Fysikere ved LIGO-observatoriet (Laser Interferometric Gravitational Observatory) for første gang gravitasjonsbølger - forstyrrelser av rom-tid spådd for hundre år siden av skaperen generell teori relativitetsteori av Albert Einstein. Om åpningen under en direktesending organisert av Lenta.ru og Moskva statlig universitet(MSU) oppkalt etter M.V. Lomonosov, forskere Fysisk fakultet, medlemmer av det internasjonale LIGO-samarbeidet. Lenta.ru snakket med en av dem, den russiske fysikeren Sergei Vyatchanin.
Hva er gravitasjonsbølger?
I følge Newtons universelle gravitasjonslov tiltrekkes to legemer til hverandre med en kraft omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem. Denne teorien beskriver for eksempel jordens og månens rotasjon i flatt rom og universell tid. Einstein, etter å ha utviklet seg spesiell teori relativitetsteori, innså at tid og rom er ett stoff, og foreslo den generelle relativitetsteorien - en gravitasjonsteori basert på det faktum at gravitasjonen manifesterer seg som krumningen av rom-tid som materien skaper.
Doktor i fysiske og matematiske vitenskaper Sergei Vyatchanin har ledet avdelingen for oscillasjonsfysikk ved Fysikkfakultetet ved Moscow State University siden 2012. Vitenskapelige interesser fokusert på studiet av kvante ikke-perturbative målinger, lasergravitasjonsbølgeantenner, spredningsmekanismer, fundamental støy og ikke-lineære optiske effekter. Forskeren samarbeidet med Californianeren Teknologisk institutt i USA og Max Planck Society i Tyskland.
Du kan forestille deg en elastisk sirkel. Hvis du kaster en lett ball på den, vil den rulle i en rett linje. Hvis du legger et tungt eple i midten av sirkelen, vil banen bøye seg. Fra ligningene til generell relativitet lærte Einstein umiddelbart at gravitasjonsbølger er mulige. Men på den tiden (på begynnelsen av det tjuende århundre) ble effekten ansett som ekstremt svak. Du kan si at gravitasjonsbølger er krusninger i rom-tid. Det dårlige er at det er ekstremt svak interaksjon.
Hvis vi tar lignende (elektromagnetiske) bølger, så var det eksperimentet til Hertz, som plasserte senderen i det ene hjørnet av rommet og mottakeren i det andre. Dette fungerer ikke med gravitasjonsbølger. For svakt samspill. Vi kan bare stole på astrofysiske katastrofer.
Hvordan fungerer en gravitasjonsantenne?
Det er et Fabry-Perot interferometer, to masser atskilt med fire kilometer. Avstanden mellom massene kontrolleres. Hvis bølgen kommer ovenfra, endres avstanden litt.
Er gravitasjonsforstyrrelser i hovedsak en forvrengning av metrikken?
Du kan si det. Matematikk beskriver dette som en liten krumning av rommet. Herzenstein og Pustovoit foreslo å bruke en laser for å oppdage gravitasjonsbølger i 1962. Det var slik Sovjetisk artikkel, fantasy... Flott, men fortsatt en fantasi. Amerikanerne tenkte og bestemte seg på 1990-tallet (Kip Thorne, Ronald Drever og Rainer Weiss) for å lage en lasergravitasjonsantenne. Dessuten er det nødvendig med to antenner, siden hvis det er hendelser, er det nødvendig å bruke et tilfeldighetsskjema. Og så begynte det hele. Dette Lang historie. Vi har samarbeidet med Caltech siden 1992, og gikk over til et formelt kontraktsgrunnlag i 1998.
Tror du ikke at gravitasjonsbølgenes virkelighet var hevet over tvil?
Som regel, vitenskapelig fellesskap var sikker på at de fantes, og å oppdage dem var et spørsmål om tid. Hulse og Taylor ble tildelt Nobelprisen for selve oppdagelsen av gravitasjonsbølger. Hva gjorde de? Spise doble stjerner- pulsarer. Siden de spinner, sender de ut gravitasjonsbølger. Vi kan ikke observere dem. Men hvis de sender ut gravitasjonsbølger, avgir de energi. Dette betyr at deres rotasjon avtar, som på grunn av friksjon. Stjernene beveger seg nærmere hverandre og en endring i frekvens kan sees. De så - og så (i 1974 - ca. "Tapes.ru"). Dette er indirekte bevis på eksistensen av gravitasjonsbølger.
Nå - direkte?
Nå er det direkte. Et signal kom og ble registrert på to detektorer.
Er påliteligheten høy?
Det er nok å åpne.
Hva er bidraget fra russiske forskere til dette eksperimentet?
Nøkkel. I innledende LIGO (en tidlig versjon av antennen - ca. "Tapes.ru") det ble brukt ti kilos masser, og de hang på ståltråder. Vår vitenskapsmann Braginsky har allerede uttrykt ideen om å bruke kvartstråder. En artikkel ble publisert som beviste at kvartsfilamenter lager mye mindre støy. Og nå massene (i avansert LIGO, en moderne installasjon - ca. "Tapes.ru") henge på kvartstråder.
Det andre bidraget er eksperimentelt og relatert til avgifter. Massene, atskilt med fire kilometer, må på en eller annen måte justeres ved hjelp av elektrostatiske aktivatorer. Dette systemet er bedre enn det magnetiske som ble brukt tidligere, men det registrerer ladningen. Spesielt passerer hvert sekund et stort antall partikler - myoner - gjennom en persons håndflate, som kan etterlate en ladning. Nå sliter de med dette problemet. Vår gruppe (Valery Mitrofanov og Leonid Prokhorov) deltar i dette eksperimentelt og har blitt betydelig mer erfaren.
På begynnelsen av 2000-tallet var det en idé om å bruke safirfilamenter i avansert LIGO, siden safir formelt sett har en høyere kvalitetsfaktor. Hvorfor er det viktig? Jo høyere kvalitetsfaktor, jo høyere mindre støy. Dette generell regel. Vår gruppe beregnet den såkalte termoelastiske støyen og viste at det fortsatt er bedre å bruke kvarts fremfor safir.
Og videre. Følsomheten til gravitasjonsantennen er nær kvantegrensen. Det er den såkalte standard kvantegrensen: Hvis du måler en koordinat, forstyrrer du den umiddelbart i henhold til Heisenberg-usikkerhetsprinsippet. Hvis du kontinuerlig måler en koordinat, forstyrrer du den hele tiden. Det er ikke bra å måle koordinaten veldig nøyaktig: det vil være en stor omvendt fluktuasjonseffekt. Dette ble vist i 1968 av Braginsky. Beregnet for LIGO. Det viste seg at for initial LIGO er følsomheten omtrent ti ganger høyere enn standard kvantegrense.
Håpet nå er at avansert LIGO vil nå standard kvantegrense. Kanskje det går ned. Dette er faktisk en drøm. Kan du forestille deg dette? Du vil ha en kvantemakroskopisk enhet: to tunge masser i en avstand på fire kilometer.
