Iwagayway ang iyong kamay at ang mga gravitational wave ay tatakbo sa buong uniberso.
S. Popov, M. Prokhorov. Ghost Waves ng Uniberso

Sa astrophysics, isang kaganapan ang naganap na ilang dekada nang hinihintay. Pagkatapos ng kalahating siglo ng paghahanap, sa wakas ay natuklasan na ang mga gravitational wave, mga pagbabago sa space-time mismo, na hinulaan ni Einstein isang daang taon na ang nakalilipas. Noong Setyembre 14, 2015, natukoy ng na-update na LIGO observatory ang isang gravitational wave burst na nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng dalawang black hole na may masa na 29 at 36 solar mass sa isang malayong kalawakan sa layo na humigit-kumulang 1.3 bilyong light years. Ang gravitational-wave astronomy ay naging isang ganap na sangay ng pisika; nagbukas ito ng bagong paraan para maobserbahan natin ang uniberso at magpapahintulot sa atin na pag-aralan ang mga epekto ng malakas na gravity na dati ay hindi naa-access.

Gravitational waves

Ang mga teorya ng gravity ay maaaring makabuo ng iba't ibang. Lahat ng mga ito ay maglalarawan sa ating mundo nang pantay-pantay, hangga't nililimitahan natin ang ating sarili sa isang solong pagpapakita nito - ang batas ni Newton ng unibersal na grabitasyon. Ngunit may iba pa, mas banayad na mga epekto ng gravitational na nasubok sa eksperimento sa sukat ng solar system, at itinuturo nila ang isang partikular na teorya - pangkalahatang relativity (GR).

Ang pangkalahatang relativity ay hindi lamang isang hanay ng mga formula, ito ay isang pangunahing pananaw sa kakanyahan ng grabidad. Kung sa ordinaryong espasyo ng pisika ay nagsisilbi lamang bilang isang background, isang sisidlan para sa mga pisikal na phenomena, kung gayon sa pangkalahatang relativity ito mismo ay nagiging isang kababalaghan, isang dinamikong dami na nagbabago alinsunod sa mga batas ng pangkalahatang relativity. Ang mga pagbaluktot na ito ng space-time laban sa isang patag na background - o, sa wika ng geometry, mga distortion ng space-time metric - ang nararamdaman bilang gravity. Sa madaling salita, ang pangkalahatang relativity ay nagpapakita ng geometric na pinagmulan ng gravity.

Ang Pangkalahatang Relativity ay may pinakamahalagang hula: gravitational waves. Ang mga ito ay mga pagbaluktot ng espasyo-oras na nagagawang "makawala mula sa pinanggalingan" at, nagsusustento sa sarili, lumipad palayo. Ito ay gravity sa kanyang sarili, walang sinuman, sa sarili nito. Sa wakas ay bumalangkas si Albert Einstein ng pangkalahatang relativity noong 1915 at napagtanto halos kaagad na pinahintulutan ng kanyang mga equation ang pagkakaroon ng gayong mga alon.

Tulad ng anumang matapat na teorya, ang gayong malinaw na hula ng pangkalahatang relativity ay dapat na mapatunayan sa eksperimentong paraan. Ang anumang gumagalaw na katawan ay maaaring magpalabas ng mga gravitational wave: mga planeta, isang bato na itinapon paitaas, at isang alon ng isang kamay. Ang problema, gayunpaman, ay ang pakikipag-ugnayan ng gravitational ay napakahina na walang mga pang-eksperimentong setup ang nakakakita ng paglabas ng mga gravitational wave mula sa mga ordinaryong "emitters".

Upang "magmaneho" ng isang malakas na alon, kailangan mong i-distort ang space-time nang napakalakas. Ang perpektong opsyon ay dalawang itim na butas na umiikot sa bawat isa sa isang mahigpit na sayaw, sa layo ng pagkakasunud-sunod ng kanilang gravitational radius (Larawan 2). Ang pagbaluktot ng sukatan ay magiging napakalakas na ang isang kapansin-pansing bahagi ng enerhiya ng pares na ito ay ipapalabas sa mga gravitational wave. Mawawalan ng enerhiya, lalapit ang pares, pabilis ng pabilis ang pag-ikot, pabaluktot ang sukatan at bubuo ng mas malalakas na gravitational wave - hanggang, sa wakas, isang radikal na restructuring ng buong gravitational field ng pares na ito ay magaganap at dalawang black hole ang sumanib sa isa.

Ang nasabing pagsasanib ng mga itim na butas ay isang pagsabog ng napakalaking kapangyarihan, ngunit ang lahat lamang ng nagliliwanag na enerhiya na ito ay hindi napupunta sa liwanag, hindi sa mga particle, ngunit sa mga vibrations ng espasyo. Ang radiated na enerhiya ay bubuo ng isang kapansin-pansing bahagi ng paunang masa ng mga black hole, at ang radiation na ito ay tilamsik sa loob ng isang bahagi ng isang segundo. Ang mga katulad na pagbabagu-bago ay bubuo ng mga pagsasanib ng mga neutron na bituin. Ang isang bahagyang mahinang gravitational-wave na paglabas ng enerhiya ay kasama rin sa iba pang mga proseso, tulad ng pagbagsak ng isang supernova core.

Ang gravitational wave na sumabog mula sa pagsasama ng dalawang compact na bagay ay may napaka-spesipiko, well-computed na profile, na ipinapakita sa Fig. 3. Ang oscillation period ay ibinibigay ng orbital motion ng dalawang bagay sa paligid ng bawat isa. Ang mga gravitational wave ay nagdadala ng enerhiya; bilang kinahinatnan, ang mga bagay ay lumalapit sa isa't isa at umiikot nang mas mabilis - at ito ay makikita kapwa sa pagbilis ng mga oscillation at sa pagtaas ng amplitude. Sa ilang mga punto, nangyayari ang isang pagsasanib, ang huling malakas na alon ay ilalabas, at pagkatapos ay isang mataas na dalas na "pagkatapos ng singsing" ay sumusunod ( ringdown) ay ang jitter ng nabuong black hole, na "itinatapon" ang lahat ng di-spherical na pagbaluktot (ang yugtong ito ay hindi ipinapakita sa larawan). Ang pag-alam sa katangiang profile na ito ay nakakatulong sa mga physicist na hanapin ang mahinang signal mula sa naturang pagsasanib sa napakaingay na data ng detector.

Ang mga oscillation ng space-time metric - ang gravitational-wave echo ng isang napakalaking pagsabog - ay magkakalat sa buong Uniberso sa lahat ng direksyon mula sa pinagmulan. Ang kanilang amplitude ay bumababa sa distansya, katulad ng kung paano bumababa ang liwanag ng isang point source sa distansya mula dito. Kapag ang isang pagsabog mula sa isang malayong kalawakan ay tumama sa Earth, ang mga pagbabago sa sukatan ay nasa ayos na 10 −22 o mas mababa pa. Sa madaling salita, ang distansya sa pagitan ng mga pisikal na hindi nauugnay na bagay ay pana-panahong tataas at bababa ng ganoong kamag-anak na halaga.

Ang pagkakasunud-sunod ng magnitude ng numerong ito ay madaling makuha mula sa mga pagsasaalang-alang sa pag-scale (tingnan ang artikulo ni V. M. Lipunov). Sa oras ng pagsasama ng mga neutron star o black hole ng stellar mass, napakalaki ng distortion ng mga sukatan sa tabi mismo ng mga ito - sa pagkakasunud-sunod ng 0.1, kaya naman ito ay malakas na gravity. Ang ganitong matinding pagbaluktot ay nakakaapekto sa isang rehiyon ng pagkakasunud-sunod ng laki ng mga bagay na ito, iyon ay, ilang kilometro. Kapag lumalayo sa pinagmulan, ang amplitude ng oscillation ay bumabagsak sa kabaligtaran na proporsyonal sa distansya. Nangangahulugan ito na sa layong 100 Mpc = 3·10 21 km ang amplitude ng mga oscillations ay bababa ng 21 orders of magnitude at magiging mga 10 −22 .

Siyempre, kung ang pagsasanib ay nangyari sa ating tahanan na kalawakan, ang space-time na panginginig na umabot sa Earth ay magiging mas malakas. Ngunit ang gayong mga kaganapan ay nangyayari isang beses bawat ilang libong taon. Samakatuwid, dapat talagang umasa lamang ang isa sa naturang detector na makakadama ng pagsasama ng mga neutron star o black hole sa layo na sampu hanggang daan-daang megaparsec, na nangangahulugan na sasaklawin nito ang maraming libu-libo at milyon-milyong mga kalawakan.

Dito dapat idagdag na ang isang hindi direktang indikasyon ng pagkakaroon ng mga gravitational wave ay natuklasan na, at maging ang Nobel Prize sa Physics para sa 1993 ay iginawad para dito. Ang mga pangmatagalang obserbasyon ng pulsar sa binary system na PSR B1913+16 ay nagpakita na ang orbital period ay bumaba nang eksakto sa rate na hinulaang ng pangkalahatang relativity, na isinasaalang-alang ang pagkawala ng enerhiya sa gravitational radiation. Para sa kadahilanang ito, halos wala sa mga siyentipiko ang nagdududa sa katotohanan ng gravitational waves; ang tanging tanong ay kung paano sila mahuli.

Kasaysayan ng paghahanap

Ang paghahanap para sa mga gravitational wave ay nagsimula mga kalahating siglo na ang nakalilipas - at halos agad na naging isang sensasyon. Dinisenyo ni Joseph Weber mula sa Unibersidad ng Maryland ang unang resonant detector: isang solidong two-meter aluminum cylinder na may mga sensitibong piezo sensor sa mga gilid at magandang vibration isolation mula sa extraneous vibrations (Fig. 4). Sa pagpasa ng isang gravitational wave, ang silindro ay tatatak sa oras na may mga distortion ng space-time, na dapat na nakarehistro ng mga sensor. Nagtayo si Weber ng ilang mga naturang detector, at noong 1969, pagkatapos suriin ang kanilang mga pagbabasa sa isa sa mga sesyon, sinabi niya sa simpleng teksto na nairehistro niya ang "tunog ng mga gravitational wave" sa ilang mga detektor nang sabay-sabay, na may pagitan ng dalawang kilometro sa isa't isa ( J. Weber, 1969 Ebidensya para sa Pagtuklas ng Gravitational Radiation). Ang amplitude ng oscillation na kanyang inaangkin ay naging hindi kapani-paniwalang malaki, sa pagkakasunud-sunod ng 10 −16 , iyon ay, isang milyong beses na mas malaki kaysa sa karaniwang inaasahang halaga. Ang mensahe ni Weber ay sinalubong ng malaking pag-aalinlangan ng komunidad ng siyentipiko; bukod pa, ang ibang mga pang-eksperimentong grupo, na armado ng mga katulad na detektor, ay hindi makakahuli ng anumang ganoong signal sa hinaharap.

