Noong Huwebes, Pebrero 11, isang grupo ng mga siyentipiko mula sa internasyonal na proyektong LIGO Scientific Collaboration ang nag-anunsyo na sila ay nagtagumpay, ang pagkakaroon nito ay hinulaang ni Albert Einstein noong 1916. Ayon sa mga mananaliksik, noong Setyembre 14, 2015, nagtala sila ng gravitational wave, na sanhi ng banggaan ng dalawang black hole na may mass na 29 at 36 na beses ang mass ng Araw, pagkatapos ay nagsanib sila sa isang malaking black hole. . Ayon sa kanila, ito ay nangyari 1.3 bilyong taon na ang nakalilipas sa layo na 410 Megaparsecs mula sa ating kalawakan.

Ang LIGA.net ay nagsalita nang detalyado tungkol sa mga gravitational wave at isang malawakang pagtuklas Bohdan Hnatyk, Ukrainian scientist, astrophysicist, doktor ng physical at mathematical sciences, nangungunang researcher sa Astronomical Observatory ng Taras Shevchenko National University of Kyiv, na namuno sa observatory mula 2001 hanggang 2004.

Teorya sa simpleng wika

Pinag-aaralan ng pisika ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan. Ito ay itinatag na mayroong apat na uri ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan: electromagnetic, malakas at mahina na pakikipag-ugnayang nuklear at pakikipag-ugnayan ng gravitational, na nararamdaman nating lahat. Dahil sa pakikipag-ugnayan ng gravitational, ang mga planeta ay umiikot sa Araw, ang mga katawan ay may bigat at nahuhulog sa lupa. Ang mga tao ay patuloy na nahaharap sa pakikipag-ugnayan ng gravitational.

Noong 1916, 100 taon na ang nakalilipas, si Albert Einstein ay nagtayo ng teorya ng gravity na nagpabuti sa teorya ng gravity ni Newton, ginawa itong tama sa matematika: sinimulan nitong matugunan ang lahat ng mga kinakailangan ng pisika, nagsimulang isaalang-alang ang katotohanan na ang gravity ay nagpapalaganap sa isang napakataas. , ngunit may hangganan na bilis. Ito ay nararapat na isa sa mga pinaka-ambisyosong tagumpay ni Einstein, dahil bumuo siya ng isang teorya ng gravity na tumutugma sa lahat ng mga phenomena ng pisika na naoobserbahan natin ngayon.

Iminungkahi din ng teoryang ito ang pagkakaroon gravitational waves. Ang batayan ng hulang ito ay ang mga gravitational wave ay umiiral bilang resulta ng gravitational interaction na nangyayari dahil sa pagsasama ng dalawang malalaking katawan.

Ano ang gravitational wave

Sa isang masalimuot na wika, ito ang excitement ng space-time metric. "Sabihin natin na ang espasyo ay may isang tiyak na pagkalastiko at ang mga alon ay maaaring dumaan dito. Ito ay tulad ng kapag naghagis tayo ng isang maliit na bato sa tubig at ang mga alon ay nagkalat mula dito," sinabi ng Doctor of Physical and Mathematical Sciences sa LIGA.net.

Nagawa ng mga siyentipiko na patunayan sa eksperimento na ang gayong pagbabagu-bago ay naganap sa Uniberso at isang gravitational wave ang tumakbo sa lahat ng direksyon. "Ang astrophysical na pamamaraan ay ang unang nagtala ng kababalaghan ng tulad ng isang sakuna na ebolusyon ng isang binary system, kapag ang dalawang bagay ay nagsanib sa isa, at ang pagsasanib na ito ay humahantong sa isang napakatindi na paglabas ng gravitational energy, na pagkatapos ay kumakalat sa espasyo sa anyo ng gravitational waves," paliwanag ng siyentipiko.

Ano ang hitsura nito (larawan - EPA)

Ang mga gravitational wave na ito ay napakahina at upang ang mga ito ay mag-oscillate sa space-time, ang interaksyon ng napakalaki at malalaking katawan ay kinakailangan upang ang lakas ng gravitational field ay malaki sa lugar ng henerasyon. Ngunit, sa kabila ng kanilang kahinaan, ang tagamasid pagkatapos ng isang tiyak na oras (katumbas ng distansya sa pakikipag-ugnayan na hinati sa bilis ng signal) ay irerehistro ang gravitational wave na ito.

Magbigay tayo ng halimbawa: kung bumagsak ang Earth sa Araw, magkakaroon ng gravitational interaction: ilalabas ang gravitational energy, bubuo ang gravitational spherically symmetric wave, at mairerehistro ito ng observer. "Dito, isang katulad, ngunit kakaiba, mula sa punto ng view ng astrophysics, hindi pangkaraniwang bagay ang naganap: dalawang napakalaking katawan - dalawang itim na butas - nagbanggaan," sabi ni Gnatyk.

Bumalik sa teorya

Ang black hole ay isa pang hula ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein, na nagbibigay na ang isang katawan na may malaking masa, ngunit ang masa na ito ay puro sa isang maliit na volume, ay maaaring makabuluhang baluktot ang espasyo sa paligid nito, hanggang sa pagsasara nito. Iyon ay, ipinapalagay na kapag ang isang kritikal na konsentrasyon ng masa ng katawan na ito ay naabot - na ang laki ng katawan ay magiging mas mababa kaysa sa tinatawag na gravitational radius, kung gayon ang espasyo ay magsasara sa paligid ng katawan na ito at ang topology nito ay maging tulad na walang signal mula dito ay kumalat sa labas ng saradong espasyo ay hindi maaaring.