Gravitasjonsbølger ble registrert 14. september 2015 klokken 05:51 Eastern Daylight Time (13:51 Moskva-tid) ved tvillingdetektorene til LIGO Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory som ligger i Livingston (Louisiana) og Hanford (Washington State). ) i USA. LIGO-detektorene oppdaget relative svingninger på ti til minus 19 meter (dette er omtrent lik forholdet mellom diameteren til et atom og diameteren til et eple) av par med testmasser adskilt med fire kilometer. Forstyrrelsene genereres av et par sorte hull (29 og 36 ganger tyngre enn Solen) i løpet av de siste brøkdelene av et sekund før de smelter sammen til et mer massivt roterende gravitasjonsobjekt (62 ganger tyngre enn Solen). På en brøkdel av et sekund forvandlet tre solmasser seg til gravitasjonsbølger, hvis maksimale strålingseffekt var omtrent 50 ganger større enn den fra hele det synlige universet. Sammenslåingen av sorte hull skjedde for 1,3 milliarder år siden (dette er hvor lang tid det tok før gravitasjonsforstyrrelsen nådde jorden). Ved å analysere øyeblikkene for ankomst av signalene (detektoren i Livingston registrerte hendelsen syv millisekunder tidligere enn detektoren i Hanford), antok forskerne at kilden til signalet var lokalisert på den sørlige halvkule. Forskerne sendte inn resultatene sine for publisering i tidsskriftet Physical Review Letters.
Ved første øyekast er dette ikke særlig kompatibelt.
Det er dette som er paradoksalt. Det vil si at det viser seg å være fantastisk. Det ser ut til å smake av sjarlatanisme, men i virkeligheten er det ikke det, alt er ærlig. Men foreløpig er dette drømmer. Standard kvantegrense er ikke nådd. Der må du fortsatt jobbe og jobbe. Men det er allerede klart at det er nærme.
Er det noe håp om at dette vil skje?
Ja. Standard kvantegrense må overvinnes, og vår gruppe har vært med på å utvikle metoder for hvordan dette skal gjøres. Dette er de såkalte kvante-ikke-forstyrrende målingene, hvilket spesifikt måleskjema som trengs - dette eller det... Når alt kommer til alt, når du studerer teoretisk, koster beregninger ingenting, og eksperimentering er dyrt. LIGO oppnådde en nøyaktighet på ti til minus 19 meter.
La oss huske barns eksempel. Hvis vi reduserer jorden til størrelsen på en appelsin, og deretter reduserer den med samme mengde, får vi størrelsen på et atom. Så hvis vi reduserer atomet med samme mengde, vil vi få ti meter til minus 19 grader. Dette er gale greier. Dette er en prestasjon av sivilisasjonen.
Det er veldig viktig, ja. Så hva betyr oppdagelsen av gravitasjonsbølger for vitenskapen? Det antas at dette kan endre astronomiens observasjonsmetoder.
Hva har vi? Astronomi i det vanlige området. Radioteleskoper, infrarøde teleskoper, røntgenobservatorier.
Er alt innenfor det elektromagnetiske området?
Ja. I tillegg er det nøytrino-observatorier. Registrering tilgjengelig kosmiske partikler. Dette er en annen informasjonskanal. Hvis gravitasjonsantennen produserer astrofysisk informasjon, vil forskerne ha flere observasjonskanaler til rådighet samtidig, som de kan teste teorien gjennom. Mange kosmologiske teorier har blitt foreslått, som konkurrerer med hverandre. Det vil være mulig å luke ut noe. For eksempel, da Higgs-bosonet ble oppdaget ved Large Hadron Collider, falt flere teorier umiddelbart bort.
Det vil si at dette vil lette utvelgelsen av arbeidere kosmologiske modeller. Et annet spørsmål. Er det mulig å bruke en gravitasjonsantenne for nøyaktig å måle den akselererte ekspansjonen av universet?
Så langt er følsomheten svært lav.
Hva med i fremtiden?
I fremtiden kan den også brukes til å måle reliktens gravitasjonsbakgrunn. Men enhver eksperimentator vil fortelle deg: "Ay-yay!" Det vil si at dette fortsatt er et stykke unna. Gud gi at vi registrerer en astrofysisk katastrofe.
Svart hull kollisjon...
Ja. Tross alt er dette en katastrofe. Gud forby at du havner der. Vi ville ikke eksistert. Og her er en slik bakgrunn ... Foreløpig ... "fôrer de de unges håp, de gir glede til de eldste."
Kan oppdagelsen av gravitasjonsbølger gi ytterligere bevis på eksistensen av sorte hull? Tross alt er det fortsatt de som ikke tror at de eksisterer.
Ja. Hvordan jobber de hos LIGO? Signalet blir registrert for å forklare hvilke forskere som utvikler mønstre og sammenligne dem med observasjonsdata. En kollisjon av nøytronstjerner, en nøytronstjerne faller inn i et sort hull, en supernovaeksplosjon, et sort hull smelter sammen med et sort hull... Vi vil endre parametrene, for eksempel masseforholdet, startøyeblikk...Hva skal vi se? Opptak pågår, og i øyeblikket av signalet vurderes ytelsen til malene. Hvis mønsteret designet for kollisjonen av to sorte hull samsvarte med signalet, så er det et bevis. Men ikke absolutt.
Ingen bedre forklaring Nei? Er oppdagelsen av gravitasjonsbølger enklest forklart med kollisjonen av sorte hull?
På dette øyeblikket- Ja. Det vitenskapelige miljøet mener nå at det var en sammenslåing av sorte hull. Men et kollektivt fellesskap mener mange, en konsensus. Selvfølgelig, hvis noen nye faktorer oppstår, kan det bli forlatt.
Når vil det være mulig å oppdage gravitasjonsbølger fra mindre massive objekter? Betyr ikke dette at det må bygges nye og mer følsomme observatorier?
Det er et neste generasjons program kalt LIGO. Dette er den andre. Det blir en tredje. Det er mange alternativer der. Du kan øke avstanden, øke kraften og fjæringen. Nå diskuteres alt dette. På nivået idédugnad. Dersom observasjonen av et gravitasjonssignal bekreftes, vil det være lettere å skaffe penger til å forbedre observatoriet.
Er det en boom i byggingen av gravitasjonsobservatorier?
Vet ikke. Det er dyrt (LIGO kostet rundt 370 millioner dollar - ca. "Tapes.ru"). Tross alt tilbød amerikanerne Australia å bygge inn Sørlige halvkule antenne og gikk med på å skaffe alt utstyr til dette. Australia nektet. For dyrt leketøy. Vedlikeholdet av observatoriet ville ta opp hele landets vitenskapelige budsjett.
Er Russland økonomisk involvert i LIGO?
Vi samarbeider med amerikanerne. Hva som skjer videre er uklart. Så langt har vi gode relasjoner til forskere, men politikerne styrer alt... Derfor må vi passe på. De setter pris på oss. Vi leverer resultater som virkelig er på nivå. Men det er ikke de som bestemmer om de skal være venner med Russland eller ikke.
Dessverre ja.
Dette er livet, la oss vente.
LIGO-observatoriet er finansiert av National vitenskapelig grunnlag USA. Forskning ved LIGO er utført som en del av et samarbeid med samme navn av mer enn tusen forskere fra USA og 14 andre land, inkludert Russland, representert av to grupper fra Moskva statsuniversitet og Institute of Applied Physics Det russiske akademiet vitenskaper ( Nizhny Novgorod).
Er det noen planer om å bygge et gravitasjonsobservatorium i Russland?