Gayunpaman, sinimulan ng mga pagsisikap ni Weber ang buong lugar ng pananaliksik na ito at sinimulan ang paghahanap para sa mga alon. Mula noong 1970s, salamat sa mga pagsisikap ni Vladimir Braginsky at ng kanyang mga kasamahan mula sa Moscow State University, ang USSR ay pumasok din sa karerang ito (tingnan ang kawalan ng mga signal ng gravitational wave). Ang isang kawili-wiling kwento tungkol sa mga panahong iyon ay nasa sanaysay Kung ang isang batang babae ay nahulog sa isang butas .... Ang Braginsky, sa pamamagitan ng paraan, ay isa sa mga klasiko ng buong teorya ng quantum optical measurements; una siyang nakaisip ng konsepto ng karaniwang limitasyon sa pagsukat ng quantum - isang pangunahing limitasyon sa mga optical na sukat - at ipinakita kung paano sila sa prinsipyo ay malalampasan. Ang Weber resonant circuit ay napabuti, at salamat sa malalim na paglamig ng pag-install, ang ingay ay nabawasan nang husto (tingnan ang listahan at kasaysayan ng mga proyektong ito). Gayunpaman, ang katumpakan ng naturang mga all-metal detector ay hindi pa rin sapat para sa maaasahang pagtuklas ng mga inaasahang kaganapan, at bukod pa, ang mga ito ay nakatutok upang tumunog lamang sa isang napakakitid na saklaw ng dalas sa paligid ng isang kilohertz.

Ang higit na maaasahan ay tila mga detektor na hindi gumagamit ng isang bagay na tumutunog, ngunit sinusubaybayan ang distansya sa pagitan ng dalawang hindi nauugnay, independyenteng nasuspinde na mga katawan, halimbawa, dalawang salamin. Dahil sa pagbabagu-bago ng espasyo na dulot ng gravitational wave, ang distansya sa pagitan ng mga salamin ay magiging mas kaunti pa o mas kaunti. Sa kasong ito, mas mahaba ang haba ng braso, mas malaki ang absolute displacement na dulot ng gravitational wave ng isang ibinigay na amplitude. Ang mga panginginig ng boses na ito ay mararamdaman ng isang laser beam na tumatakbo sa pagitan ng mga salamin. Ang ganitong pamamaraan ay may kakayahang makita ang mga oscillations sa isang malawak na saklaw ng dalas, mula 10 hertz hanggang 10 kilohertz, at ito mismo ang agwat kung saan ang pagsasama-sama ng mga pares ng neutron star o stellar-mass black hole ay magliliwanag.

Ang modernong pagpapatupad ng ideyang ito batay sa Michelson interferometer ay ang mga sumusunod (Larawan 5). Ang mga salamin ay sinuspinde sa dalawang mahaba, ilang kilometro ang haba, patayo sa bawat isa na mga silid ng vacuum. Sa pasukan sa pag-install, ang laser beam ay nahati, dumaan sa parehong mga silid, ay makikita mula sa mga salamin, bumalik at muling nagsasama sa isang translucent na salamin. Ang kadahilanan ng kalidad ng optical system ay napakataas, kaya ang laser beam ay hindi lamang pumasa pabalik-balik nang isang beses, ngunit nananatili sa optical resonator na ito sa loob ng mahabang panahon. Sa "kalma" na estado, ang mga haba ay pinili upang ang dalawang beam, pagkatapos ng recombination, ay patayin ang isa't isa sa direksyon ng sensor, at pagkatapos ay ang photodetector ay nasa kumpletong anino. Ngunit sa sandaling lumipat ang mga salamin sa isang mikroskopikong distansya sa ilalim ng pagkilos ng mga gravitational wave, ang kompensasyon ng dalawang beam ay nagiging hindi kumpleto at ang photodetector ay kumukuha ng liwanag. At kung mas malakas ang bias, mas maliwanag ang liwanag na makikita ng photosensor.

Ang mga salitang "microscopic displacement" ay hindi man lang lumalapit sa paghahatid ng buong subtlety ng epekto. Ang pag-aalis ng mga salamin sa pamamagitan ng wavelength ng liwanag, iyon ay, microns, ay madaling mapansin kahit na walang anumang mga trick. Ngunit sa haba ng balikat na 4 km, ito ay tumutugma sa mga space-time oscillations na may amplitude na 10 −10 . Hindi rin isang problema na mapansin ang pag-aalis ng mga salamin sa diameter ng isang atom - sapat na upang ilunsad ang isang laser beam na tatakbo nang pabalik-balik nang libu-libong beses at makuha ang nais na phase incursion. Ngunit kahit na ito ay nagbibigay ng lakas na 10 −14 . At kailangan nating bumaba sa displacement scale nang milyun-milyong beses pa, ibig sabihin, alamin kung paano irehistro ang mirror shift hindi kahit sa pamamagitan ng isang atom, ngunit sa pamamagitan ng ikasalibo ng isang atomic nucleus!

Sa daan patungo sa tunay na kamangha-manghang teknolohiyang ito, kinailangang malampasan ng mga pisiko ang maraming paghihirap. Ang ilan sa mga ito ay purong mekanikal: kailangan mong magsabit ng malalaking salamin sa isang suspensyon na nakabitin sa isa pang suspensyon, ang isa sa ikatlong suspensyon, at iba pa - at lahat upang maalis ang labis na panginginig ng boses hangga't maaari. Ang iba pang mga problema ay instrumental din, ngunit optical. Halimbawa, ang mas malakas na sinag na nagpapalipat-lipat sa optical system, mas mahina ang pag-aalis ng mga salamin ay maaaring makita ng photosensor. Ngunit ang isang sinag na masyadong malakas ay hindi pantay na magpapainit sa mga optical na elemento, na makakaapekto sa mga katangian ng sinag mismo. Ang epektong ito ay kailangang mabayaran kahit papaano, at para dito, isang buong programa ng pananaliksik ang inilunsad sa paksang ito noong 2000s (para sa isang kuwento tungkol sa pag-aaral na ito, tingnan ang balita Isang balakid sa daan patungo sa isang napakasensitibong gravitational wave detector ay nalampasan , "Mga Elemento", 06/27/2006). Sa wakas, mayroong mga pangunahing pisikal na limitasyon na nauugnay sa dami ng pag-uugali ng mga photon sa isang resonator at ang prinsipyo ng kawalan ng katiyakan. Nililimitahan nila ang sensitivity ng sensor sa isang value na tinatawag na standard quantum limit. Gayunpaman, natutunan na ng mga physicist kung paano malalampasan ito sa tulong ng isang tusong inihanda na quantum state ng laser light (J. Aasi et al., 2013. Pinahusay na sensitivity ng LIGO gravitational wave detector sa pamamagitan ng paggamit ng squeezed states of light).

Mayroong listahan ng mga bansa sa karera para sa gravitational waves; Ang Russia ay may sariling pag-install, sa obserbatoryo ng Baksan, at, sa pamamagitan ng paraan, ito ay inilarawan sa isang dokumentaryo na sikat na pelikula sa agham ni Dmitry Zavilgelsky "Naghihintay para sa mga Alon at Particle". Ang mga pinuno ng lahi na ito ay dalawang laboratoryo na ngayon - ang American project na LIGO at ang Italian Virgo detector. Kasama sa LIGO ang dalawang magkaparehong detector na matatagpuan sa Hanford (Washington) at Livingston (Louisiana) at pinaghiwalay sa isa't isa ng 3000 km. Ang pagkakaroon ng dalawang setup ay mahalaga sa dalawang dahilan. Una, ang isang signal ay ituturing na nakarehistro lamang kung ito ay nakikita ng parehong mga detector sa parehong oras. At pangalawa, sa pagkakaiba sa pagdating ng gravitational-wave burst sa dalawang installation - at maaari itong umabot ng 10 milliseconds - maaaring matukoy ng isa kung saang bahagi ng langit nanggaling ang signal na ito. Totoo, sa dalawang detektor ang error ay magiging napakalaki, ngunit kapag ang Virgo ay nagsimula, ang katumpakan ay tataas nang malaki.

Sa mahigpit na pagsasalita, ang ideya ng interferometric detection ng mga gravitational wave ay unang iminungkahi ng mga physicist ng Sobyet na sina M. E. Gertsenshtein at V. I. Pustovoit noong 1962. Pagkatapos ay naimbento lamang ang laser, at sinimulan ni Weber na lumikha ng kanyang mga resonant detector. Gayunpaman, ang artikulong ito ay hindi napansin sa Kanluran at, upang sabihin ang katotohanan, ay hindi nakakaimpluwensya sa pagbuo ng mga tunay na proyekto (tingnan ang makasaysayang pagsusuri Physics ng gravitational wave detection: resonant at interferometric detector).

Ang paglikha ng LIGO gravitational observatory ay ang inisyatiba ng tatlong siyentipiko mula sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) at mula sa California Institute of Technology (Caltech). Ito ay si Rainer Weiss, na nagpatupad ng ideya ng isang interferometric gravitational wave detector, si Ronald Drever, na nakamit ang katatagan ng laser light na sapat upang magparehistro, at si Kip Thorne, ang theorist-inspier ng proyekto, na kilala na ngayon sa pangkalahatang publiko. bilang isang siyentipikong consultant na pelikulang Interstellar. Ang maagang kasaysayan ng LIGO ay mababasa sa isang kamakailang panayam kay Rainer Weiss at sa mga memoir ni John Preskill.

