Na quinta-feira, 11 de fevereiro, um grupo de cientistas do projeto internacional LIGO Scientific Collaboration anunciou que teve sucesso, cuja existência foi prevista por Albert Einstein em 1916. Segundo os pesquisadores, em 14 de setembro de 2015, eles registraram uma onda gravitacional, causada pela colisão de dois buracos negros com massa de 29 e 36 vezes a massa do Sol, após o que se fundiram em um grande buraco negro . Segundo eles, isso aconteceu supostamente há 1,3 bilhão de anos a uma distância de 410 Megaparsecs de nossa galáxia.

LIGA.net falou em detalhes sobre ondas gravitacionais e uma descoberta em larga escala Bohdan Hnatyk, cientista ucraniano, astrofísico, doutor em ciências físicas e matemáticas, pesquisador principal do Observatório Astronômico da Universidade Nacional Taras Shevchenko de Kiev, que chefiou o observatório de 2001 a 2004.

Teoria em linguagem simples

A física estuda a interação entre os corpos. Foi estabelecido que existem quatro tipos de interação entre os corpos: eletromagnética, interação nuclear forte e fraca e interação gravitacional, que todos nós sentimos. Devido à interação gravitacional, os planetas giram em torno do Sol, os corpos têm peso e caem no chão. Os seres humanos são constantemente confrontados com a interação gravitacional.

Em 1916, 100 anos atrás, Albert Einstein construiu uma teoria da gravidade que melhorou a teoria da gravidade de Newton, tornou-a matematicamente correta: começou a atender a todos os requisitos da física, começou a levar em consideração o fato de que a gravidade se propaga a uma velocidade muito alta , mas velocidade finita. Esta é justamente uma das conquistas mais ambiciosas de Einstein, pois ele construiu uma teoria da gravidade que corresponde a todos os fenômenos da física que observamos hoje.

Essa teoria também sugeriu a existência ondas gravitacionais. A base dessa previsão foi que as ondas gravitacionais existem como resultado da interação gravitacional que ocorre devido à fusão de dois corpos massivos.

O que é uma onda gravitacional

Em uma linguagem complexa, esta é a excitação da métrica espaço-tempo. "Digamos que o espaço tem uma certa elasticidade e as ondas podem passar por ele. É como quando jogamos uma pedra na água e as ondas se espalham", disse o Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas ao LIGA.net.

Os cientistas conseguiram provar experimentalmente que tal flutuação ocorreu no Universo e uma onda gravitacional correu em todas as direções. "O método astrofísico foi o primeiro a registrar o fenômeno de uma evolução tão catastrófica de um sistema binário, quando dois objetos se fundem em um, e essa fusão leva a uma liberação muito intensa de energia gravitacional, que então se propaga no espaço na forma de ondas gravitacionais", explicou o cientista.

Como é (foto - EPA)

Essas ondas gravitacionais são muito fracas e para que possam oscilar no espaço-tempo é necessária a interação de corpos muito grandes e massivos para que a força do campo gravitacional seja grande no local de geração. Mas, apesar de sua fraqueza, o observador após um certo tempo (igual à distância até a interação dividida pela velocidade do sinal) registrará essa onda gravitacional.

Vamos dar um exemplo: se a Terra caísse sobre o Sol, ocorreria uma interação gravitacional: a energia gravitacional seria liberada, uma onda gravitacional esfericamente simétrica se formaria e o observador poderia registrá-la. "Aqui, ocorreu um fenômeno semelhante, mas único, do ponto de vista da astrofísica: dois corpos massivos - dois buracos negros - colidiram", observou Gnatyk.

De volta à teoria

Um buraco negro é outra previsão da teoria geral da relatividade de Einstein, que prevê que um corpo que tem uma massa enorme, mas essa massa está concentrada em um volume pequeno, pode distorcer significativamente o espaço ao seu redor, até o seu fechamento. Ou seja, assumiu-se que quando uma concentração crítica da massa desse corpo for atingida - tal que o tamanho do corpo seja menor que o chamado raio gravitacional, então o espaço ao redor desse corpo se fechará e sua topologia será ser tal que nenhum sinal dele se espalhe para fora do espaço fechado não pode.

“Ou seja, um buraco negro, em termos simples, é um objeto massivo que é tão pesado que fecha o espaço-tempo em torno de si mesmo”, diz o cientista.

E nós, segundo ele, podemos enviar qualquer sinal para esse objeto, mas ele não pode nos enviar. Ou seja, nenhum sinal pode ir além do buraco negro.

