नामक मान तक सीमित कर देते हैं। हालांकि, भौतिकविदों ने पहले ही सीख लिया है कि लेजर लाइट की चालाकी से तैयार क्वांटम अवस्था की मदद से इसे कैसे दूर किया जाए (जे। आसी एट अल।, 2013। प्रकाश की निचोड़ी हुई अवस्थाओं का उपयोग करके एलआईजीओ गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर की बढ़ी संवेदनशीलता)।

गुरुत्वाकर्षण तरंगों की दौड़ में शामिल देशों की सूची है; बक्सन वेधशाला में रूस की अपनी स्थापना है, और, वैसे, यह दिमित्री ज़ाविलगेल्स्की द्वारा एक वृत्तचित्र लोकप्रिय विज्ञान फिल्म में वर्णित है "लहरों और कणों की प्रतीक्षा में". इस दौड़ के नेता अब दो प्रयोगशालाएँ हैं - अमेरिकी परियोजना LIGO और इतालवी कन्या डिटेक्टर। LIGO में दो समान डिटेक्टर शामिल हैं जो हनफोर्ड (वाशिंगटन) और लिविंगस्टन (लुइसियाना) में स्थित हैं और एक दूसरे से 3000 किमी दूर हैं। दो सेटअप होना दो कारणों से महत्वपूर्ण है। सबसे पहले, एक सिग्नल को तभी पंजीकृत माना जाएगा जब इसे एक ही समय में दोनों डिटेक्टरों द्वारा देखा जाएगा। और दूसरी बात, दो प्रतिष्ठानों पर गुरुत्वाकर्षण-लहर फटने के अंतर से - और यह 10 मिलीसेकंड तक पहुंच सकता है - कोई लगभग यह निर्धारित कर सकता है कि यह संकेत आकाश के किस हिस्से से आया है। सच है, दो डिटेक्टरों के साथ त्रुटि बहुत बड़ी होगी, लेकिन जब कन्या ऑपरेशन में आती है, तो सटीकता में उल्लेखनीय वृद्धि होगी।

कड़ाई से बोलते हुए, गुरुत्वाकर्षण तरंगों के इंटरफेरोमेट्रिक पता लगाने का विचार पहली बार सोवियत भौतिकविदों एम। ई। गर्टसेनशेटिन और वी। आई। पुस्टोवोइट द्वारा 1962 में वापस प्रस्तावित किया गया था। तब लेजर का आविष्कार किया गया था, और वेबर ने अपने अनुनाद डिटेक्टर बनाना शुरू कर दिया। हालांकि, इस लेख को पश्चिम में नहीं देखा गया था और, सच कहूं तो, वास्तविक परियोजनाओं के विकास को प्रभावित नहीं किया था (गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाने के भौतिकी की ऐतिहासिक समीक्षा देखें: गुंजयमान और इंटरफेरोमेट्रिक डिटेक्टर)।

LIGO गुरुत्वाकर्षण वेधशाला का निर्माण मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (MIT) और कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (कैलटेक) के तीन वैज्ञानिकों की पहल थी। ये रेनर वीस हैं, जिन्होंने इंटरफेरोमेट्रिक गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर के विचार को लागू किया, रोनाल्ड ड्रेवर, जिन्होंने पंजीकरण के लिए पर्याप्त लेजर प्रकाश की स्थिरता हासिल की, और परियोजना के सिद्धांतवादी-प्रेरक किप थॉर्न, जो अब आम जनता के लिए जाने जाते हैं एक वैज्ञानिक सलाहकार फिल्म इंटरस्टेलर के रूप में। LIGO का प्रारंभिक इतिहास रेनर वीस के साथ हाल के एक साक्षात्कार और जॉन प्रेस्किल के संस्मरणों में पढ़ा जा सकता है।

गुरुत्वाकर्षण तरंगों के इंटरफेरोमेट्रिक डिटेक्शन की परियोजना से जुड़ी गतिविधि 1970 के दशक के अंत में शुरू हुई थी, और सबसे पहले इस उपक्रम की वास्तविकता पर भी कई लोगों ने संदेह किया था। हालांकि, कई प्रोटोटाइप का प्रदर्शन करने के बाद, वर्तमान एलआईजीओ परियोजना को लिखा और अनुमोदित किया गया था। यह 20वीं सदी के पूरे अंतिम दशक के दौरान बनाया गया था।