Ang aktibidad na nauugnay sa proyekto ng interferometric detection ng mga gravitational wave ay nagsimula noong huling bahagi ng 1970s, at sa una ang katotohanan ng gawaing ito ay pinagdudahan din ng marami. Gayunpaman, pagkatapos magpakita ng ilang mga prototype, ang kasalukuyang proyekto ng LIGO ay isinulat at naaprubahan. Itinayo ito sa buong huling dekada ng ika-20 siglo.

Bagama't ang Estados Unidos ay nagbigay ng paunang lakas sa proyekto, ang LIGO observatory ay isang tunay na internasyonal na proyekto. 15 bansa ang namuhunan dito, pinansyal at intelektwal, at mahigit isang libong tao ang miyembro ng pakikipagtulungan. Ang isang mahalagang papel sa pagpapatupad ng proyekto ay nilalaro ng mga physicist ng Sobyet at Ruso. Sa simula pa lang, ang nabanggit na grupo ni Vladimir Braginsky mula sa Moscow State University ay aktibong bahagi sa pagpapatupad ng proyekto ng LIGO, at kalaunan ang Institute of Applied Physics mula sa Nizhny Novgorod ay sumali din sa pakikipagtulungan.

Ang obserbatoryo ng LIGO ay nagsimulang gumana noong 2002 at hanggang 2010 ay nagho-host ito ng anim na sesyon ng pagmamasid sa siyensya. Walang gravitational wave burst ang mapagkakatiwalaang natukoy, at ang mga physicist ay nakapagtatag lamang ng mga pinakamataas na limitasyon sa dalas ng mga naturang kaganapan. Ito, gayunpaman, ay hindi masyadong nagulat sa kanila: ang mga pagtatantya ay nagpakita na sa bahaging iyon ng Uniberso na "pinakinggan" ng detector sa oras na iyon, ang posibilidad ng isang sapat na malakas na sakuna ay maliit: humigit-kumulang isang beses bawat ilang dekada.

linya ng pagtatapos

Mula 2010 hanggang 2015, ang mga pakikipagtulungan ng LIGO at Virgo ay radikal na na-moderno ang kagamitan (ang Virgo, gayunpaman, ay nasa paghahanda pa rin). At ngayon ang pinakahihintay na layunin ay nasa direktang linya ng paningin. LIGO - o sa halip, aLIGO ( Advanced na LIGO) - ay handa na ngayong mahuli ang mga pagsabog na nabuo ng mga neutron star sa layong 60 megaparsec, at mga black hole - daan-daang megaparsec. Ang volume ng Universe na bukas para sa gravitational-wave na pakikinig ay lumago ng sampung beses kumpara sa mga nakaraang session.

Siyempre, imposibleng mahulaan kung kailan at saan magaganap ang susunod na gravitational-wave "bang". Ngunit ang sensitivity ng mga na-update na detector ay naging posible na umasa sa ilang neutron star merger bawat taon, upang ang unang pagsabog ay maasahan na sa unang apat na buwang sesyon ng pagmamasid. Kung pag-uusapan natin ang buong proyekto ng aLIGO na tumatagal ng ilang taon, kung gayon ang hatol ay napakalinaw: alinman sa mga pagsabog ay babagsak nang isa-isa, o isang bagay sa pangkalahatang relativity ay hindi gumagana sa prinsipyo. Parehong magiging mahusay na pagtuklas.

Mula Setyembre 18, 2015 hanggang Enero 12, 2016, naganap ang unang sesyon ng obserbasyon ng aLIGO. Sa lahat ng oras na ito, ang mga alingawngaw tungkol sa pagpaparehistro ng mga gravitational wave ay kumakalat sa Internet, ngunit ang pakikipagtulungan ay nanatiling tahimik: "kami ay nangongolekta at nagsusuri ng data at hindi pa handa na iulat ang mga resulta." Ang isang karagdagang intriga ay nilikha sa pamamagitan ng katotohanan na sa proseso ng pagsusuri, ang mga miyembro ng pakikipagtulungan mismo ay hindi maaaring ganap na sigurado na nakikita nila ang isang tunay na gravitational wave surge. Ang katotohanan ay sa LIGO ang isang pagsabog na nabuo sa isang computer ay paminsan-minsan ay artipisyal na ipinakilala sa stream ng totoong data. Tinatawag itong "blind injection", blind injection, at mula sa buong grupo, tatlong tao lamang (!) Ang may access sa isang system na gumaganap nito sa isang arbitrary na sandali sa oras. Dapat subaybayan ng koponan ang pag-akyat na ito, responsableng pag-aralan ito, at sa mga huling yugto lamang ng pagsusuri "nagbubukas ang mga card" at malalaman ng mga miyembro ng pakikipagtulungan kung ito ay isang tunay na kaganapan o isang pagsubok ng pagbabantay. Sa pamamagitan ng paraan, sa isang ganoong kaso noong 2010, dumating pa ito sa pagsulat ng isang artikulo, ngunit ang natuklasang signal pagkatapos ay naging "bulag na palaman".

Lyrical digression

Upang muling madama ang kataimtiman ng sandali, ipinapanukala kong tingnan ang kuwentong ito mula sa kabilang panig, mula sa loob ng agham. Kapag ang isang kumplikado, hindi malulutas na gawaing pang-agham ay hindi nagpapahiram ng sarili sa ilang taon, ito ay isang normal na sandali ng pagtatrabaho. Kapag hindi ito sumuko sa loob ng higit sa isang henerasyon, ito ay nakikita sa ibang paraan.

Bilang isang batang mag-aaral, nagbabasa ka ng mga sikat na libro sa agham at natutunan mo ang tungkol sa mahirap na lutasin, ngunit napaka-kawili-wiling pang-agham na bugtong. Bilang isang mag-aaral, nag-aaral ka ng pisika, gumagawa ng mga presentasyon, at kung minsan, naaangkop man o hindi, ang mga tao sa paligid mo ay nagpapaalala sa iyo ng pagkakaroon nito. Pagkatapos ikaw mismo ay gumagawa ng agham, nagtatrabaho sa ibang lugar ng pisika, ngunit regular mong naririnig ang tungkol sa mga hindi matagumpay na pagtatangka upang malutas ito. Siyempre, naiintindihan mo na sa isang lugar ang aktibong gawain ay ginagawa upang malutas ito, ngunit ang huling resulta para sa iyo bilang isang tagalabas ay nananatiling hindi nagbabago. Ang problema ay nakikita bilang isang static na background, bilang isang dekorasyon, bilang isang elemento ng pisika na walang hanggan at halos hindi nagbabago sa sukat ng iyong buhay pang-agham. Bilang isang gawain na noon pa man at palaging magiging.

At pagkatapos - ito ay nalutas. At biglang, sa laki ng ilang araw, naramdaman mo na ang pisikal na larawan ng mundo ay nagbago at ngayon ay kailangan itong buuin sa ibang mga termino at magtanong ng iba pang mga katanungan.

Para sa mga taong direktang nagtatrabaho sa paghahanap para sa mga gravitational wave, ang gawaing ito, siyempre, ay hindi nanatiling hindi nagbabago. Nakikita nila ang layunin, alam nila kung ano ang kailangang makamit. Siyempre, umaasa sila na sasalubungin din sila ng kalikasan sa kalagitnaan at maghagis ng malakas na pagsabog sa ilang kalapit na kalawakan, ngunit sa parehong oras naiintindihan nila na kahit na ang kalikasan ay hindi paborable, hindi na ito maaaring magtago mula sa mga siyentipiko. Ang tanging tanong ay kung kailan eksaktong makakamit nila ang kanilang mga teknikal na layunin. Ang isang kuwento tungkol sa pakiramdam na ito mula sa isang taong naghahanap ng mga gravitational wave sa loob ng ilang dekada ay maririnig sa pelikulang nabanggit na. "Naghihintay para sa mga Alon at Particle".

pagbubukas

Sa fig. Ipinapakita ng 7 ang pangunahing resulta: ang profile ng signal na naitala ng parehong mga detektor. Ito ay makikita na laban sa background ng ingay, sa una, ang oscillation ng nais na hugis ay lilitaw nang mahina, at pagkatapos ay tumataas sa amplitude at dalas. Ang paghahambing sa mga resulta ng mga numerical simulation ay naging posible upang malaman kung aling mga bagay ang aming naobserbahang pinagsasama: ito ay mga itim na butas na may masa na humigit-kumulang 36 at 29 na masa ng solar, na pinagsama sa isang itim na butas na may mass na 62 na masa ng solar (ang error sa lahat ng mga numerong ito, na tumutugma sa isang 90 porsyento na agwat ng kumpiyansa, ay 4 na masa ng solar). Sinabi ng mga may-akda sa pagpasa na ang nagresultang black hole ay ang pinakamabigat na stellar-mass black hole na naobserbahan. Ang pagkakaiba sa pagitan ng kabuuang masa ng dalawang orihinal na bagay at ang panghuling black hole ay 3±0.5 solar masa. Ang depektong ito ng gravitational mass ay ganap na nabago sa enerhiya ng mga radiated gravitational wave sa humigit-kumulang 20 millisecond. Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang peak gravitational wave power ay umabot sa 3.6·10 56 erg/s, o, sa mga tuntunin ng masa, humigit-kumulang 200 solar masa bawat segundo.

Ang istatistikal na kahalagahan ng nakitang signal ay 5.1σ. Sa madaling salita, kung ipagpalagay natin na ang mga istatistikal na pagbabagu-bagong ito ay nag-overlap sa isa't isa at nagdulot ng ganoong pag-akyat na nagkataon lamang, ang naturang kaganapan ay kailangang maghintay ng 200 libong taon. Nagbibigay-daan ito sa amin na sabihin nang may kumpiyansa na ang nakitang signal ay hindi isang pagbabago-bago.

Ang pagkaantala ng oras sa pagitan ng dalawang detector ay humigit-kumulang 7 millisecond. Ginawa nitong posible na tantyahin ang direksyon ng pagdating ng signal (Larawan 9). Dahil mayroon lamang dalawang detektor, ang lokalisasyon ay naging napaka-approximate: ang lugar ng celestial sphere na angkop sa mga tuntunin ng mga parameter ay 600 square degrees.