Um buraco negro vive de acordo com as leis físicas usuais, mas como resultado da forte gravidade, nem um único corpo material, mesmo um fóton, é capaz de ir além dessa superfície crítica. Os buracos negros são formados durante a evolução das estrelas comuns, quando o núcleo central colapsa e parte da matéria da estrela, colapsando, se transforma em um buraco negro, e a outra parte da estrela é ejetada na forma de uma concha de supernova, transformando-se em o chamado "flash" de uma supernova.

Como vimos a onda gravitacional

Vamos dar um exemplo. Quando temos dois flutuadores na superfície da água e a água está calma, a distância entre eles é constante. Quando uma onda vem, ela desloca essas bóias e a distância entre as bóias muda. A onda passou - e os flutuadores retornam às suas posições anteriores, e a distância entre eles é restaurada.

Uma onda gravitacional se propaga de maneira semelhante no espaço-tempo: comprime e estica os corpos e objetos que se encontram em seu caminho. “Quando um determinado objeto é encontrado no caminho de uma onda, ele se deforma ao longo de seus eixos e, depois de passar, retorna à sua forma anterior. Sob a influência de uma onda gravitacional, todos os corpos são deformados, mas essas deformações são muito insignificante”, diz Hnatyk.

Quando a onda passou, o que foi registrado pelos cientistas, o tamanho relativo dos corpos no espaço mudou por um valor da ordem de 1 vezes 10 elevado a menos 21. Por exemplo, se você pegar uma régua de metro, ela encolheu de tal forma que era seu tamanho, multiplicado por 10 ao menos 21º grau. Esta é uma quantidade muito pequena. E o problema foi que os cientistas tiveram que aprender a medir essa distância. Os métodos convencionais deram uma precisão da ordem de 1 a 10 elevado à 9ª potência de um milhão, mas aqui é necessária uma precisão muito maior. Para isso, criaram as chamadas antenas gravitacionais (detectores de ondas gravitacionais).

Observatório LIGO (foto - EPA)

A antena que registrava as ondas gravitacionais é construída desta forma: são dois tubos, com cerca de 4 quilômetros de comprimento, dispostos no formato da letra "L", mas com os mesmos braços e em ângulos retos. Quando uma onda gravitacional incide sobre o sistema, ela deforma as asas da antena, mas dependendo de sua orientação, deforma uma mais e outra menos. E então há uma diferença de caminho, o padrão de interferência do sinal muda - há uma amplitude total positiva ou negativa.

“Ou seja, a passagem de uma onda gravitacional é semelhante a uma onda na água que passa entre dois flutuadores: se medissemos a distância entre eles durante e após a passagem da onda, veríamos que a distância mudaria, e então se tornaria o mesmo novamente”, disse Gnatyk.

Ele também mede a mudança relativa na distância das duas asas do interferômetro, cada uma com cerca de 4 quilômetros de comprimento. E apenas tecnologias e sistemas muito precisos podem medir esse deslocamento microscópico das asas causado por uma onda gravitacional.

No limite do universo: de onde veio a onda

Os cientistas registraram o sinal usando dois detectores, que nos Estados Unidos estão localizados em dois estados: Louisiana e Washington a uma distância de cerca de 3 mil quilômetros. Os cientistas conseguiram estimar de onde e de que distância veio esse sinal. As estimativas mostram que o sinal veio de uma distância de 410 Megaparsecs. Um megaparsec é a distância que a luz percorre em três milhões de anos.

Para facilitar a imaginação: a galáxia ativa mais próxima de nós com um buraco negro supermassivo no centro é a Centaurus A, que está a quatro Megaparsecs da nossa, enquanto a Nebulosa de Andrômeda está a uma distância de 0,7 Megaparsecs. "Ou seja, a distância de onde veio o sinal da onda gravitacional é tão grande que o sinal chegou à Terra por cerca de 1,3 bilhão de anos. São distâncias cosmológicas que atingem cerca de 10% do horizonte do nosso Universo", disse o cientista.

A essa distância, em alguma galáxia distante, dois buracos negros se fundiram. Esses orifícios, por um lado, eram relativamente pequenos em tamanho e, por outro lado, a grande amplitude do sinal indica que eles eram muito pesados. Foi estabelecido que suas massas eram respectivamente 36 e 29 massas solares. A massa do Sol, como você sabe, é um valor que é igual a 2 vezes 10 elevado a 30 de um quilograma. Após a fusão, esses dois corpos se fundiram e agora em seu lugar se formou um único buraco negro, que tem uma massa igual a 62 massas solares. Ao mesmo tempo, aproximadamente três massas do Sol se espalharam na forma de energia das ondas gravitacionais.

Quem fez a descoberta e quando

Cientistas do projeto internacional LIGO conseguiram detectar uma onda gravitacional em 14 de setembro de 2015. LIGO (Observatório de Gravitação por Interferometria a Laser)é um projeto internacional em que participam vários estados que fizeram uma certa contribuição financeira e científica, em particular os EUA, Itália, Japão, que estão avançados no campo desses estudos.