यद्यपि संयुक्त राज्य अमेरिका ने परियोजना को प्रारंभिक प्रोत्साहन दिया, एलआईजीओ वेधशाला वास्तव में एक अंतरराष्ट्रीय परियोजना है। 15 देशों ने इसमें आर्थिक और बौद्धिक रूप से निवेश किया है, और एक हजार से अधिक लोग सहयोग के सदस्य हैं। परियोजना के कार्यान्वयन में एक महत्वपूर्ण भूमिका सोवियत और रूसी भौतिकविदों द्वारा निभाई गई थी। शुरुआत से ही, मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के व्लादिमीर ब्रागिंस्की के पहले से ही उल्लिखित समूह ने एलआईजीओ परियोजना के कार्यान्वयन में सक्रिय भाग लिया, और बाद में निज़नी नोवगोरोड से एप्लाइड फिजिक्स संस्थान भी सहयोग में शामिल हो गए।

LIGO वेधशाला ने 2002 में काम करना शुरू किया और 2010 तक इसने छह वैज्ञानिक अवलोकन सत्रों की मेजबानी की। कोई गुरुत्वाकर्षण तरंग फटने का मज़बूती से पता नहीं चला था, और भौतिक विज्ञानी केवल ऐसी घटनाओं की आवृत्ति पर ऊपरी सीमा स्थापित करने में सक्षम थे। हालांकि, इसने उन्हें बहुत अधिक आश्चर्यचकित नहीं किया: अनुमानों से पता चला कि ब्रह्मांड के उस हिस्से में, जिसे डिटेक्टर ने उस समय "सुना", पर्याप्त शक्तिशाली प्रलय की संभावना कम थी: लगभग हर कई दशकों में एक बार।

फिनिश लाइन

2010 से 2015 तक, LIGO और कन्या सहयोग ने उपकरणों का मौलिक रूप से आधुनिकीकरण किया (कन्या, हालांकि, अभी भी तैयारी में है)। और अब लंबे समय से प्रतीक्षित लक्ष्य दृष्टि की सीधी रेखा में था। LIGO - या बल्कि, एलिगो ( उन्नत LIGO) - अब 60 मेगापार्सेक की दूरी पर न्यूट्रॉन सितारों द्वारा उत्पन्न विस्फोटों को पकड़ने के लिए तैयार था, और ब्लैक होल - सैकड़ों मेगापार्सेक। पिछले सत्रों की तुलना में गुरुत्वाकर्षण-तरंग सुनने के लिए खुला ब्रह्मांड का आयतन दस गुना बढ़ गया है।

बेशक, यह भविष्यवाणी करना असंभव है कि अगली गुरुत्वाकर्षण-लहर "धमाका" कब और कहाँ होगी। लेकिन अद्यतन डिटेक्टरों की संवेदनशीलता ने प्रति वर्ष कई न्यूट्रॉन स्टार विलय पर भरोसा करना संभव बना दिया, ताकि पहले चार महीने के अवलोकन सत्र के दौरान पहले विस्फोट की उम्मीद की जा सके। अगर हम कई वर्षों तक चलने वाले पूरे एलआईजीओ प्रोजेक्ट के बारे में बात करते हैं, तो फैसला बेहद स्पष्ट था: या तो विस्फोट एक के बाद एक गिरेंगे, या सामान्य सापेक्षता में कुछ सिद्धांत रूप में काम नहीं करता है। दोनों महान खोजें होंगी।

18 सितंबर 2015 से 12 जनवरी 2016 तक पहला एलआईजीओ अवलोकन सत्र हुआ। इस समय के दौरान, इंटरनेट पर गुरुत्वाकर्षण तरंगों के पंजीकरण के बारे में अफवाहें फैल रही थीं, लेकिन सहयोग चुप रहा: "हम डेटा एकत्र और विश्लेषण कर रहे हैं और अभी तक परिणामों की रिपोर्ट करने के लिए तैयार नहीं हैं।" इस तथ्य से एक अतिरिक्त साज़िश पैदा हुई थी कि विश्लेषण की प्रक्रिया में, सहयोग के सदस्य स्वयं पूरी तरह से सुनिश्चित नहीं हो सकते हैं कि वे एक वास्तविक गुरुत्वाकर्षण तरंग वृद्धि देखते हैं। तथ्य यह है कि एलआईजीओ में कंप्यूटर पर उत्पन्न एक फट कभी-कभी कृत्रिम रूप से वास्तविक डेटा की धारा में पेश किया जाता है। इसे "अंधा इंजेक्शन", अंधा इंजेक्शन कहा जाता है, और पूरे समूह में से केवल तीन लोगों (!) के पास एक ऐसी प्रणाली तक पहुंच होती है जो इसे समय पर मनमाने ढंग से करती है। टीम को इस उछाल को ट्रैक करना चाहिए, जिम्मेदारी से इसका विश्लेषण करना चाहिए, और विश्लेषण के अंतिम चरण में ही "कार्ड खोले जाते हैं" और सहयोग के सदस्य यह पता लगाएंगे कि यह एक वास्तविक घटना थी या सतर्कता की परीक्षा। वैसे, ऐसे ही एक मामले में 2010 में एक लेख लिखने तक की नौबत आ गई थी, लेकिन तब जो संकेत मिला वह सिर्फ एक "ब्लाइंड स्टफिंग" निकला।

गीतात्मक विषयांतर

एक बार फिर इस क्षण की गंभीरता को महसूस करने के लिए, मैं इस कहानी को दूसरी तरफ से, विज्ञान के भीतर से देखने का प्रस्ताव करता हूं। जब एक जटिल, अभेद्य वैज्ञानिक कार्य खुद को कई वर्षों तक उधार नहीं देता है, तो यह एक सामान्य कार्य क्षण है। जब यह एक से अधिक पीढ़ियों के लिए नहीं देता है, तो इसे पूरी तरह से अलग तरीके से माना जाता है।

एक स्कूली बच्चे के रूप में, आप लोकप्रिय विज्ञान की किताबें पढ़ते हैं और इस मुश्किल को हल करने के बारे में सीखते हैं, लेकिन बहुत ही रोचक वैज्ञानिक पहेली। एक छात्र के रूप में, आप भौतिकी का अध्ययन करते हैं, प्रस्तुतियाँ करते हैं, और कभी-कभी, उचित रूप से या नहीं, आपके आस-पास के लोग आपको इसके अस्तित्व की याद दिलाते हैं। फिर आप स्वयं विज्ञान करते हैं, भौतिकी के दूसरे क्षेत्र में काम करते हैं, लेकिन आप नियमित रूप से इसे हल करने के असफल प्रयासों के बारे में सुनते हैं। बेशक, आप समझते हैं कि इसे हल करने के लिए कहीं न कहीं सक्रिय कार्य किया जा रहा है, लेकिन एक बाहरी व्यक्ति के रूप में आपके लिए अंतिम परिणाम अपरिवर्तित रहता है। समस्या को एक स्थिर पृष्ठभूमि के रूप में, एक सजावट के रूप में, भौतिकी के एक तत्व के रूप में माना जाता है जो शाश्वत है और आपके वैज्ञानिक जीवन के पैमाने पर लगभग अपरिवर्तित है। एक ऐसे कार्य के रूप में जो हमेशा से रहा है और हमेशा रहेगा।

और फिर - यह हल हो गया है। और अचानक, कई दिनों के पैमाने पर, आपको लगता है कि दुनिया की भौतिक तस्वीर बदल गई है और अब इसे दूसरे शब्दों में तैयार करने और अन्य प्रश्न पूछने की जरूरत है।

जो लोग सीधे गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज पर काम कर रहे हैं, उनके लिए यह कार्य निश्चित रूप से अपरिवर्तित नहीं रहा है। वे लक्ष्य देखते हैं, वे जानते हैं कि क्या हासिल करना है। बेशक, उन्हें उम्मीद है कि प्रकृति भी उनसे आधे रास्ते में मिल जाएगी और पास की किसी आकाशगंगा में एक शक्तिशाली विस्फोट कर देगी, लेकिन साथ ही वे यह भी समझते हैं कि प्रकृति इतनी अनुकूल न होने पर भी वैज्ञानिकों से छिप नहीं सकती। एकमात्र सवाल यह है कि वे अपने तकनीकी लक्ष्यों को कब हासिल कर पाएंगे। कई दशकों से गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज कर रहे एक व्यक्ति की इस भावना के बारे में एक कहानी पहले ही बताई गई फिल्म में सुनी जा सकती है। "लहरों और कणों की प्रतीक्षा में".