Ang pakikipagtulungan ng LIGO ay hindi nililimitahan ang sarili sa pagsasabi lamang ng katotohanan ng pagpaparehistro ng mga gravitational wave, ngunit isinagawa din ang unang pagsusuri kung ano ang implikasyon ng obserbasyon na ito para sa astrophysics. Sa artikulong Astrophysical implications ng binary black hole merger GW150914 na inilathala sa parehong araw sa journal Ang Astrophysical Journal Letters, tinantiya ng mga may-akda ang dalas kung saan nagaganap ang naturang black hole mergers. Ito ay lumabas ng hindi bababa sa isang pagsama-sama sa isang kubiko gigaparsec bawat taon, na nakikipag-ugnay sa mga hula ng mga pinaka-optimistikong modelo sa bagay na ito.

Tungkol saan ang gravitational waves?

Ang pagtuklas ng isang bagong kababalaghan pagkatapos ng mga dekada ng paghahanap ay hindi ang katapusan, ngunit ang simula lamang ng isang bagong sangay ng pisika. Siyempre, ang pagpaparehistro ng mga gravitational wave mula sa pagsasama ng itim na dalawa ay mahalaga sa sarili nito. Ito ay isang direktang patunay ng pagkakaroon ng mga black hole, at ang pagkakaroon ng binary black hole, at ang katotohanan ng gravitational waves, at, sa pangkalahatan, patunay ng kawastuhan ng geometric na diskarte sa gravity, kung saan nakabatay ang pangkalahatang relativity. . Ngunit para sa mga physicist, hindi gaanong mahalaga na ang gravitational-wave astronomy ay nagiging isang bagong tool sa pananaliksik, na ginagawang posible na pag-aralan kung ano ang dating hindi naa-access.

Una, ito ay isang bagong paraan upang tingnan ang Uniberso at pag-aralan ang mga cosmic cataclysms. Walang mga hadlang para sa mga alon ng gravitational; dumadaan sila sa lahat ng bagay sa Uniberso nang walang anumang mga problema. Sila ay sapat sa sarili: ang kanilang profile ay nagdadala ng impormasyon tungkol sa prosesong nagbuo sa kanila. Sa wakas, kung ang isang napakalaking pagsabog ay nagdulot ng parehong optical, neutrino, at gravitational burst, maaari mong subukang hulihin ang lahat ng ito, ihambing ang mga ito sa isa't isa, at ayusin ang mga dating hindi naa-access na mga detalye ng nangyari doon. Ang mahuli at maihambing ang mga ganoong iba't ibang signal mula sa isang kaganapan ay ang pangunahing layunin ng all-signal astronomy.

Kapag naging mas sensitibo ang mga detektor ng gravitational wave, matutukoy nila ang jitter ng space-time hindi sa mismong sandali ng pagsasama, ngunit ilang segundo bago ito. Awtomatiko nilang ipapadala ang kanilang signal ng babala sa pangkalahatang network ng mga istasyon ng pagmamasid, at ang mga astrophysical satellite-telescope, na nakalkula ang mga coordinate ng iminungkahing pagsasama, ay magkakaroon ng oras upang lumiko sa tamang direksyon sa mga segundong ito at simulan ang pagbaril sa kalangitan bago magsimula. ng optical burst.

Pangalawa, ang pagsabog ng gravitational wave ay magbibigay-daan sa iyo na matuto ng mga bagong bagay tungkol sa mga neutron star,. Ang neutron star merger ay, sa katunayan, ang pinakabago at pinaka-matinding eksperimento sa neutron star na maaaring ibigay ng kalikasan para sa atin, at tayo bilang mga manonood ay kailangan lamang na obserbahan ang mga resulta. Ang mga obserbasyonal na kahihinatnan ng naturang pagsasanib ay maaaring iba-iba (Larawan 10), at sa pamamagitan ng pagkolekta ng kanilang mga istatistika, mas mauunawaan natin ang pag-uugali ng mga neutron na bituin sa mga kakaibang kondisyon. Ang isang pangkalahatang-ideya ng kasalukuyang kalagayan sa direksyong ito ay makikita sa kamakailang publikasyon ni S. Rosswog, 2015. Multi-messenger na larawan ng mga compact binary merger .

Pangatlo, ang pagpaparehistro ng isang pagsabog na nagmula sa isang supernova at ang paghahambing nito sa mga optical na obserbasyon ay sa wakas ay magiging posible upang ayusin ang mga detalye ng kung ano ang nangyayari sa loob, sa pinakadulo simula ng pagbagsak. Ngayon ang mga physicist ay nahihirapan pa rin sa numerical simulation ng prosesong ito.

Pang-apat, ang mga physicist na kasangkot sa teorya ng gravity ay may hinahangad na "laboratoryo" para sa pag-aaral ng mga epekto ng malakas na grabidad. Sa ngayon, ang lahat ng mga epekto ng pangkalahatang relativity na direkta nating naobserbahan ay nauugnay sa gravity sa mahihinang larangan. Tungkol sa kung ano ang nangyayari sa mga kondisyon ng malakas na gravity, kapag ang mga distortion ng space-time ay nagsimulang malakas na nakikipag-ugnayan sa kanilang mga sarili, maaari lamang nating hulaan sa pamamagitan ng hindi direktang mga pagpapakita, sa pamamagitan ng optical echo ng mga cosmic na sakuna.

Ikalima, may bagong pagkakataon na subukan ang mga kakaibang teorya ng gravity. Mayroon nang maraming mga teorya sa modernong pisika, tingnan, halimbawa, ang kabanata na nakatuon sa kanila mula sa sikat na libro ni A. N. Petrov "Gravity". Ang ilan sa mga teoryang ito ay kahawig ng ordinaryong pangkalahatang relativity sa limitasyon ng mga mahihinang field, ngunit maaaring mag-iba nang malaki mula dito kapag ang gravity ay naging napakalakas. Ipinapalagay ng iba ang pagkakaroon ng bagong uri ng polariseysyon para sa mga gravitational wave at hinuhulaan ang bilis na bahagyang naiiba sa bilis ng liwanag. Sa wakas, may mga teorya na kinabibilangan ng mga karagdagang spatial na sukat. Ang masasabi tungkol sa mga ito batay sa mga gravitational wave ay isang bukas na tanong, ngunit malinaw na ang ilang impormasyon ay maaaring makinabang mula dito. Inirerekomenda din namin ang pagbabasa ng opinyon ng mga astrophysicist mismo tungkol sa kung ano ang magbabago sa pagtuklas ng mga gravitational wave, sa pagpili sa Postnauka.

Mga plano sa hinaharap

Ang mga prospect para sa gravitational wave astronomy ay ang pinaka nakapagpapatibay. Tanging ang una, pinakamaikling sesyon ng pagmamasid ng aLIGO detector ay natapos na - at isang malinaw na signal ang nakuha na sa maikling panahon na ito. Mas tumpak na sabihin ito: ang unang signal ay nakuha bago pa man ang opisyal na paglulunsad, at ang pakikipagtulungan ay hindi pa naiulat sa lahat ng apat na buwan ng trabaho. Sino ang nakakaalam, marahil mayroon nang ilang karagdagang pagsabog? Sa isang paraan o iba pa, ngunit higit pa, habang ang sensitivity ng mga detector ay tumataas at ang bahagi ng Uniberso na naa-access para sa mga obserbasyon ng gravitational-wave ay lumalawak, ang bilang ng mga nakarehistrong kaganapan ay lalago tulad ng isang avalanche.

Ang inaasahang iskedyul ng LIGO-Virgo network session ay ipinapakita sa fig. 11. Ang pangalawa, anim na buwan, na sesyon ay magsisimula sa katapusan ng taong ito, ang ikatlong sesyon ay aabot ng halos buong 2018, at sa bawat yugto ay tataas ang sensitivity ng detector. Sa bandang 2020, dapat maabot ng aLIGO ang nakaplanong sensitivity nito, na magbibigay-daan sa detector na suriin ang Universe para sa mga neutron star merger na hanggang 200 Mpc ang layo mula sa amin. Para sa mas energetic na black hole merger na mga kaganapan, ang sensitivity ay maaaring umabot ng halos isang gigaparsec. Sa isang paraan o iba pa, ang dami ng Uniberso na magagamit para sa pagmamasid ay tataas ng sampung beses na higit pa kumpara sa unang sesyon.

Sa pagtatapos ng taong ito, ang na-update na laboratoryo ng Italya na Virgo ay papasok din sa laro. Mayroon itong bahagyang mas kaunting sensitivity kaysa sa LIGO, ngunit medyo disente din ito. Dahil sa paraan ng triangulation, ang isang trio ng mga detector na magkakahiwalay sa espasyo ay magiging posible upang mas mahusay na maibalik ang posisyon ng mga mapagkukunan sa celestial sphere. Kung ngayon, na may dalawang detector, ang localization area ay umabot sa daan-daang square degrees, pagkatapos ay tatlong detektor ang magbabawas nito sa sampu. Bilang karagdagan, ang isang katulad na KAGRA gravitational wave antenna ay kasalukuyang ginagawa sa Japan, na magsisimula sa operasyon sa loob ng dalawa hanggang tatlong taon, at sa India, sa paligid ng 2022, ito ay binalak na ilunsad ang LIGO-India detector. Bilang resulta, ang isang buong network ng mga detektor ng gravitational-wave ay gagana at regular na magtatala ng mga signal sa loob ng ilang taon (Larawan 13).

Sa wakas, may mga plano na dalhin ang mga instrumento ng gravitational wave sa kalawakan, lalo na ang proyektong eLISA. Dalawang buwan na ang nakalilipas, ang unang pagsubok na satellite ay inilunsad sa orbit, na ang gawain ay upang subukan ang mga teknolohiya. Malayo pa ito sa tunay na pagtuklas ng gravitational waves. Ngunit habang nagsisimulang mangolekta ng data ang konstelasyon na ito ng mga satellite, magbubukas ito ng isa pang window sa uniberso - sa pamamagitan ng mga low-frequency na gravitational wave. Ang ganitong all-wave approach sa gravitational waves ang pangunahing layunin ng larangang ito sa mahabang panahon.

