Joi, 11 februarie, un grup de oameni de știință din cadrul proiectului internațional LIGO Scientific Collaboration au anunțat că au reușit, a cărui existență a fost prezisă de Albert Einstein încă din 1916. Potrivit cercetătorilor, pe 14 septembrie 2015, aceștia au înregistrat o undă gravitațională, care a fost cauzată de ciocnirea a două găuri negre cu o masă de 29 și 36 de ori mai mare decât masa Soarelui, după care au fuzionat într-o gaură neagră mare. . Potrivit acestora, acest lucru s-a întâmplat cu 1,3 miliarde de ani în urmă, la o distanță de 410 Megaparsecs de galaxia noastră.

LIGA.net a vorbit în detaliu despre undele gravitaționale și despre o descoperire la scară largă Bohdan Hnatyk, om de știință ucrainean, astrofizician, doctor în științe fizice și matematice, cercetător principal la Observatorul Astronomic al Universității Naționale Taras Shevchenko din Kiev, care a condus observatorul din 2001 până în 2004.

Teoria în limbaj simplu

Fizica studiază interacțiunea dintre corpuri. S-a stabilit că există patru tipuri de interacțiuni între corpuri: interacțiune electromagnetică, interacțiune nucleară puternică și slabă și interacțiune gravitațională, pe care le simțim cu toții. Datorită interacțiunii gravitaționale, planetele se învârt în jurul Soarelui, corpurile au greutate și cad la pământ. Ființele umane se confruntă în mod constant cu interacțiunea gravitațională.

În 1916, acum 100 de ani, Albert Einstein a construit o teorie a gravitației care a îmbunătățit teoria gravitației a lui Newton, a făcut-o corectă din punct de vedere matematic: a început să îndeplinească toate cerințele fizicii, a început să ia în considerare faptul că gravitația se propagă la un nivel foarte ridicat. , dar viteză finită. Aceasta este pe bună dreptate una dintre cele mai ambițioase realizări ale lui Einstein, deoarece el a construit o teorie a gravitației care corespunde tuturor fenomenelor fizicii pe care le observăm astăzi.

Această teorie a sugerat și existența valuri gravitationale. Baza acestei predicții a fost că undele gravitaționale există ca rezultat al interacțiunii gravitaționale care are loc datorită fuziunii a două corpuri masive.

Ce este o undă gravitațională

Într-un limbaj complex, aceasta este excitația metricii spațiu-timp. "Să presupunem că spațiul are o anumită elasticitate și undele pot trece prin el. Este ca atunci când aruncăm o pietricică în apă și valuri se împrăștie din ea", a declarat doctorul în științe fizice și matematice pentru LIGA.net.

Oamenii de știință au reușit să demonstreze experimental că o astfel de fluctuație a avut loc în Univers și o undă gravitațională a circulat în toate direcțiile. „Metoda astrofizică a fost prima care a înregistrat fenomenul unei astfel de evoluții catastrofale a unui sistem binar, când două obiecte se contopesc într-unul singur, iar această fuziune duce la o eliberare foarte intensă de energie gravitațională, care apoi se propagă în spațiu sub formă de unde gravitaționale”, a explicat omul de știință.

Cum arată (foto - EPA)

Aceste unde gravitaționale sunt foarte slabe și pentru ca ele să oscileze spațiu-timp este necesară interacțiunea unor corpuri foarte mari și masive, astfel încât puterea câmpului gravitațional să fie mare la locul de generare. Dar, în ciuda slăbiciunii lor, observatorul după un anumit timp (egal cu distanța până la interacțiune împărțită la viteza semnalului) va înregistra această undă gravitațională.

Să dăm un exemplu: dacă Pământul ar cădea pe Soare, atunci s-ar produce o interacțiune gravitațională: s-ar elibera energie gravitațională, s-ar forma o undă gravitațională simetrică sferică, iar observatorul ar fi capabil să o înregistreze. „Aici, a avut loc un fenomen similar, dar unic, din punctul de vedere al astrofizicii: două corpuri masive – două găuri negre – s-au ciocnit”, a observat Gnatyk.

Înapoi la teorie

O gaură neagră este o altă predicție a teoriei generale a relativității a lui Einstein, care prevede că un corp care are o masă uriașă, dar această masă este concentrată într-un volum mic, poate distorsiona semnificativ spațiul din jurul său, până la închiderea sa. Adică, s-a presupus că atunci când se atinge o concentrație critică a masei acestui corp - astfel încât dimensiunea corpului să fie mai mică decât așa-numita rază gravitațională, atunci spațiul se va închide în jurul acestui corp și topologia acestuia se va închide. să fie de așa natură încât niciun semnal de la acesta să nu se răspândească în afara spațiului închis nu poate.

„Adică, o gaură neagră, în termeni simpli, este un obiect masiv care este atât de greu încât închide spațiu-timp în jurul său”, spune omul de știință.

Iar noi, potrivit lui, putem trimite orice semnale acestui obiect, dar el nu ne poate trimite. Adică, niciun semnal nu poate trece dincolo de gaura neagră.

O gaură neagră trăiește conform legilor fizice obișnuite, dar, ca urmare a gravitației puternice, nici un singur corp material, nici măcar un foton, nu este capabil să depășească această suprafață critică. Găurile negre se formează în timpul evoluției stelelor obișnuite, când nucleul central se prăbușește și o parte din materia stelei, prăbușindu-se, se transformă într-o gaură neagră, iar cealaltă parte a stelei este ejectată sub forma unei învelișuri de supernovă, transformându-se în așa-numitul „flash” al unei supernove.

Cum am văzut unda gravitațională

Să luăm un exemplu. Când avem două plutitoare la suprafața apei și apa este calmă, distanța dintre ele este constantă. Când vine un val, schimbă aceste flotoare și distanța dintre flotoare se va schimba. Valul a trecut - iar plutitoarele revin la pozițiile lor anterioare, iar distanța dintre ele este restabilită.

O undă gravitațională se propagă într-un mod similar în spațiu-timp: comprimă și întinde corpurile și obiectele care se întâlnesc pe drum. „Când un anumit obiect este întâlnit pe calea unei unde, acesta se deformează de-a lungul axelor sale, iar după ce trece, revine la forma anterioară. Sub influența unei unde gravitaționale, toate corpurile sunt deformate, dar aceste deformații sunt foarte nesemnificativ”, spune Hnatyk.

Când valul a trecut, care a fost înregistrat de oamenii de știință, dimensiunea relativă a corpurilor din spațiu s-a schimbat cu o valoare de ordinul a 1 ori 10 la puterea minus 21. De exemplu, dacă luați o riglă de metru, atunci aceasta s-a micșorat cu o astfel de valoare încât a fost dimensiunea sa, înmulțită cu 10 până la gradul 21 minus. Aceasta este o cantitate foarte mică. Și problema a fost că oamenii de știință au trebuit să învețe cum să măsoare această distanță. Metodele convenționale au dat o precizie de ordinul de la 1 la 10 până la a 9-a putere a unui milion, dar aici este nevoie de o precizie mult mai mare. Pentru a face acest lucru, a creat așa-numitele antene gravitaționale (detectori de unde gravitaționale).

Observatorul LIGO (foto - EPA)

Antena care a înregistrat undele gravitaționale este construită astfel: sunt două tuburi, lungi de aproximativ 4 kilometri, dispuse în forma literei „L”, dar cu aceleași brațe și în unghi drept. Când o undă gravitațională cade asupra sistemului, aceasta deformează aripile antenei, dar în funcție de orientarea acesteia, se deformează pe una mai mult și pe cealaltă mai puțin. Și apoi există o diferență de cale, modelul de interferență al semnalului se schimbă - există o amplitudine totală pozitivă sau negativă.

„Adică trecerea unei unde gravitaționale este asemănătoare cu o undă pe apă care trece între două flotoare: dacă am măsura distanța dintre ele în timpul și după trecerea undei, am vedea că distanța s-ar schimba, apoi devine la fel, a spus Gnatyk.

De asemenea, măsoară modificarea relativă a distanței celor două aripi ale interferometrului, fiecare având o lungime de aproximativ 4 kilometri. Și numai tehnologii și sisteme foarte precise pot măsura o astfel de deplasare microscopică a aripilor cauzată de o undă gravitațională.

La marginea universului: de unde a venit valul

Oamenii de știință au înregistrat semnalul folosind două detectoare, care în Statele Unite sunt situate în două state: Louisiana și Washington, la o distanță de aproximativ 3 mii de kilometri. Oamenii de știință au reușit să estimeze de unde și de la ce distanță a venit acest semnal. Estimările arată că semnalul a venit de la o distanță de 410 Megaparsecs. Un megaparsec este distanța pe care o parcurge lumina în trei milioane de ani.

Pentru a fi mai ușor de imaginat: cea mai apropiată galaxie activă de noi, cu o gaură neagră supermasivă în centru este Centaurus A, care este la patru Megaparsecs de a noastră, în timp ce Nebuloasa Andromeda se află la o distanță de 0,7 Megaparsecs. "Adică, distanța de la care a venit semnalul undelor gravitaționale este atât de mare încât semnalul a mers pe Pământ timp de aproximativ 1,3 miliarde de ani. Acestea sunt distanțe cosmologice care ating aproximativ 10% din orizontul Universului nostru", a spus omul de știință.

La această distanță, într-o galaxie îndepărtată, două găuri negre s-au contopit. Aceste găuri, pe de o parte, aveau dimensiuni relativ mici, iar pe de altă parte, amplitudinea mare a semnalului indică faptul că erau foarte grele. S-a stabilit că masele lor erau de 36 și respectiv 29 de mase solare. Masa Soarelui, după cum știți, este o valoare care este egală cu de 2 ori 10 la puterea a 30-a a unui kilogram. După fuziune, aceste două corpuri s-au unit și acum în locul lor s-a format o singură gaură neagră, care are o masă egală cu 62 de mase solare. În același timp, aproximativ trei mase ale Soarelui s-au împrăștiat sub formă de energie a undelor gravitaționale.

Cine a făcut descoperirea și când

Oamenii de știință din cadrul proiectului internațional LIGO au reușit să detecteze o undă gravitațională pe 14 septembrie 2015. LIGO (Observatorul de gravitație de interferometrie cu laser) este un proiect internațional la care participă o serie de state care au avut o anumită contribuție financiară și științifică, în special SUA, Italia, Japonia, care sunt avansate în domeniul acestor studii.

Profesorii Rainer Weiss și Kip Thorne (foto - EPA)

A fost înregistrată următoarea poză: a avut loc o deplasare a aripilor detectorului gravitațional, ca urmare a trecerii efective a unei unde gravitaționale prin planeta noastră și prin această instalație. Acest lucru nu a fost raportat atunci, deoarece semnalul trebuia procesat, „curățat”, amplitudinea lui a fost găsită și verificată. Aceasta este o procedură standard: de la o descoperire reală până la anunțul unei descoperiri, este nevoie de câteva luni pentru a emite o revendicare valabilă. "Nimeni nu vrea să le strice reputația. Acestea sunt toate date secrete, înainte de publicarea cărora - nimeni nu știa despre ele, existau doar zvonuri", a spus Hnatyk.

Poveste

Undele gravitaționale au fost studiate încă din anii 70 ai secolului trecut. În acest timp, au fost create o serie de detectoare și au fost efectuate o serie de studii fundamentale. În anii 80, omul de știință american Joseph Weber a construit prima antenă gravitațională sub forma unui cilindru de aluminiu, care avea o dimensiune de ordinul a câțiva metri, echipată cu senzori piezo care trebuiau să înregistreze trecerea unei unde gravitaționale.

Sensibilitatea acestui instrument a fost de un milion de ori mai slabă decât detectoarele actuale. Și, desigur, nu putea să repare cu adevărat valul în acel moment, deși Weber a spus și că a făcut-o: presa a scris despre asta și a fost un „boom gravitațional” - lumea a început imediat să construiască antene gravitaționale. Weber a încurajat alți oameni de știință să studieze undele gravitaționale și să-și continue experimentele asupra acestui fenomen, ceea ce a făcut posibilă creșterea sensibilității detectorilor de un milion de ori.

Cu toate acestea, însuși fenomenul undelor gravitaționale a fost înregistrat în secolul trecut, când oamenii de știință au descoperit un pulsar dublu. A fost o înregistrare indirectă a faptului că undele gravitaționale există, dovedită prin observații astronomice. Pulsarul a fost descoperit de Russell Hulse și Joseph Taylor în 1974 în timp ce observau cu radiotelescopul Observatorului Arecibo. Oamenii de știință au primit Premiul Nobel în 1993 „pentru descoperirea unui nou tip de pulsar, care a oferit noi posibilități în studiul gravitației”.

Cercetare în lume și în Ucraina

În Italia, un proiect similar numit Virgo este aproape de finalizare. De asemenea, Japonia intenționează să lanseze un detector similar într-un an, India pregătește și ea un astfel de experiment. Adică, în multe părți ale lumii există detectoare similare, dar nu au ajuns încă la acel mod de sensibilitate, astfel încât să putem vorbi despre fixarea undelor gravitaționale.

"Oficial, Ucraina nu este membră a LIGO și nici nu participă la proiectele italiene și japoneze. Printre astfel de domenii fundamentale, Ucraina participă acum la proiectul LHC (LHC - Large Hadron Collider) și la CERN" (vom oficial deveniți membru numai după achitarea taxei de intrare) ”, a declarat Bogdan Gnatyk, doctor în științe fizice și matematice, pentru LIGA.net.

Potrivit acestuia, din 2015 Ucraina este membru cu drepturi depline al colaborarii internaționale CTA (MChT-Array of Cherenkov Telescopes), care construiește un telescop modern multi TeV gamă gamma largă (cu energii fotonice de până la 1014 eV). „Principalele surse ale unor astfel de fotoni sunt tocmai vecinătățile găurilor negre supermasive, a căror radiație gravitațională a fost înregistrată pentru prima dată de detectorul LIGO. Prin urmare, deschiderea de noi ferestre în astronomie - unde gravitaționale și multi TeV noul câmp electromagnetic ne promite mult mai multe descoperiri în viitor”, adaugă omul de știință.

Ce urmează și cum noile cunoștințe vor ajuta oamenii? Savanții nu sunt de acord. Unii spun că acesta este doar un alt pas în înțelegerea mecanismelor universului. Alții văd acest lucru ca fiind primii pași către noile tehnologii de deplasare în timp și spațiu. Într-un fel sau altul, această descoperire a dovedit încă o dată cât de puțin înțelegem și cât mai sunt de învățat.

Astrofizicienii au confirmat existența undelor gravitaționale, a căror existență a fost prezisă de Albert Einstein în urmă cu aproximativ 100 de ani. Acestea au fost înregistrate cu ajutorul detectoarelor observatorului de unde gravitaționale LIGO, care se află în Statele Unite.

Pentru prima dată în istorie, omenirea a înregistrat unde gravitaționale - fluctuații în spațiu-timp care au venit pe Pământ de la o coliziune a două găuri negre care au avut loc departe în Univers. La această descoperire contribuie și oamenii de știință ruși. Joi, cercetătorii vorbesc despre descoperirea lor din întreaga lume - la Washington, Londra, Paris, Berlin și alte orașe, inclusiv Moscova.

Fotografia prezintă o imitație a ciocnirii găurilor negre

La o conferință de presă în biroul Rambler & Co, Valery Mitrofanov, șeful părții ruse a colaborării LIGO, a anunțat descoperirea undelor gravitaționale:

„Suntem onorați să participăm la acest proiect și să vă prezentăm rezultatele. Vă voi spune acum semnificația descoperirii în rusă. Am văzut imagini frumoase cu detectoare LIGO în SUA. Distanța dintre ele este de 3000 km. Sub influența unei unde gravitaționale, unul dintre detectoare s-a deplasat, după care i-am descoperit. La început, am văzut doar zgomot pe computer, iar apoi a început acumularea de masă a detectorilor Hamford. După calcularea datelor obținute, am putut stabili că găurile negre s-au ciocnit la o distanță de 1,3 mlrd. la ani lumină de aici. Semnalul era foarte clar, a ieșit foarte clar din zgomot. Mulți ne-au spus că am avut noroc, dar natura ne-a făcut un astfel de cadou. Undele gravitaționale au fost descoperite – asta este sigur.”

Astrofizicienii au confirmat zvonurile că folosind detectoarele observatorului de unde gravitaționale LIGO au fost capabili să detecteze undele gravitaționale. Această descoperire va permite omenirii să facă progrese semnificative în înțelegerea modului în care funcționează universul.

Descoperirea a avut loc pe 14 septembrie 2015, simultan de două detectoare din Washington și Louisiana. Semnalul a ajuns la detectoare ca urmare a ciocnirii a două găuri negre. Oamenii de știință le-a luat atât de mult timp pentru a se asigura că undele gravitaționale au fost produsul coliziunii.

Ciocnirea găurilor a avut loc cu o viteză de aproximativ jumătate din viteza luminii, care este de aproximativ 150.792.458 m/s.

„Gravația newtoniană a fost descrisă în spațiul plat, iar Einstein a transpus-o în planul timpului și a sugerat că o îndoaie. Interacțiunea gravitațională este foarte slabă. Pe Pământ, experiența creării undelor gravitaționale este imposibilă. Ei au putut să le detecteze numai după fuziunea găurilor negre. Detectorul s-a deplasat, imaginați-vă, cu 10 până la -19 metri. Nu-l atingeți cu mâinile. Doar cu ajutorul unor instrumente foarte precise. Cum să o facă? Raza laser cu care a fost detectată schimbarea este unică în natură. Antena gravitațională laser LIGO a doua generație a intrat în funcțiune în 2015. Sensibilitatea face posibilă înregistrarea perturbațiilor gravitaționale aproximativ o dată pe lună. Aceasta este lumea avansată și știința americană, nu există nimic mai precis în lume. Sperăm că va putea depăși limita cuantică standard a sensibilității”, a explicat descoperirea. Sergey Vyatchanin, angajat al Facultății de Fizică a Universității de Stat din Moscova și colaborarea LIGO.

Limita cuantică standard (SQL) în mecanica cuantică este o limitare impusă acurateței unei măsurători continue sau repetate de mai multe ori a unei cantități descrise de un operator care nu comută cu sine în momente diferite. Prezetat în 1967 de V. B. Braginsky, iar termenul Standard Quantum Limit (SQL) a fost propus mai târziu de Thorne. SQL este strâns legat de relația de incertitudine Heisenberg.

Rezumând, Valery Mitrofanov a vorbit despre planurile de cercetare ulterioară:

„Această descoperire este începutul unei noi astronomii cu unde gravitaționale. Prin canalul undelor gravitaționale, ne așteptăm să aflăm mai multe despre Univers. Cunoaștem compoziția a doar 5% din materie, restul este un mister. Detectoarele gravitaționale vă vor permite să vedeți cerul în „unde gravitaționale”. În viitor, sperăm să vedem începutul tuturor, adică fundalul cosmic cu microunde al Big Bang-ului și să înțelegem ce s-a întâmplat exact atunci.”

Pentru prima dată, undele gravitaționale au fost propuse de Albert Einstein în 1916, adică acum aproape 100 de ani. Ecuația pentru unde este o consecință a ecuațiilor teoriei relativității și nu este derivată în cel mai simplu mod.

Fizicianul teoretician canadian Clifford Burgess a publicat anterior o scrisoare în care spunea că observatorul a detectat radiația gravitațională cauzată de fuziunea unui sistem binar de găuri negre cu mase de 36 și 29 de mase solare într-un obiect cu o masă de 62 de mase solare. Ciocnirea și colapsul gravitațional asimetric durează o fracțiune de secundă și, în acest timp, până la 50% din masa sistemului intră în radiație gravitațională - ondulațiile spațiu-timp.

O undă gravitațională este o undă gravitațională generată în majoritatea teoriilor gravitaționale prin mișcarea corpurilor gravitaționale cu accelerație variabilă. Având în vedere slăbiciunea relativă a forțelor gravitaționale (comparativ cu altele), aceste unde ar trebui să aibă o magnitudine foarte mică, care este greu de înregistrat. Existența lor a fost prezisă acum aproximativ un secol de Albert Einstein.

Valentin Nikolaevici Rudenko ne împărtășește povestea vizitei sale în orașul Kashina (Italia), unde a petrecut o săptămână la noua „antenă gravitațională” – interferometrul optic al lui Michelson. În drum spre destinație, taximetristul este interesat de la ce a fost construită instalația. „Oamenii de aici cred că este pentru a vorbi cu Dumnezeu”, recunoaște șoferul.

– Ce sunt undele gravitaționale?

– Unda gravitațională este unul dintre „purtătorii de informații astrofizice”. Există canale vizibile de informație astrofizică, un rol special în „viziunea de departe” aparține telescoapelor. Astronomii au stăpânit și canalele de joasă frecvență - microunde și infraroșu, și de înaltă frecvență - raze X și gamma. Pe lângă radiația electromagnetică, putem înregistra fluxuri de particule din Cosmos. Pentru a face acest lucru, se folosesc telescoape cu neutrini - detectoare mari de neutrini cosmici - particule care interacționează slab cu materia și, prin urmare, sunt greu de înregistrat. Aproape toate tipurile de „purtători de informații astrofizice” prezise teoretic și studiate în laborator sunt stăpânite în mod fiabil în practică. Excepția a fost gravitația - cea mai slabă interacțiune din microcosmos și cea mai puternică forță din macrocosmos.

Gravitația este geometrie. Undele gravitaționale sunt unde geometrice, adică unde care schimbă caracteristicile geometrice ale spațiului pe măsură ce călătoresc prin acel spațiu. În linii mari, acestea sunt valuri care deformează spațiul. Deformarea este modificarea relativă a distanței dintre două puncte. Radiația gravitațională diferă de toate celelalte tipuri de radiații tocmai prin aceea că sunt geometrice.

Einstein a prezis undele gravitaționale?

- Formal, se crede că undele gravitaționale au fost prezise de Einstein ca una dintre consecințele teoriei sale generale a relativității, dar de fapt existența lor devine evidentă deja în teoria relativității speciale.

Teoria relativității sugerează că, datorită atracției gravitaționale, colapsul gravitațional este posibil, adică contracția unui obiect ca urmare a colapsului, aproximativ vorbind, într-un punct. Atunci gravitația este atât de puternică încât lumina nici măcar nu poate scăpa din ea, așa că un astfel de obiect este numit la figurat o gaură neagră.

- Care este particularitatea interacțiunii gravitaționale?

O caracteristică a interacțiunii gravitaționale este principiul echivalenței. Potrivit acestuia, răspunsul dinamic al unui corp de testare într-un câmp gravitațional nu depinde de masa acestui corp. Mai simplu spus, toate corpurile cad cu aceeași accelerație.

Forța gravitațională este cea mai slabă pe care o cunoaștem astăzi.

- Cine a fost primul care a încercat să prindă o undă gravitațională?

– Experimentul undelor gravitaționale a fost efectuat pentru prima dată de Joseph Weber de la Universitatea din Maryland (SUA). El a creat detectorul gravitațional, care este acum păstrat la Muzeul Smithsonian din Washington. În 1968-1972, Joe Weber a făcut o serie de observații cu o pereche de detectoare distanțate, în încercarea de a izola cazurile de „coincidențe”. Recepția coincidențelor este împrumutată din fizica nucleară. Semnificația statistică scăzută a semnalelor gravitaționale primite de Weber a determinat o atitudine critică față de rezultatele experimentului: nu exista nicio certitudine că undele gravitaționale ar putea fi detectate. În viitor, oamenii de știință au încercat să crească sensibilitatea detectorilor de tip Weber. A fost nevoie de 45 de ani pentru a dezvolta un detector a cărui sensibilitate era adecvată predicției astrofizice.

La începutul experimentului înainte de fixare au avut loc multe alte experimente, în această perioadă au fost înregistrate impulsuri, dar au avut o intensitate prea mică.

- De ce nu a fost anunțată imediat repararea semnalului?

– Undele gravitaționale au fost înregistrate în septembrie 2015. Dar chiar dacă a fost înregistrată o coincidență, este necesar să se dovedească înainte de a declara că nu este întâmplătoare. În semnalul preluat de la orice antenă, există întotdeauna rafale de zgomot (rafale de scurtă durată), iar una dintre ele poate apărea accidental simultan cu o explozie de zgomot pe o altă antenă. Se poate demonstra că coincidența nu s-a întâmplat întâmplător doar cu ajutorul estimărilor statistice.

– De ce sunt atât de importante descoperirile în domeniul undelor gravitaționale?

- Capacitatea de a înregistra fondul gravitațional relict și de a măsura caracteristicile acestuia, precum densitatea, temperatura etc., ne permite să ne apropiem de începutul universului.

Lucrul atractiv este că radiația gravitațională este greu de detectat, deoarece interacționează foarte slab cu materia. Dar, datorită aceleiași proprietăți, trece fără absorbție de la obiectele cele mai îndepărtate de noi cu cele mai misterioase, din punct de vedere al materiei, proprietăți.

Putem spune că radiațiile gravitaționale trec fără distorsiuni. Cel mai ambițios obiectiv este de a investiga radiația gravitațională care a fost separată de materia primară în Teoria Big Bang, care a fost creată în momentul creării Universului.

– Descoperirea undelor gravitaționale exclude teoria cuantică?

Teoria gravitației presupune existența colapsului gravitațional, adică contracția obiectelor masive într-un punct. În același timp, teoria cuantică dezvoltată de Școala de la Copenhaga sugerează că, datorită principiului incertitudinii, este imposibil să se precizeze exact astfel de parametri precum poziția, viteza și impulsul unui corp în același timp. Există un principiu de incertitudine aici, este imposibil să se determine exact traiectoria, deoarece traiectoria este atât o coordonată, cât și o viteză etc. Este posibil să se determine doar un anumit coridor de încredere condiționat în cadrul acestei erori, care este asociat cu principiile de incertitudine. Teoria cuantică neagă categoric posibilitatea unor obiecte punctuale, dar le descrie într-un mod statistic probabilistic: nu indică în mod specific coordonatele, ci indică probabilitatea ca acesta să aibă anumite coordonate.

Întrebarea unificării teoriei cuantice și a gravitației este una dintre întrebările fundamentale ale creării unei teorii unificate a câmpului.

Ei continuă să lucreze la asta acum, iar cuvintele „gravitație cuantică” înseamnă o zonă complet avansată a științei, granița cunoașterii și ignoranței, în care lucrează acum toți teoreticienii lumii.

– Ce poate oferi descoperirea în viitor?

Undele gravitaționale trebuie să formeze inevitabil fundația științei moderne ca una dintre componentele cunoștințelor noastre. Li se atribuie un rol semnificativ în evoluția Universului și cu ajutorul acestor unde Universul ar trebui studiat. Descoperirea contribuie la dezvoltarea generală a științei și culturii.

Dacă decideți să depășiți scopul științei de astăzi, atunci este permis să vă imaginați linii de comunicație gravitațională de telecomunicații, aparate cu jet pe radiația gravitațională, dispozitive de introscopie cu unde gravitaționale.

- Undele gravitaționale au vreo legătură cu percepția extrasenzorială și telepatia?

Nu Aveți. Efectele descrise sunt efectele lumii cuantice, efectele opticii.

Intervievat de Anna Utkina

Dar sunt mai interesat de ce lucruri neașteptate pot fi detectate cu ajutorul undelor gravitaționale. De fiecare dată când oamenii au observat universul într-un mod nou, am descoperit multe lucruri neașteptate care ne-au schimbat înțelegerea universului cu susul în jos. Vreau să găsesc aceste unde gravitaționale și să descopăr ceva despre care nu aveam idee înainte.

Ne va ajuta asta să facem o adevărată unitate warp?

Deoarece undele gravitaționale interacționează slab cu materia, ele cu greu pot fi folosite pentru a muta această materie. Dar chiar dacă ai putea, o undă gravitațională se deplasează doar cu viteza luminii. Nu vor funcționa pentru o unitate warp. Deși ar fi mișto.

Ce zici de dispozitivele anti-gravitație?

Pentru a crea un dispozitiv anti-gravitație, trebuie să transformăm forța de atracție într-o forță de repulsie. Și deși o undă gravitațională propagă modificări ale gravitației, această schimbare nu va fi niciodată respingătoare (sau negativă).

Gravitația atrage întotdeauna pentru că masa negativă nu pare să existe. La urma urmei, există încărcătură pozitivă și negativă, un pol magnetic nord și sud, dar numai o masă pozitivă. De ce? Dacă ar exista o masă negativă, mingea de materie ar cădea în sus în loc de jos. Ar fi respins de masa pozitivă a Pământului.

Ce înseamnă acest lucru pentru posibilitatea călătoriei în timp și a teleportarii? Putem găsi o aplicație practică pentru acest fenomen, în afară de studierea universului nostru?

Acum, cel mai bun mod de a călători în timp (și numai în viitor) este să călătorești cu viteza aproape a luminii (amintiți-vă de paradoxul gemenilor din Relativitatea Generală) sau să mergeți într-o zonă cu gravitație crescută (acest tip de călătorie în timp a fost demonstrată în Interstellar) . Deoarece o undă gravitațională propagă modificări ale gravitației, vor exista fluctuații foarte mici în viteza timpului, dar deoarece undele gravitaționale sunt în mod inerent slabe, la fel sunt și fluctuațiile temporale. Și, deși nu cred că puteți aplica acest lucru călătoriilor în timp (sau teleportarii), nu spune niciodată niciodată (pariu că ți-ai tăiat respirația).

Va veni ziua când nu-l vom mai confirma pe Einstein și vom începe din nou să căutăm lucruri ciudate?

Desigur! Deoarece gravitația este cea mai slabă dintre forțe, este, de asemenea, dificil să experimentezi cu ea. Până acum, de fiecare dată când oamenii de știință au pus GR la încercare, au obținut rezultate exact prezise. Chiar și descoperirea undelor gravitaționale a confirmat încă o dată teoria lui Einstein. Dar bănuiesc că atunci când vom începe să testăm cele mai mici detalii ale teoriei (poate cu unde gravitaționale, poate cu alta), vom găsi lucruri „amuzante”, ca rezultatul experimentului care nu se potrivește tocmai cu predicția. Acest lucru nu va însemna eroarea GR, ci doar necesitatea de a-i clarifica detaliile.

De fiecare dată când răspundem la o întrebare despre natură, apar altele noi. În final, vom avea întrebări care vor fi mai cool decât răspunsurile pe care GR le poate permite.

Puteți explica modul în care această descoperire ar putea fi legată sau afecta teoria câmpului unificat? Suntem mai aproape de a-l confirma sau de a dezafirma?

Acum, rezultatele descoperirii noastre sunt dedicate în principal verificării și confirmării relativității generale. Teoria unificată a câmpului caută o modalitate de a crea o teorie care să explice fizica celor foarte mici (mecanica cuantică) și a celor foarte mari (relativitatea generală). Acum aceste două teorii pot fi generalizate pentru a explica amploarea lumii în care trăim, dar nu mai mult. Deoarece descoperirea noastră se concentrează pe fizica celor foarte mari, ea însăși va face puțin pentru a ne avansa în direcția unei teorii unificate. Dar nu asta este ideea. Acum, domeniul fizicii undelor gravitaționale tocmai sa născut. Pe măsură ce aflăm mai multe, cu siguranță ne vom extinde rezultatele în domeniul unei teorii unificate. Dar înainte de a alerga, trebuie să mergi.

Acum că ascultăm undele gravitaționale, ce trebuie să audă oamenii de știință pentru a lovi literalmente o cărămidă? 1) Modele/structuri nenaturale? 2) Surse de unde gravitaționale din regiunile pe care le consideram goale? 3) Rick Astley

Când ți-am citit întrebarea, mi-am amintit imediat de scena din „Contact” în care radiotelescopul preia modele de numere prime. Este puțin probabil ca acest lucru să poată fi găsit în natură (din câte știm noi). Deci versiunea ta cu un model sau o structură nenaturală ar fi cea mai probabilă.

Nu cred că vom fi vreodată siguri de gol într-o anumită regiune a spațiului. La urma urmei, sistemul de găuri negre pe care l-am găsit a fost izolat și nu venea nicio lumină din acea regiune, dar am găsit totuși unde gravitaționale acolo.

Cât despre muzică... sunt specializată în separarea semnalelor undelor gravitaționale de zgomotul static pe care îl măsurăm constant pe fundalul mediului. Dacă aș putea găsi muzică într-o undă gravitațională, mai ales una pe care am mai auzit-o înainte, ar fi o farsă. Dar muzică care nu s-a auzit niciodată pe Pământ... Ar fi ca cazurile simple de la „Contact”.

Deoarece experimentul înregistrează unde prin modificarea distanței dintre două obiecte, este amplitudinea unei direcții mai mare decât a celeilalte? Altfel, citirile nu ar însemna că universul își schimbă dimensiunea? Și dacă da, confirmă această expansiune sau ceva neașteptat?

Trebuie să vedem multe unde gravitaționale care vin din mai multe direcții diferite ale universului înainte de a putea răspunde la această întrebare. În astronomie, acest lucru creează un model de populație. Câte tipuri diferite de lucruri există? Aceasta este întrebarea principală. Odată ce avem o mulțime de observații și începem să vedem modele neașteptate, de exemplu, că undele gravitaționale de un anumit tip provin dintr-o anumită parte a Universului și nicăieri altundeva, acesta va fi un rezultat foarte interesant. Unele tipare ar putea confirma expansiunea (de care suntem foarte încrezători) sau alte fenomene de care nu suntem încă conștienți. Dar mai întâi trebuie să vedeți mult mai multe unde gravitaționale.

Este complet de neînțeles pentru mine modul în care oamenii de știință au stabilit că undele pe care le-au măsurat aparțineau a două găuri negre supermasive. Cum se poate determina sursa undelor cu atâta acuratețe?

Metodele de analiză a datelor utilizează un catalog de semnale de unde gravitaționale prezise pentru a le compara cu datele noastre. Dacă există o corelație puternică cu una dintre aceste predicții, sau tipare, atunci nu numai că știm că este o undă gravitațională, dar știm și ce sistem a generat-o.

Fiecare modalitate de a crea o undă gravitațională, fie că este vorba de găuri negre care fuzionează, stele care se rotesc sau mor, toate undele au forme diferite. Când detectăm o undă gravitațională, folosim aceste forme, așa cum este prezis de Relativitatea Generală, pentru a le determina cauza.

De unde știm că aceste valuri au venit din ciocnirea a două găuri negre și nu din vreun alt eveniment? Este posibil să prezicem unde sau când a avut loc un astfel de eveniment, cu un anumit grad de acuratețe?

Odată ce știm ce sistem a produs unda gravitațională, putem prezice cât de puternică a fost unda gravitațională aproape de locul unde s-a născut. Măsurându-și puterea pe măsură ce ajunge pe Pământ și comparând măsurătorile noastre cu puterea prezisă a sursei, putem calcula cât de departe este sursa. Deoarece undele gravitaționale călătoresc cu viteza luminii, putem calcula, de asemenea, cât timp a durat undele gravitaționale să călătorească spre Pământ.

În cazul sistemului de găuri negre pe care l-am descoperit, am măsurat modificarea maximă a lungimii brațelor LIGO la 1/1000 din diametrul protonului. Acest sistem este situat la 1,3 miliarde de ani lumină distanță. Unda gravitațională, descoperită în septembrie și anunțată zilele trecute, se îndreaptă spre noi de 1,3 miliarde de ani. Acest lucru s-a întâmplat înainte ca viața animală să se formeze pe Pământ, dar după apariția organismelor pluricelulare.

La momentul anunțului, s-a afirmat că alți detectoare ar căuta unde cu o perioadă mai lungă - unele dintre ele vor fi cosmice. Ce ne puteți spune despre acești detectoare mari?

Un detector spațial este într-adevăr în dezvoltare. Se numește LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Deoarece va fi în spațiu, va fi destul de sensibil la undele gravitaționale de joasă frecvență, spre deosebire de detectoarele terestre, din cauza vibrațiilor naturale ale pământului. Va fi dificil, deoarece sateliții vor trebui plasați mai departe de Pământ decât a fost vreodată o persoană. Dacă ceva nu merge bine, nu vom putea trimite astronauți pentru reparații, . Pentru a testa tehnologiile necesare, . Până acum, ea a făcut față tuturor sarcinilor stabilite, dar misiunea este departe de a se termina.

Undele gravitaționale pot fi transformate în unde sonore? Și dacă da, cum vor arăta?

Poate sa. Desigur, nu vei auzi doar o undă gravitațională. Dar dacă iei semnalul și îl treci prin difuzoare, îl poți auzi.

Ce ar trebui să facem cu aceste informații? Radiază aceste unde alte obiecte astronomice cu masă semnificativă? Pot fi folosite undele pentru a căuta planete sau găuri negre simple?

Când se caută valori gravitaționale, nu doar masa contează. De asemenea, accelerația care este inerentă obiectului. Găurile negre pe care le-am găsit orbitau una în jurul celeilalte la 60% din viteza luminii, pe măsură ce se uneau. Prin urmare, am putut să le detectăm în timpul fuziunii. Dar acum nu mai primesc unde gravitaționale, deoarece s-au contopit într-o singură masă sedentară.

Deci, orice are o masă mare și se mișcă foarte repede creează unde gravitaționale pe care le puteți capta.

Este puțin probabil ca exoplanetele să aibă suficientă masă sau accelerație pentru a crea unde gravitaționale detectabile. (Nu spun că nu le fac deloc, doar că nu vor fi suficient de puternice sau la o frecvență diferită). Chiar dacă exoplaneta este suficient de masivă pentru a produce undele necesare, accelerația o va rupe. Nu uitați că cele mai masive planete tind să fie giganți gazoase.

Cât de adevărată este analogia undelor în apă? Putem merge pe aceste valuri? Există „vârfuri” gravitaționale precum „fântânile” deja cunoscute?

Deoarece undele gravitaționale se pot mișca prin materie, nu există nicio modalitate de a le călări sau de a le folosi pentru a se mișca. Deci fără surfing pe unde gravitaționale.

„Vârfurile” și „fântânile” sunt minunate. Gravitația atrage întotdeauna pentru că nu există o masă negativă. Nu știm de ce, dar nu a fost observat niciodată în laborator sau în univers. Prin urmare, gravitația este de obicei reprezentată ca o „fântână”. Masa care se mișcă de-a lungul acestui „puț” va cădea spre interior; asa functioneaza atractia. Dacă aveți o masă negativă, atunci veți obține o repulsie și, odată cu ea, un „vârf”. Masa care se mișcă la „vârf” se va curba departe de ea. Deci „fântâni” există, dar „vârfurile” nu.

Analogia apei este bună atâta timp cât vorbim despre faptul că puterea valului scade odată cu distanța parcursă de la sursă. Valul de apă va deveni din ce în ce mai mic, iar unda gravitațională va deveni din ce în ce mai slabă.

Cum va afecta această descoperire descrierea noastră a perioadei inflaționiste a Big Bang-ului?

În acest moment, această descoperire nu are practic niciun efect asupra inflației. Pentru a face astfel de afirmații, este necesar să observăm undele gravitaționale relicve ale Big Bang-ului. Proiectul BICEP2 credea că observă indirect aceste unde gravitaționale, dar s-a dovedit că praful cosmic este de vină. Dacă va obține datele corecte, existența unei perioade scurte de inflație la scurt timp după Big Bang va fi confirmată odată cu aceasta.

LIGO va putea vedea direct aceste unde gravitaționale (va fi și cel mai slab tip de unde gravitaționale pe care sperăm să le detectăm). Dacă le vedem, vom putea să privim adânc în trecutul Universului, așa cum nu ne-am uitat până acum, și să judecăm inflația din datele obținute.