"Iyon ay, ang isang black hole, sa simpleng mga termino, ay isang napakalaking bagay na napakabigat na nagsasara ng espasyo-oras sa paligid nito," sabi ng siyentipiko.

At kami, ayon sa kanya, ay maaaring magpadala ng anumang mga senyales sa bagay na ito, ngunit hindi niya kami maaaring ipadala. Ibig sabihin, walang signal ang maaaring lumampas sa black hole.

Ang isang black hole ay nabubuhay ayon sa karaniwang mga pisikal na batas, ngunit bilang isang resulta ng malakas na gravity, hindi isang solong materyal na katawan, kahit isang photon, ang makakalampas sa kritikal na ibabaw na ito. Ang mga itim na butas ay nabuo sa panahon ng ebolusyon ng mga ordinaryong bituin, kapag ang gitnang core ay bumagsak at ang bahagi ng bagay ng bituin, gumuho, nagiging isang itim na butas, at ang iba pang bahagi ng bituin ay pinalabas sa anyo ng isang supernova shell, na nagiging ang tinatawag na "flash" ng isang supernova.

Paano natin nakita ang gravitational wave

Kumuha tayo ng isang halimbawa. Kapag mayroon tayong dalawang float sa ibabaw ng tubig at ang tubig ay kalmado, ang distansya sa pagitan ng mga ito ay pare-pareho. Kapag dumating ang isang alon, inililipat nito ang mga float na ito at magbabago ang distansya sa pagitan ng mga float. Ang alon ay lumipas - at ang mga float ay bumalik sa kanilang mga dating posisyon, at ang distansya sa pagitan nila ay naibalik.

Ang isang gravitational wave ay kumakalat sa katulad na paraan sa espasyo-oras: pinipiga at iniuunat nito ang mga katawan at bagay na nagsasalubong sa daan nito. "Kapag ang isang bagay ay nakatagpo sa landas ng isang alon, ito ay nag-deform sa mga palakol nito, at pagkatapos na dumaan, ito ay babalik sa dati nitong hugis. Sa ilalim ng impluwensya ng isang gravitational wave, ang lahat ng mga katawan ay deformed, ngunit ang mga deformation ay napaka hindi gaanong mahalaga," sabi ni Hnatyk.

Nang lumipas ang alon, na naitala ng mga siyentipiko, ang kamag-anak na laki ng mga katawan sa kalawakan ay nagbago ng isang halaga ng pagkakasunud-sunod ng 1 beses 10 hanggang sa minus na ika-21 na kapangyarihan. Halimbawa, kung kukuha ka ng isang meter ruler, pagkatapos ay lumiit ito ng isang halaga na ito ay ang laki nito, pinarami ng 10 hanggang minus 21st degree. Ito ay isang napakaliit na halaga. At ang problema ay kailangang matutunan ng mga siyentipiko kung paano sukatin ang distansyang ito. Ang mga maginoo na pamamaraan ay nagbigay ng katumpakan ng pagkakasunud-sunod ng 1 hanggang 10 hanggang ika-9 na kapangyarihan ng isang milyon, ngunit dito kinakailangan ang isang mas mataas na katumpakan. Upang gawin ito, nilikha ang tinatawag na gravitational antennas (detector ng gravitational waves).

LIGO observatory (larawan - EPA)

Ang antenna na nagtala ng mga gravitational wave ay itinayo sa ganitong paraan: mayroong dalawang tubo, mga 4 na kilometro ang haba, na nakaayos sa hugis ng titik na "L", ngunit may parehong mga braso at nasa tamang mga anggulo. Kapag ang isang gravitational wave ay bumagsak sa system, ito ay nagpapa-deform sa mga pakpak ng antena, ngunit depende sa oryentasyon nito, ito ay nagpapa-deform ng isa pa at ang isa ay mas mababa. At pagkatapos ay mayroong pagkakaiba sa landas, nagbabago ang pattern ng interference ng signal - mayroong kabuuang positibo o negatibong amplitude.

"Iyon ay, ang pagdaan ng isang gravitational wave ay katulad ng isang alon sa tubig na dumadaan sa pagitan ng dalawang float: kung susukatin natin ang distansya sa pagitan ng mga ito habang at pagkatapos ng pagdaan ng alon, makikita natin na magbabago ang distansya, at pagkatapos ay magiging ang parehong muli, "sabi ni Gnatyk.

Sinusukat din nito ang relatibong pagbabago sa distansya ng dalawang pakpak ng interferometer, na ang bawat isa ay humigit-kumulang 4 na kilometro ang haba. At ang mga napakatumpak na teknolohiya at sistema lamang ang makakasukat ng gayong mikroskopikong pag-aalis ng mga pakpak na dulot ng isang gravitational wave.

Sa gilid ng uniberso: saan nagmula ang alon

Naitala ng mga siyentipiko ang signal gamit ang dalawang detektor, na sa Estados Unidos ay matatagpuan sa dalawang estado: Louisiana at Washington sa layo na halos 3 libong kilometro. Nagawa ng mga siyentipiko kung saan at mula sa anong distansya dumating ang signal na ito. Ipinapakita ng mga pagtatantya na ang signal ay nagmula sa layo na 410 Megaparsecs. Ang megaparsec ay ang distansyang dinadaanan ng liwanag sa loob ng tatlong milyong taon.

Para mas madaling isipin: ang pinakamalapit na aktibong galaxy sa amin na may napakalaking black hole sa gitna ay ang Centaurus A, na apat na Megaparsec mula sa amin, habang ang Andromeda Nebula ay nasa layo na 0.7 Megaparsecs. "Iyon ay, ang distansya kung saan nagmula ang signal ng gravitational wave ay napakalaki na ang signal ay napunta sa Earth sa loob ng halos 1.3 bilyong taon. Ito ay mga cosmological na distansya na umaabot sa halos 10% ng abot-tanaw ng ating Uniberso," sabi ng siyentipiko.