Mga parallel

Ang pagtuklas ng mga gravitational wave ay naging pangatlong kaso sa mga nagdaang taon nang sa wakas ay nalampasan ng mga physicist ang lahat ng mga hadlang at nakarating sa dati nang hindi kilalang mga intricacies ng istraktura ng ating mundo. Noong 2012, natuklasan ang Higgs boson - isang particle na hinulaang halos kalahating siglo na ang nakalipas. Noong 2013, pinatunayan ng IceCube neutrino detector ang realidad ng mga astrophysical neutrino at nagsimulang "tumingin sa uniberso" sa isang ganap na bago, dating hindi naa-access na paraan - sa pamamagitan ng high-energy neutrino. At ngayon ang kalikasan ay sumuko na muli sa tao: isang gravitational-wave na "window" ang nagbukas para sa pagmamasid sa uniberso at, sa parehong oras, ang mga epekto ng malakas na gravity ay naging available para sa direktang pag-aaral.

Dapat kong sabihin, wala kahit saan ay mayroong anumang "freebie" mula sa kalikasan. Ang paghahanap ay isinagawa sa napakatagal na panahon, ngunit hindi ito sumuko dahil noon, mga dekada na ang nakalipas, ang kagamitan ay hindi umabot sa resulta sa mga tuntunin ng enerhiya, sukat, o sensitivity. Ito ay ang matatag, may layunin na pag-unlad ng teknolohiya na humantong sa layunin, isang pag-unlad na hindi napigilan ng alinman sa mga teknikal na paghihirap o mga negatibong resulta ng mga nakaraang taon.

At sa lahat ng tatlong mga kaso, ang pagtuklas mismo ay hindi ang wakas, ngunit, sa kabaligtaran, ang simula ng isang bagong direksyon ng pananaliksik, ay naging isang bagong tool para sa pagsusuri sa ating mundo. Ang mga katangian ng Higgs boson ay naging masusukat - at sa mga datos na ito, sinusubukan ng mga physicist na makita ang mga epekto ng New Physics. Salamat sa tumaas na istatistika ng mga high-energy neutrino, ang neutrino astrophysics ay nagsasagawa ng mga unang hakbang nito. Hindi bababa sa pareho ang inaasahan ngayon mula sa gravitational-wave astronomy, at mayroong lahat ng dahilan para sa optimismo.

Mga pinagmumulan:
1) LIGO Scientific Col. at Virgo Coll. Pagmamasid ng Gravitational Waves mula sa Binary Black Hole Merger // Phys. Sinabi ni Rev. Sinabi ni Lett. Na-publish noong 11 Pebrero 2016.
2) Detection Papers - isang listahan ng mga teknikal na papel na kasama ng pangunahing papel ng pagtuklas.
3) E. Berti. Pananaw: Ang Mga Unang Tunog ng Pinagsasamang Black Hole // Physics. 2016. V. 9. N. 17.

Mga materyales sa pagsusuri:
1) David Blair et al. Gravitational wave astronomy: ang kasalukuyang katayuan // arXiv:1602.02872 .
2) Benjamin P. Abbott at LIGO Scientific Collaboration at Virgo Collaboration. Mga Prospect para sa Pagmamasid at Pag-localize ng Gravitational-Wave Transient na may Advanced na LIGO at Advanced Virgo // Buhay na Rev. Relativity. 2016. V. 19. N. 1.
3) O. D. Aguiar. Ang Nakaraan, Kasalukuyan at Hinaharap ng Resonant-Mass Gravitational Wave Detector // Res. Astron. Astrophys. 2011. V. 11. N. 1.
4) Ang paghahanap para sa gravitational waves - isang seleksyon ng mga materyales sa website ng journal Agham sa paghahanap ng mga gravitational wave.
5) Matthew Pitkin, Stuart Reid, Sheila Rowan, Jim Hough. Gravitational Wave Detection sa pamamagitan ng Interferometry (Ground and Space) // arXiv:1102.3355 .
6) V. B. Braginsky. Gravitational-wave astronomy: mga bagong paraan ng pagsukat // UFN. 2000, tomo 170, pp. 743–752.
7) Peter R. Saulson.

Ibinahagi ni Valentin Nikolaevich Rudenko ang kuwento ng kanyang pagbisita sa lungsod ng Kashina (Italy), kung saan gumugol siya ng isang linggo sa bagong gawang "gravitational antenna" - ang optical interferometer ni Michelson. Sa daan patungo sa destinasyon, ang driver ng taxi ay interesado sa kung para saan itinayo ang pag-install. “Iniisip ng mga tao rito na para ito sa pakikipag-usap sa Diyos,” ang pag-amin ng tsuper.

– Ano ang gravitational waves?

– Ang gravitational wave ay isa sa mga "carriers of astrophysical information". May mga nakikitang channel ng astrophysical information, isang espesyal na papel sa "malayong paningin" ay kabilang sa mga teleskopyo. Kabisado rin ng mga astronomo ang mga low-frequency na channel - microwave at infrared, at high-frequency - X-ray at gamma. Bilang karagdagan sa electromagnetic radiation, maaari tayong magrehistro ng mga daloy ng particle mula sa Cosmos. Upang gawin ito, ginagamit ang mga teleskopyo ng neutrino - mga malalaking detektor ng mga cosmic neutrino - mga particle na mahinang nakikipag-ugnayan sa bagay at samakatuwid ay mahirap irehistro. Halos lahat ng theoretically predicted at laboratory-studied na mga uri ng "carriers of astrophysical information" ay mapagkakatiwalaang pinagkadalubhasaan sa pagsasanay. Ang pagbubukod ay ang grabitasyon - ang pinakamahina na pakikipag-ugnayan sa microcosm at ang pinakamakapangyarihang puwersa sa macrocosm.

Ang gravity ay geometry. Ang mga gravitational wave ay mga geometric wave, iyon ay, mga alon na nagbabago sa mga geometric na katangian ng espasyo habang naglalakbay sila sa espasyong iyon. Sa halos pagsasalita, ito ay mga alon na nagpapabago sa espasyo. Ang pagpapapangit ay ang kamag-anak na pagbabago sa distansya sa pagitan ng dalawang punto. Ang gravitational radiation ay naiiba sa lahat ng iba pang uri ng radiation dahil sila ay geometric.

Hinulaan ba ni Einstein ang mga gravitational wave?

- Pormal, pinaniniwalaan na ang mga gravitational wave ay hinulaan ni Einstein bilang isa sa mga kahihinatnan ng kanyang pangkalahatang teorya ng relativity, ngunit sa katunayan ang kanilang pag-iral ay nagiging halata na sa espesyal na teorya ng relativity.

Ang teorya ng relativity ay nagmumungkahi na dahil sa gravitational attraction, ang gravitational collapse ay posible, iyon ay, ang pag-urong ng isang bagay bilang resulta ng pagbagsak, sa halos pagsasalita, sa isang punto. Kung gayon ang gravity ay napakalakas na ang liwanag ay hindi makatakas mula rito, kaya ang gayong bagay ay matalinghagang tinatawag na black hole.

- Ano ang kakaiba ng pakikipag-ugnayan ng gravitational?

Ang isang tampok ng gravitational interaction ay ang prinsipyo ng equivalence. Ayon sa kanya, ang dynamic na tugon ng isang test body sa isang gravitational field ay hindi nakadepende sa masa ng katawan na ito. Sa madaling salita, ang lahat ng katawan ay nahuhulog na may parehong acceleration.

Ang gravitational force ay ang pinakamahina na alam natin ngayon.

- Sino ang unang sumubok na makahuli ng gravitational wave?

– Ang eksperimento ng gravitational wave ay unang isinagawa ni Joseph Weber mula sa University of Maryland (USA). Nilikha niya ang gravitational detector, na ngayon ay itinatago sa Smithsonian Museum sa Washington. Noong 1968-1972, gumawa si Joe Weber ng isang serye ng mga obserbasyon na may isang pares ng mga detektor na magkakahiwalay sa isang pagtatangka na ihiwalay ang mga pagkakataon ng "mga pagkakataon." Ang pagtanggap ng mga pagkakataon ay hiniram mula sa nuclear physics. Ang mababang istatistikal na kahalagahan ng gravitational signal na natanggap ni Weber ay nagdulot ng kritikal na saloobin sa mga resulta ng eksperimento: walang katiyakan na ang mga gravitational wave ay maaaring matukoy. Sa hinaharap, sinubukan ng mga siyentipiko na pataasin ang sensitivity ng mga Weber-type detector. Tumagal ng 45 taon upang bumuo ng isang detektor na ang pagiging sensitibo ay sapat sa hula ng astrophysical.

Sa simula ng eksperimento bago ang pag-aayos, maraming iba pang mga eksperimento ang naganap, ang mga impulses ay naitala sa panahong ito, ngunit mayroon silang masyadong maliit na intensity.

- Bakit hindi agad inihayag ang pag-aayos ng signal?

– Ang mga gravitational wave ay naitala noong Setyembre 2015. Ngunit kahit na nagkataon man ay naitala, kailangang patunayan bago ideklara na hindi ito sinasadya. Sa signal na kinuha mula sa anumang antenna, palaging may mga ingay na pagsabog (mga panandaliang pagsabog), at ang isa sa mga ito ay maaaring aksidenteng mangyari nang sabay-sabay sa isang pagsabog ng ingay sa isa pang antena. Posibleng patunayan na ang pagkakataon ay hindi nangyari sa pamamagitan ng pagkakataon lamang sa tulong ng mga istatistikal na pagtatantya.

– Bakit napakahalaga ng mga pagtuklas sa larangan ng gravitational waves?

- Ang kakayahang irehistro ang relict gravitational background at sukatin ang mga katangian nito, tulad ng density, temperatura, atbp., ay nagpapahintulot sa amin na lapitan ang simula ng uniberso.

Ang kaakit-akit na bagay ay ang gravitational radiation ay mahirap matukoy dahil napakahina itong nakikipag-ugnayan sa bagay. Ngunit, salamat sa parehong ari-arian, ito ay pumasa nang walang pagsipsip mula sa pinakamalayong mga bagay mula sa amin na may pinaka-mahiwaga, mula sa punto ng view ng bagay, mga katangian.

Masasabi nating ang gravitational radiation ay pumasa nang walang pagbaluktot. Ang pinaka-ambisyoso na layunin ay upang siyasatin ang gravitational radiation na nahiwalay sa pangunahing bagay sa Big Bang Theory, na nilikha sa sandali ng paglikha ng Uniberso.

– Ang pagtuklas ba ng gravitational waves ay nag-aalis ng quantum theory?

Ipinapalagay ng teorya ng gravity ang pagkakaroon ng gravitational collapse, iyon ay, ang pag-urong ng malalaking bagay sa isang punto. Kasabay nito, ang teorya ng quantum na binuo ng Copenhagen School ay nagmumungkahi na, salamat sa prinsipyo ng kawalan ng katiyakan, imposibleng tukuyin ang eksaktong mga parameter tulad ng posisyon, bilis at momentum ng isang katawan sa parehong oras. Mayroong isang prinsipyo ng kawalan ng katiyakan dito, imposibleng matukoy nang eksakto ang tilapon, dahil ang tilapon ay parehong coordinate at isang bilis, atbp. Posible upang matukoy lamang ang isang tiyak na kondisyon na koridor ng kumpiyansa sa loob ng error na ito, na nauugnay sa mga prinsipyo ng kawalan ng katiyakan. Ang teorya ng quantum ay tiyak na tinatanggihan ang posibilidad ng mga puntong bagay, ngunit inilalarawan ang mga ito sa isang istatistikal na probabilistikong paraan: hindi ito partikular na nagpapahiwatig ng mga coordinate, ngunit nagpapahiwatig ng posibilidad na mayroon itong ilang mga coordinate.

Ang tanong ng pagkakaisa ng quantum theory at theory of gravity ay isa sa mga pundamental na tanong ng paglikha ng pinag-isang field theory.

Patuloy nilang ginagawa ito ngayon, at ang mga salitang "quantum gravity" ay nangangahulugang isang ganap na advanced na lugar ng agham, ang hangganan ng kaalaman at kamangmangan, kung saan ang lahat ng mga teorista ng mundo ay nagtatrabaho ngayon.

– Ano ang maibibigay ng pagtuklas sa hinaharap?

Ang mga gravitational wave ay dapat na hindi maiiwasang bumuo ng pundasyon ng modernong agham bilang isa sa mga bahagi ng ating kaalaman. Sila ay itinalaga ng isang makabuluhang papel sa ebolusyon ng Uniberso at sa tulong ng mga alon na ito ay dapat pag-aralan ang Uniberso. Ang pagtuklas ay nakakatulong sa pangkalahatang pag-unlad ng agham at kultura.

Kung magpasya kang lumampas sa saklaw ng agham ngayon, pinahihintulutan na isipin ang mga linya ng komunikasyon sa gravitational ng telekomunikasyon, jet apparatus sa gravitational radiation, gravitational-wave introscopy device.

- May kaugnayan ba ang mga gravitational wave sa extrasensory perception at telepathy?

Wala. Ang inilarawan na mga epekto ay ang mga epekto ng quantum world, ang mga epekto ng optika.

Kinapanayam ni Anna Utkina

"Kamakailan, ang isang serye ng mga pangmatagalang eksperimento upang direktang obserbahan ang mga gravitational wave ay nagdulot ng malakas na interes sa siyensya," isinulat ng theoretical physicist na si Michio Kaku sa kanyang 2004 na aklat na Einstein's Cosmos. - Ang proyekto ng LIGO (Laser Interferometer for Observing Gravitational Waves) ay maaaring ang unang "makakita" ng mga gravitational wave, malamang mula sa banggaan ng dalawang black hole sa malalim na kalawakan. Ang LIGO ay pangarap ng isang physicist na natupad, ang unang pasilidad na may sapat na kapangyarihan upang sukatin ang mga gravitational wave."

Nagkatotoo ang hula ni Kaku: noong Huwebes, isang grupo ng mga internasyonal na siyentipiko mula sa LIGO observatory ang nag-anunsyo ng pagtuklas ng gravitational waves.

Ang mga gravitational wave ay mga pagbabago sa space-time na "tumakas" mula sa mga malalaking bagay (tulad ng mga black hole) na gumagalaw nang may pagbilis. Sa madaling salita, ang mga gravitational wave ay isang propagating perturbation ng space-time, isang running deformation ng absolute emptiness.

Ang black hole ay isang rehiyon sa space-time na ang gravitational attraction ay napakalakas na kahit na ang mga bagay na gumagalaw sa bilis ng liwanag (kabilang ang liwanag mismo) ay hindi makaalis dito. Ang hangganan na naghihiwalay sa isang black hole mula sa ibang bahagi ng mundo ay tinatawag na event horizon: lahat ng nangyayari sa loob ng event horizon ay nakatago mula sa mga mata ng isang external observer.

Erin Ryan Larawan ng cake na nai-post online ni Erin Ryan.

Sinimulan ng mga siyentipiko na mahuli ang mga gravitational wave kalahating siglo na ang nakalilipas: noon ang Amerikanong pisiko na si Joseph Weber ay naging interesado sa pangkalahatang teorya ng relativity (GR) ni Einstein, kumuha ng sabbatical at nagsimulang mag-aral ng mga gravitational wave. Inimbento ni Weber ang unang aparato na naka-detect ng mga gravitational wave, at sa lalong madaling panahon ay inangkin na naitala niya ang "tunog ng mga gravitational wave." Gayunpaman, tinanggihan ng siyentipikong komunidad ang kanyang mensahe.

Gayunpaman, salamat kay Joseph Weber na maraming mga siyentipiko ang naging "tagahabol ng alon". Ngayon si Weber ay itinuturing na ama ng siyentipikong direksyon ng gravitational wave astronomy.

"Ito ang simula ng isang bagong panahon ng gravitational astronomy"

Ang LIGO observatory, kung saan naitala ng mga siyentipiko ang mga gravitational wave, ay binubuo ng tatlong laser installation sa Estados Unidos: dalawa ay matatagpuan sa Washington state at isa sa Louisiana. Ganito inilarawan ni Michio Kaku ang pagpapatakbo ng mga laser detector: “Ang laser beam ay nahahati sa dalawang magkahiwalay na beam, na pagkatapos ay patayo sa isa't isa. Pagkatapos, naaaninag mula sa salamin, muli silang kumonekta. Kung ang isang gravitational wave ay dumaan sa interferometer (measuring device), ang mga haba ng landas ng dalawang laser beam ay magugulo at ito ay makikita sa kanilang interference pattern. Upang matiyak na ang signal na nakarehistro sa pamamagitan ng pag-install ng laser ay hindi random, ang mga detector ay dapat ilagay sa iba't ibang mga punto sa Earth.

Sa ilalim lamang ng impluwensya ng isang higanteng gravitational wave, na mas malaki kaysa sa ating planeta, ang lahat ng mga detektor ay gagana nang sabay-sabay.

Ngayon ang pakikipagtulungan ng LIGO 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 mass. "Ito ang unang direktang (napakahalaga na ito ay direkta!) na pagsukat ng pagkilos ng mga alon ng gravitational," komento ni Sergey Vyatchanin, isang propesor sa Faculty of Physics ng Moscow State University, sa kasulatan ng departamento ng agham ng Gazeta.Ru. - Iyon ay, isang senyales ang natanggap mula sa astrophysical catastrophe ng pagsasama ng dalawang black hole. At ang signal na ito ay nakilala - ito ay napakahalaga din! Ito ay malinaw na ito ay mula sa dalawang black hole. At ito ang simula ng isang bagong panahon ng gravitational astronomy, na magpapahintulot sa pagkuha ng impormasyon tungkol sa Uniberso hindi lamang sa pamamagitan ng optical, X-ray, electromagnetic at neutrino na pinagmumulan, kundi pati na rin sa pamamagitan ng gravitational waves.

Masasabi nating 90 porsiyento ng mga black hole ay hindi na maging hypothetical na mga bagay. Ang ilang pagdududa ay nananatili, ngunit gayunpaman, ang signal na nakuha ay umaangkop nang husto sa kung ano ang hinulaang ng hindi mabilang na mga simulation ng pagsasama ng dalawang black hole alinsunod sa pangkalahatang teorya ng relativity.

Ito ay isang malakas na argumento na mayroong mga black hole. Wala pang ibang paliwanag para sa ganoong senyales. Samakatuwid, ipinapalagay na mayroong mga black hole."

"Si Einstein ay magiging napakasaya"

Ang mga gravitational wave ay hinulaan ni Albert Einstein (na, sa pamamagitan ng paraan, ay nag-aalinlangan tungkol sa pagkakaroon ng mga black hole) bilang bahagi ng kanyang pangkalahatang teorya ng relativity. Sa pangkalahatang relativity, ang oras ay idinaragdag sa tatlong spatial na dimensyon, at ang mundo ay nagiging apat na dimensyon. Ayon sa isang teorya na nagpabago sa pisika, ang gravity ay bunga ng kurbada ng space-time sa ilalim ng impluwensya ng masa.

Pinatunayan ni Einstein na ang anumang bagay na gumagalaw nang may pagbilis ay lumilikha ng perturbation ng space-time - isang gravitational wave. Ang perturbation na ito ay mas malaki, mas mataas ang acceleration at mass ng bagay.

Dahil sa kahinaan ng mga puwersa ng gravitational kumpara sa iba pang pangunahing pakikipag-ugnayan, ang mga alon na ito ay dapat magkaroon ng napakaliit na magnitude, na mahirap irehistro.

Kapag nagpapaliwanag ng pangkalahatang relativity sa humanities, madalas na hinihiling ng mga physicist sa kanila na isipin ang isang nakaunat na sheet ng goma kung saan ibinababa ang malalaking bola. Ang mga bola ay itinutulak sa goma, at ang nakaunat na sheet (na kumakatawan sa space-time) ay deformed. Ayon sa pangkalahatang relativity, ang buong uniberso ay goma, kung saan ang bawat planeta, bawat bituin at bawat kalawakan ay nag-iiwan ng mga dents. Ang ating Daigdig ay umiikot sa Araw tulad ng isang maliit na bola na iniikot sa kono ng isang funnel na nabuo bilang resulta ng "pagsuntok" ng space-time ng isang mabigat na bola.

HANDOUT/Reuters

Ang mabigat na bola ay ang Araw

Malamang na ang pagtuklas ng mga gravitational wave, na siyang pangunahing kumpirmasyon ng teorya ni Einstein, ay nag-aangkin ng Nobel Prize sa physics. "Masayang-masaya si Einstein," sabi ni Gabriella Gonzalez, tagapagsalita para sa pakikipagtulungan ng LIGO.

Ayon sa mga siyentipiko, masyadong maaga para pag-usapan ang praktikal na applicability ng pagtuklas. “Bagaman, naisip ba ni Heinrich Hertz (isang German physicist na nagpatunay ng pagkakaroon ng electromagnetic waves. - Gazeta.Ru) na magkakaroon ng mobile phone? Hindi! Wala kaming maisip sa ngayon, "sabi ni Valery Mitrofanov, propesor sa Faculty of Physics ng Moscow State University. M.V. Lomonosov. - Ako ay ginagabayan ng pelikulang "Interstellar". Siya ay pinupuna, oo, ngunit kahit na ang isang ligaw na tao ay maaaring isipin ang isang magic carpet. At ang lumilipad na karpet ay naging isang eroplano, at iyon na. At narito na kinakailangan upang isipin ang isang bagay na napaka kumplikado. Sa Interstellar, ang isa sa mga sandali ay nauugnay sa katotohanan na ang isang tao ay maaaring maglakbay mula sa isang mundo patungo sa isa pa. Kung gayon, naniniwala ka ba na ang isang tao ay maaaring maglakbay mula sa isang mundo patungo sa isa pa, na maaaring magkaroon ng maraming uniberso - anuman? Hindi ako makasagot ng hindi. Dahil hindi masasagot ng isang physicist ang ganoong tanong ng "hindi"! Lamang kung ito ay sumasalungat sa ilang mga batas sa konserbasyon! May mga opsyon na hindi sumasalungat sa mga kilalang pisikal na batas. Kaya, maaaring maglakbay sa buong mundo!

Kahapon, ang mundo ay nagulat sa isang sensasyon: ang mga siyentipiko ay sa wakas ay natuklasan ang mga gravitational wave, ang pagkakaroon nito na hinulaan ni Einstein isang daang taon na ang nakalilipas. Ito ay isang pambihirang tagumpay. Ang distortion ng space-time (ito ay gravitational waves - ngayon ay ipapaliwanag natin kung ano) ang natuklasan sa LIGO observatory, at isa sa mga founder nito ay - sino sa tingin mo? - Kip Thorne, may-akda ng libro.

Sinasabi namin kung bakit napakahalaga ng pagtuklas ng mga gravitational wave, kung ano ang sinabi ni Mark Zuckerberg at, siyempre, ibinabahagi namin ang kuwento sa unang tao. Si Kip Thorne, tulad ng walang iba, ay nakakaalam kung paano gumagana ang proyekto, kung ano ang hindi pangkaraniwan at kung ano ang kahalagahan ng LIGO para sa sangkatauhan. Oo, oo, napakaseryoso ng lahat.

Pagtuklas ng gravitational waves

Ang pang-agham na mundo ay magpakailanman maaalala ang petsa ng Pebrero 11, 2016. Sa araw na ito, inihayag ng mga kalahok ng proyekto ng LIGO: pagkatapos ng napakaraming walang saysay na pagtatangka, natagpuan ang mga gravitational wave. Ito ay katotohanan. Sa katunayan, sila ay natuklasan nang kaunti nang mas maaga: noong Setyembre 2015, ngunit kahapon ang pagtuklas ay opisyal na kinikilala. Naniniwala ang Guardian na ang mga siyentipiko ay tiyak na makakatanggap ng Nobel Prize sa Physics.

Ang sanhi ng gravitational waves ay ang banggaan ng dalawang black hole, na nangyari na ... isang bilyong light years mula sa Earth. Isipin kung gaano kalaki ang ating uniberso! Dahil ang mga itim na butas ay napakalaking mga katawan, ang mga ito ay gumagalaw sa espasyo-oras, na medyo pinasindak ito. Kaya lumilitaw ang mga alon, katulad ng mga kumakalat mula sa isang bato na itinapon sa tubig.

Ito ay kung paano mo maiisip ang mga gravitational wave na dumarating sa Earth, halimbawa, mula sa isang wormhole. Pagguhit mula sa aklat na "Interstellar. agham sa likod ng mga eksena"

Ang mga nagresultang vibrations ay na-convert sa tunog. Kapansin-pansin, ang signal mula sa mga gravitational wave ay halos kapareho ng dalas ng ating pagsasalita. Kaya maririnig natin sa sarili nating tenga kung paano nagbanggaan ang mga black hole. Pakinggan kung ano ang tunog ng gravitational waves.

At alam mo ba? Ito ay mas kamakailan lamang na ang mga itim na butas ay nakaayos nang iba kaysa sa naunang naisip. Ngunit pagkatapos ng lahat, walang katibayan sa lahat na sila ay umiiral sa prinsipyo. At ngayon meron na. Ang mga black hole ay talagang "nabubuhay" sa Uniberso.

Kaya, ayon sa mga siyentipiko, ang isang sakuna ay mukhang - isang pagsasama ng mga itim na butas, -.

Noong Pebrero 11, isang engrandeng kumperensya ang ginanap, na nagsama-sama ng higit sa isang libong siyentipiko mula sa 15 bansa. Naroon din ang mga siyentipikong Ruso. At, siyempre, hindi kung wala si Kip Thorne. "Ang pagtuklas na ito ay simula ng isang kamangha-manghang, kahanga-hangang paghahanap para sa mga tao: ang paghahanap at paggalugad sa hubog na bahagi ng Uniberso - mga bagay at phenomena na nilikha mula sa baluktot na espasyo-oras. Ang banggaan ng mga black hole at gravitational wave ay ang aming unang kapansin-pansin na mga sample," sabi ni Kip Thorne.

Ang paghahanap ng mga gravitational wave ay isa sa mga pangunahing problema ng pisika. Ngayon sila ay natagpuan. At napatunayang muli ang galing ni Einstein.

Noong Oktubre, nakapanayam namin si Sergei Popov, isang Russian astrophysicist at kilalang popularizer ng agham. Tumingin siya sa tubig! Taglagas: "Tila sa akin ngayon ay nasa bingit na tayo ng mga bagong pagtuklas, na pangunahin nang dahil sa gawain ng LIGO at VIRGO gravitational wave detector (si Kip Thorne ay gumawa lamang ng malaking kontribusyon sa paglikha ng proyekto ng LIGO). ” Kamangha-manghang, tama?

Gravitational waves, wave detector at LIGO

Well, ngayon para sa ilang pisika. Para sa mga talagang gustong maunawaan kung ano ang gravitational waves. Narito ang isang masining na pag-render ng mga linya ng tendex ng dalawang itim na butas na nag-oorbit sa isa't isa, pakaliwa, at pagkatapos ay nagbabanggaan. Ang mga linya ng tendex ay bumubuo ng tidal gravity. Move on. Ang mga linya na nagmumula sa dalawang pinakamalayo na punto sa ibabaw ng isang pares ng mga black hole ay umaabot sa lahat ng bagay sa kanilang dinadaanan, kabilang ang kaibigan ng artist na pumasok sa pagguhit. Ang mga linya na lumalabas sa lugar ng banggaan ay pinipiga ang lahat.

Habang umiikot ang mga butas sa isa't isa, sinusundan nila ang kanilang mga linya ng tendex, na parang mga jet ng tubig mula sa umiikot na sprinkler ng lawn. Larawan mula sa aklat na Interstellar. Ang Science Behind the Scenes ay isang pares ng mga itim na butas na nagbabanggaan, umiikot sa isa pa sa magkabilang pakaliwa, at ang kanilang mga linya ng tendex.

Ang mga itim na butas ay nagsasama-sama sa isang malaking butas; ito ay deformed at umiikot sa counterclockwise, na kinakaladkad ang mga linya ng tendex kasama nito. Ang isang nakatigil na tagamasid na malayo sa butas ay mararamdaman ang mga panginginig ng boses habang ang mga linya ng tendex ay dumaan dito: pag-uunat, pagkatapos ay pinipiga, pagkatapos ay pag-uunat - ang mga linya ng tendex ay nagiging isang gravitational wave. Habang lumalaganap ang mga alon, unti-unting bumababa ang pagpapapangit ng black hole, at humihina rin ang mga alon.

Kapag ang mga alon na ito ay umabot sa Earth, mayroon silang hugis na ipinapakita sa tuktok ng figure sa ibaba. Nag-uunat sila sa isang direksyon at nag-compress sa kabilang direksyon. Ang mga kahabaan at pag-compress ay nagbabago (mula sa pula hanggang kanan-kaliwa, sa asul hanggang sa kanan-kaliwa, sa pula hanggang sa kanan-kaliwa, atbp.) habang dumadaan ang mga alon sa detector sa ibaba ng figure.

Gravitational waves na dumadaan sa LIGO detector.

Ang detektor ay binubuo ng apat na malalaking salamin (40 kilo, 34 sentimetro ang lapad) na nakakabit sa mga dulo ng dalawang patayo na tubo na tinatawag na mga armas ng detektor. Ang mga linya ng tendex ng mga gravitational wave ay umaabot sa isang balikat, habang pinipiga ang pangalawa, at pagkatapos, sa kabaligtaran, i-compress ang una at iunat ang pangalawa. At kaya paulit-ulit. Sa pamamagitan ng pana-panahong pagpapalit ng haba ng mga braso, gumagalaw ang mga salamin sa isa't isa, at ang mga pagbabagong ito ay sinusubaybayan gamit ang mga laser beam sa paraang tinatawag na interferometry. Kaya ang pangalang LIGO: Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory.

Ang LIGO control center, kung saan nagpapadala sila ng mga command sa detector at sinusubaybayan ang mga natanggap na signal. Ang mga gravitational detector ng LIGO ay matatagpuan sa Hanford, Washington at Livingston, Louisiana. Larawan mula sa aklat na "Interstellar. agham sa likod ng mga eksena"

Ngayon ang LIGO ay isang internasyonal na proyekto na kinasasangkutan ng 900 siyentipiko mula sa iba't ibang bansa, na naka-headquarter sa California Institute of Technology.