प्रारंभिक

अंजीर पर। 7 मुख्य परिणाम दिखाता है: दोनों डिटेक्टरों द्वारा रिकॉर्ड किए गए सिग्नल की प्रोफाइल। यह देखा जा सकता है कि शोर की पृष्ठभूमि के खिलाफ, पहले वांछित आकार का दोलन कमजोर रूप से प्रकट होता है, और फिर आयाम और आवृत्ति में बढ़ जाता है। संख्यात्मक सिमुलेशन के परिणामों के साथ तुलना करने से यह पता लगाना संभव हो गया कि हमने किन वस्तुओं को विलय करते हुए देखा: ये लगभग 36 और 29 सौर द्रव्यमान वाले ब्लैक होल थे, जो 62 सौर द्रव्यमान के एक एकल ब्लैक होल में विलीन हो गए (त्रुटि इन सभी संख्याओं में से, 90 प्रतिशत विश्वास अंतराल के अनुरूप, 4 सौर द्रव्यमान हैं)। लेखकों ने पासिंग में टिप्पणी की है कि परिणामी ब्लैक होल अब तक का सबसे भारी तारकीय-द्रव्यमान वाला ब्लैक होल है। दो मूल वस्तुओं के कुल द्रव्यमान और अंतिम ब्लैक होल के बीच का अंतर 3±0.5 सौर द्रव्यमान है। यह गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान दोष लगभग 20 मिलीसेकंड में पूरी तरह से विकिरणित गुरुत्वाकर्षण तरंगों की ऊर्जा में बदल गया था। गणना से पता चला है कि शिखर गुरुत्वाकर्षण तरंग शक्ति 3.6·10 56 erg/s, या, द्रव्यमान के संदर्भ में, लगभग 200 सौर द्रव्यमान प्रति सेकंड तक पहुंच गई है।

ज्ञात संकेत का सांख्यिकीय महत्व 5.1σ है। दूसरे शब्दों में, यदि हम मान लें कि ये सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव एक-दूसरे को ओवरलैप करते हैं और विशुद्ध रूप से संयोग से इस तरह का उछाल पैदा करते हैं, तो ऐसी घटना को 200 हजार साल इंतजार करना होगा। यह हमें विश्वास के साथ यह बताने की अनुमति देता है कि पता लगाया गया संकेत उतार-चढ़ाव नहीं है।

दो डिटेक्टरों के बीच का समय लगभग 7 मिलीसेकंड था। इससे सिग्नल के आगमन की दिशा का अनुमान लगाना संभव हो गया (चित्र 9)। चूंकि केवल दो डिटेक्टर हैं, स्थानीयकरण बहुत अनुमानित निकला: आकाशीय क्षेत्र का क्षेत्र जो मापदंडों के संदर्भ में उपयुक्त है, 600 वर्ग डिग्री है।

LIGO सहयोग केवल गुरुत्वाकर्षण तरंगों के पंजीकरण के तथ्य को बताने तक ही सीमित नहीं था, बल्कि इस अवलोकन का खगोल भौतिकी के लिए क्या निहितार्थ है, इसका पहला विश्लेषण भी किया। लेख में बाइनरी ब्लैक होल विलय GW150914 के खगोलभौतिकीय निहितार्थ उसी दिन पत्रिका में प्रकाशित हुए द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स, लेखकों ने उस आवृत्ति का अनुमान लगाया जिसके साथ ऐसे ब्लैक होल विलय होते हैं। यह प्रति वर्ष एक घन गीगापारसेक में कम से कम एक विलय निकला, जो इस संबंध में सबसे आशावादी मॉडल की भविष्यवाणियों के साथ अभिसरण करता है।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें किस बारे में हैं?

दशकों की खोज के बाद एक नई घटना की खोज अंत नहीं है, बल्कि भौतिकी की एक नई शाखा की शुरुआत है। बेशक, काले दो के विलय से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पंजीकरण अपने आप में महत्वपूर्ण है। यह ब्लैक होल के अस्तित्व और बाइनरी ब्लैक होल के अस्तित्व और गुरुत्वाकर्षण तरंगों की वास्तविकता का प्रत्यक्ष प्रमाण है, और सामान्य तौर पर, गुरुत्वाकर्षण के लिए ज्यामितीय दृष्टिकोण की शुद्धता का प्रमाण है, जिस पर सामान्य सापेक्षता आधारित है। . लेकिन भौतिकविदों के लिए, यह कोई कम मूल्यवान नहीं है कि गुरुत्वाकर्षण-तरंग खगोल विज्ञान एक नया शोध उपकरण बन रहा है, जिससे यह अध्ययन करना संभव हो गया है कि पहले क्या दुर्गम था।