Professores Rainer Weiss e Kip Thorne (foto - EPA)

A seguinte imagem foi registrada: houve um deslocamento das asas do detector gravitacional, como resultado da passagem real de uma onda gravitacional pelo nosso planeta e por esta instalação. Isso não foi relatado então, pois o sinal tinha que ser processado, "limpo", sua amplitude encontrada e verificada. Este é um procedimento padrão: desde uma descoberta real até o anúncio de uma descoberta, leva vários meses para emitir uma reclamação válida. "Ninguém quer estragar sua reputação. Esses são todos dados secretos, antes da publicação - ninguém sabia sobre eles, havia apenas rumores", disse Hnatyk.

História

As ondas gravitacionais vêm sendo estudadas desde os anos 70 do século passado. Durante esse período, vários detectores foram criados e vários estudos fundamentais foram realizados. Nos anos 80, o cientista americano Joseph Weber construiu a primeira antena gravitacional na forma de um cilindro de alumínio, que tinha um tamanho da ordem de vários metros, equipado com sensores piezo que deveriam registrar a passagem de uma onda gravitacional.

A sensibilidade deste instrumento era um milhão de vezes pior do que os detectores atuais. E, é claro, ele não conseguiu realmente consertar a onda naquele momento, embora Weber tenha dito que o fez: a imprensa escreveu sobre isso e ocorreu um "boom gravitacional" - o mundo imediatamente começou a construir antenas gravitacionais. Weber incentivou outros cientistas a estudar as ondas gravitacionais e continuar seus experimentos sobre esse fenômeno, o que possibilitou aumentar a sensibilidade dos detectores em um milhão de vezes.

No entanto, o próprio fenômeno das ondas gravitacionais foi registrado no século passado, quando os cientistas descobriram um pulsar duplo. Foi um registro indireto da existência de ondas gravitacionais, comprovado através de observações astronômicas. O pulsar foi descoberto por Russell Hulse e Joseph Taylor em 1974 enquanto observavam com o radiotelescópio do Observatório de Arecibo. Os cientistas receberam o Prêmio Nobel em 1993 "pela descoberta de um novo tipo de pulsar, que deu novas possibilidades no estudo da gravidade".

Pesquisa no mundo e na Ucrânia

Na Itália, um projeto semelhante chamado Virgo está próximo de ser concluído. O Japão também pretende lançar um detector semelhante em um ano, a Índia também está preparando um experimento desse tipo. Ou seja, em muitas partes do mundo existem detectores semelhantes, mas eles ainda não atingiram esse modo de sensibilidade para que possamos falar em fixação de ondas gravitacionais.

"Oficialmente, a Ucrânia não é membro do LIGO e também não participa dos projetos italiano e japonês. Entre essas áreas fundamentais, a Ucrânia está agora participando do projeto LHC (LHC - Large Hadron Collider) e do CERN" (vamos oficialmente torne-se membro somente após pagar a taxa de entrada) ", - Bogdan Gnatyk, Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, disse à LIGA.net.

Segundo ele, desde 2015 a Ucrânia é membro pleno da colaboração internacional CTA (MChT-Array of Cherenkov Telescopes), que está construindo um moderno telescópio multi TeV ampla faixa gama (com energias de fótons de até 1014 eV). "As principais fontes de tais fótons são precisamente as vizinhanças de buracos negros supermassivos, cuja radiação gravitacional foi registrada pela primeira vez pelo detector LIGO. Portanto, a abertura de novas janelas em astronomia - ondas gravitacionais e multi TeV novo campo eletromagnético nos promete muitas outras descobertas no futuro”, acrescenta o cientista.

O que vem a seguir e como o novo conhecimento ajudará as pessoas? Os estudiosos discordam. Alguns dizem que este é apenas mais um passo na compreensão dos mecanismos do universo. Outros veem isso como os primeiros passos em direção a novas tecnologias para se mover no tempo e no espaço. De uma forma ou de outra, essa descoberta provou mais uma vez o quão pouco entendemos e o quanto ainda há para ser aprendido.

Os astrofísicos confirmaram a existência de ondas gravitacionais, cuja existência foi prevista por Albert Einstein há cerca de 100 anos. Eles foram registrados usando detectores do observatório de ondas gravitacionais LIGO, localizado nos Estados Unidos.

Pela primeira vez na história, a humanidade registrou ondas gravitacionais - flutuações no espaço-tempo que chegaram à Terra a partir de uma colisão de dois buracos negros que ocorreram longe no Universo. Cientistas russos também contribuem para esta descoberta. Na quinta-feira, os pesquisadores falam sobre sua descoberta em todo o mundo - em Washington, Londres, Paris, Berlim e outras cidades, incluindo Moscou.

A foto mostra uma imitação da colisão de buracos negros

Em uma coletiva de imprensa no escritório da Rambler & Co, Valery Mitrofanov, chefe da parte russa da colaboração LIGO, anunciou a descoberta das ondas gravitacionais:

“Estamos honrados em participar deste projeto e apresentar os resultados para vocês. Vou agora dizer-lhe o significado da descoberta em russo. Vimos belas fotos de detectores LIGO nos EUA. A distância entre eles é de 3.000 km. Sob a influência de uma onda gravitacional, um dos detectores se deslocou, após o que os descobrimos. No início, vimos apenas ruído no computador e, em seguida, começou o acúmulo da massa dos detectores Hamford. Depois de calcular os dados obtidos, pudemos determinar que foram os buracos negros que colidiram a uma distância de 1,3 mlrd. anos-luz daqui. O sinal era muito claro, ele saiu do barulho com muita clareza. Muitos nos disseram que tivemos sorte, mas a natureza nos deu esse presente. Ondas gravitacionais foram descobertas - com certeza."

Os astrofísicos confirmaram rumores de que, usando os detectores do observatório de ondas gravitacionais LIGO, eles conseguiram detectar ondas gravitacionais. Essa descoberta permitirá que a humanidade faça progressos significativos na compreensão de como o universo funciona.

A descoberta ocorreu em 14 de setembro de 2015, simultaneamente por dois detectores em Washington e Louisiana. O sinal chegou aos detectores como resultado da colisão de dois buracos negros. Tanto tempo levou os cientistas para se certificarem de que eram as ondas gravitacionais que eram o produto da colisão.

A colisão de buracos ocorreu a uma velocidade de cerca de metade da velocidade da luz, que é aproximadamente 150.792.458 m/s.

“A gravidade newtoniana foi descrita no espaço plano, e Einstein a traduziu para o plano do tempo e sugeriu que ela o dobrasse. A interação gravitacional é muito fraca. Na Terra, a experiência de criar ondas gravitacionais é impossível. Eles foram capazes de detectá-los somente após a fusão dos buracos negros. O detector mudou, imagine, de 10 a -19 metros. Não toque com as mãos. Apenas com a ajuda de instrumentos muito precisos. Como fazer isso? O feixe de laser com o qual a mudança foi detectada é único na natureza. A antena de gravidade a laser LIGO de segunda geração entrou em operação em 2015. A sensibilidade permite registrar as perturbações gravitacionais cerca de uma vez por mês. Este é o mundo avançado e a ciência americana, não há nada mais preciso no mundo. Esperamos que seja capaz de superar o limite quântico padrão de sensibilidade”, explicou a descoberta. Sergey Vyatchanin, funcionário da Faculdade de Física da Universidade Estadual de Moscou e da colaboração LIGO.

O limite quântico padrão (SQL) na mecânica quântica é uma limitação imposta à precisão de uma medição contínua ou muitas vezes repetida de uma quantidade descrita por um operador que não comuta consigo mesmo em momentos diferentes. Previsto em 1967 por V. B. Braginsky, e o termo Limite Quântico Padrão (SQL) foi proposto posteriormente por Thorne. O SQL está intimamente relacionado com a relação de incerteza de Heisenberg.

Resumindo, Valery Mitrofanov falou sobre planos para mais pesquisas:

“Esta descoberta é o início de uma nova astronomia de ondas gravitacionais. Através do canal de ondas gravitacionais, esperamos aprender mais sobre o Universo. Conhecemos a composição de apenas 5% da matéria, o resto é um mistério. Os detectores gravitacionais permitirão que você veja o céu em "ondas gravitacionais". No futuro, esperamos ver o começo de tudo, ou seja, o fundo cósmico de microondas do Big Bang, e entender o que exatamente aconteceu então.”

Pela primeira vez, as ondas gravitacionais foram propostas por Albert Einstein em 1916, ou seja, quase exatamente 100 anos atrás. A equação para ondas é uma consequência das equações da teoria da relatividade e não é derivada da maneira mais simples.

O físico teórico canadense Clifford Burgess publicou anteriormente uma carta dizendo que o observatório havia detectado radiação gravitacional causada pela fusão de um sistema binário de buracos negros com massas de 36 e 29 massas solares em um objeto com massa de 62 massas solares. A colisão e o colapso gravitacional assimétrico duram uma fração de segundo e, durante esse tempo, até 50% da massa do sistema entra em radiação gravitacional - as ondulações do espaço-tempo.

Uma onda gravitacional é uma onda gravitacional gerada na maioria das teorias da gravidade pelo movimento de corpos gravitacionais com aceleração variável. Tendo em vista a relativa fraqueza das forças gravitacionais (em comparação com outras), essas ondas devem ter uma magnitude muito pequena, difícil de registrar. Sua existência foi prevista há cerca de um século por Albert Einstein.

Valentin Nikolaevich Rudenko conta a história de sua visita à cidade de Kashina (Itália), onde passou uma semana na recém-construída "antena gravitacional" - o interferômetro óptico de Michelson. No caminho para o destino, o taxista está interessado em saber para que a instalação foi construída. “As pessoas aqui pensam que é para falar com Deus”, admite o motorista.

– O que são ondas gravitacionais?

– Uma onda gravitacional é um dos “portadores de informação astrofísica”. Existem canais visíveis de informações astrofísicas, um papel especial na "visão ao longe" pertence aos telescópios. Os astrônomos também dominaram os canais de baixa frequência - microondas e infravermelho, e de alta frequência - raios-X e gama. Além da radiação eletromagnética, podemos registrar fluxos de partículas do Cosmos. Para isso, são usados ​​telescópios de neutrinos - detectores de neutrinos cósmicos de grande porte - partículas que interagem fracamente com a matéria e, portanto, são difíceis de registrar. Quase todos os tipos de "portadores de informação astrofísica" teoricamente previstos e estudados em laboratório são dominados de forma confiável na prática. A exceção foi a gravitação - a interação mais fraca no microcosmo e a força mais poderosa no macrocosmo.

Gravidade é geometria. As ondas gravitacionais são ondas geométricas, ou seja, ondas que alteram as características geométricas do espaço à medida que viajam por esse espaço. Grosso modo, são ondas que deformam o espaço. Deformação é a mudança relativa na distância entre dois pontos. A radiação gravitacional difere de todos os outros tipos de radiação precisamente por serem geométricas.

Einstein previu ondas gravitacionais?

- Formalmente, acredita-se que as ondas gravitacionais foram previstas por Einstein como uma das consequências de sua teoria geral da relatividade, mas na verdade sua existência já se torna óbvia na teoria da relatividade especial.

A teoria da relatividade sugere que devido à atração gravitacional, o colapso gravitacional é possível, ou seja, a contração de um objeto como resultado do colapso, grosso modo, em um ponto. Então a gravidade é tão forte que a luz não pode nem escapar dela, então esse objeto é figurativamente chamado de buraco negro.

- Qual é a peculiaridade da interação gravitacional?

Uma característica da interação gravitacional é o princípio da equivalência. Segundo ele, a resposta dinâmica de um corpo de prova em um campo gravitacional não depende da massa desse corpo. Simplificando, todos os corpos caem com a mesma aceleração.

A força gravitacional é a mais fraca que conhecemos hoje.

- Quem foi o primeiro a tentar pegar uma onda gravitacional?

– O experimento de ondas gravitacionais foi realizado pela primeira vez por Joseph Weber da Universidade de Maryland (EUA). Ele criou o detector gravitacional, que agora é mantido no Museu Smithsonian em Washington. Em 1968-1972, Joe Weber fez uma série de observações com um par de detectores espaçados na tentativa de isolar casos de "coincidências". A recepção de coincidências é emprestada da física nuclear. A baixa significância estatística dos sinais gravitacionais recebidos por Weber causou uma atitude crítica em relação aos resultados do experimento: não havia certeza de que as ondas gravitacionais pudessem ser detectadas. No futuro, os cientistas tentaram aumentar a sensibilidade dos detectores do tipo Weber. Foram necessários 45 anos para desenvolver um detector cuja sensibilidade fosse adequada à previsão astrofísica.

Durante o início do experimento antes da fixação, muitos outros experimentos aconteceram, os impulsos foram registrados durante esse período, mas tinham muito pouca intensidade.

- Por que a fixação do sinal não foi anunciada imediatamente?

– As ondas gravitacionais foram registradas em setembro de 2015. Mas mesmo que uma coincidência tenha sido registrada, é necessário provar antes de declarar que não é acidental. No sinal retirado de qualquer antena, sempre há rajadas de ruído (bursts de curto prazo), e uma delas pode ocorrer acidentalmente simultaneamente a uma rajada de ruído em outra antena. É possível provar que a coincidência não aconteceu por acaso apenas com a ajuda de estimativas estatísticas.

– Por que as descobertas no campo das ondas gravitacionais são tão importantes?

– A capacidade de registrar o fundo gravitacional da relíquia e medir suas características, como densidade, temperatura, etc., nos permite aproximar o início do universo.

O atrativo é que a radiação gravitacional é difícil de detectar porque interage muito fracamente com a matéria. Mas, graças à mesma propriedade, passa sem absorção dos objetos mais distantes de nós com as propriedades mais misteriosas, do ponto de vista da matéria.

Podemos dizer que as radiações gravitacionais passam sem distorção. O objetivo mais ambicioso é investigar a radiação gravitacional que foi separada da matéria primária na Teoria do Big Bang, que foi criada no momento em que o Universo foi criado.

– A descoberta das ondas gravitacionais exclui a teoria quântica?

A teoria da gravidade pressupõe a existência de colapso gravitacional, ou seja, a contração de objetos massivos em um ponto. Ao mesmo tempo, a teoria quântica desenvolvida pela Escola de Copenhague sugere que, graças ao princípio da incerteza, é impossível especificar exatamente parâmetros como posição, velocidade e momento de um corpo ao mesmo tempo. Há um princípio de incerteza aqui, é impossível determinar exatamente a trajetória, porque a trajetória é uma coordenada e uma velocidade, etc. É possível determinar apenas um certo corredor de confiança condicional dentro desse erro, que está associado aos princípios de incerteza. A teoria quântica nega categoricamente a possibilidade de objetos pontuais, mas os descreve de maneira estatisticamente probabilística: não indica especificamente as coordenadas, mas indica a probabilidade de que tenha certas coordenadas.

A questão da unificação da teoria quântica e da teoria da gravidade é uma das questões fundamentais da criação de uma teoria de campo unificada.

Eles continuam trabalhando nisso agora, e as palavras “gravidade quântica” significam uma área completamente avançada da ciência, a fronteira do conhecimento e da ignorância, onde todos os teóricos do mundo estão trabalhando agora.

– O que a descoberta pode dar no futuro?

As ondas gravitacionais devem inevitavelmente formar a base da ciência moderna como um dos componentes do nosso conhecimento. A eles é atribuído um papel significativo na evolução do Universo e com a ajuda dessas ondas o Universo deve ser estudado. A descoberta contribui para o desenvolvimento geral da ciência e da cultura.

Se você decidir ir além do escopo da ciência de hoje, é permitido imaginar linhas de comunicação gravitacional de telecomunicações, aparelhos de jato em radiação gravitacional, dispositivos de introscopia de ondas gravitacionais.

- As ondas gravitacionais têm alguma relação com a percepção extra-sensorial e a telepatia?

Não tenho. Os efeitos descritos são os efeitos do mundo quântico, os efeitos da óptica.

Entrevistado por Anna Utkina

Mas estou mais interessado em que coisas inesperadas podem ser detectadas com a ajuda de ondas gravitacionais. Toda vez que as pessoas observaram o universo de uma nova maneira, descobrimos muitas coisas inesperadas que viraram nossa compreensão do universo de cabeça para baixo. Eu quero encontrar essas ondas gravitacionais e descobrir algo que não tínhamos ideia antes.

Isso nos ajudará a fazer um warp drive real?

Como as ondas gravitacionais interagem fracamente com a matéria, dificilmente podem ser usadas para mover essa matéria. Mas mesmo que você pudesse, uma onda gravitacional só viaja na velocidade da luz. Eles não funcionarão para uma unidade de dobra. Embora fosse legal.

Que tal dispositivos anti-gravidade?

Para criar um dispositivo antigravitacional, precisamos transformar a força de atração em uma força de repulsão. E embora uma onda gravitacional propague mudanças na gravidade, essa mudança nunca será repulsiva (ou negativa).

A gravidade sempre atrai porque a massa negativa parece não existir. Afinal, há carga positiva e negativa, um pólo magnético norte e sul, mas apenas massa positiva. Por quê? Se existisse massa negativa, a bola de matéria cairia em vez de cair. Seria repelido pela massa positiva da Terra.

O que isso significa para a possibilidade de viagem no tempo e teletransporte? Podemos encontrar uma aplicação prática para esse fenômeno, além de estudar nosso universo?

Agora, a melhor maneira de viajar no tempo (e apenas no futuro) é viajar perto da velocidade da luz (lembre-se do paradoxo dos gêmeos na Relatividade Geral) ou ir para uma área com gravidade aumentada (esse tipo de viagem no tempo foi demonstrado em Interestelar) . Como uma onda gravitacional propaga mudanças na gravidade, haverá flutuações muito pequenas na velocidade do tempo, mas como as ondas gravitacionais são inerentemente fracas, as flutuações temporais também o são. E embora eu não ache que você possa aplicar isso a viagens no tempo (ou teletransporte), nunca diga nunca (aposto que você tirou o fôlego).

Chegará o dia em que deixaremos de confirmar Einstein e começaremos a procurar coisas estranhas novamente?

Certamente! Como a gravidade é a mais fraca das forças, também é difícil experimentá-la. Até agora, toda vez que os cientistas testaram a GR, obtiveram resultados exatamente previstos. Até a descoberta das ondas gravitacionais mais uma vez confirmou a teoria de Einstein. Mas acho que quando começarmos a testar os mínimos detalhes da teoria (talvez com ondas gravitacionais, talvez com outra), encontraremos coisas "engraçadas", como o resultado do experimento não corresponder exatamente à previsão. Isso não significará a falácia do GR, apenas a necessidade de esclarecer seus detalhes.

Cada vez que respondemos a uma pergunta sobre a natureza, surgem novas. No final, teremos perguntas que serão mais legais do que as respostas que a GR pode permitir.

Você pode explicar como essa descoberta pode estar relacionada ou afetar a teoria do campo unificado? Estamos mais perto de confirmá-la ou desmascará-la?

Agora, os resultados de nossa descoberta são principalmente dedicados à verificação e confirmação da relatividade geral. A teoria do campo unificado está procurando uma maneira de criar uma teoria que explique a física do muito pequeno (mecânica quântica) e do muito grande (relatividade geral). Agora, essas duas teorias podem ser generalizadas para explicar a escala do mundo em que vivemos, mas não mais. Como nossa descoberta está focada na física do muito grande, por si só ela fará pouco para nos avançar na direção de uma teoria unificada. Mas esse não é o ponto. Agora, o campo da física das ondas gravitacionais acaba de nascer. À medida que aprendemos mais, certamente estenderemos nossos resultados para a área de uma teoria unificada. Mas antes de correr, você precisa caminhar.

Agora que estamos ouvindo as ondas gravitacionais, o que os cientistas precisam ouvir para literalmente chutar um tijolo? 1) Padrões/estruturas não naturais? 2) Fontes de ondas gravitacionais de regiões que consideramos vazias? 3) Rick Astley

Quando li sua pergunta, lembrei-me imediatamente da cena de "Contato" em que o radiotelescópio capta padrões de números primos. É improvável que isso possa ser encontrado na natureza (até onde sabemos). Portanto, sua versão com um padrão ou estrutura não natural seria a mais provável.

Acho que nunca teremos certeza do vazio em uma determinada região do espaço. Afinal, o sistema de buracos negros que encontramos estava isolado, e nenhuma luz vinha daquela região, mas ainda encontramos ondas gravitacionais lá.

Quanto à música... me especializei em separar os sinais de ondas gravitacionais do ruído estático que medimos constantemente contra o fundo do ambiente. Se eu pudesse encontrar música em uma onda gravitacional, especialmente uma que já ouvi antes, seria uma brincadeira. Mas música que nunca foi ouvida na Terra... Seria como os casos simples de "Contato".

Como o experimento registra ondas alterando a distância entre dois objetos, a amplitude de uma direção é maior que a outra? Caso contrário, as leituras não significariam que o universo está mudando de tamanho? E se sim, essa expansão confirma ou algo inesperado?

Precisamos ver muitas ondas gravitacionais vindas de muitas direções diferentes no universo antes de podermos responder a essa pergunta. Em astronomia, isso cria um modelo populacional. Quantos tipos diferentes de coisas existem? Esta é a pergunta principal. Quando tivermos muitas observações e começarmos a ver padrões inesperados, por exemplo, que ondas gravitacionais de um certo tipo vêm de uma certa parte do Universo e de nenhum outro lugar, esse será um resultado muito interessante. Alguns padrões podem confirmar a expansão (da qual estamos muito confiantes) ou outros fenômenos dos quais ainda não estamos cientes. Mas primeiro você precisa ver muito mais ondas gravitacionais.

É completamente incompreensível para mim como os cientistas determinaram que as ondas que mediram pertenciam a dois buracos negros supermassivos. Como se pode determinar a origem das ondas com tanta precisão?

Os métodos de análise de dados usam um catálogo de sinais de ondas gravitacionais previstos para comparar com nossos dados. Se houver uma forte correlação com uma dessas previsões, ou padrões, não apenas saberemos que é uma onda gravitacional, mas também saberemos qual sistema a gerou.

Todas as formas de criar uma onda gravitacional, sejam buracos negros se fundindo, estrelas girando ou morrendo, todas as ondas têm formas diferentes. Quando detectamos uma onda gravitacional, usamos essas formas, conforme previsto pela Relatividade Geral, para determinar sua causa.

Como sabemos que essas ondas vieram da colisão de dois buracos negros, e não de algum outro evento? É possível prever onde ou quando tal evento ocorreu, com algum grau de precisão?

Uma vez que sabemos qual sistema produziu a onda gravitacional, podemos prever a força da onda gravitacional perto de onde ela nasceu. Medindo sua força ao atingir a Terra e comparando nossas medidas com a força prevista da fonte, podemos calcular a distância da fonte. Como as ondas gravitacionais viajam à velocidade da luz, também podemos calcular quanto tempo levou para as ondas gravitacionais viajarem em direção à Terra.

No caso do sistema de buracos negros que descobrimos, medimos a mudança máxima no comprimento dos braços do LIGO por 1/1000 do diâmetro do próton. Este sistema está localizado a 1,3 bilhão de anos-luz de distância. A onda gravitacional, descoberta em setembro e anunciada no outro dia, vem se movendo em nossa direção há 1,3 bilhão de anos. Isso aconteceu antes que a vida animal se formasse na Terra, mas após o surgimento de organismos multicelulares.

Na época do anúncio, foi informado que outros detectores procurariam ondas com um período maior - algumas delas serão cósmicas. O que você pode nos dizer sobre esses grandes detectores?

Um detector espacial está realmente em desenvolvimento. Chama-se LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Por estar no espaço, será bastante sensível às ondas gravitacionais de baixa frequência, ao contrário dos detectores terrestres, devido às vibrações naturais da Terra. Será difícil, porque os satélites terão que ser colocados mais longe da Terra do que uma pessoa jamais esteve. Se algo der errado, não poderemos enviar astronautas para reparos, . Para testar as tecnologias necessárias, o . Até agora, ela lidou com todas as tarefas definidas, mas a missão está longe de terminar.

As ondas gravitacionais podem ser convertidas em ondas sonoras? E se sim, como eles serão?

Lata. Claro, você não ouvirá apenas uma onda gravitacional. Mas se você pegar o sinal e passar pelos alto-falantes, poderá ouvi-lo.

O que devemos fazer com essas informações? Essas ondas irradiam outros objetos astronômicos com massa significativa? As ondas podem ser usadas para procurar planetas ou buracos negros simples?

Ao procurar valores gravitacionais, não é apenas a massa que importa. Também a aceleração que é inerente ao objeto. Os buracos negros que encontramos orbitavam um ao outro a 60% da velocidade da luz enquanto se fundiam. Portanto, fomos capazes de detectá-los durante a fusão. Mas agora eles não recebem mais ondas gravitacionais, pois se fundiram em uma massa sedentária.

Então, qualquer coisa que tenha muita massa e se mova muito rápido cria ondas gravitacionais que você pode captar.

É improvável que os exoplanetas tenham massa ou aceleração suficientes para criar ondas gravitacionais detectáveis. (Eu não estou dizendo que eles não os fazem, apenas que eles não serão fortes o suficiente ou em uma frequência diferente). Mesmo que o exoplaneta tenha massa suficiente para produzir as ondas necessárias, a aceleração o destruirá. Não se esqueça que os planetas mais massivos tendem a ser gigantes gasosos.

Quão verdadeira é a analogia das ondas na água? Podemos surfar nessas ondas? Existem "picos" gravitacionais como os já conhecidos "poços"?

Como as ondas gravitacionais podem se mover através da matéria, não há como montá-las ou usá-las para se mover. Portanto, nada de surfar em ondas gravitacionais.

"Picos" e "poços" são maravilhosos. A gravidade sempre atrai porque não há massa negativa. Não sabemos por que, mas nunca foi observado no laboratório ou no universo. Portanto, a gravidade geralmente é representada como um "poço". A massa que se move ao longo desse "poço" cairá para dentro; é assim que a atração funciona. Se você tiver uma massa negativa, obterá uma repulsão e, com ela, um “pico”. A massa que se move no "pico" se curvará para longe dele. Assim, os "poços" existem, mas os "picos" não.

A analogia da água é boa desde que falemos sobre o fato de que a força da onda diminui com a distância percorrida da fonte. A onda de água ficará cada vez menor, e a onda de gravidade ficará cada vez mais fraca.

Como essa descoberta afetará nossa descrição do período inflacionário do Big Bang?

No momento, essa descoberta praticamente não tem efeito sobre a inflação. Para fazer afirmações como essa, é necessário observar as relíquias das ondas gravitacionais do Big Bang. O projeto BICEP2 acreditava que estava observando indiretamente essas ondas gravitacionais, mas descobriu-se que a culpa era da poeira cósmica. Se ele obtiver os dados corretos, a existência de um curto período de inflação logo após o Big Bang será confirmada junto com ele.

O LIGO poderá ver diretamente essas ondas gravitacionais (também será o tipo mais fraco de ondas gravitacionais que esperamos detectar). Se os virmos, poderemos olhar profundamente no passado do Universo, como não olhávamos antes, e julgar a inflação a partir dos dados obtidos.