Sa ganitong kalayuan, sa ilang malayong kalawakan, dalawang black hole ang nagsanib. Ang mga butas na ito, sa isang banda, ay medyo maliit sa laki, at sa kabilang banda, ang malaking amplitude ng signal ay nagpapahiwatig na sila ay napakabigat. Ito ay itinatag na ang kanilang mga masa ay ayon sa pagkakabanggit 36 ​​at 29 solar masa. Ang masa ng Araw, tulad ng alam mo, ay isang halaga na katumbas ng 2 beses 10 hanggang ika-30 kapangyarihan ng isang kilo. Pagkatapos ng pagsasama, ang dalawang katawan na ito ay nagsanib at ngayon sa kanilang lugar ay nabuo ang isang solong black hole, na may masa na katumbas ng 62 solar masa. Kasabay nito, humigit-kumulang tatlong masa ng Araw ang tumalsik sa anyo ng gravitational wave energy.

Sino ang nakatuklas at kailan

Nagawa ng mga siyentipiko mula sa internasyonal na proyekto ng LIGO na makakita ng gravitational wave noong Setyembre 14, 2015. LIGO (Laser Interferometry Gravitation Observatory) ay isang pang-internasyonal na proyekto kung saan ang ilang mga estado na gumawa ng isang tiyak na pinansiyal at pang-agham na kontribusyon ay nakikilahok, lalo na ang USA, Italy, Japan, na sumusulong sa larangan ng mga pag-aaral na ito.

Sina Propesor Rainer Weiss at Kip Thorne (larawan - EPA)

Ang sumusunod na larawan ay naitala: nagkaroon ng displacement ng mga pakpak ng gravitational detector, bilang isang resulta ng aktwal na pagpasa ng isang gravitational wave sa ating planeta at sa pamamagitan ng pag-install na ito. Hindi ito naiulat noon, dahil kailangang iproseso ang signal, "linisin", natagpuan at suriin ang amplitude nito. Ito ay isang karaniwang pamamaraan: mula sa isang tunay na pagtuklas hanggang sa isang anunsyo ng isang pagtuklas, ito ay tumatagal ng ilang buwan upang mag-isyu ng isang wastong paghahabol. "Walang gustong masira ang kanilang reputasyon. Ang lahat ng ito ay lihim na data, bago ang paglalathala kung saan - walang nakakaalam tungkol sa kanila, mayroon lamang mga alingawngaw," sabi ni Hnatyk.

Kwento

Ang mga gravitational wave ay pinag-aralan mula noong 70s ng huling siglo. Sa panahong ito, isang bilang ng mga detektor ang nilikha at isang bilang ng mga pangunahing pag-aaral ang isinagawa. Noong dekada 80, itinayo ng Amerikanong siyentipiko na si Joseph Weber ang unang gravitational antenna sa anyo ng isang aluminyo na silindro, na may sukat ng pagkakasunud-sunod ng ilang metro, na nilagyan ng mga sensor ng piezo na dapat mag-record ng pagpasa ng isang gravitational wave.

Ang sensitivity ng instrumentong ito ay isang milyong beses na mas masahol kaysa sa mga kasalukuyang detector. At, siyempre, hindi niya talaga maaayos ang alon sa oras na iyon, bagaman sinabi rin ni Weber na ginawa niya ito: isinulat ito ng press at nagkaroon ng "gravitational boom" - agad na nagsimula ang mundo na bumuo ng mga gravitational antenna. Hinikayat ni Weber ang iba pang mga siyentipiko na pag-aralan ang mga gravitational wave at ipagpatuloy ang kanilang mga eksperimento sa hindi pangkaraniwang bagay na ito, na naging posible upang mapataas ang sensitivity ng mga detector ng isang milyong beses.

Gayunpaman, ang mismong kababalaghan ng mga alon ng gravitational ay naitala noong huling siglo, nang natuklasan ng mga siyentipiko ang isang dobleng pulsar. Ito ay isang hindi direktang pagpaparehistro ng katotohanan na ang mga gravitational wave ay umiiral, na napatunayan sa pamamagitan ng astronomical na mga obserbasyon. Ang pulsar ay natuklasan nina Russell Hulse at Joseph Taylor noong 1974 habang nagmamasid gamit ang Arecibo Observatory radio telescope. Ang mga siyentipiko ay iginawad sa Nobel Prize noong 1993 "para sa pagtuklas ng isang bagong uri ng pulsar, na nagbigay ng mga bagong posibilidad sa pag-aaral ng gravity."

Pananaliksik sa mundo at Ukraine

Sa Italya, ang isang katulad na proyekto na tinatawag na Virgo ay malapit nang matapos. Balak din ng Japan na maglunsad ng katulad na detector sa isang taon, inihahanda din ng India ang naturang eksperimento. Ibig sabihin, sa maraming bahagi ng mundo ay may mga katulad na detector, ngunit hindi pa nila naabot ang sensitivity mode na iyon upang mapag-usapan natin ang pag-aayos ng mga gravitational wave.

"Opisyal, ang Ukraine ay hindi miyembro ng LIGO at hindi rin nakikilahok sa mga proyektong Italyano at Hapones. Kabilang sa mga pangunahing lugar, ang Ukraine ay nakikilahok na ngayon sa proyekto ng LHC (LHC - Malaking Hadron Collider) at sa CERN" (opisyal namin maging miyembro lamang pagkatapos magbayad ng entrance fee) ", - Bogdan Gnatyk, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, sinabi sa LIGA.net.