Ikke planlagt ennå. På 1980-tallet ønsket Sternberg State Astronomical Institute ved Moscow State University å bygge den samme gravitasjonsantennen i Baksan Gorge, bare i mindre skala. Men perestroika kom, og alt var dekket med et kobberbasseng i lang tid. Nå prøver trafikkpolitiet ved Moscow State University å gjøre noe, men så langt har ikke antennen fungert...
Hva annet kan du prøve å sjekke med en gravitasjonsantenne?
Gyldigheten av gravitasjonsteorien. Tross alt flertallet eksisterende teorier basert på Einsteins teori.
Ingen kan tilbakevise det ennå.
Hun inntar en ledende posisjon. Alternative teorier er utformet på en slik måte at de i utgangspunktet fører til de samme eksperimentelle konsekvensene som det gjør. Og dette er naturlig. Derfor trenger vi nye fakta som vil feie bort uriktige teorier.
Kort fortalt, hvordan vil du formulere meningen med oppdagelsen?
Faktisk begynte gravitasjonsastronomi. Og for første gang ble bølgene av romkrumning hektet. Ikke indirekte, men direkte. En person beundrer seg selv: for en jævel jeg er!
I går ble verden sjokkert av en sensasjon: forskere oppdaget endelig gravitasjonsbølger, eksistensen som Einstein forutså for hundre år siden. Dette er et gjennombrudd. Forvrengning av rom-tid (dette er gravitasjonsbølger - nå skal vi forklare hva som er hva) ble oppdaget ved LIGO-observatoriet, og en av grunnleggerne er - hvem tror du? – Kip Thorne, forfatter av boken.
Vi forteller deg hvorfor oppdagelsen av gravitasjonsbølger er så viktig, det Mark Zuckerberg sa og deler selvfølgelig historien fra første person. Kip Thorne, som ingen andre, vet hvordan prosjektet fungerer, hva som gjør det uvanlig og hvilken betydning LIGO har for menneskeheten. Ja, ja, alt er så alvorlig.
Oppdagelse av gravitasjonsbølger
Den vitenskapelige verden vil for alltid huske datoen 11. februar 2016. På denne dagen kunngjorde deltakerne i LIGO-prosjektet: etter så mange fåfengte forsøk var gravitasjonsbølger funnet. Dette er virkeligheten. Faktisk ble de oppdaget litt tidligere: i september 2015, men i går ble funnet offisielt anerkjent. I Vergen tror at forskere helt sikkert vil motta Nobelprisen i fysikk.
Årsaken til gravitasjonsbølger er kollisjonen av to sorte hull, som allerede skjedde... en milliard lysår fra Jorden. Kan du forestille deg hvor stort universet vårt er! Siden sorte hull er veldig massive kropper, sender de krusninger gjennom romtiden, og forvrider den litt. Så bølger dukker opp, lik de som sprer seg fra en stein kastet i vannet.
Slik kan du forestille deg gravitasjonsbølger som kommer til jorden, for eksempel fra et ormehull. Tegning fra boken «Interstellar. Vitenskap bak kulissene"
De resulterende vibrasjonene ble konvertert til lyd. Interessant nok kommer signalet fra gravitasjonsbølger med omtrent samme frekvens som talen vår. Så vi kan høre med egne ører hvordan sorte hull kolliderer. Lytt til hvordan gravitasjonsbølger høres ut.
Og gjett hva? Nylig er ikke sorte hull strukturert som tidligere antatt. Men det var overhodet ingen bevis for at de eksisterer i prinsippet. Og nå er det. Svarte hull "lever" virkelig i universet.
Dette er hvordan forskerne tror en katastrofe ser ut - en sammenslåing av sorte hull.
11. februar fant en storslått konferanse sted, som samlet mer enn tusen forskere fra 15 land. Russiske forskere var også til stede. Og selvfølgelig var det Kip Thorne. "Denne oppdagelsen er begynnelsen på en fantastisk, storslått søken etter mennesker: leting og utforskning av den buede siden av universet - objekter og fenomener skapt fra forvrengt rom-tid. Svarte hullkollisjoner og gravitasjonsbølger er våre første bemerkelsesverdige eksempler," sa Kip Thorne.
Jakten på gravitasjonsbølger har vært et av hovedproblemene i fysikk. Nå er de funnet. Og Einsteins genialitet bekreftes igjen.
I oktober intervjuet vi Sergej Popov, en russisk astrofysiker og berømt vitenskapelig popularisator. Han så ut som han så ut i vannet! På høsten: «Det virker for meg som om vi nå er på terskelen til nye funn, som først og fremst er assosiert med arbeidet med gravitasjonsbølgedetektorene LIGO og VIRGO (Kip Thorne ga et stort bidrag til opprettelsen av LIGO-prosjektet) ." Utrolig, ikke sant?
Gravitasjonsbølger, bølgedetektorer og LIGO
Vel, nå for litt fysikk. For de som virkelig ønsker å forstå hva gravitasjonsbølger er. Her er en kunstnerisk skildring av tendex-linjene til to sorte hull som kretser rundt hverandre, mot klokken og deretter kolliderer. Tendex-linjer genererer tidevannsgravitasjon. Gå videre. Linjene, som kommer fra de to punktene lengst fra hverandre på overflaten av et par sorte hull, strekker alt i veien, inkludert kunstnerens venn på tegningen. Linjene som kommer fra kollisjonsområdet komprimerer alt.
Når hullene roterer rundt hverandre, bærer de langs tendex-linjene, som ligner strømmer av vann fra en spinnende sprinkler på en plen. På bildet fra boken «Interstellar. Science behind the scenes" - et par sorte hull som kolliderer, roterer rundt hverandre mot klokken, og deres tendex-linjer.
Svarte hull smelter sammen til ett stort hull; den er deformert og roterer mot klokken, og drar tendex-linjer med den. En stasjonær observatør langt fra hullet vil føle vibrasjoner når tendex-linjene passerer gjennom ham: strekking, deretter kompresjon, så strekking - tendex-linjene har blitt en gravitasjonsbølge. Etter hvert som bølgene forplanter seg, avtar det sorte hullets deformasjon gradvis, og bølgene svekkes også.
Når disse bølgene når jorden, ser de ut som den som er vist øverst på figuren nedenfor. De strekker seg i én retning og komprimeres i den andre. Forlengelsene og kompresjonene svinger (fra rød høyre-venstre, til blå høyre-venstre, til rød høyre-venstre, etc.) når bølgene passerer gjennom detektoren nederst på figuren.
Gravitasjonsbølger som passerer gjennom LIGO-detektoren.
Detektoren består av fire store speil (40 kilo, 34 centimeter i diameter), som er festet til endene av to vinkelrette rør, kalt detektorarmer. Tendex-linjer med gravitasjonsbølger strekker en arm, mens du komprimerer den andre, og deretter tvert imot, komprimerer den første og strekker den andre. Og så igjen og igjen. Ettersom lengden på armene endres med jevne mellomrom, beveger speilene seg i forhold til hverandre, og disse bevegelsene spores ved hjelp av laserstråler på en måte som kalles interferometri. Derav navnet LIGO: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.
LIGO kontrollsenter, hvorfra de sender kommandoer til detektoren og overvåker de mottatte signalene. Tyngdekraftsdetektorer LIGOs er lokalisert i Hanford, Washington og Livingston, Louisiana. Foto fra boken «Interstellar. Vitenskap bak kulissene"
Nå er LIGO et internasjonalt prosjekt der 900 forskere fra forskjellige land, med hovedkvarter lokalisert ved California Institute of Technology.