Ang baluktot na bahagi ng uniberso

Ang mga black hole, wormhole, singularity, gravitational anomalya, at mas mataas na ayos na dimensyon ay nauugnay sa curvature ng espasyo at oras. Kaya naman tinawag sila ni Kip Thorne na "curved side of the universe." Ang sangkatauhan ay mayroon pa ring napakakaunting data na pang-eksperimento at pagmamasid mula sa hubog na bahagi ng uniberso. Ito ang dahilan kung bakit binibigyan namin ng labis na pansin ang mga gravitational wave: gawa ang mga ito sa curved space at nagbibigay ng pinaka-naa-access na paraan para ma-explore natin ang curved side.

Isipin na kailangan mong makita ang karagatan lamang kapag ito ay kalmado. Hindi mo malalaman ang tungkol sa mga agos, mga whirlpool at mga alon ng bagyo. Ito ay nagpapaalala sa ating kasalukuyang kaalaman sa kurbada ng espasyo at oras.

Halos wala tayong alam tungkol sa kung paano kumilos ang warped space at warped time "sa isang bagyo" - kapag ang hugis ng space ay marahas na nagbabago at kapag ang bilis ng daloy ng oras ay nagbabago. Ito ay isang hindi pangkaraniwang kaakit-akit na hangganan ng kaalaman. Ang scientist na si John Wheeler ang lumikha ng terminong "geometrodynamics" para sa mga pagbabagong ito.

Ang partikular na interes sa larangan ng geometrodynamics ay ang banggaan ng dalawang black hole.

Pagbangga ng dalawang hindi umiikot na black hole. Modelo mula sa aklat na "Interstellar. agham sa likod ng mga eksena"

Ipinapakita ng figure sa itaas ang sandali kung kailan nagbanggaan ang dalawang black hole. Ang ganitong kaganapan lamang ang nagpapahintulot sa mga siyentipiko na magtala ng mga gravitational wave. Ang modelong ito ay ginawa para sa hindi umiikot na mga black hole. Tuktok: mga orbit at anino ng mga butas, na nakikita mula sa ating uniberso. Gitna: curved space at time, tiningnan mula sa beam (high-dimensional hyperspace); ang mga arrow ay nagpapakita kung paano iginuhit ang espasyo sa paggalaw, at ang pagbabago ng mga kulay ay nagpapakita kung paano baluktot ang oras. Ibaba: Ang hugis ng mga ibinubuga na gravitational wave.

Gravitational waves mula sa Big Bang

Salita kay Kip Thorne. "Noong 1975, si Leonid Grischuk, ang aking mabuting kaibigan mula sa Russia, ay gumawa ng isang kahindik-hindik na pahayag. Sinabi niya na sa sandali ng Big Bang, maraming gravitational wave ang lumitaw, at ang mekanismo para sa kanilang paglitaw (dating hindi alam) ay ang mga sumusunod: quantum fluctuations (random fluctuations - ed.) Ang gravitational field sa Big Bang ay pinarami ng paunang pagpapalawak ng Uniberso at kaya naging orihinal na gravitational waves. Ang mga alon na ito, kung matukoy ang mga ito, ay makapagsasabi sa atin kung ano ang nangyayari sa sandali ng pagsilang ng ating uniberso.”

Kung mahanap ng mga siyentipiko ang orihinal na gravitational waves, malalaman natin kung paano nagsimula ang uniberso.

Ang mga tao ay nalutas nang malayo sa lahat ng mga misteryo ng sansinukob. Nauuna pa rin.

Sa mga sumunod na taon, habang bumuti ang ating pag-unawa sa Big Bang, naging malinaw na ang mga paunang alon na ito ay dapat na malakas sa mga wavelength na katumbas ng laki ng nakikitang uniberso, iyon ay, sa haba ng bilyun-bilyong light years. Naiisip mo ba kung magkano ito? .. At sa mga wavelength na sakop ng mga LIGO detector (daan-daan at libu-libong kilometro), ang mga alon ay malamang na masyadong mahina upang makilala ang mga ito.

Binuo ng team ni Jamie Bock ang BICEP2 apparatus, na nakakita ng bakas ng primordial gravitational waves. Ang North Pole craft ay ipinapakita dito sa oras ng takipsilim, na nangyayari doon dalawang beses lamang sa isang taon.

BICEP2 apparatus. Larawan mula sa aklat na "Interstellar. agham sa likod ng mga eksena"

Napapaligiran ito ng mga kalasag na sumasangga sa sasakyan mula sa radiation mula sa nakapalibot na ice sheet. Sa kanang sulok sa itaas ay may isang bakas na matatagpuan sa relic radiation - isang pattern ng polariseysyon. Ang mga linya ng electric field ay nakadirekta sa mga maikling light stroke.

Trail ng simula ng uniberso

Noong unang bahagi ng dekada 1990, napagtanto ng mga kosmologist na ang bilyun-bilyong light-years long gravitational wave na ito ay tiyak na nag-iwan ng kakaibang marka sa mga electromagnetic wave na pumupuno sa uniberso—ang tinatawag na cosmic microwave background, o CMB. Nagmarka ito ng simula ng paghahanap para sa Holy Grail. Pagkatapos ng lahat, kung nahanap mo ang bakas na ito at nakuha mula dito ang mga katangian ng orihinal na gravitational waves, maaari mong malaman kung paano ipinanganak ang Uniberso.

Noong Marso 2014, habang isinusulat ni Kip Thorne ang aklat na ito, sa wakas ay natagpuan ng team ni Jamie Bok, isang Caltech cosmologist na ang opisina ay katabi ng Thorne's, ang bakas na ito sa CMB.

Ito ay isang ganap na nakamamanghang pagtuklas, ngunit mayroong isang kontrobersyal na punto: ang track na natagpuan ng koponan ni Jamie ay hindi maaaring sanhi ng gravitational waves, ngunit iba pa.

Kung ang isang bakas ng gravitational waves mula sa Big Bang ay talagang natagpuan, kung gayon ang isang kosmolohikal na pagtuklas ay naganap sa isang antas na nangyayari, marahil, isang beses bawat kalahating siglo. Nagbibigay ito ng pagkakataong mahawakan ang mga kaganapang naganap isang trilyon mula sa isang trilyon mula sa isang trilyon ng isang segundo pagkatapos ng kapanganakan ng Uniberso.

Ang pagtuklas na ito ay nagpapatunay sa mga teorya na ang paglawak ng uniberso sa sandaling iyon ay napakabilis, sa slang ng mga cosmologist - bilis ng inflation. At nagbabadya ng pagdating ng isang bagong panahon sa kosmolohiya.

Gravitational Waves at Interstellar

Kahapon, sa isang kumperensya sa pagtuklas ng mga gravitational wave, si Valery Mitrofanov, pinuno ng Moscow collaboration ng mga siyentipiko na LIGO, na kinabibilangan ng 8 siyentipiko mula sa Moscow State University, ay nabanggit na ang balangkas ng pelikulang Interstellar, bagaman hindi kapani-paniwala, ay hindi malayo sa katotohanan. At lahat dahil ang siyentipikong consultant ay si Kip Thorne. Si Thorne mismo ang nagpahayag ng pag-asa na naniniwala siya sa hinaharap na mga flight ng tao sa isang black hole. Huwag hayaang mangyari ang mga ito sa lalong madaling panahon ayon sa gusto natin, ngunit ngayon ito ay higit na totoo kaysa dati.

Malapit na ang araw kung kailan aalis ang mga tao sa hangganan ng ating kalawakan.

Ang kaganapan ay yumanig sa isipan ng milyun-milyong tao. Sumulat ang kilalang Mark Zuckerberg: “Ang pagtuklas ng mga gravitational wave ay ang pinakamalaking pagtuklas sa modernong siyensiya. Si Albert Einstein ay isa sa aking mga bayani, kaya naman napakalapit ko sa pagtuklas. Isang siglo na ang nakalipas, sa loob ng balangkas ng General Theory of Relativity (GR), hinulaan niya ang pagkakaroon ng gravitational waves. Ngunit ang mga ito ay napakaliit upang matuklasan na ito ay dumating upang hanapin ang mga ito sa mga pinagmulan ng mga kaganapan tulad ng Big Bang, mga pagsabog ng bituin at mga banggaan ng black hole. Kapag sinusuri ng mga siyentipiko ang data na nakuha, isang ganap na bagong view ng espasyo ang magbubukas sa harap natin. At, marahil, ito ay magbibigay liwanag sa pinagmulan ng Uniberso, ang kapanganakan at pag-unlad ng mga black hole. Napaka-inspiring isipin kung gaano karaming buhay at pagsisikap ang ginawa upang matuklasan ang misteryong ito ng uniberso. Ang tagumpay na ito ay naging posible salamat sa talento ng mga makikinang na siyentipiko at inhinyero, mga tao ng iba't ibang nasyonalidad, pati na rin ang pinakabagong mga teknolohiya sa computer na kamakailan lamang ay lumitaw. Congratulations sa lahat ng kasali. Ipagmamalaki ka ni Einstein."

Ganyan ang pananalita. At ito ay isang tao na sadyang interesado sa agham. Maaaring isipin ng isang tao kung ano ang isang bagyo ng mga emosyon na dumaan sa mga siyentipiko na nag-ambag sa pagtuklas. Mukhang nasasaksihan natin ang isang bagong panahon, mga kaibigan. Ang galing.

P.S. Nagustuhan mo ba? Mag-subscribe sa aming newsletter sa abot-tanaw. Minsan sa isang linggo nagpapadala kami ng mga sulat na pang-edukasyon at nagbibigay ng mga diskwento sa mga aklat ng MIF.

Noong Pebrero 11, 2016, isang pang-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 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 ipinapaalala nila na hanggang kamakailan lamang, hindi rin alam ng sangkatauhan 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 pagkahumaling. Hinatak kami 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 siyentipikong 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, hindi kailanman magiging posible na makita ang isang elementarya na butil - ang carrier ng gravitational waves: