Vo štvrtok 11. februára oznámila, že sa im to podarilo, skupina vedcov z medzinárodného projektu LIGO Scientific Collaboration, ktorého existenciu predpovedal už v roku 1916 Albert Einstein. Podľa vedcov 14. septembra 2015 zaznamenali gravitačnú vlnu, ktorá bola spôsobená zrážkou dvoch čiernych dier s hmotnosťou 29 a 36-násobku hmotnosti Slnka, po ktorej sa spojili do jednej veľkej čiernej diery . Podľa nich sa tak stalo údajne pred 1,3 miliardami rokov vo vzdialenosti 410 megaparsekov od našej galaxie.

LIGA.net podrobne hovorila o gravitačných vlnách a rozsiahlom objave Bohdan Hnatyk, ukrajinský vedec, astrofyzik, doktor fyzikálnych a matematických vied, vedúci výskumník na Astronomickom observatóriu Národnej univerzity Tarasa Ševčenka v Kyjeve, ktorý observatórium viedol v rokoch 2001 až 2004.

Teória v jednoduchom jazyku

Fyzika študuje interakciu medzi telesami. Zistilo sa, že existujú štyri typy interakcií medzi telesami: elektromagnetická, silná a slabá jadrová interakcia a gravitačná interakcia, ktorú všetci cítime. Vplyvom gravitačnej interakcie sa planéty točia okolo Slnka, telesá majú váhu a padajú k zemi. Ľudské bytosti sú neustále konfrontované s gravitačnou interakciou.

V roku 1916, pred 100 rokmi, Albert Einstein zostrojil teóriu gravitácie, ktorá zlepšila Newtonovu teóriu gravitácie, urobila ju matematicky správnou: začala spĺňať všetky požiadavky fyziky, začala brať do úvahy skutočnosť, že gravitácia sa šíri veľmi vysokou rýchlosťou. , ale konečná rýchlosť. Toto je právom jeden z Einsteinových najambicióznejších úspechov, keďže vybudoval teóriu gravitácie, ktorá zodpovedá všetkým fenoménom fyziky, ktoré dnes pozorujeme.

Táto teória tiež naznačovala existenciu gravitačné vlny. Základom tejto predpovede bolo, že gravitačné vlny existujú ako výsledok gravitačnej interakcie, ku ktorej dochádza v dôsledku zlúčenia dvoch masívnych telies.

Čo je to gravitačná vlna

V zložitom jazyku ide o excitáciu časopriestorovej metriky. "Povedzme, že priestor má určitú elasticitu a môžu ním prechádzať vlny. Je to ako keď hodíme do vody kamienok a vlny sa z neho rozsypú," povedal doktor fyzikálnych a matematických vied pre LIGA.net.

Vedcom sa podarilo experimentálne dokázať, že k takémuto kolísaniu vo Vesmíre došlo a gravitačná vlna sa rozbehla všetkými smermi. „Astrofyzikálna metóda ako prvá zaznamenala fenomén takéhoto katastrofálneho vývoja dvojhviezdnej sústavy, kedy sa dva objekty spoja do jedného a toto splynutie vedie k veľmi intenzívnemu uvoľneniu gravitačnej energie, ktorá sa následne šíri v priestore vo forme tzv. gravitačné vlny,“ vysvetlil vedec.

Ako to vyzerá (foto - EPA)

Tieto gravitačné vlny sú veľmi slabé a na to, aby mohli rozkmitať časopriestor, je potrebná interakcia veľmi veľkých a masívnych telies, aby bola sila gravitačného poľa v mieste vzniku veľká. Ale napriek ich slabosti pozorovateľ po určitom čase (rovnajúcom sa vzdialenosti k interakcii delenej rýchlosťou signálu) túto gravitačnú vlnu zaregistruje.

Uveďme príklad: ak by Zem dopadla na Slnko, tak by nastala gravitačná interakcia: uvoľnila by sa gravitačná energia, vznikla by gravitačná sféricky symetrická vlna a pozorovateľ by ju mohol zaregistrovať. "Tu sa vyskytol podobný, no z hľadiska astrofyziky ojedinelý jav: zrazili sa dve masívne telesá - dve čierne diery," poznamenal Gnatyk.

Späť k teórii

Čierna diera je ďalšou predpoveďou Einsteinovej všeobecnej teórie relativity, ktorá predpokladá, že teleso, ktoré má obrovskú hmotnosť, no táto hmotnosť je sústredená v malom objeme, môže výrazne deformovať priestor okolo seba až do svojho uzavretia. To znamená, že sa predpokladalo, že keď sa dosiahne kritická koncentrácia hmoty tohto telesa - taká, že veľkosť telesa bude menšia ako takzvaný gravitačný polomer, potom sa priestor okolo tohto telesa uzavrie a jeho topológia sa zmenší. byť taký, že žiadny signál sa z neho nebude šíriť mimo uzavretého priestoru nemôže.

"To znamená, že čierna diera, zjednodušene povedané, je masívny objekt, ktorý je taký ťažký, že uzatvára časopriestor okolo seba," hovorí vedec.

A my, podľa neho, môžeme tomuto objektu vyslať akékoľvek signály, ale on nemôže poslať nás. To znamená, že žiadne signály nemôžu ísť za čiernu dieru.

Čierna diera žije podľa zvyčajných fyzikálnych zákonov, ale v dôsledku silnej gravitácie ani jedno hmotné teleso, dokonca ani fotón, nie je schopné prekročiť tento kritický povrch. Čierne diery vznikajú počas evolúcie obyčajných hviezd, keď sa centrálne jadro zrúti a časť hmoty hviezdy sa zrútením premení na čiernu dieru a druhá časť hviezdy sa vymrští vo forme obalu supernovy a zmení sa na takzvaný „záblesk“ supernovy.

Ako sme videli gravitačnú vlnu

Vezmime si príklad. Keď máme na hladine dva plaváky a voda je pokojná, vzdialenosť medzi nimi je konštantná. Keď príde vlna, posunie tieto plaváky a vzdialenosť medzi plavákmi sa zmení. Vlna prešla - a plaváky sa vrátia do svojich predchádzajúcich pozícií a vzdialenosť medzi nimi sa obnoví.

Gravitačná vlna sa šíri podobným spôsobom v časopriestore: stláča a naťahuje telá a predmety, s ktorými sa na svojej ceste stretne. "Pri stretnutí s určitým objektom na dráhe vlny sa deformuje pozdĺž svojich osí a po prejdení sa vráti do predchádzajúceho tvaru. Vplyvom gravitačnej vlny sa všetky telesá deformujú, ale tieto deformácie sú veľmi bezvýznamné,“ hovorí Hnatyk.

Pri prechode vlny, čo vedci zaznamenali, sa relatívna veľkosť telies vo vesmíre zmenila o hodnotu rádovo 1 krát 10 na mínus 21. mocninu. Napríklad, ak si vezmete metrové pravítko, potom sa zmenšilo o takú hodnotu, že to bola jeho veľkosť, vynásobená 10 na mínus 21 stupňov. Ide o veľmi malé množstvo. A problém bol v tom, že vedci sa museli naučiť túto vzdialenosť merať. Bežné metódy dávali presnosť rádovo od 1 do 10 až 9. mocnine milióna, ale tu je potrebná oveľa vyššia presnosť. K tomu boli vytvorené takzvané gravitačné antény (detektory gravitačných vĺn).

Observatórium LIGO (foto - EPA)

Anténa, ktorá zaznamenávala gravitačné vlny, je konštruovaná týmto spôsobom: sú to dve rúrky, dlhé asi 4 kilometre, usporiadané do tvaru písmena „L“, ale s rovnakými ramenami a v pravom uhle. Keď gravitačná vlna dopadá na systém, deformuje krídla antény, ale v závislosti od jej orientácie deformuje jedno viac a druhé menej. A potom je tu dráhový rozdiel, interferenčný obrazec signálu sa mení - existuje celková pozitívna alebo negatívna amplitúda.

„To znamená, že prechod gravitačnej vlny je podobný vlne na vode, ktorá prechádza medzi dvoma plavákmi: ak by sme zmerali vzdialenosť medzi nimi počas a po prechode vlny, videli by sme, že vzdialenosť by sa zmenila a potom opäť to isté.“ povedal Gnatyk.

Meria tiež relatívnu zmenu vzdialenosti dvoch krídel interferometra, z ktorých každé je dlhé asi 4 kilometre. A len veľmi presné technológie a systémy dokážu zmerať taký mikroskopický posun krídel spôsobený gravitačnou vlnou.

Na okraji vesmíru: odkiaľ prišla vlna

Vedci zaznamenali signál pomocou dvoch detektorov, ktoré sa v Spojených štátoch nachádzajú v dvoch štátoch: Louisiana a Washington vo vzdialenosti asi 3 tisíc kilometrov. Vedcom sa podarilo odhadnúť, odkiaľ a z akej vzdialenosti tento signál prišiel. Odhady ukazujú, že signál prišiel zo vzdialenosti 410 megapixelov. Megaparsek je vzdialenosť, ktorú svetlo prekoná za tri milióny rokov.

Aby sme si to ľahšie predstavili: najbližšia aktívna galaxia k nám so supermasívnou čiernou dierou v strede je Centaurus A, ktorý je od našej vzdialený štyri megaparseky, zatiaľ čo hmlovina Andromeda je vo vzdialenosti 0,7 megaparseku. "To znamená, že vzdialenosť, z ktorej prišiel signál gravitačných vĺn, je taká veľká, že signál smeroval na Zem približne 1,3 miliardy rokov. Toto sú kozmologické vzdialenosti, ktoré dosahujú asi 10 % horizontu nášho vesmíru," povedal vedec.

V tejto vzdialenosti sa v nejakej vzdialenej galaxii spojili dve čierne diery. Tieto otvory mali na jednej strane relatívne malé rozmery a na druhej strane veľká amplitúda signálu naznačuje, že boli veľmi ťažké. Zistilo sa, že ich hmotnosti boli 36 a 29 hmotností Slnka. Hmotnosť Slnka, ako viete, je hodnota, ktorá sa rovná 2-krát 10 až 30-nej mocnine kilogramu. Po zlúčení sa tieto dve telesá spojili a teraz na ich mieste vznikla jediná čierna diera, ktorá má hmotnosť rovnajúcu sa 62 hmotnostiam Slnka. V rovnakom čase vytryskli približne tri hmoty Slnka vo forme energie gravitačných vĺn.

Kto a kedy to objavil

Vedcom z medzinárodného projektu LIGO sa podarilo 14. septembra 2015 odhaliť gravitačnú vlnu. LIGO (Laserové interferometrické gravitačné observatórium) je medzinárodný projekt, na ktorom sa podieľa viacero štátov, ktoré prispeli určitým finančným a vedeckým príspevkom, najmä USA, Taliansko, Japonsko, ktoré sú v oblasti týchto štúdií vyspelé.

Profesori Rainer Weiss a Kip Thorne (foto - EPA)

Bol zaznamenaný nasledujúci obrázok: došlo k posunutiu krídel gravitačného detektora v dôsledku skutočného prechodu gravitačnej vlny cez našu planétu a cez túto inštaláciu. To sa vtedy nehlásilo, pretože signál bolo treba spracovať, „vyčistiť“, nájsť a skontrolovať jeho amplitúdu. Ide o štandardný postup: od skutočného nálezu až po ohlásenie nálezu trvá niekoľko mesiacov, kým sa uplatní právoplatná reklamácia. "Nikto si nechce kaziť povesť. Všetko sú to tajné údaje, pred zverejnením o ktorých nikto nevedel, kolovali len fámy," povedal Hnatyk.

Príbeh

Gravitačné vlny sa skúmajú od 70. rokov minulého storočia. Počas tejto doby vzniklo množstvo detektorov a vykonalo sa množstvo zásadných štúdií. Americký vedec Joseph Weber zostrojil v 80. rokoch prvú gravitačnú anténu v podobe hliníkového valca, ktorá mala veľkosť rádovo niekoľko metrov, vybavenú piezo senzormi, ktoré mali zaznamenávať prechod gravitačnej vlny.

Citlivosť tohto prístroja bola miliónkrát horšia ako súčasné detektory. A, samozrejme, v tom čase nemohol skutočne opraviť vlnu, hoci Weber tiež povedal, že to urobil: písala o tom tlač a nastal „gravitačný boom“ – svet okamžite začal stavať gravitačné antény. Weber povzbudil ďalších vedcov, aby študovali gravitačné vlny a pokračovali v experimentoch s týmto javom, čo umožnilo miliónkrát zvýšiť citlivosť detektorov.

Samotný fenomén gravitačných vĺn však zaznamenali ešte v minulom storočí, keď vedci objavili dvojitý pulzar. Bola to nepriama registrácia skutočnosti, že gravitačné vlny existujú, dokázaná astronomickými pozorovaniami. Pulzar objavili Russell Hulse a Joseph Taylor v roku 1974 pri pozorovaní rádioteleskopom Arecibo Observatory. Vedcom bola v roku 1993 udelená Nobelova cena „za objav nového typu pulzaru, ktorý dal nové možnosti v štúdiu gravitácie“.

Výskum vo svete a na Ukrajine

V Taliansku je podobný projekt s názvom Virgo blízko dokončenia. O rok mieni spustiť podobný detektor aj Japonsko, takýto experiment pripravuje aj India. To znamená, že v mnohých častiach sveta sú podobné detektory, ale ešte nedosiahli taký režim citlivosti, aby sme mohli hovoriť o fixovaní gravitačných vĺn.

"Ukrajina oficiálne nie je členom LIGO a tiež sa nezúčastňuje na talianskom a japonskom projekte. Medzi takéto zásadné oblasti patrí teraz Ukrajina na projekte LHC (LHC - Large Hadron Collider) a v CERN" (oficiálne budeme stať sa členom až po zaplatení vstupného) “- povedal Bogdan Gnatyk, doktor fyzikálnych a matematických vied pre LIGA.net.

Ukrajina je podľa neho od roku 2015 riadnym členom medzinárodnej spolupráce CTA (MChT-Cherenkov Telescope Array), ktorá buduje moderný ďalekohľad multi TeVširoký rozsah gama (s fotónovými energiami až do 1014 eV). "Hlavnými zdrojmi takýchto fotónov sú práve okolia supermasívnych čiernych dier, ktorých gravitačné žiarenie prvýkrát zaznamenal detektor LIGO. Preto otváranie nových okien v astronómii - gravitačné-vlnové a multi TeV nové elektromagnetické pole nám v budúcnosti sľubuje mnoho ďalších objavov,“ dodáva vedec.

Čo bude ďalej a ako nové poznatky pomôžu ľuďom? Vedci nesúhlasia. Niektorí hovoria, že je to len ďalší krok k pochopeniu mechanizmov vesmíru. Iní to považujú za prvé kroky k novým technológiám pohybu v čase a priestore. Tak či onak, tento objav opäť dokázal, ako málo rozumieme a koľko sa ešte musíme naučiť.

Astrofyzici potvrdili existenciu gravitačných vĺn, ktorých existenciu predpovedal Albert Einstein asi pred 100 rokmi. Boli zaznamenané pomocou detektorov observatória gravitačných vĺn LIGO, ktoré sa nachádza v Spojených štátoch amerických.

Po prvý raz v histórii ľudstvo zaznamenalo gravitačné vlny – kolísanie časopriestoru, ktoré prišli na Zem zrážkou dvoch čiernych dier, ku ktorým došlo ďaleko vo vesmíre. K tomuto objavu prispievajú aj ruskí vedci. Vo štvrtok o svojom objave hovoria vedci po celom svete – vo Washingtone, Londýne, Paríži, Berlíne a ďalších mestách vrátane Moskvy.

Na fotografii je imitácia zrážky čiernych dier

Na tlačovej konferencii v kancelárii Rambler & Co oznámil Valery Mitrofanov, vedúci ruskej časti spolupráce LIGO, objav gravitačných vĺn:

„Je nám cťou zúčastniť sa tohto projektu a predstaviť vám výsledky. Teraz vám poviem význam objavu v ruštine. Videli sme krásne obrázky detektorov LIGO v USA. Vzdialenosť medzi nimi je 3000 km. Pod vplyvom gravitačnej vlny sa jeden z detektorov posunul, po čom sme ich objavili. Najprv sme na počítači videli len šum a potom sa začalo hromadenie hmoty Hamfordových detektorov. Po spočítaní získaných údajov sme boli schopní určiť, že to boli čierne diery, ktoré sa zrazili vo vzdialenosti 1,3 mlrd. svetelné roky odtiaľto. Signál bol veľmi čistý, z hluku sa dostal veľmi zreteľne. Mnohí nám hovorili, že sme mali šťastie, no príroda nám dala takýto dar. Boli objavené gravitačné vlny – to je isté.“

Astrofyzici potvrdili fámy, že pomocou detektorov observatória gravitačných vĺn LIGO dokázali odhaliť gravitačné vlny. Tento objav umožní ľudstvu urobiť významný pokrok v chápaní fungovania vesmíru.

K objavu došlo 14. septembra 2015 súčasne dvoma detektormi vo Washingtone a Louisiane. Signál dorazil k detektorom v dôsledku zrážky dvoch čiernych dier. Toľko času trvalo vedcom, aby sa uistili, že výsledkom kolízie sú gravitačné vlny.

K zrážke dier došlo rýchlosťou približne polovičnou rýchlosťou svetla, čo je približne 150 792 458 m/s.

„Newtonovská gravitácia bola opísaná v plochom priestore a Einstein ju preložil do časovej roviny a navrhol, aby ju ohýbala. Gravitačná interakcia je veľmi slabá. Na Zemi je skúsenosť s vytváraním gravitačných vĺn nemožná. Dokázali ich odhaliť až po zlúčení čiernych dier. Detektor sa posunul, len si predstavte, o 10 až -19 metrov. Nedotýkajte sa ho rukami. Len s pomocou veľmi presných prístrojov. Ako to spraviť? Laserový lúč, pomocou ktorého bol zaznamenaný posun, je svojou povahou jedinečný. Laserová gravitačná anténa LIGO druhej generácie bola uvedená do prevádzky v roku 2015. Citlivosť umožňuje registrovať gravitačné poruchy približne raz za mesiac. Toto je vyspelý svet a americká veda, nič presnejšie na svete neexistuje. Dúfame, že bude schopný prekonať štandardný kvantový limit citlivosti, “vysvetlil objav. Sergey Vyatchanin, zamestnanec Fakulty fyziky Moskovskej štátnej univerzity a spolupráce LIGO.

Štandardná kvantová hranica (SQL) v kvantovej mechanike je obmedzením kladeným na presnosť nepretržitého alebo mnohokrát opakovaného merania veličiny opísanej operátorom, ktorá v rôznych časoch nekomutuje sama so sebou. Predpovedal v roku 1967 V. B. Braginsky a termín Standard Quantum Limit (SQL) navrhol neskôr Thorne. SQL úzko súvisí s Heisenbergovým vzťahom neurčitosti.

Na záver Valery Mitrofanov hovoril o plánoch ďalšieho výskumu:

„Tento objav je začiatkom novej astronómie gravitačných vĺn. Prostredníctvom kanála gravitačných vĺn očakávame, že sa dozvieme viac o vesmíre. Poznáme zloženie len 5% hmoty, zvyšok je záhadou. Gravitačné detektory vám umožnia vidieť oblohu v „gravitačných vlnách“. Dúfame, že v budúcnosti uvidíme začiatok všetkého, to znamená kozmické mikrovlnné pozadie Veľkého tresku, a pochopíme, čo sa vtedy presne stalo.“

Gravitačné vlny prvýkrát navrhol Albert Einstein v roku 1916, teda takmer presne pred 100 rokmi. Rovnica pre vlny je dôsledkom rovníc teórie relativity a nie je odvodená najjednoduchším spôsobom.

Kanadský teoretický fyzik Clifford Burgess predtým zverejnil list, v ktorom sa uvádza, že observatórium zachytilo gravitačné žiarenie spôsobené zlúčením binárneho systému čiernych dier s hmotnosťou 36 a 29 hmotností Slnka do objektu s hmotnosťou 62 hmotností Slnka. Zrážka a asymetrický gravitačný kolaps trvajú zlomok sekundy a počas tejto doby sa až 50 percent hmoty systému dostane do gravitačného žiarenia – vlnenia časopriestoru.

Gravitačná vlna je gravitačná vlna generovaná vo väčšine teórií gravitácie pohybom gravitačných telies s premenlivým zrýchlením. Vzhľadom na relatívnu slabosť gravitačných síl (v porovnaní s inými) by tieto vlny mali mať veľmi malú veľkosť, ktorú je ťažké zaregistrovať. Ich existenciu predpovedal asi pred storočím Albert Einstein.

Valentin Nikolaevič Rudenko zdieľa príbeh svojej návštevy mesta Kashina (Taliansko), kde strávil týždeň na novovybudovanej „gravitačnej anténe“ – Michelsonovom optickom interferometri. Cestou do cieľa taxikára zaujíma, na čo bola inštalácia postavená. „Ľudia si myslia, že je to na rozhovor s Bohom,“ priznáva vodič.

– Čo sú to gravitačné vlny?

– Gravitačná vlna je jedným z „nosičov astrofyzikálnych informácií“. Existujú viditeľné kanály astrofyzických informácií, zvláštnu úlohu pri „videní do diaľky“ majú teleskopy. Astronómovia tiež zvládli nízkofrekvenčné kanály - mikrovlnné a infračervené a vysokofrekvenčné - röntgenové a gama. Okrem elektromagnetického žiarenia môžeme registrovať toky častíc z Kozmu. Na to sa používajú neutrínové teleskopy - veľké detektory kozmických neutrín - častíc, ktoré slabo interagujú s hmotou, a preto sa ťažko registrujú. Takmer všetky teoreticky predpovedané a laboratórne prebádané typy „nosičov astrofyzikálnej informácie“ sú v praxi spoľahlivo zvládnuté. Výnimkou bola gravitácia – najslabšia interakcia v mikrokozme a najsilnejšia sila v makrokozme.

Gravitácia je geometria. Gravitačné vlny sú geometrické vlny, to znamená vlny, ktoré menia geometrické charakteristiky priestoru, keď sa pohybujú týmto priestorom. Zhruba povedané, ide o vlny, ktoré deformujú priestor. Deformácia je relatívna zmena vzdialenosti medzi dvoma bodmi. Gravitačné žiarenie sa od všetkých ostatných druhov žiarenia líši práve tým, že je geometrické.

Predpovedal Einstein gravitačné vlny?

- Formálne sa predpokladá, že gravitačné vlny predpovedal Einstein ako jeden z dôsledkov svojej všeobecnej teórie relativity, ale v skutočnosti je ich existencia zrejmá už v špeciálnej teórii relativity.

Teória relativity naznačuje, že v dôsledku gravitačnej príťažlivosti je možný gravitačný kolaps, teda kontrakcia objektu v dôsledku kolapsu, zhruba povedané, do bodu. Vtedy je gravitácia taká silná, že svetlo z nej nemôže ani uniknúť, preto sa takýto objekt obrazne nazýva čierna diera.

- Aká je zvláštnosť gravitačnej interakcie?

Znakom gravitačnej interakcie je princíp ekvivalencie. Dynamická odozva testovacieho telesa v gravitačnom poli podľa neho nezávisí od hmotnosti tohto telesa. Jednoducho povedané, všetky telesá padajú s rovnakým zrýchlením.

Gravitačná sila je najslabšia, akú dnes poznáme.

- Kto sa ako prvý pokúsil zachytiť gravitačnú vlnu?

– Experiment s gravitačnými vlnami prvýkrát uskutočnil Joseph Weber z University of Maryland (USA). Vytvoril gravitačný detektor, ktorý je teraz uložený v Smithsonian Museum vo Washingtone. V rokoch 1968-1972 urobil Joe Weber sériu pozorovaní s párom vzdialených detektorov v snahe izolovať prípady „náhody“. Recepcia náhod je vypožičaná z jadrovej fyziky. Nízka štatistická významnosť gravitačných signálov prijatých Weberom spôsobila kritický postoj k výsledkom experimentu: neexistovala žiadna istota, že gravitačné vlny môžu byť detekované. V budúcnosti sa vedci pokúsili zvýšiť citlivosť detektorov typu Weber. Trvalo 45 rokov, kým sa vyvinul detektor, ktorého citlivosť bola primeraná astrofyzikálnej predpovedi.

Počas začiatku experimentu pred fixáciou prebehlo mnoho ďalších experimentov, v tomto období boli zaznamenané impulzy, ktoré však mali príliš malú intenzitu.

- Prečo nebolo okamžite oznámené upevnenie signálu?

– Gravitačné vlny boli zaznamenané už v septembri 2015. Ale aj keby bola zaznamenaná náhoda, pred vyhlásením je potrebné dokázať, že nie je náhodná. V signáli odoberanom z ktorejkoľvek antény sa vždy vyskytujú zhluky šumu (krátkodobé zhluky) a jeden z nich sa môže náhodne vyskytnúť súčasne so zhlukom šumu na inej anténe. To, že sa náhoda nestala náhodou, je možné dokázať len pomocou štatistických odhadov.

– Prečo sú objavy v oblasti gravitačných vĺn také dôležité?

– Schopnosť registrovať reliktné gravitačné pozadie a merať jeho charakteristiky, ako je hustota, teplota atď., nám umožňuje priblížiť sa k začiatku vesmíru.

Atraktívnou vecou je, že gravitačné žiarenie je ťažké odhaliť, pretože veľmi slabo interaguje s hmotou. Ale vďaka tej istej vlastnosti prechádza bez absorpcie od nás najvzdialenejších objektov s najzáhadnejšími, z hľadiska hmoty, vlastnosťami.

Dá sa povedať, že gravitačné žiarenie prechádza bez skreslenia. Najambicióznejším cieľom je preskúmať gravitačné žiarenie, ktoré bolo oddelené od primárnej hmoty v teórii veľkého tresku, ktorá vznikla v momente stvorenia vesmíru.

– Vylučuje objav gravitačných vĺn kvantovú teóriu?

Teória gravitácie predpokladá existenciu gravitačného kolapsu, teda kontrakcie masívnych objektov do bodu. Kvantová teória vyvinutá Kodanskou školou zároveň naznačuje, že vďaka princípu neurčitosti nie je možné presne špecifikovať také parametre, ako sú poloha, rýchlosť a hybnosť telesa súčasne. Je tu princíp neurčitosti, nie je možné presne určiť trajektóriu, pretože trajektória je súradnica aj rýchlosť atď. V rámci tejto chyby je možné určiť len určitý podmienený koridor spoľahlivosti, ktorý je spojený s princípmi neistoty. Kvantová teória kategoricky popiera možnosť bodových objektov, ale popisuje ich štatisticky pravdepodobnostným spôsobom: neuvádza konkrétne súradnice, ale uvádza pravdepodobnosť, že má určité súradnice.

Otázka zjednotenia kvantovej teórie a teórie gravitácie je jednou zo základných otázok vzniku jednotnej teórie poľa.

Teraz na tom pokračujú a slová „kvantová gravitácia“ znamenajú úplne pokročilú oblasť vedy, hranicu poznania a nevedomosti, kde teraz pracujú všetci teoretici sveta.

– Čo môže priniesť objav v budúcnosti?

Gravitačné vlny musia nevyhnutne tvoriť základ modernej vedy ako jednej zo zložiek nášho poznania. Pripisuje sa im významná úloha vo vývoji vesmíru a pomocou týchto vĺn by sa mal vesmír študovať. Objav prispieva k celkovému rozvoju vedy a kultúry.

Ak sa rozhodnete ísť nad rámec dnešnej vedy, potom je prípustné predstaviť si telekomunikačné gravitačné komunikačné vedenia, prúdové prístroje na gravitačnom žiarení, gravitačné vlnové introskopické prístroje.

- Majú gravitačné vlny nejaký vzťah k mimozmyslovému vnímaniu a telepatii?

Nemám. Popísané efekty sú efekty kvantového sveta, efekty optiky.

Rozhovor s Annou Utkinou

Mňa ale skôr zaujíma, aké nečakané veci sa dajú odhaliť pomocou gravitačných vĺn. Zakaždým, keď ľudia pozorovali vesmír novým spôsobom, objavili sme veľa neočakávaných vecí, ktoré obrátili naše chápanie vesmíru hore nohami. Chcem nájsť tieto gravitačné vlny a objaviť niečo, o čom sme predtým ani netušili.

Pomôže nám to urobiť skutočný warp pohon?

Keďže gravitačné vlny slabo interagujú s hmotou, ťažko sa dajú použiť na pohyb tejto hmoty. Ale aj keby ste mohli, gravitačná vlna sa pohybuje iba rýchlosťou svetla. Nebudú fungovať pre warpový pohon. Aj keď by to bolo v pohode.

Ako je to s antigravitačnými zariadeniami?

Aby sme vytvorili antigravitačné zariadenie, musíme premeniť silu príťažlivosti na silu odpudzovania. A hoci gravitačná vlna šíri zmeny v gravitácii, táto zmena nikdy nebude odpudzujúca (ani negatívna).

Gravitácia vždy priťahuje, pretože sa zdá, že negatívna hmota neexistuje. Koniec koncov, existuje kladný a záporný náboj, severný a južný magnetický pól, ale iba kladná hmotnosť. prečo? Ak by existovala negatívna hmota, guľa hmoty by padala nahor namiesto nadol. Odpudzovala by ho kladná hmotnosť Zeme.

Čo to znamená pre možnosť cestovania v čase a teleportácie? Môžeme nájsť pre tento jav iné praktické uplatnenie ako štúdium nášho vesmíru?

Teraz je najlepším spôsobom, ako cestovať v čase (a iba v budúcnosti), cestovať rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla (pamätajte na paradox dvojčiat vo Všeobecnej teórii relativity) alebo ísť do oblasti so zvýšenou gravitáciou (tento druh cestovania v čase bol demonštrovaný v Interstellar) . Pretože gravitačná vlna šíri zmeny v gravitácii, dôjde k veľmi malým výkyvom v rýchlosti času, ale keďže gravitačné vlny sú vo svojej podstate slabé, tak aj časové výkyvy. A aj keď si myslím, že to nemôžete použiť na cestovanie v čase (alebo teleportáciu), nikdy nehovor nikdy (stavím sa, že si vyrazil dych).

Príde deň, keď prestaneme potvrdzovať Einsteina a začneme opäť pátrať po zvláštnych veciach?

Určite! Keďže gravitácia je najslabšia zo síl, je ťažké s ňou aj experimentovať. Doteraz vždy, keď vedci testovali GR, dostali presne predpovedané výsledky. Dokonca aj objav gravitačných vĺn opäť potvrdil Einsteinovu teóriu. Ale myslím, že keď začneme testovať najmenšie detaily teórie (možno s gravitačnými vlnami, možno s inou), nájdeme „vtipné“ veci, ako napríklad výsledok experimentu, ktorý sa presne nezhoduje s predpoveďou. To nebude znamenať omyl GR, len potrebu objasniť jeho detaily.

Vždy, keď odpovieme na jednu otázku o prírode, objavia sa nové. Nakoniec budeme mať otázky, ktoré budú chladnejšie ako odpovede, ktoré môže GR dovoliť.

Môžete vysvetliť, ako môže tento objav súvisieť alebo ovplyvniť jednotnú teóriu poľa? Sme bližšie k jeho potvrdeniu alebo vyvráteniu?

Teraz sú výsledky nášho objavu venované najmä overovaniu a potvrdeniu všeobecnej relativity. Zjednotená teória poľa hľadá spôsob, ako vytvoriť teóriu, ktorá vysvetlí fyziku veľmi malých (kvantová mechanika) a veľmi veľkých (všeobecná relativita). Teraz možno tieto dve teórie zovšeobecniť, aby sme vysvetlili rozsah sveta, v ktorom žijeme, ale nič viac. Keďže náš objav je zameraný na fyziku veľmi veľkých, sám osebe nás len málo posunie smerom k jednotnej teórii. Ale o to nejde. Teraz sa práve zrodila oblasť fyziky gravitačných vĺn. Keď sa dozvieme viac, určite rozšírime naše výsledky aj do oblasti jednotnej teórie. Pred behom sa však musíte prejsť.

Teraz, keď počúvame gravitačné vlny, čo musia vedci počuť, aby doslova kopli do tehly? 1) Neprirodzené vzory/štruktúry? 2) Zdroje gravitačných vĺn z oblastí, ktoré sme považovali za prázdne? 3) Rick Astley

Keď som si prečítal vašu otázku, okamžite som si spomenul na scénu z "Kontakt", v ktorej rádioteleskop zachytáva vzory prvočísel. Je nepravdepodobné, že by sa to dalo nájsť v prírode (pokiaľ vieme). Takže vaša verzia s neprirodzeným vzorom alebo štruktúrou by bola najpravdepodobnejšia.

Nemyslím si, že by sme si niekedy boli istí prázdnotou v určitom priestore vesmíru. Napokon, systém čiernych dier, ktorý sme našli, bol izolovaný a z tejto oblasti neprichádzalo žiadne svetlo, no aj tak sme tam našli gravitačné vlny.

Čo sa týka hudby... Špecializujem sa na oddelenie signálov gravitačných vĺn od statického šumu, ktorý neustále meriame na pozadí prostredia. Ak by som mohol nájsť hudbu v gravitačnej vlne, najmä tú, ktorú som už predtým počul, bol by to žart. Ale hudba, ktorá na Zemi nikdy nezaznela... Bolo by to ako v jednoduchých prípadoch z "Kontakt".

Keďže experiment zaznamenáva vlny zmenou vzdialenosti medzi dvoma objektmi, je amplitúda jedného smeru väčšia ako druhého? V opačnom prípade by namerané hodnoty neznamenali, že vesmír sa mení vo veľkosti? A ak áno, potvrdzuje toto rozšírenie alebo niečo neočakávané?

Aby sme mohli odpovedať na túto otázku, musíme vidieť veľa gravitačných vĺn prichádzajúcich z mnohých rôznych smerov vo vesmíre. V astronómii to vytvára populačný model. Koľko rôznych druhov vecí existuje? Toto je hlavná otázka. Keď budeme mať veľa pozorovaní a začneme vidieť neočakávané vzorce, napríklad, že gravitačné vlny určitého typu prichádzajú z určitej časti vesmíru a nikde inde, bude to veľmi zaujímavý výsledok. Niektoré vzorce by mohli potvrdiť expanziu (o ktorej sme si veľmi istí), alebo iné javy, ktoré si ešte neuvedomujeme. Najprv však musíte vidieť oveľa viac gravitačných vĺn.

Je pre mňa úplne nepochopiteľné, ako vedci určili, že vlny, ktoré namerali, patrili dvom supermasívnym čiernym dieram. Ako sa dá určiť zdroj vĺn s takou presnosťou?

Metódy analýzy údajov používajú katalóg predpovedaných signálov gravitačných vĺn na porovnanie s našimi údajmi. Ak existuje silná korelácia s jednou z týchto predpovedí alebo vzorov, potom nielenže vieme, že ide o gravitačnú vlnu, ale vieme aj to, ktorý systém ju vytvoril.

Každý jeden spôsob vytvorenia gravitačnej vlny, či už ide o spájanie čiernych dier, rotáciu hviezd alebo umieranie, všetky vlny majú rôzne tvary. Keď zaznamenáme gravitačnú vlnu, použijeme tieto tvary, ako predpovedá Všeobecná relativita, na určenie ich príčiny.

Ako vieme, že tieto vlny pochádzajú z kolízie dvoch čiernych dier a nie z inej udalosti? Je možné s akoukoľvek presnosťou predpovedať, kde alebo kedy k takejto udalosti došlo?

Keď už vieme, ktorý systém vyprodukoval gravitačnú vlnu, môžeme predpovedať, aká silná bola gravitačná vlna blízko miesta, kde sa zrodila. Zmeraním jeho sily, keď dosiahne Zem a porovnaním našich meraní s predpokladanou silou zdroja, môžeme vypočítať, ako ďaleko je zdroj. Keďže gravitačné vlny sa pohybujú rýchlosťou svetla, môžeme tiež vypočítať, ako dlho trvalo, kým gravitačné vlny prešli k Zemi.

V prípade nami objaveného systému čiernych dier sme namerali maximálnu zmenu dĺžky ramien LIGO na 1/1000 priemeru protónov. Tento systém sa nachádza vo vzdialenosti 1,3 miliardy svetelných rokov. Gravitačná vlna objavená v septembri a ohlásená na druhý deň sa k nám pohybuje už 1,3 miliardy rokov. Stalo sa tak pred vznikom života zvierat na Zemi, ale po vzniku mnohobunkových organizmov.

V čase oznámenia sa uvádzalo, že iné detektory budú hľadať vlny s dlhšou periódou – niektoré z nich budú kozmické. Čo nám môžete povedať o týchto veľkých detektoroch?

Vesmírny detektor je skutočne vo vývoji. Nazýva sa LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Keďže bude vo vesmíre, na rozdiel od pozemských detektorov bude dosť citlivá na nízkofrekvenčné gravitačné vlny v dôsledku prirodzených vibrácií Zeme. Bude to ťažké, pretože satelity budú musieť byť umiestnené ďalej od Zeme, než kedy bol človek. Ak sa niečo pokazí, nebudeme môcť poslať astronautov na opravu. Na testovanie požadovaných technológií, . Zatiaľ si poradila so všetkými stanovenými úlohami, no misia sa ani zďaleka nekončí.

Môžu byť gravitačné vlny premenené na zvukové vlny? A ak áno, ako budú vyzerať?

Môcť. Samozrejme, nebudete počuť len gravitačnú vlnu. Ale ak vezmete signál a prejdete ho cez reproduktory, môžete ho počuť.

Čo by sme mali robiť s týmito informáciami? Vyžarujú tieto vlny iné astronomické objekty s významnou hmotnosťou? Dajú sa vlny použiť na hľadanie planét alebo jednoduchých čiernych dier?

Pri hľadaní gravitačných hodnôt nezáleží len na hmotnosti. Tiež zrýchlenie, ktoré je objektu vlastné. Čierne diery, ktoré sme našli, obiehali okolo seba rýchlosťou 60 % rýchlosti svetla, keď sa zlúčili. Preto sa nám ich pri zlúčení podarilo odhaliť. Ale teraz už neprijímajú gravitačné vlny, pretože sa spojili do jednej sedavej hmoty.

Takže všetko, čo má veľkú hmotnosť a pohybuje sa veľmi rýchlo, vytvára gravitačné vlny, ktoré môžete zachytiť.

Je nepravdepodobné, že by exoplanéty mali dostatočnú hmotnosť alebo zrýchlenie na vytvorenie detekovateľných gravitačných vĺn. (Nehovorím, že ich vôbec nevyrábajú, len nebudú dostatočne silné alebo na inej frekvencii). Aj keď je exoplanéta dostatočne masívna na to, aby vyprodukovala potrebné vlny, zrýchlenie ju roztrhne. Nezabudnite, že najhmotnejšie planéty bývajú plynné obry.

Aká pravdivá je analógia vĺn vo vode? Môžeme jazdiť na týchto vlnách? Existujú gravitačné „vrcholy“ ako už známe „studne“?

Keďže gravitačné vlny sa môžu pohybovať hmotou, neexistuje spôsob, ako na nich jazdiť alebo ich použiť na pohyb. Takže žiadne surfovanie na gravitačných vlnách.

"Vršky" a "studne" sú úžasné. Gravitácia vždy priťahuje, pretože neexistuje žiadna negatívna hmotnosť. Nevieme prečo, ale nikdy to nebolo pozorované v laboratóriu ani vo vesmíre. Preto je gravitácia zvyčajne reprezentovaná ako "studňa". Hmota, ktorá sa pohybuje pozdĺž tejto „studne“, spadne dovnútra; takto funguje príťažlivosť. Ak máte negatívnu hmotnosť, dostanete odpudzovanie a s ním aj „vrchol“. Hmota, ktorá sa pohybuje na „vrchole“, sa bude od neho zakrivená. Takže „studne“ existujú, ale „vrcholy“ nie.

Analógia s vodou je v poriadku, pokiaľ hovoríme o tom, že sila vlny klesá s prejdenou vzdialenosťou od zdroja. Vodná vlna bude čoraz menšia a gravitačná vlna bude slabšia a slabšia.

Ako tento objav ovplyvní náš popis inflačného obdobia Veľkého tresku?

Tento objav momentálne nemá na infláciu prakticky žiadny vplyv. Na takéto vyhlásenia je potrebné pozorovať reliktné gravitačné vlny Veľkého tresku. Projekt BICEP2 veril, že nepriamo pozoroval tieto gravitačné vlny, no ukázalo sa, že na vine je kozmický prach. Ak získa správne údaje, potvrdí sa spolu s nimi aj existencia krátkeho obdobia inflácie krátko po veľkom tresku.

LIGO bude môcť priamo vidieť tieto gravitačné vlny (bude to tiež najslabší typ gravitačných vĺn, o ktorých dúfame, že ich zachytíme). Ak ich uvidíme, budeme môcť nahliadnuť hlboko do minulosti Vesmíru, ako sme sa doteraz nepozreli, a zo získaných údajov posúdiť infláciu.