Den buede siden av universet
Sorte hull, ormehull, singulariteter, gravitasjonsanomalier og dimensjoner høyere ordre assosiert med krumningen av rom og tid. Det er derfor Kip Thorne kaller dem «den vridde siden av universet». Menneskeheten har fortsatt svært lite eksperimentelle og observasjonsdata fra den buede siden av universet. Dette er grunnen til at vi legger så mye vekt på gravitasjonsbølger: de er laget av buet rom og gir den mest tilgjengelige måten for oss å utforske den buede siden.
Tenk om du bare så havet når det var rolig. Du ville ikke vite om strømmer, boblebad og stormbølger. Dette minner om vår nåværende kunnskap om krumningen av rom og tid.
Vi vet nesten ingenting om hvordan buet rom og buet tid oppfører seg «i en storm» – når rommets form svinger voldsomt og når tidens hastighet svinger. Dette er en utrolig forlokkende grense for kunnskap. Forsker John Wheeler laget begrepet "geometrodynamics" for disse endringene.
Av spesiell interesse innen geometrodynamikk er kollisjonen av to sorte hull.
Kollisjon av to ikke-roterende sorte hull. Modell fra boken «Interstellar. Vitenskap bak kulissene"
Bildet over viser øyeblikket da to sorte hull kolliderer. Akkurat en slik hendelse tillot forskere å registrere gravitasjonsbølger. Denne modellen er bygget for ikke-roterende sorte hull. Topp: baner og skygger av hull, sett fra universet vårt. Midt: buet rom og tid, sett fra hoveddelen (flerdimensjonalt hyperrom); Pilene viser hvordan rommet er involvert i bevegelse, og de skiftende fargene viser hvordan tiden bøyes. Nederst: Formen på de utsendte gravitasjonsbølgene.
Gravitasjonsbølger fra Big Bang
Over til Kip Thorne. «I 1975 kom Leonid Grischuk, min gode venn fra Russland, med en oppsiktsvekkende uttalelse. Han sa det for øyeblikket det store smellet mange gravitasjonsbølger oppsto, og mekanismen for deres forekomst (tidligere ukjent) var som følger: kvantesvingninger (tilfeldige svingninger - red.anm.) gravitasjonsfelt Under Big Bang ble de forsterket mange ganger ved den første utvidelsen av universet og ble dermed de opprinnelige gravitasjonsbølgene. Disse bølgene, hvis de oppdages, kan fortelle oss hva som skjedde ved fødselen av universet vårt."
Hvis forskere finner de opprinnelige gravitasjonsbølgene, vil vi vite hvordan universet begynte.
Folk har løst langt alle universets mysterier. Det kommer mer.
I de påfølgende årene, etter hvert som vår forståelse av Big Bang ble bedre, ble det åpenbart at disse primordiale bølgene må være sterke ved bølgelengder som står i forhold til størrelsen på det synlige universet, det vil si i lengder på milliarder av lysår. Kan du forestille deg hvor mye dette er?.. Og på bølgelengdene som LIGO-detektorer dekker (hundrevis og tusenvis av kilometer), vil bølgene mest sannsynlig være for svake til å bli gjenkjent.
Jamie Bocks team bygde BICEP2-apparatet, som sporet etter de originale gravitasjonsbølgene ble oppdaget med. Enheten som befinner seg på Nordpolen vises her i skumringen, som bare forekommer der to ganger i året.
BICEP2-enhet. Bilde fra boken Interstellar. Vitenskap bak kulissene"
Den er omgitt av skjold som beskytter enheten mot stråling fra isdekket rundt. Til høyre øverste hjørne viser et spor oppdaget i den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen - et polarisasjonsmønster. Linjer elektrisk felt rettet langs korte lette strøk.
Spor etter universets begynnelse
På begynnelsen av nittitallet innså kosmologer at disse gravitasjonsbølgene, milliarder av lysår lange, må ha etterlatt et unikt spor i de elektromagnetiske bølgene som fyller universet – den såkalte kosmiske mikrobølgebakgrunnen, eller kosmisk mikrobølgebakgrunnsstråling. Dette startet søket etter den hellige gral. Tross alt, hvis vi oppdager dette sporet og utleder fra det egenskapene til de opprinnelige gravitasjonsbølgene, kan vi finne ut hvordan universet ble født.
I mars 2014, mens Kip Thorne skrev denne boken, oppdaget teamet til Jamie Bok, en kosmolog ved Caltech hvis kontor ligger ved siden av Thornes, endelig dette sporet i den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen.
Dette er en helt fantastisk oppdagelse, men det er ett kontroversielt poeng: sporet funnet av Jamies team kan ha vært forårsaket av noe annet enn gravitasjonsbølger.
Hvis det faktisk finnes et spor av gravitasjonsbølgene som oppsto under Big Bang, betyr det at en kosmologisk oppdagelse har skjedd på et nivå som kanskje skjer en gang hvert halve århundre. Det gir deg en sjanse til å berøre hendelsene som fant sted en trilliondel av en trilliondel av et trilliondels sekund etter universets fødsel.
Denne oppdagelsen bekrefter teorier om at utvidelsen av universet i det øyeblikket var ekstremt rask, i kosmologers slang - inflasjonsraskt. Og varsler ankomsten av en ny æra innen kosmologi.
Gravitasjonsbølger og interstellare
I går, på en konferanse om oppdagelsen av gravitasjonsbølger, bemerket Valery Mitrofanov, leder av Moskva LIGO-samarbeidet av forskere, som inkluderer 8 forskere fra Moscow State University, at plottet til filmen "Interstellar", selv om det er fantastisk, ikke er så langt fra virkeligheten. Og alt fordi Kip Thorne var den vitenskapelige konsulenten. Thorne uttrykte selv håp om at han tror på fremtidige bemannede flyvninger til et svart hull. De skjer kanskje ikke så fort vi ønsker, men i dag er det mye mer reelt enn det var før.
Dagen er ikke så langt unna da folk vil forlate grensene til galaksen vår.
Arrangementet rørte hodet til millioner av mennesker. Den beryktede Mark Zuckerberg skrev: «Deteksjonen av gravitasjonsbølger er mest stor oppdagelse V moderne vitenskap. Albert Einstein er en av mine helter, og det er derfor jeg tok oppdagelsen så personlig. For et århundre siden, innenfor rammen av den generelle relativitetsteorien (GTR), spådde han eksistensen av gravitasjonsbølger. Men de er så små å oppdage at det har kommet for å lete etter dem i opprinnelsen til hendelser som Big Bang, stjerneeksplosjoner og sorte hull-kollisjoner. Når forskere analyserer dataene som er oppnådd, er det en perfekt Et nytt utseende til verdensrommet. Og kanskje vil dette kaste lys over opprinnelsen til universet, fødselen og utviklingen av sorte hull. Det er veldig inspirerende å tenke på hvor mange liv og innsats som har gått med til å avsløre dette mysteriet om universet. Dette gjennombruddet ble mulig takket være talentet til strålende forskere og ingeniører, mennesker ulike nasjonaliteter, samt det siste datateknologier, som dukket opp nylig. Gratulerer til alle involverte. Einstein ville vært stolt av deg."
Dette er talen. Og dette er en person som rett og slett er interessert i vitenskap. Man kan forestille seg hvilken storm av følelser som overveldet forskerne som bidro til oppdagelsen. Det ser ut til at vi har vært vitne til en ny æra, venner. Dette er utrolig.
P.S.: Likte du det? Abonner på vårt nyhetsbrev på horisonten. En gang i uken sender vi undervisningsbrev og gir rabatter på MYTE-bøker.
11. februar 2016 vil for alltid gå inn i historien. På denne dagen en av de største vitenskapelige funn nyere tid – spådd for nesten hundre år siden av Albert Einsteins generelle relativitetsteori. Krusninger i stoffet til rom-tid, som forvrenger rom og tid rundt det, har nådd Jorden og har blitt direkte oppdaget for første gang.
«Vi åpner ny æra- epoke med gravitasjonsbølgeastronomi. Dette kan sammenlignes med fremkomsten av teleskopet eller radioastronomi. Vi har et nytt verktøy for å studere universet, sier en av LIGO-prosjektdeltakerne, leder av gruppen Coherent Microoptics and Radio Photonics ved Russian Quantum Center (RCC), Mikhail Gorodetsky.
Det internasjonale prosjektet LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), et laserinterferometer gravitasjonsbølgeobservatorium, ble lansert i 1992 og involverer nå forskere fra 15 land. Helt fra begynnelsen involverte eksperimentene Russiske fysikere, gjelder også vitenskapelige grupper under veiledning av professor ved fakultetet for fysikk ved Moscow State University Valery Mitrofanov.
I dag deltok Valery Mitrofanov og andre fremtredende russiske fysikere på en pressekonferanse der de snakket i detalj om funnet. Nedenfor er et videoopptak av pressekonferansen. Professor Mitrofanov snakker først, først kommenterer han inn bo sending fra Washington. Sensasjonelle nyheter ble offisielt kunngjort der, rykter om som hadde sirkulert i flere uker.
Så forklarte Valery Mitrofanov selv kort teknisk side Slik gikk eksperimentet:
"Signalet ble fanget opp fra to sorte hull, som ligger i en avstand på omtrent 1,3 milliarder lysår fra oss. Hullene dreide seg rundt hverandre og gikk til slutt sammen til ett. Gravitasjonsbølgene signaliserte dette med et utbrudd, som ble registrert av detektorene. Det er viktig å understreke at dette er en direkte registrering av bølger, ikke en indirekte. For indirekte ble Nobelprisen delt ut i 1993. Detektorene fanget opp et signal på 10 minus 19 grader av en meter. Det er i dag ekstrem presisjon målinger som så langt er oppnådd på jorden.Når det gjelder bidraget fra russiske forskere, er dette først og fremst opprettelsen av systemer som gjør det mulig å isolere et så svakt signal fra en bakgrunn av støy. Oppgaven er ærlig talt ekstremt vanskelig.»
De sorte hullene hadde en masse på omtrent 30 solmasser hver og roterte rundt hverandre med en frekvens på 150 Hz. Massen etter sammenslåingen var tre solmasser mindre enn summen av massene før sammenslåingen: den gjenværende energien ble sendt ut i form av gravitasjonsbølger.
Etter å ha nådd jorden begynte gravitasjonsbølger å forvrenge romtiden vår. Følgelig begynte avstanden mellom antenneelementene til LIGO-observatoriet å endre seg periodisk, noe som ble registrert av laserstråledetektorer.
Gravitasjonsbølger ble registrert 14. september 2015 klokken 13:51 Moskva-tid.
"Dette ultimate prestasjon menneskelig sivilisasjon, sa MSU-professor Sergei Vyatchanin. – LIGO har nesten nådd kvantemålegrensen. Det var mulig å registrere forskyvningen av to makroskopiske objekter som veide flere kilo og adskilt med flere kilometer med en nøyaktighet forutsagt av Heisenbergs kvanteusikkerhet."
"Nå har vi bare to detektorer, men selv med dem vil vi være i stand til å bestemme massene av objekter, og estimere dem basert på forsinkelsestiden omtrentlig posisjon i himmelen», sa en av forfatterne av oppdagelsen, vitenskapelig leder for det russiske kvantesenteret, professor ved Moscow State University Mikhail Gorodetsky. "For to antenner er lokaliseringen ikke veldig god - det er en lysbue på himmelen, men når den tredje europeiske gravitasjonsantennen er fullt operativ, vil vi være i stand til å bestemme posisjonen til kildene ganske nøyaktig ved å bruke trianguleringsmetoden."
L-formet antenne og LIGO-observatorium i Louisiana
For øvrig var det russiske fysikere som foreslo å henge speilene på kvartstråder i stedet for stål (laserstråler ble reflektert fra speilene i hver fire kilometer lange arm av det L-formede interferometeret), noe som reduserte fremmed støy i systemet. Uten dette hadde funnet neppe funnet sted.
Videoopptak av pressekonferansen
Gravitasjonsbølger - kunstnerens gjengivelse
Gravitasjonsbølger er forstyrrelser av rom-tid-metrikken som bryter bort fra kilden og forplanter seg som bølger (de såkalte "rom-tids krusninger").
Generelt relativitetsteori og de fleste andre moderne teorier I tyngdekraften genereres gravitasjonsbølger av bevegelsen til massive kropper med variabel akselerasjon. Gravitasjonsbølger forplanter seg fritt i rommet med lysets hastighet. På grunn av den relative svakheten gravitasjonskrefter(sammenlignet med andre) har disse bølgene en veldig liten styrke, som er vanskelig å registrere.
Polarisert gravitasjonsbølge
Gravitasjonsbølger er spådd av den generelle relativitetsteorien (GR), og mange andre. De ble først oppdaget direkte i september 2015 av to tvillingdetektorer, som oppdaget gravitasjonsbølger, sannsynligvis et resultat av sammenslåingen av to og dannelsen av en mer massiv roterende svart hull. Indirekte bevis på deres eksistens har vært kjent siden 1970-tallet - Generell relativitet forutsier konvergenshastigheter som sammenfaller med observasjoner tette systemer på grunn av tap av energi på grunn av utslipp av gravitasjonsbølger. Direkte registrering av gravitasjonsbølger og deres bruk for å bestemme parametrene til astrofysiske prosesser er viktig oppgave moderne fysikk og astronomi.
Innenfor rammen av generell relativitet er gravitasjonsbølger beskrevet ved løsninger av Einstein-ligninger av bølgetype, som representerer en forstyrrelse av rom-tid-metrikken som beveger seg med lysets hastighet (i den lineære tilnærmingen). manifestasjonen av denne indignasjonen bør være, spesielt, periodisk endring avstander mellom to fritt fallende (det vil si ikke påvirket av noen krefter) testmasser. Amplitude h gravitasjonsbølge er en dimensjonsløs størrelse - en relativ endring i avstand. De forutsagte maksimale amplitudene til gravitasjonsbølger fra astrofysiske objekter (for eksempel kompakte binære systemer) og fenomener (eksplosjoner, sammenslåinger, fangst av sorte hull osv.) når de måles er svært små ( h=10 −18 -10 −23). En svak (lineær) gravitasjonsbølge, ifølge den generelle relativitetsteorien, overfører energi og momentum, beveger seg med lysets hastighet, er tverrgående, kvadrupol og beskrives av to uavhengige komponenter plassert i en vinkel på 45° til hverandre ( har to polarisasjonsretninger).
Ulike teorier forutsier forplantningshastigheten til gravitasjonsbølger forskjellig. I generell relativitetsteori er det lik lysets hastighet (i den lineære tilnærmingen). I andre teorier om tyngdekraften kan den ha hvilken som helst verdi, inkludert uendelig. I følge den første registreringen av gravitasjonsbølger viste spredningen seg å være forenlig med en masseløs graviton, og hastigheten ble estimert som lik hastighet Sveta.
Generering av gravitasjonsbølger
Et system med to nøytronstjerner skaper krusninger i rom-tid
En gravitasjonsbølge sendes ut av ethvert stoff som beveger seg med asymmetrisk akselerasjon. For at en bølge med betydelig amplitude skal oppstå, ekstremt stor masse emitter og/eller enorme akselerasjoner, er amplituden til gravitasjonsbølgen direkte proporsjonal første deriverte av akselerasjon og massen til generatoren, det vil si ~ . Men hvis et objekt beveger seg i en akselerert hastighet, betyr dette at det virker en kraft på det fra et annet objekt. I sin tur opplever dette andre objektet omvendt handling(ifølge Newtons tredje lov), viser det seg at m 1 en 1 = − m 2 en 2 . Det viser seg at to objekter sender ut gravitasjonsbølger bare i par, og som et resultat av interferens blir de gjensidig kansellert nesten fullstendig. Derfor gravitasjonsstråling i den generelle relativitetsteorien har multipolariteten alltid karakter av minst kvadrupol stråling. I tillegg, for ikke-relativistiske emittere i uttrykket for strålingsintensiteten er det en liten parameter hvor er gravitasjonsradiusen til emitteren, r- dens karakteristiske størrelse, T - karakteristisk periode bevegelser, c- lysets hastighet i vakuum.
Mest sterke kilder gravitasjonsbølger er:
- kolliderer (gigantiske masser, svært små akselerasjoner),
- gravitasjonskollaps dobbelt system kompakte gjenstander(Kolossale akselerasjoner på ganske stor masse). Som privat og mest interessant sak- sammenslåing av nøytronstjerner. I et slikt system er gravitasjonsbølgens lysstyrke nær den maksimale Planck-lysstyrken som er mulig i naturen.
Gravitasjonsbølger som sendes ut av et tokroppssystem
To kropper som beveger seg i sirkulære baner rundt generelt senter masser
To tyngdekraft bundet kropp med massene m 1 og m 2, beveger seg ikke-relativistisk ( v << c) i sirkulære baner rundt deres felles massesenter på avstand r fra hverandre, sender ut gravitasjonsbølger med følgende energi, i gjennomsnitt over perioden:
Som et resultat mister systemet energi, noe som fører til konvergens av kropper, det vil si en reduksjon i avstanden mellom dem. Hastighet for tilnærming av kropper:
For solsystemet, for eksempel, produseres den største gravitasjonsstrålingen av delsystemet og. Kraften til denne strålingen er omtrent 5 kilowatt. Dermed er energien tapt av solsystemet til gravitasjonsstråling per år helt ubetydelig sammenlignet med den karakteristiske kinetiske energien til legemer.
Gravitasjonskollaps av et binært system
Enhver dobbeltstjerne, når dens komponenter roterer rundt et felles massesenter, mister energi (som antatt - på grunn av utslipp av gravitasjonsbølger) og til slutt smelter sammen. Men for vanlige, ikke-kompakte, dobbeltstjerner tar denne prosessen veldig lang tid, mye lengre tid enn nåtiden. Hvis et kompakt binært system består av et par nøytronstjerner, sorte hull eller en kombinasjon av begge, kan fusjonen skje innen flere millioner år. For det første kommer gjenstandene nærmere hverandre, og deres revolusjonsperiode avtar. Så, på sluttfasen, oppstår en kollisjon og asymmetrisk gravitasjonskollaps. Denne prosessen varer en brøkdel av et sekund, og i løpet av denne tiden går energi tapt til gravitasjonsstråling, som ifølge noen estimater utgjør mer enn 50 % av systemets masse.
Grunnleggende eksakte løsninger av Einsteins ligninger for gravitasjonsbølger
Bondi-Pirani-Robinson kroppsbølger
Disse bølgene er beskrevet av en metrikk av formen. Hvis vi introduserer en variabel og en funksjon, får vi ligningen fra de generelle relativitetslikningene
Takeno Metrikk
har formen , -funksjoner tilfredsstiller samme ligning.
Rosen metrikk
Hvor å tilfredsstille
Perez-metrisk
Hvori
Sylindriske Einstein-Rosen-bølger
I sylindriske koordinater har slike bølger formen og blir utført
Registrering av gravitasjonsbølger
Registrering av gravitasjonsbølger er ganske vanskelig på grunn av svakheten til sistnevnte (liten forvrengning av metrikken). Enhetene for å registrere dem er gravitasjonsbølgedetektorer. Forsøk på å oppdage gravitasjonsbølger har blitt gjort siden slutten av 1960-tallet. Gravitasjonsbølger med detekterbar amplitude blir født under sammenbruddet av en binær. Lignende hendelser forekommer i området rundt omtrent en gang i tiåret.
På den annen side forutsier den generelle relativitetsteorien akselerasjonen av den gjensidige rotasjonen av binære stjerner på grunn av tap av energi i emisjonen av gravitasjonsbølger, og denne effekten er pålitelig registrert i flere kjente systemer av binære kompakte objekter (spesielt , pulsarer med kompakte følgesvenner). I 1993, "for oppdagelsen av en ny type pulsar, som ga nye muligheter i studiet av tyngdekraften" til oppdagerne av den første dobbeltpulsaren PSR B1913+16, Russell Hulse og Joseph Taylor Jr. ble tildelt Nobelprisen i fysikk. Rotasjonsakselerasjonen observert i dette systemet faller fullstendig sammen med spådommene til generell relativitet for utslipp av gravitasjonsbølger. Det samme fenomenet ble registrert i flere andre tilfeller: for pulsarene PSR J0737-3039, PSR J0437-4715, SDSS J065133.338+284423.37 (vanligvis forkortet J0651) og systemet med binær RX J0806. For eksempel reduseres avstanden mellom de to komponentene A og B til den første binære stjernen av de to pulsarene PSR J0737-3039 med omtrent 6,35 cm per dag på grunn av energitap til gravitasjonsbølger, og dette skjer i samsvar med generell relativitetsteori. Alle disse dataene tolkes som en indirekte bekreftelse på eksistensen av gravitasjonsbølger.
Ifølge estimater er de sterkeste og hyppigste kildene til gravitasjonsbølger for gravitasjonsteleskoper og antenner katastrofer assosiert med kollapsen av binære systemer i nærliggende galakser. Det forventes at i nær fremtid vil flere lignende hendelser per år bli registrert på forbedrede gravitasjonsdetektorer, som forvrenger metrikken i nærheten med 10 −21 -10 −23 . De første observasjonene av et optisk-metrisk parametrisk resonanssignal, som gjør det mulig å oppdage effekten av gravitasjonsbølger fra periodiske kilder som en nær binær på strålingen fra kosmiske masere, kan ha blitt oppnådd ved det russiske radioastronomiske observatoriet. Vitenskapsakademiet, Pushchino.
En annen mulighet for å oppdage bakgrunnen til gravitasjonsbølger som fyller universet, er høypresisjons timing av fjerne pulsarer - analyse av ankomsttiden til deres pulser, som karakteristisk endres under påvirkning av gravitasjonsbølger som passerer gjennom rommet mellom jorden og pulsaren. Estimater for 2013 indikerer at timing-nøyaktigheten må forbedres med omtrent én størrelsesorden for å oppdage bakgrunnsbølger fra flere kilder i universet vårt, en oppgave som kan utføres før slutten av tiåret.
I følge moderne konsepter er universet vårt fylt med relikviegravitasjonsbølger som dukket opp i de første øyeblikkene etter. Registreringen deres vil gjøre det mulig å få informasjon om prosessene ved begynnelsen av universets fødsel. Den 17. mars 2014 kl. 20:00 Moskva-tid ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics kunngjorde en amerikansk gruppe forskere som arbeider med BICEP 2-prosjektet oppdagelsen av tensorforstyrrelser som ikke er null i det tidlige universet ved polarisering av det kosmiske mikrobølgebakgrunnsstråling, som også er oppdagelsen av disse gjenværende gravitasjonsbølgene. Imidlertid ble dette resultatet nesten umiddelbart omstridt, siden det viste seg at bidraget ikke ble tatt i betraktning. En av forfatterne, J.M. Kovats ( Kovac J.M.), innrømmet at "deltakerne og vitenskapsjournalistene var litt raske med å tolke og rapportere dataene fra BICEP2-eksperimentet."
Eksperimentell bekreftelse på eksistens
Det første registrerte gravitasjonsbølgesignalet. Til venstre er data fra detektoren i Hanford (H1), til høyre - i Livingston (L1). Tiden regnes fra 14. september 2015, 09:50:45 UTC. For å visualisere signalet filtreres det med et frekvensfilter med et passbånd på 35-350 Hertz for å undertrykke store svingninger utenfor detektorenes høyfølsomhetsområde. Det ble også brukt båndstoppfiltre for å undertrykke støyen i selve installasjonene. Øverste rad: spenninger h i detektorene. GW150914 ankom først L1 og 6 9 +0 5 −0 4 ms senere til H1; For visuell sammenligning er data fra H1 vist i L1-plottet i omvendt og tidsforskyvet form (for å ta hensyn til den relative orienteringen til detektorene). Andre rad: spenninger h fra gravitasjonsbølgesignalet, passert gjennom det samme 35-350 Hz båndpassfilteret. Den heltrukne linjen er resultatet av numerisk relativitet for et system med parametere som er kompatible med de som er funnet basert på studiet av GW150914-signalet, oppnådd av to uavhengige koder med en resulterende match på 99,9. De grå tykke linjene er 90 % konfidensområdene til bølgeformen rekonstruert fra detektordataene ved to forskjellige metoder. Den mørkegrå linjen modellerer de forventede signalene fra sammenslåingen av sorte hull, den lysegrå linjen bruker ikke astrofysiske modeller, men representerer signalet som en lineær kombinasjon av sinusformede-gaussiske bølger. Rekonstruksjonene overlapper med 94 %. Tredje rad: Restfeil etter å ha ekstrahert den filtrerte prediksjonen av det numeriske relativitetssignalet fra det filtrerte signalet til detektorene. Nederste rad: En representasjon av spenningsfrekvenskartet, som viser økningen i den dominerende frekvensen til signalet over tid.
11. februar 2016 av LIGO- og VIRGO-samarbeidene. Et sammenslåingssignal av to sorte hull med en amplitude på maksimalt ca. 10-21 ble registrert 14. september 2015 kl. 9:51 UTC av to LIGO-detektorer i Hanford og Livingston, 7 millisekunder fra hverandre, i området med maksimal signalamplitude ( 0,2 sekunder) kombinert var signal-til-støy-forholdet 24:1. Signalet ble betegnet GW150914. Formen på signalet samsvarer med prediksjonen om generell relativitet for sammenslåingen av to sorte hull med masser på 36 og 29 solmasser; det resulterende sorte hullet skal ha en masse på 62 solenergi og en rotasjonsparameter en= 0,67. Avstanden til kilden er ca 1,3 milliarder, energien som slippes ut i tidels sekund i sammenslåingen tilsvarer ca 3 solmasser.
Historie
Historien til selve begrepet "gravitasjonsbølge", det teoretiske og eksperimentelle søket etter disse bølgene, samt deres bruk for å studere fenomener som er utilgjengelige for andre metoder.
- 1900 - Lorentz foreslo at tyngdekraften "...kan spre seg med en hastighet som ikke er større enn lysets hastighet";
- 1905 - Poincaré introduserte først begrepet gravitasjonsbølge (onde gravifique). Poincaré, på et kvalitativt nivå, fjernet de etablerte innvendingene til Laplace og viste at korreksjonene knyttet til gravitasjonsbølger til de allment aksepterte Newtonske gravitasjonslovene opphever, og dermed motsier ikke antagelsen om eksistensen av gravitasjonsbølger observasjoner;
- 1916 – Einstein viste at innenfor rammen av generell relativitetsteori vil et mekanisk system overføre energi til gravitasjonsbølger, og grovt sett må enhver rotasjon i forhold til fiksstjerner før eller siden stoppe, selv om energitap selvfølgelig under normale forhold. av størrelsesorden er neglisjerbare og praktisk talt ikke målbare (i I dette arbeidet trodde han også feilaktig at et mekanisk system som konstant opprettholder sfærisk symmetri kan sende ut gravitasjonsbølger);
- 1918 - Einstein avledet en kvadrupolformel der emisjonen av gravitasjonsbølger viser seg å være en effekt av orden , og korrigerer dermed feilen i hans tidligere arbeid (en feil forble i koeffisienten, bølgeenergien er 2 ganger mindre);
- 1923 - Eddington - stilte spørsmål ved den fysiske virkeligheten til gravitasjonsbølger "... som forplanter seg ... med tankens hastighet." I 1934, da han utarbeidet den russiske oversettelsen av sin monografi "Theory of Relativity", la Eddington til flere kapitler, inkludert kapitler med to alternativer for å beregne energitap med en roterende stang, men bemerket at metodene som ble brukt for omtrentlige beregninger av generell relativitet, etter hans mening, er ikke anvendelige for gravitasjonsbundne systemer, så tvil gjenstår;
- 1937 – Einstein undersøkte sammen med Rosen sylindriske bølgeløsninger til de nøyaktige ligningene til gravitasjonsfeltet. I løpet av disse studiene begynte de å tvile på at gravitasjonsbølger kan være en artefakt av tilnærmede løsninger av de generelle relativitetsligningene (korrespondanse angående en gjennomgang av artikkelen "Eksisterer gravitasjonsbølger?" av Einstein og Rosen er kjent). Senere fant han en feil i resonnementet hans den endelige versjonen av artikkelen med grunnleggende endringer ble publisert i Journal of the Franklin Institute;
- 1957 - Herman Bondi og Richard Feynman foreslo "beaded cane" tankeeksperimentet der de underbygget eksistensen av fysiske konsekvenser av gravitasjonsbølger i generell relativitet;
- 1962 - Vladislav Pustovoit og Mikhail Herzenstein beskrev prinsippene for bruk av interferometre for å oppdage langbølgede gravitasjonsbølger;
- 1964 - Philip Peters og John Matthew beskrev teoretisk gravitasjonsbølger som sendes ut av binære systemer;
- 1969 - Joseph Weber, grunnlegger av gravitasjonsbølgeastronomi, rapporterer om deteksjon av gravitasjonsbølger ved hjelp av en resonansdetektor - en mekanisk gravitasjonsantenne. Disse rapportene gir opphav til en rask vekst av arbeid i denne retningen, spesielt Rainier Weiss, en av grunnleggerne av LIGO-prosjektet, begynte eksperimenter på den tiden. Til dags dato (2015) har ingen vært i stand til å få pålitelig bekreftelse på disse hendelsene;
- 1978 - Joseph Taylor rapporterte påvisning av gravitasjonsstråling i det binære pulsarsystemet PSR B1913+16. Joseph Taylor og Russell Hulses forskning ga dem Nobelprisen i fysikk i 1993. Fra begynnelsen av 2015 hadde tre post-Keplerianske parametere, inkludert periodereduksjon på grunn av gravitasjonsbølgeutslipp, blitt målt for minst 8 slike systemer;
- 2002 - Sergey Kopeikin og Edward Fomalont brukte radiobølgeinterferometri med ultralang baselinje for å måle avbøyningen av lys i gravitasjonsfeltet til Jupiter i dynamikk, som for en viss klasse av hypotetiske utvidelser av generell relativitet gjør det mulig å estimere hastigheten på gravitasjon - forskjellen fra lysets hastighet bør ikke overstige 20% (denne tolkningen er ikke generelt akseptert);
- 2006 - det internasjonale teamet til Martha Bourgay (Parkes Observatory, Australia) rapporterte betydelig mer nøyaktig bekreftelse av generell relativitet og dens korrespondanse med størrelsen på gravitasjonsbølgestråling i systemet med to pulsarer PSR J0737-3039A/B;
- 2014 - Astronomer ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (BICEP) rapporterte påvisning av primordiale gravitasjonsbølger mens de målte fluktuasjoner i den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen. For øyeblikket (2016) anses de påviste svingningene ikke å være av reliktopprinnelse, men forklares med utslipp av støv i galaksen;
- 2016 - internasjonalt LIGO-team rapporterte påvisningen av gravitasjonsbølgetransithendelsen GW150914. For første gang, direkte observasjon av samvirkende massive kropper i ultrasterke gravitasjonsfelt med ultrahøye relative hastigheter (< 1,2 × R s , v/c >0.5), som gjorde det mulig å verifisere riktigheten av generell relativitet med en nøyaktighet av flere post-newtonske termer av høye ordener. Den målte spredningen av gravitasjonsbølger motsier ikke tidligere målinger av spredning og øvre grense massen til den hypotetiske gravitonen (< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.
11. februar 2016 kunngjorde en internasjonal gruppe forskere, inkludert fra Russland, på en pressekonferanse i Washington en oppdagelse som før eller siden vil endre utviklingen av sivilisasjonen. Det var mulig å bevise i praksis gravitasjonsbølger eller bølger av rom-tid. Deres eksistens ble spådd for 100 år siden av Albert Einstein i hans.
Ingen tviler på at dette funnet vil bli premiert Nobel pris. Forskere har ikke hastverk med å snakke om det praktisk anvendelse. Men de minner oss om at menneskeheten inntil ganske nylig heller ikke visste hva de skulle gjøre med elektromagnetiske bølger, som til slutt førte til en ekte vitenskapelig og teknologisk revolusjon.
Hva er gravitasjonsbølger på en enkel måte
Tyngdekraften og universell gravitasjon- Det er det samme. Gravitasjonsbølger er en av løsningene på GPV. De må spre seg med lysets hastighet. Det sendes ut av enhver kropp som beveger seg med variabel akselerasjon.
For eksempel roterer den i sin bane med variabel akselerasjon rettet mot stjernen. Og denne akselerasjonen er i konstant endring. solsystemet sender ut energi i størrelsesorden flere kilowatt i gravitasjonsbølger. Dette er et ubetydelig beløp, sammenlignet med 3 gamle farge-TVer.
En annen ting er to pulsarer som roterer rundt hverandre ( nøytronstjerner). De roterer veldig nære baner. Et slikt "par" ble oppdaget av astrofysikere og observert i lang tid. Objektene var klare til å falle på hverandre, noe som indirekte indikerte at pulsarer sender ut romtidsbølger, det vil si energi i feltet deres.
Tyngdekraften er tyngdekraften. Vi blir trukket til jorden. Og essensen av en gravitasjonsbølge er en endring i dette feltet, som er ekstremt svakt når det når oss. Ta for eksempel vannstanden i et reservoar. Gravitasjonsfeltstyrke - akselerasjon fritt fall på et bestemt punkt. En bølge renner over dammen vår, og plutselig endres akselerasjonen av fritt fall, bare litt.
Slike eksperimenter begynte på 60-tallet av forrige århundre. På den tiden kom de på dette: de hang en enorm aluminiumssylinder, avkjølt for å unngå interne termiske svingninger. Og de ventet på at en bølge fra for eksempel en kollisjon av to massive sorte hull plutselig skulle nå oss. Forskerne var fulle av entusiasme og sa at alt Jord kan oppleve effekten av en gravitasjonsbølge som kommer fra verdensrommet. Planeten vil begynne å vibrere, og disse seismiske bølgene (kompresjon, skjær- og overflatebølger) kan studeres.
Viktig artikkel om enheten på enkelt språk, og hvordan amerikanerne og LIGO stjal ideen til sovjetiske forskere og bygde introferometre som gjorde oppdagelsen mulig. Ingen snakker om det, alle er stille!
Forresten, gravitasjonsstråling er mer interessant fra posisjonen til kosmisk mikrobølgebakgrunnsstråling, som de prøver å finne ved å endre spekteret av elektromagnetisk stråling. Relikvie og elektromagnetisk stråling dukket opp 700 tusen år etter Big Bang, da under utvidelsen av universet, fylt med varm gass med løping sjokkbølger, som senere ble til galakser. I dette tilfellet burde det naturligvis ha blitt sendt ut et gigantisk, forbløffende antall romtidsbølger, som påvirket bølgelengden til den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen, som på den tiden fortsatt var optisk. Den russiske astrofysikeren Sazhin skriver og publiserer jevnlig artikler om dette emnet.
Feiltolkning av oppdagelsen av gravitasjonsbølger
«Et speil henger, en gravitasjonsbølge virker på det, og det begynner å svinge. Og selv de mest ubetydelige svingningene i amplitude mindre størrelse atomkjernen blir lagt merke til av instrumenter» - en slik feiltolkning brukes for eksempel i Wikipedia-artikkelen. Ikke vær lat, finn en artikkel av sovjetiske forskere fra 1962.
For det første må speilet være massivt for å kjenne "bølgene". For det andre må den avkjøles til nesten absolutt null(i Kelvin) for å unngå sine egne termiske svingninger. Mest sannsynlig, ikke bare i det 21. århundre, men generelt vil det aldri være mulig å oppdage elementær partikkel— bærer av gravitasjonsbølger: