Pada hari Kamis, 11 Februari, sekelompok ilmuwan dari proyek internasional LIGO Scientific Collaboration mengumumkan bahwa mereka telah berhasil, yang keberadaannya diprediksi oleh Albert Einstein pada tahun 1916. Menurut para peneliti, pada 14 September 2015, mereka merekam gelombang gravitasi, yang disebabkan oleh tabrakan dua lubang hitam dengan massa 29 dan 36 kali massa Matahari, setelah itu mereka bergabung menjadi satu lubang hitam besar. . Menurut mereka, ini diduga terjadi 1,3 miliar tahun yang lalu pada jarak 410 Megaparsec dari galaksi kita.

LIGA.net berbicara secara rinci tentang gelombang gravitasi dan penemuan skala besar Bohdan Hnatyk, Ilmuwan Ukraina, ahli astrofisika, doktor ilmu fisika dan matematika, peneliti terkemuka di Observatorium Astronomi Universitas Nasional Taras Shevchenko di Kyiv, yang mengepalai observatorium tersebut dari tahun 2001 hingga 2004.

Teori dalam bahasa sederhana

Fisika mempelajari interaksi antara tubuh. Telah ditetapkan bahwa ada empat jenis interaksi antar benda: elektromagnetik, interaksi nuklir kuat dan lemah, dan interaksi gravitasi, yang kita semua rasakan. Karena interaksi gravitasi, planet-planet berputar mengelilingi Matahari, benda-benda memiliki berat dan jatuh ke tanah. Manusia selalu dihadapkan pada interaksi gravitasi.

Pada tahun 1916, 100 tahun yang lalu, Albert Einstein membangun teori gravitasi yang meningkatkan teori gravitasi Newton, membuatnya benar secara matematis: teori itu mulai memenuhi semua persyaratan fisika, mulai memperhitungkan fakta bahwa gravitasi merambat pada kecepatan yang sangat tinggi. , tetapi kecepatan terbatas. Ini adalah salah satu pencapaian paling ambisius Einstein, saat ia membangun teori gravitasi yang sesuai dengan semua fenomena fisika yang kita amati hari ini.

Teori ini juga menyarankan adanya gelombang gravitasi. Dasar prediksi ini adalah bahwa gelombang gravitasi ada sebagai akibat dari interaksi gravitasi yang terjadi karena penggabungan dua benda masif.

Apa itu gelombang gravitasi?

Dalam bahasa yang kompleks, ini adalah eksitasi metrik ruang-waktu. "Katakanlah ruang memiliki elastisitas tertentu dan gelombang dapat melewatinya. Ini seperti ketika kita melempar kerikil ke dalam air dan gelombang menyebar darinya," kata Doctor of Physical and Mathematical Sciences kepada LIGA.net.

Para ilmuwan berhasil membuktikan secara eksperimental bahwa fluktuasi seperti itu terjadi di Semesta dan gelombang gravitasi mengalir ke segala arah. "Metode astrofisika adalah yang pertama mencatat fenomena evolusi bencana seperti sistem biner, ketika dua objek bergabung menjadi satu, dan penggabungan ini menyebabkan pelepasan energi gravitasi yang sangat intens, yang kemudian menyebar di ruang angkasa dalam bentuk gelombang gravitasi," jelas ilmuwan itu.

Seperti apa (foto - EPA)

Gelombang gravitasi ini sangat lemah dan agar dapat berosilasi ruang-waktu, diperlukan interaksi benda-benda yang sangat besar dan masif agar kuat medan gravitasi di tempat pembangkitannya besar. Namun, terlepas dari kelemahannya, pengamat setelah waktu tertentu (sama dengan jarak interaksi dibagi kecepatan sinyal) akan mencatat gelombang gravitasi ini.

Mari kita beri contoh: jika Bumi jatuh di Matahari, maka interaksi gravitasi akan terjadi: energi gravitasi akan dilepaskan, gelombang simetris bola gravitasi akan terbentuk, dan pengamat akan dapat mencatatnya. "Di sini, fenomena serupa, tetapi unik, dari sudut pandang astrofisika terjadi: dua benda besar - dua lubang hitam - bertabrakan," kata Gnatyk.

Kembali ke teori

Lubang hitam adalah prediksi lain dari teori relativitas umum Einstein, yang menyatakan bahwa benda yang memiliki massa besar, tetapi massa ini terkonsentrasi dalam volume kecil, dapat secara signifikan mendistorsi ruang di sekitarnya, hingga penutupannya. Artinya, diasumsikan bahwa ketika konsentrasi kritis massa benda ini tercapai - sehingga ukuran benda akan lebih kecil dari apa yang disebut jari-jari gravitasi, maka ruang akan menutup di sekitar benda ini dan topologinya akan sedemikian rupa sehingga tidak ada sinyal dari itu akan menyebar di luar ruang tertutup tidak bisa.

"Artinya, lubang hitam, dalam istilah sederhana, adalah objek masif yang sangat berat sehingga menutup ruang-waktu di sekitarnya," kata ilmuwan tersebut.

Dan kami, menurutnya, dapat mengirim sinyal apa pun ke objek ini, tetapi dia tidak dapat mengirim kami. Artinya, tidak ada sinyal yang bisa melampaui lubang hitam.

Lubang hitam hidup sesuai dengan hukum fisika biasa, tetapi sebagai akibat dari gravitasi yang kuat, tidak ada satu pun benda material, bahkan foton, yang mampu melampaui permukaan kritis ini. Lubang hitam terbentuk selama evolusi bintang biasa, ketika inti pusat runtuh dan sebagian materi bintang runtuh, berubah menjadi lubang hitam, dan bagian lain dari bintang dikeluarkan dalam bentuk cangkang supernova, berubah menjadi yang disebut "kilatan" supernova.

Bagaimana kita melihat gelombang gravitasi

Mari kita ambil contoh. Ketika kita memiliki dua pelampung di permukaan air dan airnya tenang, jarak antara keduanya adalah konstan. Ketika gelombang datang, ia menggeser pelampung ini dan jarak antara pelampung akan berubah. Gelombang telah berlalu - dan pelampung kembali ke posisi sebelumnya, dan jarak di antara mereka dipulihkan.

Gelombang gravitasi merambat dengan cara yang sama di ruang-waktu: ia memampatkan dan meregangkan benda-benda dan benda-benda yang bertemu di jalannya. "Ketika objek tertentu ditemui di jalur gelombang, itu berubah bentuk di sepanjang sumbunya, dan setelah lewat, ia kembali ke bentuk sebelumnya. Di bawah pengaruh gelombang gravitasi, semua benda berubah bentuk, tetapi deformasi ini sangat tidak signifikan,” kata Hnatyk.

Ketika gelombang berlalu, yang dicatat oleh para ilmuwan, ukuran relatif benda-benda di ruang angkasa berubah dengan nilai orde 1 kali 10 ke kekuatan minus 21. Misalnya, jika Anda mengambil penggaris meter, maka itu menyusut dengan nilai sedemikian rupa sehingga ukurannya, dikalikan dengan 10 hingga minus derajat ke-21. Ini adalah jumlah yang sangat kecil. Dan masalahnya adalah para ilmuwan harus belajar bagaimana mengukur jarak ini. Metode konvensional memberikan akurasi urutan 1 hingga 10 pangkat 9 dari satu juta, tetapi di sini akurasi yang jauh lebih tinggi diperlukan. Untuk melakukan ini, dibuat apa yang disebut antena gravitasi (detektor gelombang gravitasi).

Observatorium LIGO (foto - EPA)

Antena yang merekam gelombang gravitasi dibangun dengan cara ini: ada dua tabung, panjangnya sekitar 4 kilometer, disusun dalam bentuk huruf "L", tetapi dengan lengan yang sama dan tegak lurus. Ketika gelombang gravitasi jatuh pada sistem, itu merusak sayap antena, tetapi tergantung pada orientasinya, itu merusak satu lagi dan yang lainnya lebih sedikit. Dan kemudian ada perbedaan jalur, pola interferensi sinyal berubah - ada amplitudo total positif atau negatif.

Artinya, perjalanan gelombang gravitasi mirip dengan gelombang di air yang melewati antara dua pelampung: jika kita mengukur jarak antara mereka selama dan setelah perjalanan gelombang, kita akan melihat bahwa jarak akan berubah, dan kemudian menjadi sama lagi,” kata Gnatyk.

Ini juga mengukur perubahan relatif dalam jarak dua sayap interferometer, yang masing-masing panjangnya sekitar 4 kilometer. Dan hanya teknologi dan sistem yang sangat tepat yang dapat mengukur perpindahan mikroskopis sayap yang disebabkan oleh gelombang gravitasi.

Di ujung alam semesta: dari mana datangnya gelombang

Para ilmuwan merekam sinyal menggunakan dua detektor, yang di Amerika Serikat terletak di dua negara bagian: Louisiana dan Washington pada jarak sekitar 3 ribu kilometer. Para ilmuwan mampu memperkirakan di mana dan dari jarak berapa sinyal ini datang. Perkiraan menunjukkan bahwa sinyal datang dari jarak 410 Megaparsecs. Megaparsec adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam tiga juta tahun.

Agar lebih mudah membayangkan: galaksi aktif terdekat dengan kita dengan lubang hitam supermasif di tengahnya adalah Centaurus A, yang berjarak empat Megaparsec dari galaksi kita, sedangkan Nebula Andromeda berada pada jarak 0,7 Megaparsec. "Artinya, jarak dari mana sinyal gelombang gravitasi datang begitu besar sehingga sinyal itu pergi ke Bumi selama sekitar 1,3 miliar tahun. Ini adalah jarak kosmologis yang mencapai sekitar 10% cakrawala alam semesta kita," kata ilmuwan itu.

Pada jarak ini, di beberapa galaksi yang jauh, dua lubang hitam bergabung. Lubang-lubang ini, di satu sisi, berukuran relatif kecil, dan di sisi lain, amplitudo sinyal yang besar menunjukkan bahwa mereka sangat berat. Ditetapkan bahwa massa mereka masing-masing 36 dan 29 massa matahari. Massa Matahari, seperti yang Anda tahu, adalah nilai yang sama dengan 2 kali 10 pangkat 30 satu kilogram. Setelah penggabungan, kedua benda ini bergabung dan sekarang di tempatnya terbentuk satu lubang hitam, yang memiliki massa sama dengan 62 massa matahari. Pada saat yang sama, sekitar tiga massa Matahari terciprat dalam bentuk energi gelombang gravitasi.

Siapa yang menemukan dan kapan

Ilmuwan dari proyek LIGO internasional berhasil mendeteksi gelombang gravitasi pada 14 September 2015. LIGO (Observatorium Gravitasi Interferometri Laser) adalah proyek internasional di mana sejumlah negara yang telah memberikan kontribusi keuangan dan ilmiah tertentu ambil bagian, khususnya Amerika Serikat, Italia, Jepang, yang maju dalam bidang studi ini.

Profesor Rainer Weiss dan Kip Thorne (foto - EPA)

Gambar berikut direkam: ada perpindahan sayap detektor gravitasi, sebagai akibat dari perjalanan sebenarnya dari gelombang gravitasi melalui planet kita dan melalui instalasi ini. Ini tidak dilaporkan kemudian, karena sinyal harus diproses, "dibersihkan", amplitudonya ditemukan dan diperiksa. Ini adalah prosedur standar: dari penemuan nyata hingga pengumuman penemuan, dibutuhkan beberapa bulan untuk mengeluarkan klaim yang valid. "Tidak ada yang ingin merusak reputasi mereka. Ini semua adalah data rahasia, sebelum dipublikasikan - tidak ada yang tahu tentang mereka, hanya ada rumor," kata Hnatyk.

Cerita

Gelombang gravitasi telah dipelajari sejak tahun 70-an abad terakhir. Selama waktu ini, sejumlah detektor dibuat dan sejumlah studi mendasar dilakukan. Pada tahun 80-an, ilmuwan Amerika Joseph Weber membangun antena gravitasi pertama dalam bentuk silinder aluminium, yang memiliki ukuran urutan beberapa meter, dilengkapi dengan sensor piezo yang seharusnya merekam perjalanan gelombang gravitasi.

Sensitivitas instrumen ini sejuta kali lebih buruk daripada detektor arus. Dan, tentu saja, dia tidak dapat benar-benar memperbaiki gelombang pada waktu itu, meskipun Weber juga mengatakan bahwa dia melakukannya: pers menulis tentang itu dan ada "ledakan gravitasi" - dunia segera mulai membangun antena gravitasi. Weber mendorong ilmuwan lain untuk mempelajari gelombang gravitasi dan melanjutkan eksperimen mereka pada fenomena ini, yang memungkinkan untuk meningkatkan sensitivitas detektor jutaan kali.

Namun, fenomena gelombang gravitasi itu sendiri tercatat pada abad terakhir, ketika para ilmuwan menemukan pulsar ganda. Itu adalah pendaftaran tidak langsung dari fakta bahwa gelombang gravitasi ada, terbukti melalui pengamatan astronomi. Pulsar ditemukan oleh Russell Hulse dan Joseph Taylor pada tahun 1974 saat mengamati dengan teleskop radio Observatorium Arecibo. Para ilmuwan dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1993 "untuk penemuan jenis pulsar baru, yang memberikan peluang baru dalam studi gravitasi."

Penelitian di dunia dan Ukraina

Di Italia, proyek serupa yang disebut Virgo hampir selesai. Jepang juga berniat meluncurkan detektor serupa dalam setahun, India juga sedang mempersiapkan eksperimen semacam itu. Artinya, di banyak bagian dunia ada detektor serupa, tetapi mereka belum mencapai mode sensitivitas itu sehingga kita dapat berbicara tentang memperbaiki gelombang gravitasi.

"Secara resmi, Ukraina bukan anggota LIGO dan juga tidak berpartisipasi dalam proyek Italia dan Jepang. Di antara bidang-bidang mendasar tersebut, Ukraina sekarang berpartisipasi dalam proyek LHC (LHC - Large Hadron Collider) dan di CERN" (kami akan secara resmi menjadi anggota hanya setelah membayar biaya masuk) ", - Bogdan Gnatyk, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, kepada LIGA.net.

Menurutnya, sejak 2015 Ukraina telah menjadi anggota penuh kerjasama internasional CTA (MChT-Cherenkov Telescope Array), yaitu membangun teleskop modern multi TeV rentang gamma lebar (dengan energi foton hingga 1014 eV). "Sumber utama foton semacam itu tepatnya adalah lingkungan lubang hitam supermasif, radiasi gravitasi yang pertama kali direkam oleh detektor LIGO. Oleh karena itu, pembukaan jendela baru dalam astronomi - gelombang gravitasi dan multi TeV medan elektromagnetik baru menjanjikan kita lebih banyak penemuan di masa depan, ”tambah ilmuwan itu.

Apa selanjutnya dan bagaimana pengetahuan baru akan membantu orang? Para ulama tidak setuju. Ada yang mengatakan bahwa ini hanyalah langkah lain dalam memahami mekanisme alam semesta. Yang lain melihat ini sebagai langkah pertama menuju teknologi baru untuk bergerak melintasi ruang dan waktu. Dengan satu atau lain cara, penemuan ini sekali lagi membuktikan betapa sedikit yang kita pahami dan masih banyak yang harus dipelajari.

Perbedaan utamanya adalah bahwa sementara suara membutuhkan medium untuk merambat, gelombang gravitasi menggerakkan medium—dalam hal ini, ruangwaktu itu sendiri. “Mereka benar-benar menghancurkan dan meregangkan struktur ruangwaktu,” kata Chiara Mingarelli, ahli astrofisika gelombang gravitasi di Caltech. Di telinga kita, gelombang yang terdeteksi oleh LIGO akan terdengar seperti gemericik.

Bagaimana tepatnya revolusi ini akan terjadi? LIGO saat ini memiliki dua detektor yang bertindak sebagai "telinga" bagi para ilmuwan, dan akan ada lebih banyak detektor di masa depan. Dan jika LIGO adalah yang pertama menemukan, itu pasti bukan satu-satunya. Ada banyak jenis gelombang gravitasi. Faktanya, ada spektrum keseluruhan dari mereka, sama seperti ada berbagai jenis cahaya, dengan panjang gelombang yang berbeda, dalam spektrum elektromagnetik. Oleh karena itu, kolaborasi lain akan mulai berburu gelombang dengan frekuensi yang tidak dirancang untuk LIGO.

Mingarelli bekerja dengan kolaborasi NanoGRAV (North American Nanohertz Gravitational Wave Observatory), bagian dari konsorsium internasional utama yang mencakup European Pulsar Timing Array dan Parkes Pulsar Timing Array di Australia. Seperti namanya, ilmuwan NanoGRAV berburu gelombang gravitasi frekuensi rendah dalam mode 1 hingga 10 nanohertz; Sensitivitas LIGO berada di bagian kilohertz (terdengar) dari spektrum, mencari panjang gelombang yang sangat panjang.


Kolaborasi ini didasarkan pada data pulsar yang dikumpulkan oleh Arecibo Observatory di Puerto Rico dan Green Bank Telescope di West Virginia. Pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat yang terbentuk ketika bintang yang lebih masif dari Matahari meledak dan runtuh ke dalam dirinya sendiri. Mereka berputar lebih cepat dan lebih cepat saat mereka dikompresi, seperti beban di ujung tali berputar lebih cepat semakin pendek talinya.

Mereka juga memancarkan semburan radiasi yang kuat saat mereka berputar, seperti suar, yang direkam sebagai pulsa cahaya di Bumi. Dan rotasi periodik ini sangat tepat - hampir seakurat jam atom. Itu membuat mereka menjadi detektor gelombang gravitasi kosmik yang ideal. Bukti tidak langsung pertama datang dari mempelajari pulsar pada tahun 1974, ketika Joseph Taylor Jr. dan Russell Hulse menemukan bahwa pulsar yang mengorbit bintang neutron perlahan menyusut seiring waktu—sebuah efek yang diharapkan jika ia mengubah sebagian massanya menjadi energi dalam bentuk gelombang gravitasi.

Dalam kasus NanoGRAV, smoke gun akan memiliki semacam kedipan. Impuls harus tiba pada waktu yang sama, tetapi jika gelombang gravitasi mengenai mereka, mereka akan tiba sedikit lebih awal atau lebih lambat, karena ruang-waktu akan berkontraksi atau meregang saat gelombang lewat.

Array kisi waktu pulsa sangat sensitif terhadap gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh penggabungan lubang hitam supermasif satu miliar atau sepuluh miliar kali massa Matahari kita, seperti yang mengintai di pusat galaksi paling masif. Jika dua galaksi tersebut bergabung, lubang di pusatnya juga akan bergabung dan memancarkan gelombang gravitasi. “LIGO melihat akhir dari merger ketika pasangan sangat dekat,” kata Mingarelli. “Dengan bantuan SDM, kita bisa melihat mereka di awal fase spiral, ketika mereka baru saja memasuki orbit satu sama lain.”

Dan ada juga misi luar angkasa LISA (Laser Interferometer Space Antenna). LIGO berbasis bumi sangat baik dalam mendeteksi gelombang gravitasi, setara dengan sebagian kecil dari spektrum suara yang dapat didengar, seperti yang dihasilkan oleh penggabungan lubang hitam kami. Tetapi banyak sumber menarik dari gelombang ini menghasilkan frekuensi rendah. Jadi fisikawan harus pergi ke luar angkasa untuk menemukannya. Tugas utama misi LISA Pathfinder () saat ini adalah menguji pengoperasian detektor. “Dengan LIGO, Anda dapat menghentikan alat, membuka ruang hampa, dan memperbaiki semuanya,” kata Scott Hughes dari MIT. Tetapi Anda tidak dapat membuka apa pun di luar angkasa. Anda harus melakukannya segera untuk membuatnya bekerja.”

Tujuan LISA sederhana: menggunakan interferometer laser, pesawat ruang angkasa akan mencoba mengukur secara akurat posisi relatif dari dua kubus emas-platinum 1,8 inci yang jatuh bebas. Ditempatkan di kotak elektroda terpisah 15 inci terpisah, benda uji akan terlindung dari angin matahari dan kekuatan luar lainnya, sehingga akan mungkin untuk mendeteksi gerakan kecil yang disebabkan oleh gelombang gravitasi (mudah-mudahan).

Terakhir, ada dua eksperimen yang dirancang untuk mencari sidik jari yang ditinggalkan oleh gelombang gravitasi primordial di CMB (sinar sisa Big Bang): BICEP2 dan misi satelit Planck. BICEP2 mengklaim telah mendeteksi satu pada tahun 2014, tetapi ternyata sinyal itu palsu (debu kosmik yang harus disalahkan).

Kedua kolaborasi terus mencari dengan harapan menjelaskan sejarah awal alam semesta kita - dan semoga mengkonfirmasi prediksi kunci teori inflasi. Teori ini meramalkan bahwa segera setelah kelahirannya, alam semesta mengalami pertumbuhan yang cepat, yang tidak bisa tidak meninggalkan gelombang gravitasi yang kuat, yang tetap membekas di latar belakang radiasi dalam bentuk gelombang cahaya khusus (polarisasi).

Masing-masing dari empat rezim gelombang gravitasi akan membuka empat jendela baru di alam semesta bagi para astronom.

Tapi kami tahu apa yang Anda pikirkan: saatnya untuk menjalankan warp drive, kawan! Akankah penemuan LIGO membantu membangun Death Star minggu depan? Tentu saja tidak. Tetapi semakin baik kita memahami gravitasi, semakin kita akan memahami bagaimana membangun hal-hal ini. Bagaimanapun, ini adalah karya para ilmuwan, ini adalah cara mereka mendapatkan roti. Dengan memahami cara kerja alam semesta, kita dapat lebih mengandalkan kemampuan kita.

Pada 11 Februari 2016, sekelompok ilmuwan internasional, termasuk dari Rusia, pada konferensi pers di Washington mengumumkan penemuan yang cepat atau lambat akan mengubah perkembangan peradaban. Itu mungkin untuk membuktikan dalam praktek gelombang gravitasi atau gelombang ruang-waktu. Keberadaan mereka diprediksi 100 tahun yang lalu oleh Albert Einstein dalam karyanya.

Tidak ada yang meragukan bahwa penemuan ini akan dianugerahi Hadiah Nobel. Para ilmuwan tidak terburu-buru untuk berbicara tentang aplikasi praktisnya. Tetapi mereka mengingatkan bahwa sampai baru-baru ini, umat manusia juga tidak tahu persis apa yang harus dilakukan dengan gelombang elektromagnetik, yang akhirnya mengarah pada revolusi ilmiah dan teknologi yang nyata.

Apa itu gelombang gravitasi secara sederhana?

Gravitasi dan gravitasi universal adalah satu dan sama. Gelombang gravitasi adalah salah satu solusi OTS. Mereka harus menyebar dengan kecepatan cahaya. Itu dipancarkan oleh tubuh mana pun yang bergerak dengan akselerasi variabel.

Misalnya, ia berputar di orbitnya dengan percepatan variabel yang diarahkan ke bintang. Dan percepatan ini terus berubah. Tata surya memancarkan energi pada orde beberapa kilowatt dalam gelombang gravitasi. Ini adalah jumlah yang kecil, sebanding dengan 3 TV berwarna tua.

Hal lain adalah dua pulsar (bintang neutron) berputar di sekitar satu sama lain. Mereka bergerak dalam orbit yang sangat ketat. "Pasangan" semacam itu ditemukan oleh ahli astrofisika dan telah diamati sejak lama. Benda-benda itu siap untuk jatuh satu sama lain, yang secara tidak langsung menunjukkan bahwa pulsar memancarkan gelombang ruang-waktu, yaitu energi di medannya.

Gravitasi adalah gaya gravitasi. Kami ditarik ke tanah. Dan inti dari gelombang gravitasi adalah perubahan di bidang ini, sangat lemah jika menyangkut kita. Misalnya, ambil level air di reservoir. Intensitas medan gravitasi adalah percepatan jatuh bebas pada suatu titik tertentu. Gelombang berjalan melintasi reservoir kami, dan tiba-tiba percepatan jatuh bebas berubah, hanya sedikit.

Eksperimen semacam itu dimulai pada tahun 60-an abad terakhir. Pada saat itu, mereka datang dengan ini: mereka menggantung silinder aluminium besar, didinginkan untuk menghindari fluktuasi termal internal. Dan mereka menunggu gelombang dari tabrakan, misalnya, dua lubang hitam besar yang tiba-tiba mencapai kita. Para peneliti sangat antusias dan mengatakan bahwa seluruh dunia dapat dipengaruhi oleh gelombang gravitasi yang datang dari luar angkasa. Planet ini akan mulai berosilasi dan gelombang seismik ini (kompresi, geser dan permukaan) dapat dipelajari.

Artikel penting tentang perangkat dalam bahasa sederhana, dan bagaimana orang Amerika dan LIGO mencuri ide para ilmuwan Soviet dan membangun introferometer yang memungkinkan penemuan itu. Tidak ada yang membicarakannya, semua orang diam!

Ngomong-ngomong, radiasi gravitasi lebih menarik dari sudut pandang radiasi peninggalan, yang mereka coba temukan dengan mengubah spektrum radiasi elektromagnetik. Peninggalan dan radiasi elektromagnetik muncul 700 ribu tahun setelah Big Bang, kemudian dalam proses perluasan alam semesta diisi dengan gas panas dengan gelombang kejut bepergian, yang kemudian berubah menjadi galaksi. Dalam hal ini, tentu saja, jumlah gelombang ruang-waktu yang sangat besar dan menakjubkan seharusnya telah dipancarkan, mempengaruhi panjang gelombang radiasi latar gelombang mikro kosmik, yang pada waktu itu masih bersifat optik. Ahli astrofisika domestik Sazhin menulis dan secara teratur menerbitkan artikel tentang topik ini.

Kesalahpahaman tentang penemuan gelombang gravitasi

“Sebuah cermin menggantung, gelombang gravitasi bekerja di atasnya, dan mulai berosilasi. Dan bahkan fluktuasi terkecil dengan amplitudo kurang dari ukuran inti atom diperhatikan oleh instrumen ”- interpretasi yang salah seperti itu, misalnya, digunakan dalam artikel Wikipedia. Jangan malas, temukan artikel oleh ilmuwan Soviet pada tahun 1962.

Pertama, cermin harus besar untuk merasakan "riak". Kedua, harus didinginkan hingga hampir nol mutlak (Kelvin) untuk menghindari fluktuasi termalnya sendiri. Kemungkinan besar, tidak hanya di abad ke-21, tetapi secara umum, tidak akan pernah mungkin untuk mendeteksi partikel elementer - pembawa gelombang gravitasi:

Apa itu gelombang gravitasi?

Gelombang gravitasi - perubahan medan gravitasi, merambat seperti gelombang. Mereka diradiasikan oleh massa yang bergerak, tetapi setelah radiasi mereka melepaskan diri dari mereka dan ada secara independen dari massa ini. Secara matematis terkait dengan gangguan metrik ruangwaktu dan dapat digambarkan sebagai "riak ruangwaktu".

Dalam teori relativitas umum dan sebagian besar teori gravitasi modern lainnya, gelombang gravitasi dihasilkan oleh pergerakan benda-benda masif dengan percepatan variabel. Gelombang gravitasi merambat bebas di ruang angkasa dengan kecepatan cahaya. Karena kelemahan relatif dari gaya gravitasi (dibandingkan dengan yang lain), gelombang ini memiliki magnitudo yang sangat kecil, yang sulit untuk dicatat.

Gelombang gravitasi diprediksi oleh teori relativitas umum (GR). Mereka pertama kali terdeteksi secara langsung pada September 2015 oleh dua detektor kembar di observatorium LIGO, yang mencatat gelombang gravitasi, mungkin sebagai hasil dari penggabungan dua lubang hitam dan pembentukan satu lubang hitam besar yang berputar. Bukti tidak langsung keberadaan mereka telah diketahui sejak 1970-an - relativitas umum memprediksi tingkat konvergensi sistem dekat bintang biner yang bertepatan dengan pengamatan karena hilangnya energi untuk emisi gelombang gravitasi. Registrasi langsung gelombang gravitasi dan penggunaannya untuk menentukan parameter proses astrofisika adalah tugas penting fisika dan astronomi modern.

Jika kita membayangkan ruang-waktu kita sebagai grid koordinat, maka gelombang gravitasi adalah gangguan, riak yang akan berjalan di sepanjang grid ketika benda-benda masif (misalnya, lubang hitam) mendistorsi ruang di sekitarnya.

Itu bisa dibandingkan dengan gempa bumi. Bayangkan Anda tinggal di kota. Ini memiliki beberapa penanda yang menciptakan ruang kota: rumah, pohon, dan sebagainya. Mereka tidak bergerak. Ketika gempa bumi besar terjadi di suatu tempat di dekat kota, getaran mencapai kita - dan bahkan rumah dan pohon yang tidak bergerak mulai berosilasi. Fluktuasi ini adalah gelombang gravitasi; dan benda yang berosilasi adalah ruang dan waktu.

Mengapa para ilmuwan membutuhkan waktu lama untuk mendeteksi gelombang gravitasi?

Upaya khusus untuk mendeteksi gelombang gravitasi dimulai pada periode pasca-perang dengan perangkat yang agak naif, yang sensitivitasnya, jelas, tidak cukup untuk mendeteksi osilasi semacam itu. Seiring waktu, menjadi jelas bahwa detektor untuk pencarian harus sangat besar - dan mereka harus menggunakan teknologi laser modern. Dengan perkembangan teknologi laser modern menjadi mungkin untuk mengontrol geometri, yang gangguannya adalah gelombang gravitasi. Perkembangan teknologi yang paling kuat memainkan peran kunci dalam penemuan ini. Tidak peduli seberapa brilian para ilmuwan, 30-40 tahun yang lalu secara teknis mustahil untuk melakukan ini.

Mengapa deteksi gelombang begitu penting bagi fisika?

Gelombang gravitasi diprediksi oleh Albert Einstein dalam teori relativitas umumnya sekitar seratus tahun yang lalu. Sepanjang abad ke-20, ada fisikawan yang mempertanyakan teori ini, meskipun semakin banyak konfirmasi yang muncul. Dan kehadiran gelombang gravitasi merupakan konfirmasi kritis dari teori tersebut.

Selain itu, sebelum pendaftaran gelombang gravitasi, kita tahu bagaimana gravitasi berperilaku hanya pada contoh mekanika langit, interaksi benda langit. Tapi jelas bahwa medan gravitasi memiliki gelombang dan ruang-waktu dapat berubah bentuk dengan cara yang sama. Fakta bahwa kita belum pernah melihat gelombang gravitasi sebelumnya adalah titik kosong dalam fisika modern. Sekarang titik putih ini telah ditutup, batu bata lain telah diletakkan di dasar teori fisika modern. Ini adalah penemuan mendasar. Tidak ada yang sebanding dalam beberapa tahun terakhir.

"Menunggu Gelombang dan Partikel" - sebuah film dokumenter tentang pencarian gelombang gravitasi(oleh Dmitry Zavilgelskiy)

Ada momen praktis dalam pendaftaran gelombang gravitasi. Mungkin, setelah pengembangan teknologi lebih lanjut, dimungkinkan untuk berbicara tentang astronomi gravitasi - tentang mengamati jejak peristiwa berenergi paling tinggi di Semesta. Tapi sekarang terlalu dini untuk membicarakannya, kita hanya berbicara tentang fakta pencatatan gelombang, dan bukan tentang menjelaskan karakteristik objek yang menghasilkan gelombang ini.

Ahli astrofisika telah mengkonfirmasi keberadaan gelombang gravitasi, yang keberadaannya diprediksi oleh Albert Einstein sekitar 100 tahun yang lalu. Mereka direkam menggunakan detektor observatorium gelombang gravitasi LIGO, yang terletak di Amerika Serikat.

Untuk pertama kalinya dalam sejarah, umat manusia telah mencatat gelombang gravitasi - fluktuasi ruang-waktu yang datang ke Bumi dari tabrakan dua lubang hitam yang terjadi jauh di Semesta. Ilmuwan Rusia juga berkontribusi pada penemuan ini. Pada hari Kamis, para peneliti berbicara tentang penemuan mereka di seluruh dunia - di Washington, London, Paris, Berlin dan kota-kota lain, termasuk Moskow.

Foto menunjukkan tiruan dari tabrakan lubang hitam

Pada konferensi pers di kantor Rambler & Co, Valery Mitrofanov, kepala bagian Rusia dari kolaborasi LIGO, mengumumkan penemuan gelombang gravitasi:

“Kami merasa terhormat untuk berpartisipasi dalam proyek ini dan mempresentasikan hasilnya kepada Anda. Sekarang saya akan memberi tahu Anda arti penemuan dalam bahasa Rusia. Kami telah melihat gambar-gambar indah dari detektor LIGO di AS. Jarak antara mereka adalah 3000 km. Di bawah pengaruh gelombang gravitasi, salah satu detektor bergeser, setelah itu kami menemukannya. Pada awalnya, kami hanya melihat kebisingan di komputer, dan kemudian penumpukan massa detektor Hamford dimulai. Setelah menghitung data yang diperoleh, kami dapat menentukan bahwa itu adalah lubang hitam yang bertabrakan pada jarak 1,3 ml. tahun cahaya dari sini. Sinyalnya sangat jelas, dia keluar dari kebisingan dengan sangat jelas. Banyak yang memberi tahu kami bahwa kami beruntung, tetapi alam memberi kami hadiah seperti itu. Gelombang gravitasi telah ditemukan - itu pasti."

Astrofisikawan telah mengkonfirmasi desas-desus bahwa menggunakan detektor gelombang gravitasi observatory LIGO mereka mampu mendeteksi gelombang gravitasi. Penemuan ini akan memungkinkan umat manusia untuk membuat kemajuan yang signifikan dalam memahami cara kerja alam semesta.

Penemuan itu terjadi pada 14 September 2015 secara bersamaan oleh dua detektor di Washington dan Louisiana. Sinyal tiba di detektor sebagai akibat dari tabrakan dua lubang hitam. Begitu banyak waktu yang dibutuhkan para ilmuwan untuk memastikan bahwa itu adalah gelombang gravitasi yang merupakan hasil dari tumbukan.

Tabrakan lubang terjadi pada kecepatan sekitar setengah kecepatan cahaya, yaitu sekitar 150.792.458 m/s.

“Gravitasi Newton dijelaskan dalam ruang datar, dan Einstein menerjemahkannya ke dalam bidang waktu dan menyarankan agar ia membengkokkannya. Interaksi gravitasi sangat lemah. Di Bumi, pengalaman menciptakan gelombang gravitasi tidak mungkin. Mereka dapat mendeteksi mereka hanya setelah penggabungan lubang hitam. Detektor telah bergeser, bayangkan saja, 10 hingga -19 meter. Jangan menyentuhnya dengan tangan Anda. Hanya dengan bantuan instrumen yang sangat presisi. Bagaimana cara melakukannya? Sinar laser yang mendeteksi pergeseran itu sifatnya unik. Antena gravitasi laser LIGO generasi kedua mulai beroperasi pada tahun 2015. Sensitivitas memungkinkan untuk mencatat gangguan gravitasi sekitar sebulan sekali. Ini adalah dunia maju dan sains Amerika, tidak ada yang lebih akurat di dunia. Kami berharap dapat mengatasi batas sensitivitas kuantum Standar, ”jelas penemuan itu. Sergey Vyatchanin, karyawan Fakultas Fisika Universitas Negeri Moskow dan kolaborasi LIGO.

Batas kuantum standar (SQL) dalam mekanika kuantum adalah batasan yang dikenakan pada keakuratan pengukuran kuantitas yang terus menerus atau berulang kali yang dijelaskan oleh operator yang tidak bergerak dengan dirinya sendiri pada waktu yang berbeda. Diprediksi pada tahun 1967 oleh V.B. Braginsky, dan istilah Standard Quantum Limit (SQL) diusulkan kemudian oleh Thorne. SQL terkait erat dengan hubungan ketidakpastian Heisenberg.

Kesimpulannya, Valery Mitrofanov berbicara tentang rencana penelitian lebih lanjut:

“Penemuan ini adalah awal dari astronomi gelombang gravitasi baru. Melalui saluran gelombang gravitasi, kita berharap dapat belajar lebih banyak tentang Alam Semesta. Kita tahu komposisi hanya 5% dari materi, sisanya adalah misteri. Detektor gravitasi akan memungkinkan Anda melihat langit dalam "gelombang gravitasi". Di masa depan, kami berharap untuk melihat awal dari segalanya, yaitu latar belakang gelombang mikro kosmik Big Bang, dan memahami apa yang sebenarnya terjadi saat itu.”

Untuk pertama kalinya, gelombang gravitasi diusulkan oleh Albert Einstein pada tahun 1916, yaitu hampir tepat 100 tahun yang lalu. Persamaan gelombang merupakan konsekuensi dari persamaan teori relativitas dan tidak diturunkan dengan cara yang paling sederhana.

Fisikawan teoretis Kanada Clifford Burgess sebelumnya menerbitkan surat yang mengatakan bahwa observatorium telah mendeteksi radiasi gravitasi yang disebabkan oleh penggabungan sistem biner lubang hitam dengan massa 36 dan 29 massa matahari menjadi objek dengan massa 62 massa matahari. Tabrakan dan keruntuhan gravitasi asimetris berlangsung selama sepersekian detik, dan selama waktu ini, hingga 50 persen massa sistem masuk ke radiasi gravitasi - riak ruang-waktu.

Gelombang gravitasi adalah gelombang gravitasi yang dihasilkan di sebagian besar teori gravitasi oleh pergerakan benda gravitasi dengan percepatan variabel. Mengingat kelemahan relatif gaya gravitasi (dibandingkan dengan yang lain), gelombang ini seharusnya memiliki magnitudo yang sangat kecil, yang sulit untuk dicatat. Keberadaan mereka diprediksi sekitar satu abad yang lalu oleh Albert Einstein.