सबसे पहले, यह ब्रह्मांड को देखने और ब्रह्मांडीय प्रलय का अध्ययन करने का एक नया तरीका है। गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए कोई बाधा नहीं है, वे बिना किसी समस्या के ब्रह्मांड में हर चीज से गुजरती हैं। वे आत्मनिर्भर हैं: उनके प्रोफाइल में उस प्रक्रिया के बारे में जानकारी होती है जो उन्हें उत्पन्न करती है। अंत में, यदि एक भव्य विस्फोट एक ऑप्टिकल, एक न्यूट्रिनो और एक गुरुत्वाकर्षण फट दोनों को जन्म देता है, तो आप उन सभी को पकड़ने की कोशिश कर सकते हैं, उनकी एक दूसरे के साथ तुलना कर सकते हैं, और वहां क्या हुआ, इसके पहले दुर्गम विवरणों को छाँट सकते हैं। एक घटना से ऐसे विभिन्न संकेतों को पकड़ने और उनकी तुलना करने में सक्षम होना सभी सिग्नल खगोल विज्ञान का मुख्य लक्ष्य है।

जब गुरुत्वाकर्षण तरंग संसूचक और भी अधिक संवेदनशील हो जाते हैं, तो वे विलय के क्षण में नहीं, बल्कि इससे कुछ सेकंड पहले अंतरिक्ष-समय के झटके को दर्ज करने में सक्षम होंगे। वे स्वचालित रूप से अवलोकन स्टेशनों के सामान्य नेटवर्क को अपना चेतावनी संकेत भेज देंगे, और खगोल भौतिकी उपग्रह-दूरबीन, प्रस्तावित विलय के निर्देशांक की गणना करने के बाद, इन सेकंड में सही दिशा में मुड़ने और शुरू होने से पहले आकाश की शूटिंग शुरू करने का समय होगा। ऑप्टिकल फटने से।

दूसरे, गुरुत्वाकर्षण तरंग फटने से आप न्यूट्रॉन सितारों के बारे में नई चीजें सीख सकेंगे। न्यूट्रॉन स्टार विलय, वास्तव में, नवीनतम और सबसे चरम न्यूट्रॉन स्टार प्रयोग है जो प्रकृति हमारे लिए डाल सकती है, और हमें दर्शकों के रूप में केवल परिणामों का निरीक्षण करना होगा। इस तरह के विलय के अवलोकन संबंधी परिणाम विविध हो सकते हैं (चित्र 10), और उनके आंकड़े एकत्र करके, हम ऐसी विदेशी परिस्थितियों में न्यूट्रॉन सितारों के व्यवहार को बेहतर ढंग से समझने में सक्षम होंगे। इस दिशा में मामलों की वर्तमान स्थिति का एक सिंहावलोकन एस रॉसवोग, 2015 के हालिया प्रकाशन में पाया जा सकता है। कॉम्पैक्ट बाइनरी विलय की बहु-मैसेंजर तस्वीर।

तीसरा, एक सुपरनोवा से आने वाले विस्फोट का पंजीकरण और ऑप्टिकल अवलोकनों के साथ इसकी तुलना अंततः पतन की शुरुआत में, अंदर क्या हो रहा है, इसके विवरण को हल करना संभव बना देगा। अब भौतिकविदों को अभी भी इस प्रक्रिया के संख्यात्मक अनुकरण के साथ कठिनाइयाँ हैं।

चौथा, गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत में शामिल भौतिकविदों के पास मजबूत गुरुत्वाकर्षण के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए एक प्रतिष्ठित "प्रयोगशाला" है। अब तक, सामान्य सापेक्षता के जितने भी प्रभाव हम प्रत्यक्ष रूप से देख पाए हैं, वे सभी कमजोर क्षेत्रों में गुरुत्वाकर्षण से संबंधित हैं। मजबूत गुरुत्वाकर्षण की स्थितियों में क्या होता है, इसके बारे में, जब अंतरिक्ष-समय की विकृतियां आपस में दृढ़ता से बातचीत करने लगती हैं, तो हम केवल अप्रत्यक्ष अभिव्यक्तियों से, ब्रह्मांडीय आपदाओं की ऑप्टिकल प्रतिध्वनि के माध्यम से अनुमान लगा सकते हैं।

पांचवां, गुरुत्वाकर्षण के विदेशी सिद्धांतों का परीक्षण करने का एक नया अवसर है। आधुनिक भौतिकी में पहले से ही ऐसे कई सिद्धांत हैं, उदाहरण के लिए, ए.एन. पेट्रोव "ग्रेविटी" की लोकप्रिय पुस्तक से उन्हें समर्पित अध्याय देखें। इनमें से कुछ सिद्धांत कमजोर क्षेत्रों की सीमा में पारंपरिक सामान्य सापेक्षता से मिलते जुलते हैं, लेकिन जब गुरुत्वाकर्षण बहुत मजबूत हो जाता है तो इससे बहुत भिन्न हो सकते हैं। अन्य लोग गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए एक नए प्रकार के ध्रुवीकरण के अस्तित्व को मानते हैं और प्रकाश की गति से थोड़ा अलग गति की भविष्यवाणी करते हैं। अंत में, ऐसे सिद्धांत हैं जिनमें अतिरिक्त स्थानिक आयाम शामिल हैं। गुरुत्वाकर्षण तरंगों के आधार पर उनके बारे में क्या कहा जा सकता है यह एक खुला प्रश्न है, लेकिन यह स्पष्ट है कि यहां से कुछ जानकारी का लाभ उठाया जा सकता है। हम पोस्टनौका पर चयन में, गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज के साथ क्या बदलेंगे, इसके बारे में खगोल भौतिकीविदों की राय को पढ़ने की भी हम अनुशंसा करते हैं।

भविष्य की योजनाएं

गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल विज्ञान की संभावनाएं सबसे उत्साहजनक हैं। एलआईजीओ डिटेक्टर का केवल पहला, सबसे छोटा अवलोकन सत्र अब समाप्त हो गया है - और इस कम समय में एक स्पष्ट संकेत पहले ही पकड़ा जा चुका है। यह कहना अधिक सटीक होगा: पहला संकेत आधिकारिक लॉन्च से पहले ही पकड़ लिया गया था, और सहयोग ने अभी तक सभी चार महीनों के काम की सूचना नहीं दी है। कौन जानता है, हो सकता है कि पहले से ही कुछ अतिरिक्त विस्फोट हों? एक तरह से या कोई अन्य, लेकिन आगे, जैसे-जैसे डिटेक्टरों की संवेदनशीलता बढ़ती है और गुरुत्वाकर्षण-तरंग अवलोकन के लिए सुलभ ब्रह्मांड का हिस्सा फैलता है, पंजीकृत घटनाओं की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ेगी।

एलआईजीओ-कन्या नेटवर्क सत्रों का अपेक्षित कार्यक्रम अंजीर में दिखाया गया है। 11. दूसरा, छह महीने का सत्र इस साल के अंत में शुरू होगा, तीसरा सत्र लगभग पूरा 2018 लेगा, और प्रत्येक चरण में डिटेक्टर की संवेदनशीलता बढ़ जाएगी। 2020 के आसपास, एलआईजीओ को अपनी नियोजित संवेदनशीलता तक पहुंचना चाहिए, जो डिटेक्टर को न्यूट्रॉन स्टार विलय के लिए ब्रह्मांड की जांच करने की अनुमति देगा जो हमसे 200 एमपीसी दूर हैं। और भी अधिक ऊर्जावान ब्लैक होल विलय की घटनाओं के लिए, संवेदनशीलता लगभग एक गीगापारसेक तक पहुंच सकती है। एक तरह से या किसी अन्य, अवलोकन के लिए उपलब्ध ब्रह्मांड की मात्रा पहले सत्र की तुलना में दस गुना अधिक बढ़ जाएगी।

इस साल के अंत में, अद्यतन इतालवी प्रयोगशाला कन्या भी खेल में प्रवेश करेगी। इसमें LIGO की तुलना में थोड़ी कम संवेदनशीलता है, लेकिन यह काफी सभ्य भी है। त्रिभुज विधि के कारण, अंतरिक्ष में अलग-अलग दूरी पर स्थित डिटेक्टरों की तिकड़ी आकाशीय क्षेत्र पर स्रोतों की स्थिति को बेहतर ढंग से बहाल करना संभव बना देगी। यदि अब, दो डिटेक्टरों के साथ, स्थानीयकरण क्षेत्र सैकड़ों वर्ग डिग्री तक पहुंच जाता है, तो तीन डिटेक्टर इसे दसियों तक कम कर देंगे। इसके अलावा, एक समान काग्रा गुरुत्वाकर्षण तरंग एंटीना वर्तमान में जापान में बनाया जा रहा है, जो दो से तीन वर्षों में काम करना शुरू कर देगा, और भारत में, 2022 के आसपास, एलआईजीओ-इंडिया डिटेक्टर को लॉन्च करने की योजना है। नतीजतन, गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टरों का एक पूरा नेटवर्क संचालित होगा और कुछ वर्षों में नियमित रूप से संकेतों को रिकॉर्ड करेगा (चित्र 13)।

अंत में, गुरुत्वाकर्षण तरंग उपकरणों को अंतरिक्ष में ले जाने की योजना है, विशेष रूप से eLISA परियोजना। दो महीने पहले, पहला परीक्षण उपग्रह कक्षा में लॉन्च किया गया था, जिसका कार्य प्रौद्योगिकियों का परीक्षण करना होगा। यह अभी भी गुरुत्वाकर्षण तरंगों की वास्तविक पहचान से दूर है। लेकिन जैसे ही उपग्रहों का यह तारामंडल डेटा एकत्र करना शुरू करता है, यह ब्रह्मांड में एक और खिड़की खोलेगा - कम आवृत्ति वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगों के माध्यम से। गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए इस तरह का एक सर्व-तरंग दृष्टिकोण लंबे समय में इस क्षेत्र का मुख्य लक्ष्य है।

समानताएं

गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज हाल के वर्षों में तीसरा मामला बन गया है जब भौतिकविदों ने अंततः सभी बाधाओं को तोड़ दिया और हमारी दुनिया की संरचना की पहले की अज्ञात पेचीदगियों को प्राप्त किया। 2012 में, हिग्स बोसोन की खोज की गई थी - लगभग आधी सदी पहले एक कण की भविष्यवाणी की गई थी। 2013 में, IceCube न्यूट्रिनो डिटेक्टर ने एस्ट्रोफिजिकल न्यूट्रिनो की वास्तविकता को साबित किया और उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो के माध्यम से पूरी तरह से नए, पहले दुर्गम तरीके से "ब्रह्मांड को देखना" शुरू किया। और अब प्रकृति ने एक बार फिर मनुष्य के आगे घुटने टेक दिए हैं: ब्रह्मांड को देखने के लिए एक गुरुत्वाकर्षण-लहर "खिड़की" खुल गई है और साथ ही, मजबूत गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव प्रत्यक्ष अध्ययन के लिए उपलब्ध हो गए हैं।

मुझे कहना होगा, प्रकृति से कहीं कोई "फ्रीबी" नहीं था। खोज बहुत लंबे समय तक की गई थी, लेकिन यह नहीं दिया क्योंकि दशकों पहले, उपकरण ऊर्जा, पैमाने या संवेदनशीलता के मामले में परिणाम तक नहीं पहुंचे थे। यह प्रौद्योगिकी का स्थिर, उद्देश्यपूर्ण विकास था जिसने लक्ष्य की ओर अग्रसर किया, एक ऐसा विकास जिसे तकनीकी कठिनाइयों या पिछले वर्षों के नकारात्मक परिणामों से नहीं रोका गया था।

और तीनों मामलों में, खोज ही अंत नहीं थी, बल्कि, इसके विपरीत, अनुसंधान की एक नई दिशा की शुरुआत, हमारी दुनिया की जांच के लिए एक नया उपकरण बन गई। हिग्स बोसोन के गुण मापने योग्य हो गए हैं - और इन आंकड़ों में, भौतिक विज्ञानी न्यू फिजिक्स के प्रभावों को समझने की कोशिश कर रहे हैं। उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो के बढ़े हुए आँकड़ों के लिए धन्यवाद, न्यूट्रिनो खगोल भौतिकी अपना पहला कदम उठा रही है। कम से कम अब गुरुत्वाकर्षण-तरंग खगोल विज्ञान से भी यही उम्मीद की जाती है, और आशावाद का हर कारण है।

स्रोत:
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समीक्षा सामग्री:
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