Ayon sa kanya, mula noong 2015 ang Ukraine ay naging ganap na miyembro ng international collaboration CTA (MChT-Cherenkov Telescope Array), na nagtatayo ng modernong telescope multi TeV malawak na hanay ng gamma (na may mga enerhiya ng photon hanggang 1014 eV). "Ang pangunahing pinagmumulan ng naturang mga photon ay tiyak na mga kapitbahayan ng mga supermassive black hole, ang gravitational radiation na kung saan ay unang naitala ng LIGO detector. Samakatuwid, ang pagbubukas ng mga bagong bintana sa astronomiya - gravitational-wave at multi TeV ang bagong electromagnetic field ay nangangako sa atin ng marami pang pagtuklas sa hinaharap,” dagdag ng siyentipiko.

Ano ang susunod at paano makakatulong ang bagong kaalaman sa mga tao? Hindi sumasang-ayon ang mga iskolar. Sinasabi ng ilan na ito ay isa pang hakbang sa pag-unawa sa mga mekanismo ng uniberso. Nakikita ito ng iba bilang mga unang hakbang patungo sa mga bagong teknolohiya para sa paglipat sa oras at espasyo. Sa isang paraan o iba pa, ang pagtuklas na ito ay muling pinatunayan kung gaano kaunti ang ating naiintindihan at kung gaano karami ang dapat matutunan.

Ang pangunahing pagkakaiba ay habang ang tunog ay nangangailangan ng medium kung saan maglalakbay, ang mga gravitational wave ay gumagalaw sa medium—sa kasong ito, spacetime mismo. "Literal nilang dinudurog at inaabot ang tela ng spacetime," sabi ni Chiara Minngarelli, isang gravitational wave astrophysicist sa Caltech. Sa aming pandinig, ang mga alon na na-detect ng LIGO ay tutunog na parang gurgle.

Paano nga ba magaganap ang rebolusyong ito? Ang LIGO ay kasalukuyang may dalawang detector na nagsisilbing "tainga" para sa mga siyentipiko, at magkakaroon ng higit pang mga detector sa hinaharap. At kung si LIGO ang unang nakatuklas, tiyak na hindi lang ito. Mayroong maraming mga uri ng gravitational waves. Sa katunayan, mayroong isang buong spectrum ng mga ito, tulad ng mayroong iba't ibang uri ng liwanag, na may iba't ibang mga wavelength, sa electromagnetic spectrum. Samakatuwid, ang iba pang mga pakikipagtulungan ay magsisimulang manghuli ng mga alon na may dalas na hindi idinisenyo para sa LIGO.

Gumagana si Minngarelli sa pakikipagtulungan ng NanoGRAV (North American Nanohertz Gravitational Wave Observatory), bahagi ng isang pangunahing internasyonal na consortium na kinabibilangan ng European Pulsar Timing Array at Parkes Pulsar Timing Array sa Australia. Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang mga siyentipiko ng NanoGRAV ay nangangaso ng mga low-frequency na gravitational wave sa 1 hanggang 10 nanohertz mode; Ang sensitivity ng LIGO ay nasa kilohertz (naririnig) na bahagi ng spectrum, na naghahanap ng napakahabang wavelength.


Ang pakikipagtulungang ito ay batay sa data ng pulsar na nakolekta ng Arecibo Observatory sa Puerto Rico at ng Green Bank Telescope sa West Virginia. Ang mga Pulsar ay mabilis na umiikot na mga neutron na bituin na nabubuo kapag ang mga bituin na mas malaki kaysa sa Araw ay sumabog at bumagsak sa kanilang mga sarili. Pabilis nang pabilis ang pag-ikot ng mga ito habang pinipiga ang mga ito, katulad ng isang bigat sa dulo ng isang lubid na umiikot nang mas mabilis habang nagiging maikli ang lubid.

Naglalabas din sila ng malalakas na pagsabog ng radiation habang umiikot sila, tulad ng isang beacon, na naitala bilang mga pulso ng liwanag sa Earth. At ang panaka-nakang pag-ikot na ito ay lubos na tumpak - halos kasing-tumpak ng isang atomic na orasan. Ginagawa nitong mainam na mga cosmic gravitational wave detector. Ang unang hindi direktang ebidensiya ay nagmula sa pag-aaral ng mga pulsar noong 1974, nang matuklasan nina Joseph Taylor Jr. at Russell Hulse na ang isang pulsar na umiikot sa isang neutron star ay dahan-dahang lumiliit sa paglipas ng panahon—isang epekto na aasahan kung gagawing enerhiya ang ilan sa masa nito sa ang anyo ng gravitational waves.

Sa kaso ng NanoGRAV, ang paninigarilyo na baril ay magkakaroon ng isang uri ng flicker. Ang mga impulses ay dapat dumating sa parehong oras, ngunit kung ang isang gravitational wave ay tumama sa kanila, sila ay darating nang mas maaga o mas bago, dahil ang space-time ay mag-iikot o mag-uunat habang ang alon ay dumaan.

Ang mga pulser time-grid array ay partikular na sensitibo sa mga gravitational wave na ginawa ng pagsasama ng napakalaking black hole na isang bilyon o sampung bilyong beses ang mass ng ating Araw, tulad ng mga nakatago sa gitna ng pinakamalalaking galaxy. Kung magsanib ang dalawang ganoong kalawakan, magsasama rin ang mga butas sa kanilang mga sentro at maglalabas ng mga gravitational wave. "Nakikita ng LIGO ang pinakadulo ng pagsasama kapag ang mga pares ay napakalapit," sabi ni Minarelli. "Sa tulong ng SDM, makikita natin sila sa simula ng spiral phase, kapag papasok pa lang sila sa orbit ng isa't isa."

At mayroon ding LISA (Laser Interferometer Space Antenna) na misyon sa kalawakan. Ang LIGO na nakabase sa lupa ay mahusay sa pag-detect ng mga gravitational wave, ang katumbas ng isang fraction ng spectrum ng naririnig na tunog, tulad ng ginawa ng ating pinagsama-samang black hole. Ngunit maraming mga kagiliw-giliw na pinagmumulan ng mga alon na ito ay gumagawa ng mga mababang frequency. Kaya kailangang pumunta ang mga physicist sa kalawakan para hanapin sila. Ang pangunahing gawain ng kasalukuyang misyon ng LISA Pathfinder () ay subukan ang pagpapatakbo ng detector. "Sa LIGO, maaari mong ihinto ang tool, buksan ang vacuum, at ayusin ang lahat," sabi ni Scott Hughes ng MIT. Ngunit hindi ka maaaring magbukas ng kahit ano sa kalawakan. Kailangan mong gawin ito kaagad para gumana ito."

Ang layunin ng LISA ay simple: gamit ang mga laser interferometer, susubukan ng spacecraft na tumpak na sukatin ang relatibong posisyon ng dalawang 1.8-pulgadang gold-platinum cube sa libreng pagkahulog. Nakalagay sa magkahiwalay na mga kahon ng elektrod na 15 pulgada ang layo, ang mga bagay na pansubok ay mapoprotektahan mula sa solar wind at iba pang puwersa sa labas, kaya posible na matukoy ang maliliit na paggalaw na dulot ng gravitational waves (sana).

Sa wakas, mayroong dalawang eksperimento na idinisenyo upang maghanap ng mga fingerprint na iniwan ng mga primordial gravitational wave sa CMB (ang afterglow ng Big Bang): BICEP2 at ang Planck satellite mission. Ang BICEP2 ay nag-claim na may nakitang isa noong 2014, ngunit ito ay lumabas na ang signal ay pekeng (cosmic dust ang sisihin).

Ang parehong pakikipagtulungan ay patuloy na humahanap sa pag-asang makapagbigay liwanag sa unang bahagi ng kasaysayan ng ating uniberso - at sana ay nagpapatunay sa mga pangunahing hula ng inflationary theory. Ang teoryang ito ay hinulaan na sa ilang sandali pagkatapos ng kapanganakan nito, ang uniberso ay nakaranas ng mabilis na paglaki, na hindi maaaring mag-iwan ng malalakas na gravitational wave, na nanatiling naka-imprenta sa background radiation sa anyo ng mga espesyal na light wave (polarization).

Ang bawat isa sa apat na rehimeng gravitational wave ay magbubukas ng apat na bagong bintana sa uniberso para sa mga astronomo.

Ngunit alam namin kung ano ang iyong iniisip: oras na upang pasiglahin ang warp drive, mga pare! Makakatulong ba ang pagtuklas ng LIGO sa pagbuo ng Death Star sa susunod na linggo? Syempre hindi. Ngunit kapag mas naiintindihan natin ang gravity, mas mauunawaan natin kung paano bumuo ng mga bagay na ito. Kung tutuusin, ito ay gawain ng mga siyentipiko, ito ay kung paano sila kumikita ng kanilang tinapay. Sa pamamagitan ng pag-unawa kung paano gumagana ang uniberso, mas makakaasa tayo sa ating mga kakayahan.

Noong Pebrero 11, 2016, isang internasyonal na grupo ng mga siyentipiko, kabilang ang mula sa Russia, sa isang press conference sa Washington ay nag-anunsyo ng isang pagtuklas na maaga o huli ay magbabago sa pag-unlad ng sibilisasyon. Posibleng patunayan sa pagsasanay ang mga gravitational wave o mga wave ng space-time. Ang kanilang pag-iral ay hinulaang 100 taon na ang nakalilipas ni Albert Einstein sa kanyang.

Walang nag-aalinlangan na ang pagtuklas na ito ay igagawad ng Nobel Prize. Ang mga siyentipiko ay hindi nagmamadaling pag-usapan ang praktikal na aplikasyon nito. Ngunit ipinaalala nila na hanggang kamakailan lamang, ang sangkatauhan ay hindi rin alam kung ano ang eksaktong gagawin sa mga electromagnetic wave, na kalaunan ay humantong sa isang tunay na rebolusyong pang-agham at teknolohikal.

Ano ang mga gravitational wave sa simpleng termino

Ang gravity at unibersal na grabitasyon ay iisa at pareho. Ang mga gravitational wave ay isa sa mga solusyon sa OTS. Dapat silang magpalaganap sa bilis ng liwanag. Ito ay ibinubuga ng anumang katawan na gumagalaw na may variable acceleration.

Halimbawa, umiikot ito sa orbit nito na may variable na acceleration na nakadirekta patungo sa bituin. At ang acceleration na ito ay patuloy na nagbabago. Ang solar system ay nagpapalabas ng enerhiya sa pagkakasunud-sunod ng ilang kilowatts sa gravitational waves. Ito ay isang maliit na halaga, maihahambing sa 3 lumang kulay na TV.

Ang isa pang bagay ay ang dalawang pulsar (neutron star) na umiikot sa bawat isa. Gumagalaw sila sa napakahigpit na mga orbit. Ang ganitong "mag-asawa" ay natuklasan ng mga astrophysicist at naobserbahan nang mahabang panahon. Ang mga bagay ay handa nang mahulog sa isa't isa, na hindi direktang nagpapahiwatig na ang mga pulsar ay nagpapalabas ng mga space-time wave, iyon ay, enerhiya sa kanilang larangan.

Ang gravity ay ang puwersa ng gravity. Kami ay iginuhit sa lupa. At ang kakanyahan ng isang gravitational wave ay isang pagbabago sa larangang ito, lubhang mahina pagdating sa atin. Halimbawa, kunin ang antas ng tubig sa isang reservoir. Ang intensity ng gravitational field ay ang acceleration ng free fall sa isang partikular na punto. Ang isang alon ay tumatakbo sa aming reservoir, at biglang nagbabago ang bilis ng free fall, kaunti lang.

Ang ganitong mga eksperimento ay nagsimula noong 60s ng huling siglo. Sa oras na iyon, naisip nila ito: nag-hang sila ng isang malaking silindro ng aluminyo, pinalamig upang maiwasan ang mga pagbabago sa panloob na thermal. At naghihintay sila ng isang alon mula sa isang banggaan ng, halimbawa, dalawang malalaking black hole na biglang umabot sa amin. Ang mga mananaliksik ay masigasig at sinabi na ang buong mundo ay maaaring maapektuhan ng isang gravitational wave na nagmumula sa outer space. Ang planeta ay magsisimulang mag-oscillate at ang mga seismic wave na ito (compressional, shear at surface) ay maaaring pag-aralan.

Isang mahalagang artikulo tungkol sa aparato sa simpleng wika, at kung paano ninakaw ng mga Amerikano at LIGO ang ideya ng mga siyentipiko ng Sobyet at binuo ang mga introferometer na nagpapahintulot sa pagtuklas. Walang nagsasalita tungkol dito, lahat ay tahimik!

Sa pamamagitan ng paraan, ang gravitational radiation ay mas kawili-wili mula sa pananaw ng relic radiation, na sinusubukan nilang hanapin sa pamamagitan ng pagbabago ng spectrum ng electromagnetic radiation. Ang relic at electromagnetic radiation ay lumitaw 700 libong taon pagkatapos ng Big Bang, pagkatapos ay sa proseso ng pagpapalawak ng uniberso na puno ng mainit na gas na may mga naglalakbay na shock wave, na kalaunan ay naging mga kalawakan. Sa kasong ito, siyempre, isang dambuhalang, nakamamanghang bilang ng mga space-time wave ang dapat na ibinubuga, na nakakaapekto sa wavelength ng cosmic microwave background radiation, na sa oras na iyon ay optical pa rin. Ang domestic astrophysicist na si Sazhin ay nagsusulat at regular na naglalathala ng mga artikulo sa paksang ito.

Maling interpretasyon ng pagkatuklas ng gravitational waves

"Ang isang salamin ay nakasabit, ang isang gravitational wave ay kumikilos dito, at ito ay nagsisimulang mag-oscillate. At kahit na ang pinakamaliit na pagbabagu-bago na may amplitude na mas mababa sa laki ng isang atomic nucleus ay napansin ng mga instrumento "- tulad ng isang hindi tamang interpretasyon, halimbawa, ay ginagamit sa artikulo ng Wikipedia. Huwag maging tamad, maghanap ng isang artikulo ng mga siyentipiko ng Sobyet noong 1962.

Una, ang salamin ay dapat na napakalaking upang maramdaman ang "ripples". Pangalawa, dapat itong palamig sa halos ganap na zero (Kelvin) upang maiwasan ang sarili nitong mga pagbabago sa thermal. Malamang, hindi lamang sa ika-21 siglo, ngunit sa pangkalahatan ay hindi kailanman magiging posible na makita ang isang elementarya na butil - ang carrier ng gravitational waves:

Ano ang gravitational waves?

Gravitational waves - mga pagbabago sa gravitational field, nagpapalaganap na parang mga alon. Ang mga ito ay pinalalabas ng mga gumagalaw na masa, ngunit pagkatapos ng radiation ay humiwalay sila sa kanila at umiiral nang hiwalay sa mga masa na ito. May kaugnayan sa matematika sa perturbation ng spacetime metric at maaaring ilarawan bilang "spacetime ripples".

Sa pangkalahatang teorya ng relativity at sa karamihan ng iba pang modernong teorya ng gravity, ang mga gravitational wave ay nabuo sa pamamagitan ng paggalaw ng mga malalaking katawan na may variable na acceleration. Ang mga gravitational wave ay malayang kumakalat sa kalawakan sa bilis ng liwanag. Dahil sa kamag-anak na kahinaan ng mga puwersa ng gravitational (kumpara sa iba), ang mga alon na ito ay may napakaliit na magnitude, na mahirap irehistro.

Ang mga gravitational wave ay hinuhulaan ng pangkalahatang teorya ng relativity (GR). Una silang direktang na-detect noong Setyembre 2015 ng dalawang twin detector sa LIGO observatory, na nagrehistro ng gravitational waves, marahil bilang resulta ng pagsasama ng dalawang black hole at pagbuo ng isa pang napakalaking umiikot na black hole. Ang hindi direktang katibayan ng kanilang pag-iral ay kilala mula noong 1970s - hinuhulaan ng pangkalahatang relativity ang rate ng convergence ng malapit na sistema ng mga binary na bituin na kasabay ng mga obserbasyon dahil sa pagkawala ng enerhiya para sa paglabas ng mga gravitational wave. Ang direktang pagpaparehistro ng mga gravitational wave at ang kanilang paggamit upang matukoy ang mga parameter ng mga proseso ng astrophysical ay isang mahalagang gawain ng modernong pisika at astronomiya.

Kung akala natin ang ating space-time bilang isang grid ng mga coordinate, kung gayon ang mga gravitational wave ay mga perturbations, mga ripples na tatakbo sa grid kapag ang malalaking katawan (halimbawa, black hole) ay nagdistort sa espasyo sa kanilang paligid.

Maihahalintulad ito sa isang lindol. Isipin na nakatira ka sa isang lungsod. Mayroon itong ilang mga marker na lumilikha ng isang urban space: mga bahay, puno, at iba pa. Hindi sila gumagalaw. Kapag ang isang malaking lindol ay naganap sa isang lugar malapit sa lungsod, ang mga vibrations ay umabot sa amin - at kahit na ang mga hindi gumagalaw na bahay at mga puno ay nagsisimulang mag-oscillate. Ang mga pagbabagong ito ay gravitational waves; at ang mga bagay na umiikot ay espasyo at oras.

Bakit nagtagal ang mga siyentipiko upang matukoy ang mga gravitational wave?

Ang mga partikular na pagsisikap na makita ang mga gravitational wave ay nagsimula noong panahon ng post-war na may medyo walang muwang na mga aparato, ang sensitivity kung saan, malinaw naman, ay hindi sapat upang makita ang gayong mga oscillations. Sa paglipas ng panahon, naging malinaw na ang mga detektor para sa paghahanap ay dapat na napakalaki - at dapat silang gumamit ng modernong teknolohiya ng laser. Ito ay sa pag-unlad ng mga modernong teknolohiya ng laser na naging posible na kontrolin ang geometry, ang mga kaguluhan na kung saan ay ang gravitational wave. Ang pinakamakapangyarihang pag-unlad ng teknolohiya ay may mahalagang papel sa pagtuklas na ito. Gaano man katalino ang mga siyentipiko, 30-40 taon na ang nakalilipas, imposibleng gawin ito.

Bakit napakahalaga ng pagtuklas ng alon sa pisika?

Ang mga gravitational wave ay hinulaan ni Albert Einstein sa kanyang pangkalahatang teorya ng relativity mga isang daang taon na ang nakalilipas. Sa buong ika-20 siglo, may mga physicist na nagtanong sa teoryang ito, bagaman parami nang parami ang mga kumpirmasyon na lumitaw. At ang pagkakaroon ng mga gravitational wave ay isang kritikal na kumpirmasyon ng teorya.

Bilang karagdagan, bago ang pagpaparehistro ng mga gravitational wave, alam namin kung paano kumikilos ang gravity sa halimbawa ng celestial mechanics, ang interaksyon ng mga celestial body. Ngunit ito ay malinaw na ang gravitational field ay may mga alon at space-time ay maaaring deformed sa isang katulad na paraan. Ang katotohanan na hindi pa tayo nakakita ng mga gravitational wave dati ay isang blangko na lugar sa modernong pisika. Ngayon ang puting lugar na ito ay sarado na, isa pang ladrilyo ang inilatag sa pundasyon ng modernong pisikal na teorya. Ito ay isang pangunahing pagtuklas. Walang maihahambing sa mga nakaraang taon.

"Waiting for Waves and Particles" - isang dokumentaryo tungkol sa paghahanap ng mga gravitational wave(ni Dmitry Zavilgelskiy)

Mayroong praktikal na sandali sa pagpaparehistro ng mga gravitational wave. Marahil, pagkatapos ng karagdagang pag-unlad ng teknolohiya, posible na pag-usapan ang tungkol sa gravitational astronomy - tungkol sa pag-obserba ng mga bakas ng pinaka-mataas na enerhiya na mga kaganapan sa Uniberso. Ngunit ngayon ay masyadong maaga upang pag-usapan ito, pinag-uusapan lamang natin ang tungkol sa mismong katotohanan ng pagrehistro ng mga alon, at hindi tungkol sa paglilinaw ng mga katangian ng mga bagay na bumubuo ng mga alon na ito.

Kinumpirma ng mga astrophysicist ang pagkakaroon ng gravitational waves, ang pagkakaroon nito ay hinulaan ni Albert Einstein mga 100 taon na ang nakalilipas. Naitala ang mga ito gamit ang mga detektor ng LIGO gravitational wave observatory, na matatagpuan sa Estados Unidos.

Sa unang pagkakataon sa kasaysayan, naitala ng sangkatauhan ang mga gravitational wave - pagbabagu-bago sa space-time na dumating sa Earth mula sa banggaan ng dalawang black hole na naganap sa malayo sa Uniberso. Ang mga siyentipikong Ruso ay nag-aambag din sa pagtuklas na ito. Sa Huwebes, pinag-uusapan ng mga mananaliksik ang kanilang pagtuklas sa buong mundo - sa Washington, London, Paris, Berlin at iba pang mga lungsod, kabilang ang Moscow.

Ang larawan ay nagpapakita ng isang imitasyon ng banggaan ng mga black hole

Sa isang press conference sa opisina ng Rambler & Co, si Valery Mitrofanov, ang pinuno ng Russian na bahagi ng pakikipagtulungan ng LIGO, ay inihayag ang pagtuklas ng mga gravitational wave:

"Kami ay pinarangalan na lumahok sa proyektong ito at ipakita ang mga resulta sa iyo. Sasabihin ko na ngayon sa iyo ang kahulugan ng pagtuklas sa Russian. Nakakita kami ng magagandang larawan ng mga LIGO detector sa US. Ang distansya sa pagitan nila ay 3000 km. Sa ilalim ng impluwensya ng isang gravitational wave, lumipat ang isa sa mga detector, pagkatapos ay natuklasan namin ang mga ito. Sa una, nakita lang namin ang ingay sa computer, at pagkatapos ay nagsimula ang buildup ng masa ng mga detektor ng Hamford. Matapos kalkulahin ang data na nakuha, natukoy namin na ito ay ang mga itim na butas na bumangga sa layo na 1.3 mlrd. light years mula dito. Napakalinaw ng hudyat, napakalinaw na nakalabas siya sa ingay. Maraming nagsabi sa amin na kami ay masuwerte, ngunit ang kalikasan ay nagbigay sa amin ng gayong regalo. Natuklasan ang mga gravitational wave - sigurado iyon."

Kinumpirma ng mga astrophysicist ang mga alingawngaw na ang paggamit ng mga detektor ng gravitational wave observatory LIGO ay natutukoy nila ang mga gravitational wave. Ang pagtuklas na ito ay magpapahintulot sa sangkatauhan na gumawa ng makabuluhang pag-unlad sa pag-unawa kung paano gumagana ang uniberso.

Ang pagtuklas ay naganap noong Setyembre 14, 2015, nang sabay-sabay ng dalawang detector sa Washington at Louisiana. Dumating ang signal sa mga detector bilang resulta ng banggaan ng dalawang black hole. Kinailangan ng mga siyentipiko ng napakaraming oras upang matiyak na ito ay gravitational waves na produkto ng banggaan.

Ang banggaan ng mga butas ay naganap sa bilis na halos kalahati ng bilis ng liwanag, na humigit-kumulang 150,792,458 m/s.

"Ang Newtonian gravity ay inilarawan sa patag na espasyo, at isinalin ito ni Einstein sa eroplano ng oras at iminungkahi na ito ay yumuko. Ang pakikipag-ugnayan ng gravitational ay napakahina. Sa Earth, imposible ang karanasan sa paglikha ng mga gravitational wave. Natuklasan lamang nila ang mga ito pagkatapos ng pagsasama ng mga black hole. Ang detektor ay lumipat, isipin lamang, ng 10 hanggang -19 metro. Huwag hawakan ito ng iyong mga kamay. Sa tulong lamang ng napaka-tumpak na mga instrumento. Paano ito gagawin? Ang laser beam kung saan natukoy ang shift ay kakaiba sa kalikasan. Ang pangalawang henerasyong LIGO laser gravity antenna ay nagsimula noong 2015. Ginagawang posible ng sensitivity na magrehistro ng mga gravitational perturbations nang halos isang beses sa isang buwan. Ito ang advanced na mundo at American science, wala nang mas tumpak sa mundo. Inaasahan namin na malalampasan nito ang Standard quantum limit ng sensitivity, ”paliwanag ng pagtuklas. Sergey Vyatchanin, isang empleyado ng Faculty of Physics ng Moscow State University at ang pakikipagtulungan ng LIGO.

Ang standard quantum limit (SQL) sa quantum mechanics ay isang limitasyong ipinapataw sa katumpakan ng tuluy-tuloy o maraming beses na paulit-ulit na pagsukat ng isang dami na inilalarawan ng isang operator na hindi nagko-commute sa sarili nito sa iba't ibang oras. Hinulaan noong 1967 ni V. B. Braginsky, at ang terminong Standard Quantum Limit (SQL) ay iminungkahi ni Thorne nang maglaon. Ang SQL ay malapit na nauugnay sa Heisenberg uncertainty relation.

Sa kabuuan, nagsalita si Valery Mitrofanov tungkol sa mga plano para sa karagdagang pananaliksik:

"Ang pagtuklas na ito ay ang simula ng isang bagong gravitational wave astronomy. Sa pamamagitan ng channel ng gravitational waves, inaasahan naming matuto pa tungkol sa Uniberso. Alam natin ang komposisyon ng 5% lamang ng bagay, ang natitira ay isang misteryo. Ang mga detektor ng gravitational ay magbibigay-daan sa iyo na makita ang kalangitan sa "mga alon ng gravitational". Sa hinaharap, inaasahan naming makita ang simula ng lahat, iyon ay, ang background ng cosmic microwave ng Big Bang, at maunawaan kung ano ang eksaktong nangyari noon."

Sa unang pagkakataon, ang mga gravitational wave ay iminungkahi ni Albert Einstein noong 1916, iyon ay, halos eksaktong 100 taon na ang nakalilipas. Ang equation para sa mga alon ay bunga ng mga equation ng teorya ng relativity at hindi hinango sa pinakasimpleng paraan.

Ang Canadian theoretical physicist na si Clifford Burgess ay naglathala dati ng isang liham na nagsasabi na ang obserbatoryo ay nakakita ng gravitational radiation na dulot ng pagsasama ng isang binary system ng mga black hole na may masa na 36 at 29 solar mass sa isang bagay na may mass na 62 solar masa. Ang banggaan at ang asymmetric gravitational collapse ay tumatagal ng isang bahagi ng isang segundo, at sa panahong ito, hanggang 50 porsiyento ng masa ng system ay napupunta sa gravitational radiation - ang mga ripples ng space-time.

Ang gravitational wave ay isang gravitational wave na nabuo sa karamihan ng mga teorya ng gravity sa pamamagitan ng paggalaw ng gravitational body na may variable acceleration. Sa pagtingin sa kamag-anak na kahinaan ng mga puwersa ng gravitational (kumpara sa iba), ang mga alon na ito ay dapat magkaroon ng napakaliit na magnitude, na mahirap irehistro. Ang kanilang pag-iral ay hinulaan ni Albert Einstein mga isang siglo na ang nakalilipas.