Mnamo Februari 11, 2016, kikundi cha kimataifa cha wanasayansi, ikiwa ni pamoja na kutoka Urusi, katika mkutano wa waandishi wa habari huko Washington walitangaza ugunduzi kwamba mapema au baadaye itabadilisha maendeleo ya ustaarabu. Iliwezekana kuthibitisha kwa vitendo mawimbi ya mvuto au mawimbi ya muda wa nafasi. Kuwepo kwao kulitabiriwa miaka 100 iliyopita na Albert Einstein katika kitabu chake.

Hakuna mtu anaye shaka kuwa uvumbuzi huu utatolewa Tuzo la Nobel. Wanasayansi hawana haraka ya kuzungumza juu yake matumizi ya vitendo. Lakini wanatukumbusha kwamba hadi hivi majuzi ubinadamu pia haukujua la kufanya na mawimbi ya sumakuumeme, ambayo hatimaye ilisababisha mapinduzi ya kweli ya kisayansi na kiteknolojia.

Je, ni mawimbi ya mvuto kwa maneno rahisi

Mvuto na mvuto wa ulimwengu wote- Ni sawa. Mawimbi ya mvuto ni mojawapo ya suluhu za OTS. Wanapaswa kuenea kwa kasi ya mwanga. Inatolewa na mwili wowote unaosonga kwa kasi ya kubadilika.

Kwa mfano, inazunguka katika obiti yake na kuongeza kasi ya kutofautiana inayoelekezwa kuelekea nyota. Na kasi hii inabadilika kila wakati. mfumo wa jua hutoa nishati kwa utaratibu wa kilowati kadhaa katika mawimbi ya mvuto. Hii ni kiasi kidogo, ikilinganishwa na TV 3 za zamani za rangi.

Jambo lingine ni pulsars mbili zinazozunguka kila mmoja ( nyota za neutroni s). Wanazunguka katika obiti za karibu sana. "Wanandoa" kama hao waligunduliwa na wanajimu na kuzingatiwa kwa muda mrefu. Vitu vilikuwa tayari kuangukia kila mmoja, ambayo ilionyesha kwa njia isiyo ya moja kwa moja kwamba pulsars hutoa mawimbi ya wakati wa nafasi, ambayo ni, nishati kwenye uwanja wao.

Mvuto ni nguvu ya mvuto. Tunavutwa duniani. Na asili ya wimbi la mvuto ni mabadiliko katika uwanja huu, ambayo ni dhaifu sana inapotufikia. Kwa mfano, chukua kiwango cha maji kwenye hifadhi. Mvutano uwanja wa mvuto- kuongeza kasi kuanguka bure katika hatua maalum. Wimbi linatiririka kwenye kidimbwi chetu, na ghafla kasi ya kuanguka bila malipo inabadilika, kidogo tu.

Majaribio hayo yalianza katika miaka ya 60 ya karne iliyopita. Wakati huo, walikuja na hii: walipachika silinda kubwa ya alumini, kilichopozwa ili kuzuia kushuka kwa joto kwa ndani. Nao walingojea wimbi kutoka kwa mgongano, kwa mfano, mashimo mawili makubwa nyeusi ili kutufikia ghafla. Watafiti walikuwa wamejaa shauku na walisema kwamba wote Dunia inaweza kupata athari za wimbi la uvutano linalofika kutoka anga za juu. Sayari itaanza kutetemeka, na mawimbi haya ya seismic (compression, shear, na mawimbi ya uso) yanaweza kuchunguzwa.

Makala muhimu kuhusu kifaa kwa lugha rahisi, na jinsi Wamarekani na LIGO waliiba wazo la wanasayansi wa Soviet na kujenga introferometers ambayo ilifanya ugunduzi huo uwezekane. Hakuna mtu anayezungumza juu yake, kila mtu yuko kimya!

Kwa njia, mionzi ya mvuto inavutia zaidi kutoka kwa nafasi ya mionzi ya asili ya microwave, ambayo wanajaribu kupata kwa kubadilisha wigo. mionzi ya sumakuumeme. CMB na mionzi ya sumakuumeme ilionekana miaka elfu 700 baadaye kishindo kikubwa, basi katika mchakato wa upanuzi wa ulimwengu, kujazwa na gesi ya moto na kukimbia mawimbi ya mshtuko, ambayo baadaye iligeuka kuwa galaksi. Katika kesi hii, kwa kawaida, idadi kubwa ya mawimbi ya wakati wa nafasi inapaswa kutolewa, na kuathiri urefu wa mionzi ya asili ya microwave ya cosmic, ambayo wakati huo ilikuwa bado ya macho. Mtaalamu wa nyota wa Kirusi Sazhin anaandika na kuchapisha mara kwa mara makala juu ya mada hii.

Tafsiri potofu ya ugunduzi wa mawimbi ya mvuto

"Kioo kinaning'inia, wimbi la mvuto linafanya juu yake, na huanza kuzunguka. Na hata kushuka kwa thamani zaidi katika amplitude ukubwa mdogo kiini cha atomiki hugunduliwa na vyombo" - tafsiri isiyo sahihi kama hiyo, kwa mfano, inatumika katika nakala ya Wikipedia. Usiwe wavivu, pata nakala ya wanasayansi wa Soviet kutoka 1962.

Kwanza, kioo lazima kiwe kikubwa ili kuhisi "mawimbi". Pili, lazima ipozwe hadi karibu sufuri kabisa (Kelvin) ili kuepusha mabadiliko yake ya joto. Uwezekano mkubwa zaidi, sio tu katika karne ya 21, lakini kwa ujumla haitawezekana kugundua chembe ya msingi - mtoaji wa mawimbi ya mvuto:

Valentin Nikolaevich Rudenko anashiriki hadithi ya ziara yake katika jiji la Cascina (Italia), ambapo alitumia wiki moja kwenye "antenna ya mvuto" iliyojengwa wakati huo - kiingilizi cha macho cha Michelson. Njiani kuelekea marudio, dereva wa teksi anauliza kwa nini ufungaji ulijengwa. “Watu hapa wanafikiri ni kwa ajili ya kuzungumza na Mungu,” dereva akiri.

- Mawimbi ya mvuto ni nini?

- Wimbi la uvutano ni mojawapo ya "wabebaji wa habari za kiangazi." Kuna njia zinazoonekana za habari ya anga; darubini huchukua jukumu maalum katika "maono ya mbali". Wanaastronomia pia wamefahamu chaneli za masafa ya chini - microwave na infrared, na njia za masafa ya juu - X-ray na gamma. Mbali na mionzi ya sumakuumeme, tunaweza kugundua vijito vya chembe kutoka Angani. Kwa kusudi hili, darubini za neutrino hutumiwa - vigunduzi vya ukubwa mkubwa wa neutrinos za ulimwengu - chembe ambazo huingiliana hafifu na suala na kwa hivyo ni ngumu kusajili. Takriban aina zote za "wabebaji wa taarifa za kiastrophysi" zilizotabiriwa kinadharia na zilizosomwa kimaabara zimeboreshwa kiutendaji. Isipokuwa ilikuwa mvuto - zaidi mwingiliano dhaifu katika microcosm na zaidi nguvu yenye nguvu katika macrocosm.

Mvuto ni jiometri. Mawimbi ya mvuto ni mawimbi ya kijiometri, yaani, mawimbi yanayobadilisha sifa za kijiometri za nafasi yanapopita kwenye nafasi hiyo. Kwa kusema, haya ni mawimbi ambayo huharibu nafasi. Shida ni mabadiliko ya jamaa katika umbali kati ya alama mbili. Mionzi ya mvuto inatofautiana na aina nyingine zote za mionzi kwa usahihi kwa kuwa ni kijiometri.

Je, Einstein alitabiri mawimbi ya mvuto?

- Hapo awali, inaaminika kuwa mawimbi ya mvuto yalitabiriwa na Einstein kama moja ya matokeo ya nadharia yake ya jumla ya uhusiano, lakini kwa kweli uwepo wao unakuwa wazi tayari katika nadharia maalum ya uhusiano.

Nadharia ya uhusiano inapendekeza kuwa kutokana na mvuto wa mvuto kuanguka kwa mvuto kunawezekana, yaani, mkazo wa kitu kama matokeo ya kuanguka, kwa kusema, kwa uhakika. Kisha mvuto ni nguvu sana kwamba mwanga hauwezi hata kuepuka kutoka humo, kwa hiyo kitu kama hicho kinaitwa shimo nyeusi.

- Ni nini upekee mwingiliano wa mvuto?

Kipengele cha mwingiliano wa mvuto ni kanuni ya usawa. Kwa mujibu wake, majibu ya nguvu ya mwili wa mtihani katika uwanja wa mvuto hautegemei wingi wa mwili huu. Kuweka tu, miili yote huanguka kwa kasi sawa.

Mwingiliano wa mvuto ndio dhaifu zaidi tunaojua leo.

- Nani alikuwa wa kwanza kujaribu kukamata wimbi la mvuto?

- Jaribio la wimbi la uvutano lilifanywa kwanza na Joseph Weber kutoka Chuo Kikuu cha Maryland (Marekani). Aliunda detector ya mvuto, ambayo sasa imehifadhiwa katika Makumbusho ya Smithsonian huko Washington. Mnamo 1968-1972, Joe Weber alifanya uchunguzi juu ya jozi ya vigunduzi vilivyotenganishwa na anga, akijaribu kutenga kesi za "bahati mbaya". Mbinu ya bahati mbaya imekopwa kutoka fizikia ya nyuklia. Chini umuhimu wa takwimu ishara za mvuto zilizopokelewa na Weber zilisababisha mtazamo muhimu kuelekea matokeo ya jaribio: hakukuwa na ujasiri kwamba inawezekana kugundua mawimbi ya mvuto. Baadaye, wanasayansi walijaribu kuongeza usikivu wa vigunduzi vya aina ya Weber. Ilichukua miaka 45 kutengeneza kigunduzi ambacho unyeti wake ulikuwa wa kutosha kwa utabiri wa anga.

Wakati wa kuanza kwa jaribio, majaribio mengine mengi yalifanyika kabla ya kurekebisha; misukumo ilirekodiwa katika kipindi hiki, lakini nguvu yao ilikuwa ya chini sana.

- Kwa nini urekebishaji wa ishara haukutangazwa mara moja?

- Mawimbi ya uvutano yalirekodiwa mnamo Septemba 2015. Lakini hata ikiwa bahati mbaya ilirekodiwa, kabla ya kuitangaza, ni muhimu kudhibitisha kuwa sio bahati mbaya. Ishara iliyochukuliwa kutoka kwa antenna yoyote daima ina kelele za kupasuka (kupasuka kwa muda mfupi), na mmoja wao anaweza kutokea kwa ajali wakati huo huo na kupasuka kwa kelele kwenye antenna nyingine. Inawezekana kuthibitisha kwamba bahati mbaya haikuwa ajali tu kwa msaada wa makadirio ya takwimu.

- Kwa nini uvumbuzi katika uwanja wa mawimbi ya mvuto ni muhimu sana?

- Uwezo wa kusajili asili ya nyuma ya mvuto na kupima sifa zake, kama vile msongamano, halijoto, n.k., huturuhusu kukaribia mwanzo wa ulimwengu.

Kinachovutia ni kwamba mionzi ya mvuto ni ngumu kugundua kwa sababu inaingiliana kwa unyonge sana na maada. Lakini, shukrani kwa mali hii hiyo, hupita bila kunyonya kutoka kwa vitu vilivyo mbali zaidi na sisi na siri zaidi, kutoka kwa mtazamo wa suala, mali.

Tunaweza kusema kwamba mionzi ya mvuto hupita bila kuvuruga. Kusudi kubwa zaidi ni kusoma mionzi ya mvuto ambayo ilitenganishwa na jambo la kwanza katika Nadharia ya Big Bang, ambayo iliundwa wakati wa uumbaji wa Ulimwengu.

- Je, ugunduzi wa mawimbi ya mvuto huondoa nadharia ya quantum?

Nadharia ya uvutano huchukulia kuwepo kwa mporomoko wa mvuto, yaani, kusinyaa kwa vitu vikubwa kwa uhakika. Wakati huo huo, nadharia ya quantum iliyotengenezwa na Shule ya Copenhagen inapendekeza kwamba, kwa shukrani kwa kanuni ya kutokuwa na uhakika, haiwezekani kuashiria wakati huo huo vigezo kama vile kuratibu, kasi na kasi ya mwili. Kuna kanuni ya kutokuwa na uhakika hapa; haiwezekani kuamua trajectory halisi, kwa sababu trajectory ni kuratibu na kasi, nk. Inawezekana tu kuamua ukanda fulani wa ujasiri wa masharti ndani ya mipaka ya kosa hili, ambalo linahusishwa. na kanuni za kutokuwa na uhakika. Nadharia ya quantum inakanusha kinamna uwezekano wa vitu vya uhakika, lakini inazielezea kwa njia ya takwimu: haionyeshi viwianishi haswa, lakini inaonyesha uwezekano kwamba ina viwianishi fulani.

Swali la kuunganisha nadharia ya quantum na nadharia ya mvuto ni mojawapo ya maswali ya msingi ya kuunda nadharia ya umoja wa shamba.

Wanaendelea kuifanyia kazi sasa, na maneno “ mvuto wa quantum” inamaanisha eneo la juu kabisa la sayansi, mpaka wa maarifa na ujinga, ambapo wananadharia wote wa ulimwengu sasa wanafanya kazi.

- Ugunduzi unaweza kuleta nini katika siku zijazo?

Mawimbi ya mvuto lazima yalale kwenye msingi sayansi ya kisasa kama sehemu ya maarifa yetu. Wanachukua jukumu kubwa katika mageuzi ya Ulimwengu na kwa msaada wa mawimbi haya Ulimwengu unapaswa kuchunguzwa. Ugunduzi huo unachangia maendeleo ya jumla ya sayansi na utamaduni.

Ikiwa unaamua kwenda zaidi ya upeo wa sayansi ya leo, basi inaruhusiwa kufikiria mistari ya mawasiliano ya mvuto, vifaa vya ndege kwa kutumia mionzi ya mvuto, vifaa vya introscopy ya mvuto-wimbi.

Je, mawimbi ya mvuto yana uhusiano wowote na utambuzi wa ziada na telepathy?

Usipate. Madhara yaliyoelezwa ni madhara ulimwengu wa quantum, athari za macho.

Akihojiwa na Anna Utkina

Wanajimu wamethibitisha kuwepo kwa mawimbi ya mvuto, kuwepo kwa ambayo ilitabiriwa na Albert Einstein kuhusu miaka 100 iliyopita. Waligunduliwa kwa kutumia vigunduzi kwenye kituo cha uchunguzi cha mawimbi ya uvutano cha LIGO, ambacho kiko nchini Marekani.

Kwa mara ya kwanza katika historia, ubinadamu umerekodi mawimbi ya mvuto - mitetemo ya muda wa anga ambayo ilikuja Duniani kutokana na mgongano wa mashimo mawili meusi yaliyotokea mbali sana katika Ulimwengu. Wanasayansi wa Urusi pia walichangia ugunduzi huu. Siku ya Alhamisi, watafiti wanazungumza juu ya ugunduzi wao kote ulimwenguni - huko Washington, London, Paris, Berlin na miji mingine, pamoja na Moscow.

Picha inaonyesha mwigo wa mgongano wa shimo jeusi

Katika mkutano na waandishi wa habari katika ofisi ya Rambler&Co, Valery Mitrofanov, mkuu wa sehemu ya Urusi ya ushirikiano wa LIGO, alitangaza ugunduzi wa mawimbi ya mvuto:

"Tulipewa heshima ya kushiriki katika mradi huu na kuwasilisha matokeo kwako. Sasa nitakuambia maana ya ugunduzi katika Kirusi. Tumeona picha nzuri za vigunduzi vya LIGO nchini Marekani. Umbali kati yao ni 3000 km. Chini ya ushawishi wa wimbi la mvuto, mmoja wa wagunduzi alihama, baada ya hapo tukawagundua. Mwanzoni tuliona kelele tu kwenye kompyuta, na kisha umati wa wagunduzi wa Hamford ulianza kutikisa. Baada ya kuhesabu data iliyopatikana, tuliweza kubaini kuwa ni mashimo meusi yaliyogongana kwa umbali wa bilioni 1.3. miaka nyepesi mbali. Ishara ilikuwa wazi sana, ilitoka kwa kelele kwa uwazi sana. Watu wengi walituambia kuwa tulikuwa na bahati, lakini asili ilitupa zawadi kama hiyo. Mawimbi ya uvutano yamegunduliwa, hiyo ni hakika.”

Wanajimu wamethibitisha uvumi kwamba waliweza kugundua mawimbi ya mvuto kwa kutumia vigunduzi kwenye kituo cha uchunguzi cha mawimbi ya mvuto cha LIGO. Ugunduzi huu utaruhusu ubinadamu kufanya maendeleo makubwa katika kuelewa jinsi Ulimwengu unavyofanya kazi.

Ugunduzi huo ulifanyika mnamo Septemba 14, 2015 wakati huo huo na vigunduzi viwili huko Washington na Louisiana. Ishara ilifika kwenye detectors kutokana na mgongano wa mashimo mawili nyeusi. Iliwachukua wanasayansi muda mrefu sana kuthibitisha kwamba ni mawimbi ya mvuto ambayo yalitokana na mgongano huo.

Mgongano wa mashimo ulitokea kwa kasi ya karibu nusu ya kasi ya mwanga, ambayo ni takriban 150,792,458 m / s.

“Nguvu ya uvutano ya Newton ilielezewa katika anga tambarare, na Einstein akaihamisha hadi kwenye ndege ya wakati na kudhania kwamba inaipinda. Mwingiliano wa mvuto ni dhaifu sana. Duniani, majaribio ya kuunda mawimbi ya mvuto hayawezekani. Waligunduliwa tu baada ya kuunganishwa kwa shimo nyeusi. Kigunduzi kilibadilishwa, fikiria tu, kwa mita 10 hadi -19. Huwezi kuhisi kwa mikono yako. Tu kwa msaada wa vyombo sahihi sana. Jinsi ya kufanya hivyo? Boriti ya laser ambayo mabadiliko hayo yalirekodiwa ilikuwa ya kipekee kwa asili. Antena ya kizazi cha pili ya nguvu ya laser ya LIGO ilianza kufanya kazi mnamo 2015. Usikivu hufanya iwezekanavyo kugundua usumbufu wa mvuto takriban mara moja kwa mwezi. Huu ni ulimwengu wa hali ya juu na sayansi ya Amerika; hakuna kitu sahihi zaidi ulimwenguni. Tunatumai kuwa itaweza kushinda Kikomo cha Usikivu wa Kawaida cha Quantum,” ulieleza ugunduzi huo Sergei Vyatchanin, mfanyakazi wa Idara ya Fizikia ya Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow na ushirikiano wa LIGO.

Kiwango cha Kawaida cha Quantum (SQL) mechanics ya quantum- kizuizi kilichowekwa kwa usahihi wa kipimo kinachoendelea au kinachorudiwa mara kwa mara cha kiasi chochote kinachoelezewa na opereta ambaye haendi naye mwenyewe kwa nyakati tofauti. Ilitabiriwa mwaka wa 1967 na V.B. Braginsky, na neno Standard Quantum Limit (SQL) lilipendekezwa baadaye na Thorne. SKP inahusiana kwa karibu na uhusiano wa kutokuwa na uhakika wa Heisenberg.

Kwa muhtasari, Valery Mitrofanov alizungumza juu ya mipango ya utafiti zaidi:

“Ugunduzi huu ni mwanzo wa unajimu mpya wa mawimbi ya uvutano. Kupitia mkondo wa mawimbi ya uvutano tunatarajia kujifunza zaidi kuhusu Ulimwengu. Tunajua muundo wa 5% tu ya vitu, iliyobaki ni siri. Vigunduzi vya mvuto vitakuruhusu kuona anga katika "mawimbi ya uvutano." Katika siku zijazo, tunatumai kuona mwanzo wa kila kitu, ambayo ni, mionzi ya mabaki ya Big Bang na kuelewa ni nini hasa kilifanyika wakati huo.

Mawimbi ya mvuto yalipendekezwa kwanza na Albert Einstein mnamo 1916, karibu miaka 100 iliyopita. Mlinganyo wa mawimbi ni tokeo la milinganyo ya nadharia ya uhusiano na haitolewi kwa njia rahisi zaidi.

Mwanafizikia wa nadharia wa Kanada Clifford Burgess hapo awali alichapisha barua akisema uchunguzi uligundua mionzi ya mvuto iliyosababishwa na kuunganishwa kwa mfumo wa binary wa mashimo meusi na molekuli 36 na 29 za sola kwenye kitu chenye wingi wa misa 62 ya jua. Mgongano na kuanguka kwa mvuto usio na usawa huchukua sehemu ya sekunde, na wakati huu nishati inayofikia hadi asilimia 50 ya wingi wa mfumo hupotea kwenye mionzi ya mvuto - ripples katika muda wa nafasi.

Wimbi la mvuto ni wimbi la mvuto linalozalishwa katika nadharia nyingi za uvutano kwa mwendo wa miili ya mvuto yenye kuongeza kasi inayobadilika. Kutokana na udhaifu wa jamaa wa nguvu za mvuto (ikilinganishwa na wengine), mawimbi haya yanapaswa kuwa na ukubwa mdogo sana, vigumu kujiandikisha. Kuwepo kwao kulitabiriwa karibu karne moja iliyopita na Albert Einstein.

Miaka mia moja baada ya utabiri wa kinadharia uliofanywa na Albert Einstein ndani ya mfumo wa nadharia ya jumla ya uhusiano, wanasayansi waliweza kuthibitisha kuwepo kwa mawimbi ya mvuto. Enzi ya mbinu mpya kimsingi ya kusoma anga za juu—unajimu wa mawimbi ya uvutano—inaanza.

Kuna uvumbuzi tofauti. Kuna zile za nasibu, ni za kawaida katika unajimu. Hakuna zile za bahati mbaya kabisa, zilizotengenezwa kama matokeo ya "kuchanganyika" kwa kina kwa eneo hilo, kama vile ugunduzi wa Uranus na William Herschel. Kuna wale serendipal - walipokuwa wakitafuta kitu kimoja na kupata kingine: kwa mfano, waligundua Amerika. Lakini mahali maalum Katika sayansi, uvumbuzi uliopangwa unachukua nafasi ya mbele. Zinatokana na utabiri wazi wa kinadharia. Kinachotabiriwa hutafutwa hasa ili kuthibitisha nadharia. Ugunduzi huo ni pamoja na ugunduzi wa kifua cha Higgs kwenye Koli Kubwa ya Hadron na ugunduzi wa mawimbi ya mvuto kwa kutumia laser interferometer mvuto-wimbi uchunguzi wa LIGO. Lakini ili kusajili jambo fulani lililotabiriwa na nadharia, unahitaji kuwa na ufahamu mzuri wa nini hasa na wapi kuangalia, na pia ni zana gani zinahitajika kwa hili.

Mawimbi ya uvutano kwa jadi huitwa utabiri wa nadharia ya jumla ya uhusiano (GTR), na hii ni kweli (ingawa sasa mawimbi kama haya yapo katika mifano yote ambayo ni mbadala au inayosaidia GTR). Kuonekana kwa mawimbi husababishwa na ukomo wa kasi ya uenezi wa mwingiliano wa mvuto (kwa ujumla uhusiano kasi hii ni sawa na kasi ya mwanga). Mawimbi kama haya ni usumbufu katika wakati wa nafasi kuenea kutoka kwa chanzo. Ili mawimbi ya mvuto kutokea, chanzo lazima kipige au kusonga kwa kasi, lakini kwa njia fulani. Hebu tuseme harakati zilizo na ulinganifu kamili wa spherical au cylindrical hazifai. Kuna vyanzo vingi kama hivyo, lakini mara nyingi huwa na misa ndogo, haitoshi kutoa ishara yenye nguvu. Baada ya yote, mvuto ni dhaifu zaidi kati ya maingiliano manne ya msingi, hivyo ni vigumu sana kujiandikisha ishara ya mvuto. Kwa kuongeza, kwa usajili ni muhimu kwamba ishara inabadilika haraka kwa muda, yaani, ina mzunguko wa juu wa kutosha. Vinginevyo, hatutaweza kuisajili, kwa kuwa mabadiliko yatakuwa polepole sana. Hii ina maana kwamba vitu lazima pia kuwa compact.

Hapo awali, shauku kubwa ilitokana na milipuko ya supernova ambayo hutokea katika galaksi kama yetu kila baada ya miongo michache. Hii ina maana kwamba ikiwa tunaweza kufikia unyeti unaotuwezesha kuona ishara kutoka umbali wa miaka milioni kadhaa ya mwanga, tunaweza kuhesabu ishara kadhaa kwa mwaka. Lakini baadaye ikawa kwamba makadirio ya awali ya nguvu ya kutolewa kwa nishati kwa namna ya mawimbi ya mvuto wakati wa mlipuko wa supernova yalikuwa na matumaini sana, na ishara dhaifu kama hiyo inaweza kugunduliwa tu ikiwa supernova ilikuwa imetoka kwenye Galaxy yetu.

Chaguo jingine kubwa vitu kompakt, kujituma harakati za haraka, - nyota za neutron au mashimo nyeusi. Tunaweza kuona ama mchakato wa malezi yao, au mchakato wa mwingiliano na kila mmoja. Hatua za mwisho za kuanguka kwa cores za nyota, na kusababisha kuundwa kwa vitu vilivyounganishwa, pamoja na hatua za mwisho za kuunganishwa kwa nyota za neutron na shimo nyeusi, zina muda wa utaratibu wa milliseconds kadhaa (ambayo inalingana na mzunguko wa mamia ya hertz) - kile kinachohitajika. Katika kesi hiyo, nishati nyingi hutolewa, ikiwa ni pamoja na (na wakati mwingine hasa) kwa namna ya mawimbi ya mvuto, kwani miili mikubwa ya kompakt hufanya harakati fulani za haraka. Hivi ndivyo vyanzo vyetu bora.

Kweli, supernovae hulipuka kwenye Galaxy mara moja kila baada ya miongo michache, muunganisho wa nyota za nyutroni hutokea mara moja kila baada ya makumi ya maelfu ya miaka, na shimo nyeusi huunganishwa na kila mmoja hata mara chache zaidi. Lakini ishara ina nguvu zaidi, na sifa zake zinaweza kuhesabiwa kwa usahihi kabisa. Lakini sasa tunahitaji kuwa na uwezo wa kuona ishara kutoka umbali wa miaka milioni mia kadhaa ya mwanga ili kufunika makumi kadhaa ya maelfu ya galaksi na kugundua ishara kadhaa kwa mwaka.

Baada ya kuamua juu ya vyanzo, tutaanza kuunda kigunduzi. Ili kufanya hivyo, unahitaji kuelewa ni nini wimbi la mvuto hufanya. Bila kuingia kwa undani, tunaweza kusema kwamba kifungu cha wimbi la mvuto husababisha nguvu ya mawimbi (mawimbi ya kawaida ya mwezi au jua ni jambo tofauti, na mawimbi ya mvuto hayana uhusiano wowote nayo). Kwa hiyo unaweza kuchukua, kwa mfano, silinda ya chuma, kuandaa na sensorer na kujifunza vibrations yake. Hii sio ngumu, ndiyo sababu mitambo kama hiyo ilianza kufanywa nusu karne iliyopita (zinapatikana pia nchini Urusi; sasa kigunduzi kilichoboreshwa kilichotengenezwa na timu ya Valentin Rudenko kutoka SAI MSU kinawekwa kwenye maabara ya chini ya ardhi ya Baksan). Shida ni kwamba kifaa kama hicho kitaona ishara bila mawimbi yoyote ya mvuto. Kuna kelele nyingi ambazo ni ngumu kushughulikia. Inawezekana (na imefanywa!) Kufunga detector chini ya ardhi, jaribu kuitenga, baridi kwa joto la chini, lakini bado, ili kuzidi kiwango cha kelele, ishara ya wimbi la nguvu ya mvuto ingehitajika. Lakini ishara zenye nguvu huja mara chache.

Kwa hivyo, chaguo lilifanywa kwa niaba ya mpango mwingine, ambao uliwekwa mbele mnamo 1962 na Vladislav Pustovoit na Mikhail Herzenstein. Katika makala iliyochapishwa katika JETP (Journal of Experimental and Theoretical Physics), walipendekeza kutumia Michelson interferometer ili kugundua mawimbi ya uvutano. Boriti ya laser inaendesha kati ya vioo katika mikono miwili ya interferometer, na kisha mihimili kutoka kwa silaha tofauti huongezwa. Kwa kuchambua matokeo ya kuingiliwa kwa boriti, mabadiliko ya jamaa katika urefu wa mkono yanaweza kupimwa. Hii ni sana vipimo sahihi, hivyo ikiwa unapiga kelele, unaweza kufikia unyeti wa ajabu.

Mwanzoni mwa miaka ya 1990, iliamuliwa kujenga vigunduzi kadhaa kwa kutumia muundo huu. Wa kwanza kuanza kufanya kazi walikuwa mitambo midogo, GEO600 huko Uropa na TAMA300 huko Japani (nambari zinalingana na urefu wa mikono katika mita) ili kujaribu teknolojia. Lakini wachezaji wakuu walipaswa kuwa mitambo ya LIGO huko USA na VIRGO huko Uropa. Ukubwa wa vyombo hivi tayari hupimwa kwa kilomita, na unyeti wa mwisho uliopangwa unapaswa kuruhusu kuona kadhaa, ikiwa sio mamia ya matukio kwa mwaka.

Kwa nini vifaa vingi vinahitajika? Kimsingi kwa uthibitisho mtambuka, kwa kuwa kuna kelele za ndani (k.m. seismic). Kurekodi kwa wakati mmoja kwa ishara huko kaskazini-magharibi mwa Marekani na Italia itakuwa ushahidi bora wa ishara yake asili ya nje. Lakini kuna sababu ya pili: vigunduzi vya mawimbi ya mvuto ni duni sana katika kuamua mwelekeo wa chanzo. Lakini ikiwa kuna vigunduzi kadhaa vilivyowekwa kando, itawezekana kuonyesha mwelekeo kwa usahihi kabisa.

Majitu ya laser

Katika fomu yao ya asili, vigunduzi vya LIGO vilijengwa mnamo 2002, na vigunduzi vya VIRGO mnamo 2003. Kulingana na mpango huo, hii ilikuwa hatua ya kwanza tu. Mitambo yote ilifanya kazi kwa miaka kadhaa, na mnamo 2010-2011 ilisimamishwa kwa marekebisho, kisha ikafikia kiwango kilichopangwa. unyeti mkubwa. Vigunduzi vya LIGO vilikuwa vya kwanza kufanya kazi mnamo Septemba 2015, VIRGO inapaswa kujiunga katika nusu ya pili ya 2016, na kutoka hatua hii unyeti huturuhusu kutumaini kurekodi angalau matukio kadhaa kwa mwaka.

Baada ya LIGO kuanza kufanya kazi, kiwango cha mlipuko kilichotarajiwa kilikuwa takriban tukio moja kwa mwezi. Wanaastrofizikia walikadiria mapema kwamba matukio ya kwanza yanayotarajiwa yatakuwa kuunganishwa kwa shimo nyeusi. Hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba shimo nyeusi kawaida huwa na uzito mara kumi kuliko nyota za neutroni, ishara ina nguvu zaidi, na "inaonekana" kutoka. masafa marefu, ambayo hufidia zaidi kiwango cha chini cha matukio kwa kila galaksi. Kwa bahati nzuri, hatukuhitaji kungoja muda mrefu. Mnamo Septemba 14, 2015, mitambo yote miwili ilisajili ishara inayokaribia kufanana, inayoitwa GW150914.

Kwa msaada mzuri uchambuzi rahisi data kama vile wingi wa shimo nyeusi, nguvu ya mawimbi, na umbali wa chanzo inaweza kupatikana. Uzito na ukubwa wa shimo nyeusi zinahusiana kwa urahisi sana na vizuri kwa njia inayojulikana, na kutoka kwa mzunguko wa ishara mtu anaweza kukadiria mara moja ukubwa wa eneo la kutolewa kwa nishati. KATIKA kwa kesi hii ukubwa ulionyesha kuwa shimo nyeusi yenye molekuli zaidi ya 60 ya misa ya jua iliundwa kutoka kwa mashimo mawili yenye wingi wa 25-30 na 35-40 raia wa jua. Kujua data hii, unaweza kupata nishati kamili nyunyiza. Takriban misa tatu ya jua ilibadilishwa kuwa mionzi ya uvutano. Hii inalingana na mwangaza wa miale ya jua 1023 - takriban kiasi sawa na nyota zote katika sehemu inayoonekana ya Ulimwengu hutoa wakati huu (mamia ya sekunde). Na kutoka kwa nishati inayojulikana na ukubwa wa ishara iliyopimwa, umbali unapatikana. Misa kubwa miili iliyounganishwa ilifanya iwezekane kusajili tukio lililotokea katika galaksi ya mbali: ishara ilichukua takriban miaka bilioni 1.3 kutufikia.

Zaidi uchambuzi wa kina inaruhusu sisi kufafanua uwiano wa wingi wa shimo nyeusi na kuelewa jinsi walivyozunguka karibu na mhimili wao, na pia kuamua vigezo vingine. Kwa kuongeza, ishara kutoka kwa mitambo miwili inafanya uwezekano wa takriban kuamua mwelekeo wa kupasuka. Kwa bahati mbaya, usahihi hapa sio juu sana, lakini kwa kuagiza VIRGO iliyosasishwa itaongezeka. Na katika miaka michache, detector ya Kijapani KAGRA itaanza kupokea ishara. Kisha moja ya vigunduzi vya LIGO (hapo awali vilikuwa vitatu, moja ya mitambo ilikuwa mbili) itakusanywa nchini India, na inatarajiwa kwamba matukio mengi yatarekodiwa kwa mwaka.

Enzi ya unajimu mpya

Washa wakati huu wengi matokeo muhimu Kazi ya LIGO ni uthibitisho wa kuwepo kwa mawimbi ya mvuto. Kwa kuongezea, mlipuko wa kwanza kabisa ulifanya iwezekane kuboresha vizuizi kwenye misa ya graviton (kwa ujumla uhusiano ina misa ya sifuri), na pia kupunguza kwa nguvu tofauti kati ya kasi ya uenezi wa mvuto na kasi ya mvuto. mwanga. Lakini wanasayansi wanatumai kuwa tayari mnamo 2016 wataweza kupata data nyingi mpya za unajimu kwa kutumia LIGO na VIRGO.

Kwanza, data kutoka kwa uchunguzi wa mawimbi ya uvutano hutoa njia mpya ya kusoma shimo nyeusi. Ikiwa hapo awali ilikuwa inawezekana tu kuchunguza mtiririko wa vitu karibu na vitu hivi, sasa unaweza "kuona" moja kwa moja mchakato wa kuunganisha na "kutuliza" shimo nyeusi linalosababisha, jinsi upeo wake unavyobadilika, ukichukua sura yake ya mwisho. imedhamiriwa na mzunguko). Pengine, hadi ugunduzi wa uvukizi wa Hawking wa shimo nyeusi (kwa sasa mchakato huu unabaki kuwa hypothesis), utafiti wa kuunganishwa utatoa taarifa bora ya moja kwa moja juu yao.

Pili, uchunguzi wa muunganisho wa nyota za nyutroni utatoa mengi mapya sana taarifa muhimu kuhusu vitu hivi. Kwa mara ya kwanza, tutaweza kusoma nyota za neutroni jinsi wanafizikia husoma chembe: kuzitazama zikigongana ili kuelewa jinsi zinavyofanya kazi ndani. Siri ya muundo wa mambo ya ndani ya nyota za nyutroni huwa na wasiwasi wote wa astrophysicists na fizikia. Uelewa wetu wa fizikia ya nyuklia na tabia ya maada katika msongamano wa hali ya juu haujakamilika bila kusuluhisha suala hili. Kuna uwezekano kwamba uchunguzi wa mawimbi ya mvuto utachukua jukumu muhimu hapa.

Inaaminika kuwa muunganisho wa nyota za nyutroni huwajibika kwa kupasuka kwa gamma-ray kwa muda mfupi wa ulimwengu. Katika hali nadra, itawezekana kutazama wakati huo huo tukio katika safu ya gamma na kwenye vigunduzi vya mawimbi ya mvuto (uhaba ni kwa sababu ya ukweli kwamba, kwanza, ishara ya gamma imejilimbikizia kwenye boriti nyembamba sana, na sio. daima kuelekezwa kwetu, lakini pili, hatutasajili mawimbi ya mvuto kutoka kwa matukio ya mbali sana). Inavyoonekana, itachukua miaka kadhaa ya uchunguzi ili kuweza kuona hii (ingawa, kama kawaida, unaweza kuwa na bahati na itatokea leo). Kisha, kati ya mambo mengine, tutaweza kulinganisha kwa usahihi sana kasi ya mvuto na kasi ya mwanga.

Kwa hivyo, viingilizi vya leza kwa pamoja vitafanya kazi kama darubini moja ya mawimbi ya uvutano, na kuleta ujuzi mpya kwa wanaastrofizikia na wanafizikia. Kweli, mapema au baadaye Tuzo la Nobel linalostahiliwa litatolewa kwa ugunduzi wa milipuko ya kwanza na uchambuzi wao.

2197
, MAREKANI
© REUTERS, Kitini

Mawimbi ya mvuto hatimaye hugunduliwa

Sayansi Maarufu

Oscillations katika muda wa anga hugunduliwa karne baada ya Einstein kutabiri. Huanza enzi mpya katika astronomia.

Wanasayansi wamegundua mabadiliko katika muda wa nafasi yanayosababishwa na kuunganishwa kwa shimo nyeusi. Hii ilitokea miaka mia moja baada ya Albert Einstein kutabiri "mawimbi haya ya mvuto" katika nadharia yake ya jumla ya uhusiano, na miaka mia moja baada ya wanafizikia kuanza kuyatafuta.

Ugunduzi huu wa kihistoria ulitangazwa leo na watafiti kutoka Kituo cha Kuchunguza Mawimbi ya Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Walithibitisha uvumi ambao ulikuwa umezunguka uchanganuzi wa seti ya kwanza ya data waliyokusanya kwa miezi. Wanaastrofizikia wanasema ugunduzi wa mawimbi ya uvutano hutoa maarifa mapya katika ulimwengu na uwezo wa kutambua matukio ya mbali ambayo hayawezi kuonekana kwa darubini za macho, lakini yanaweza kuhisiwa na hata kusikika mitetemo yao hafifu inapotufikia kupitia angani.

"Tumegundua mawimbi ya mvuto. Tulifanya!" - alitangaza mkurugenzi mtendaji timu ya kisayansi ya watu elfu moja David Reitze, akizungumza leo katika mkutano na waandishi wa habari huko Washington katika Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi.

Mawimbi ya mvuto labda ni jambo lisilowezekana zaidi katika utabiri wa Einstein, na mwanasayansi alijadili mada hii na watu wa wakati wake kwa miongo kadhaa. Kulingana na nadharia yake, nafasi na wakati huunda jambo linaloweza kunyoosha, ambalo huinama chini ya ushawishi wa vitu vizito. Kuhisi mvuto kunamaanisha kuanguka katika mikunjo ya jambo hili. Lakini je, muda huu wa nafasi unaweza kutetemeka kama ngozi ya ngoma? Einstein alichanganyikiwa; hakujua milinganyo yake ilimaanisha nini. Na alibadilisha maoni yake mara kadhaa. Lakini hata wafuasi shupavu wa nadharia yake waliamini kwamba mawimbi ya mvuto kwa vyovyote vile ni dhaifu sana kuweza kuzingatiwa. Wao hutoka nje baada ya majanga fulani, na wanaposonga, wao hunyoosha na kubana muda wa nafasi. Lakini mawimbi haya yanapofika Duniani, hunyoosha na kubana kila kilomita ya nafasi sehemu isiyo na maana kipenyo cha kiini cha atomiki.

© REUTERS, Kigunduzi cha Hangout cha LIGO huko Hanford, Washington

Kugundua mawimbi haya kulihitaji uvumilivu na tahadhari. Kichunguzi cha LIGO kilirusha miale ya leza na kurudi nyuma na mbele kando ya mikono yenye pembe ya kilomita nne (kilomita 4) ya vigunduzi viwili, kimoja huko Hanford, Washington, na kingine Livingston, Louisiana. Hii ilifanyika katika kutafuta upanuzi na mikazo ya sadfa ya mifumo hii wakati wa kupita kwa mawimbi ya uvutano. Kwa kutumia vidhibiti vya hali ya juu, vyombo vya utupu na maelfu ya vihisi, wanasayansi walipima mabadiliko katika urefu wa mifumo hii ambayo ilikuwa ndogo kufikia elfu moja ya ukubwa wa protoni. Usikivu kama huo wa vyombo haukufikiriwa miaka mia moja iliyopita. Ilionekana kuwa ya kushangaza hata mnamo 1968, wakati Rainer Weiss kutoka Massachusetts Taasisi ya Teknolojia aliunda jaribio linaloitwa LIGO.

“Ni muujiza mkubwa kwamba mwishowe walifanikiwa. Waliweza kugundua mitetemo hii midogo!” - sema mwanafizikia wa kinadharia kutoka Chuo Kikuu cha Arkansas, Daniel Kennefick, ambaye aliandika kitabu cha 2007 Kusafiri kwa Kasi ya Mawazo: Einstein na Kutafuta Mawimbi ya Mvuto (Kusafiri kwa kasi ya mawazo. Einstein na utafutaji wa mawimbi ya mvuto).

Ugunduzi huu uliashiria mwanzo wa enzi mpya ya unajimu wa mawimbi ya uvutano. Tumaini ni kwamba tutakuwa na uelewa mzuri zaidi wa uundaji, utungaji na jukumu la galaksi la shimo nyeusi-hiyo mipira minene ya wingi ambayo inapinda wakati wa nafasi kwa kasi sana hivi kwamba hata mwanga hauwezi kutoroka. Wakati mashimo meusi yanapokaribiana na kuunganishwa, yanatokeza ishara ya mapigo—mizunguko ya muda wa anga ambayo huongeza amplitude na sauti kabla ya kuisha ghafula. Ishara hizo ambazo uchunguzi unaweza kurekodi ziko katika safu ya sauti - hata hivyo, ni dhaifu sana kusikilizwa na sikio uchi. Unaweza kuunda sauti hii upya kwa kuelekeza vidole vyako juu ya vitufe vya piano. "Anza na noti ya chini kabisa na ufanyie kazi hadi oktava ya tatu," Weiss alisema. "Hiyo ndiyo tunayosikia."

Wanafizikia tayari wanashangazwa na idadi na nguvu za ishara ambazo zimerekodiwa hadi sasa. Hii inamaanisha kuwa kuna mashimo meusi zaidi ulimwenguni kuliko ilivyofikiriwa hapo awali. "Tulikuwa na bahati, lakini kila mara nilitegemea aina hiyo ya bahati," alisema mwanasayansi wa anga Kip Thorne, ambaye anafanya kazi katika Taasisi ya Teknolojia ya California na kuunda LIGO pamoja na Weiss na Ronald Drever, pia katika Caltech. "Hii mara nyingi hutokea wakati dirisha jipya kabisa linafunguliwa katika ulimwengu."

Kwa kusikiliza mawimbi ya mvuto, tunaweza kuunda mawazo tofauti kabisa kuhusu nafasi, na labda kugundua matukio ya ulimwengu usiofikiriwa.

"Ninaweza kulinganisha hii na mara ya kwanza tulipoelekeza darubini angani," alisema mwanasaikolojia wa kinadharia Janna Levin wa Chuo cha Barnard, Chuo Kikuu cha Columbia. "Watu walitambua kwamba kulikuwa na kitu huko na kwamba kinaweza kuonekana, lakini hawakuweza kutabiri uwezekano wa ajabu uliopo katika ulimwengu." Vivyo hivyo, Levine alisema, ugunduzi wa mawimbi ya uvutano ungeweza kuonyesha kwamba ulimwengu “umejaa jambo la giza, ambayo hatuwezi kutambua kwa urahisi kwa kutumia darubini.”

Hadithi ya ugunduzi wa wimbi la kwanza la mvuto ilianza Jumatatu asubuhi mnamo Septemba, na ilianza kwa kishindo. Ishara hiyo ilikuwa wazi na kubwa sana hivi kwamba Weiss alifikiria: "Hapana, huu ni upuuzi, hakuna kitakachotokea."

Uzito wa hisia

Wimbi hilo la kwanza la uvutano lilikumba vigunduzi vilivyoboreshwa vya LIGO—kwanza Livingston na milisekunde saba baadaye huko Hanford—wakati wa uigaji mapema Septemba 14, siku mbili kabla. kuanza rasmi ukusanyaji wa data.

Vigunduzi hivyo vilikuwa vikijaribiwa baada ya kuboreshwa kwa miaka mitano na kugharimu $200 milioni. Walikuwa na vifaa vipya vya kusimamishwa kwa kioo kwa kupunguza kelele na hai maoni kukandamiza mitetemo ya nje kwa wakati halisi. Uboreshaji wa kisasa uliipa uchunguzi ulioboreshwa zaidi ngazi ya juu usikivu ikilinganishwa na LIGO ya zamani, ambayo kati ya 2002 na 2010 ilipata "sifuri kabisa na safi," kama Weiss alivyoiweka.

Wakati ishara yenye nguvu ilipowasili mnamo Septemba, wanasayansi huko Uropa, ambapo ilikuwa asubuhi wakati huo, walianza kuwarushia wenzao Waamerika ujumbe kwa haraka. barua pepe. Wengine wa kundi walipoamka, habari zilienea haraka sana. Kulingana na Weiss, karibu kila mtu alikuwa na shaka, haswa walipoona ishara. Ilikuwa kitabu cha maandishi cha kweli, ndiyo sababu watu wengine walidhani kuwa ni bandia.

Utafutaji wa mawimbi ya nguvu ya uvutano umekuwa na dosari mara nyingi tangu mwishoni mwa miaka ya 1960, wakati Joseph Weber wa Chuo Kikuu cha Maryland alipofikiria kuwa amegundua. mitetemo ya resonant katika silinda ya alumini yenye vihisi kujibu mawimbi. Mnamo mwaka wa 2014, jaribio lililoitwa BICEP2 lilitangaza ugunduzi wa mawimbi ya awali ya uvutano—viwimbi vya anga za juu kutoka kwa Big Bang ambavyo sasa vimetandazwa na kugandishwa kabisa katika jiometri ya ulimwengu. Wanasayansi kutoka kwa timu ya BICEP2 walitangaza ugunduzi wao kwa shauku kubwa, lakini matokeo yao yalifanywa uthibitisho wa kujitegemea, wakati ambao iliibuka kuwa hawakuwa sahihi na kwamba ishara ilitoka kwa vumbi la ulimwengu.

Mwanakosmolojia wa Chuo Kikuu cha Arizona State Lawrence Krauss aliposikia kuhusu ugunduzi wa timu ya LIGO, mwanzoni alifikiri kuwa ni "udanganyifu wa kipofu." Wakati wa operesheni ya uchunguzi wa zamani, ishara zilizoigwa ziliingizwa kwa siri kwenye mitiririko ya data ili kujaribu majibu, na wengi wa Timu haikujua juu yake. Wakati Krauss anatoka chanzo chenye ujuzi Baada ya kujua kwamba wakati huu haikuwa “kutupwa kipofu,” hakuweza kuzuia msisimko wake wa shangwe.

Mnamo Septemba 25, aliwaambia wafuasi wake 200,000 wa Twitter: "Tetesi za wimbi la uvutano kugunduliwa na kigunduzi cha LIGO. Inashangaza kama ni kweli. Nitakupa maelezo kama si ya uwongo.” Hii inafuatwa na ingizo la Januari 11: "Uvumi uliopita kuhusu LIGO umethibitishwa na vyanzo huru. Fuatilia habari. Labda mawimbi ya uvutano yamegunduliwa!”

Msimamo rasmi wa wanasayansi ulikuwa huu: usizungumze juu ya ishara iliyopokelewa mpaka kuna uhakika wa asilimia mia moja. Thorne, amefungwa mikono na miguu na jukumu hili la usiri, hata hakusema chochote kwa mkewe. "Nilisherehekea peke yangu," alisema. Kuanza, wanasayansi waliamua kurudi mwanzoni kabisa na kuchambua kila kitu kwa undani mdogo zaidi ili kujua jinsi ishara ilienea kupitia maelfu ya njia za kipimo za vigunduzi anuwai, na kuelewa ikiwa kulikuwa na kitu cha kushangaza huko. wakati ishara iligunduliwa. Hawakupata kitu chochote kisicho cha kawaida. Pia waliwatenga wadukuzi, ambao wangekuwa na ujuzi bora zaidi wa maelfu ya mitiririko ya data kwenye jaribio. "Hata wakati timu inaporusha vipofu, huwa si kamili vya kutosha na huacha alama nyingi," Thorne alisema. "Lakini hapakuwa na athari hapa."

Katika majuma yaliyofuata, walisikia ishara nyingine, dhaifu zaidi.

Wanasayansi walichambua ishara mbili za kwanza, na mpya zaidi na zaidi zilifika. Waliwasilisha utafiti wao katika jarida Barua za Uhakiki wa Kimwili mnamo Januari. Toleo hili limechapishwa mtandaoni leo. Kwa mujibu wa makadirio yao, umuhimu wa takwimu wa ishara ya kwanza, yenye nguvu zaidi inazidi 5-sigma, ambayo ina maana kwamba watafiti wana uhakika wa 99.9999% katika ukweli wake.

Kusikiliza mvuto

Milinganyo uhusiano wa jumla Nadharia za Einstein ni ngumu sana kwamba ilichukua wanafizikia wengi miaka 40 kukubaliana: ndiyo, mawimbi ya mvuto yapo, na yanaweza kugunduliwa - hata kinadharia.

Mwanzoni, Einstein alifikiri kwamba vitu haviwezi kutoa nishati kwa njia ya mionzi ya mvuto, lakini kisha akabadilisha maoni yake. Kwake kazi ya kihistoria, iliyoandikwa mnamo 1918, alionyesha ni vitu gani vinaweza kufanya hivi: mifumo yenye umbo la dumbbell ambayo wakati huo huo inazunguka karibu na shoka mbili, kama vile mbili na supernovae, kulipuka kama fataki. Wanaweza kutoa mawimbi kwa wakati wa nafasi.

© REUTERS, Kitini Mfano wa kompyuta, inayoonyesha asili ya mawimbi ya mvuto katika Mfumo wa Jua

Lakini Einstein na wenzake waliendelea kusita. Wanafizikia fulani walibishana kwamba hata kama mawimbi yangekuwepo, ulimwengu ungetetemeka pamoja nao, na haingewezekana kuyahisi. Ilikuwa tu mwaka wa 1957 ambapo Richard Feynman alifunga swali hili kwa kuonyesha jaribio la mawazo kwamba ikiwa mawimbi ya mvuto yapo, yanaweza kugunduliwa kinadharia. Lakini hakuna mtu aliyejua jinsi mifumo hii ya umbo la dumbbell ilivyokuwa katika anga ya nje, au jinsi mawimbi yaliyotokana na nguvu au dhaifu yalivyokuwa. "Mwishowe swali lilikuwa: Je! tutawahi kuwagundua?" Alisema Kennefick.

Mnamo 1968, Rainer Weiss alikuwa profesa mchanga huko MIT na alipewa kazi ya kufundisha kozi juu ya uhusiano wa jumla. Akiwa mtaalamu wa majaribio, alijua kidogo kulihusu, lakini ghafla habari zikatokea kuhusu ugunduzi wa Weber wa mawimbi ya uvutano. Weber aliunda vigunduzi vitatu vya resonant kutoka kwa alumini, saizi ya dawati na kuwaweka katika tofauti majimbo ya Marekani. Sasa aliripoti kwamba vigunduzi vyote vitatu viligundua “sauti ya mawimbi ya uvutano.”

Wanafunzi wa Weiss waliulizwa kueleza asili ya mawimbi ya mvuto na kutoa maoni yao juu ya ujumbe. Kusoma maelezo, alishangazwa na ugumu wa hesabu za hisabati. "Sikuweza kujua nini Weber alikuwa akifanya, jinsi vihisi viliingiliana na wimbi la mvuto. Nilikaa kwa muda mrefu na kujiuliza: "Ni jambo gani la zamani zaidi ninaloweza kupata ambalo linaweza kugundua mawimbi ya mvuto?" Na kisha wazo likaja kichwani mwangu, ambalo ninaliita. msingi wa dhana LIGO."

Fikiria vitu vitatu katika wakati wa anga, sema vioo kwenye pembe za pembetatu. "Tuma ishara nyepesi kutoka kwa moja hadi nyingine," Weber alisema. "Angalia inachukua muda gani kuhama kutoka misa moja hadi nyingine, na angalia ikiwa wakati umebadilika." Inageuka, mwanasayansi alibainisha, hii inaweza kufanyika haraka. "Nilikabidhi hii kwa wanafunzi wangu kama mgawo wa utafiti. Kiuhalisia kundi zima liliweza kufanya hesabu hizi.”

Katika miaka iliyofuata, kama watafiti wengine walijaribu kuiga matokeo ya jaribio la kigunduzi cha Weber la resonance lakini iliendelea kushindwa (haijulikani alichoona, lakini haikuwa mawimbi ya uvutano), Weiss alianza kuandaa jaribio sahihi zaidi na la kutamani: mvuto- interferometer ya wimbi. Boriti ya laser inaonekana kutoka kwa vioo vitatu vilivyowekwa katika sura ya barua "L" na huunda mihimili miwili. Muda kati ya vilele na vijiti vya mawimbi ya mwanga huonyesha kwa usahihi urefu wa miguu ya herufi "L", ambayo huunda shoka za X na Y za muda. Wakati wadogo ni stationary, mbili mawimbi ya mwanga yalijitokeza kutoka pembe na kufuta kila mmoja nje. Ishara katika detector ni sifuri. Lakini ikiwa wimbi la mvuto linapita kwenye Dunia, hunyoosha urefu wa mkono mmoja wa herufi "L" na kushinikiza urefu wa nyingine (na kinyume chake). Kutolingana kwa miale miwili ya mwanga huunda mawimbi katika kigunduzi, kuashiria kushuka kidogo kwa muda wa nafasi.

Mwanzoni, wanafizikia wenzao walionyesha mashaka, lakini jaribio hilo likapata uungwaji mkono punde kutoka kwa Thorne, ambaye timu yake ya wananadharia huko Caltech ilikuwa ikichunguza mashimo meusi na vyanzo vingine vya uwezekano wa mawimbi ya uvutano, pamoja na ishara wanazozalisha. Thorne alitiwa moyo na majaribio ya Weber na juhudi kama hizo za wanasayansi wa Urusi. Baada ya kuzungumza na Weiss kwenye mkutano wa 1975, "Nilianza kuamini kwamba kugundua mawimbi ya mvuto kungefaulu," Thorne alisema. "Na nilitaka Caltech awe sehemu yake, pia." Alipanga taasisi hiyo kumwajiri mwanajaribio wa Uskoti Ronald Dreaver, ambaye pia alisema angetengeneza kipima nguvu cha mawimbi ya uvutano. Baada ya muda, Thorne, Dereva, na Weiss walianza kufanya kazi kama timu, kila mmoja akisuluhisha sehemu yake ya shida nyingi katika kujiandaa kwa majaribio ya vitendo. Watatu hao waliunda LIGO mnamo 1984, na prototypes zilipojengwa na ushirikiano ulianza ndani ya timu inayokua kila wakati, walipokea kutoka kwa Kitaifa. msingi wa kisayansi$ 100 milioni katika ufadhili. Michoro iliundwa kwa ajili ya ujenzi wa vigunduzi vikubwa vyenye umbo la L. Muongo mmoja baadaye, vigunduzi vilianza kufanya kazi.

Huko Hanford na Livingston, katikati ya kila silaha ya detector ya kilomita nne kuna utupu, shukrani ambayo laser, boriti yake na vioo ni maximally pekee kutoka vibrations mara kwa mara ya sayari. Ili kuwa katika upande salama zaidi, wanasayansi wa LIGO hufuatilia vigunduzi vyao wanapofanya kazi na maelfu ya vifaa, wakipima kila kitu wanachoweza: shughuli ya seismic, Shinikizo la anga, umeme, mwonekano mionzi ya cosmic, vibration ya vifaa, sauti katika eneo la boriti ya laser, na kadhalika. Kisha wanachuja data zao kutoka kwa kelele hii ya chinichini. Labda jambo kuu ni kwamba wana detectors mbili, na hii inawawezesha kulinganisha data iliyopokea, kuangalia kwa uwepo wa ishara zinazofanana.

Muktadha

Mawimbi ya mvuto: yalikamilisha kile Einstein alianzisha huko Bern

SwissInfo 02/13/2016

Jinsi mashimo meusi yanavyokufa

Kati 10/19/2014
Ndani ya ombwe lililoundwa, hata kwa leza na vioo vilivyotengwa na kutulia kabisa, "mambo ya ajabu hutokea kila wakati," anasema Marco Cavaglià, naibu msemaji wa LIGO. Wanasayansi lazima wafuatilie "samaki wa dhahabu", "vizuka", "majoka wa baharini wasiojulikana" na matukio mengine ya nje ya vibrational, kutafuta chanzo chao ili kuiondoa. Moja kesi ngumu ilitokea wakati wa awamu ya majaribio, alisema mtafiti wa LIGO Jessica McIver, ambaye anasoma ishara hizo za nje na kuingiliwa. Msururu wa kelele za mara kwa mara za masafa moja mara nyingi zilionekana kati ya data. Wakati yeye na wenzake walipogeuza mitetemo kutoka kwenye vioo kuwa faili za sauti, "simu ilisikika vizuri ikilia," McIver alisema. "Ilibainika kuwa ni watangazaji wa mawasiliano waliokuwa wakipiga simu ndani ya chumba cha leza."

Katika kipindi cha miaka miwili ijayo, wanasayansi wataendelea kuboresha usikivu wa vigunduzi vilivyoboreshwa vya LIGO vya Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Na nchini Italia, interferometer ya tatu inayoitwa Advanced Virgo itaanza kufanya kazi. Mojawapo ya majibu ambayo data itasaidia kutoa ni jinsi mashimo meusi yanavyoundwa. Je, wao ni bidhaa ya kuanguka kwa mapema nyota kubwa, au je, yanaonekana kama tokeo la migongano ndani ya nguzo zenye nyota? "Haya ni makisio mawili tu, naamini kutakuwa na zaidi wakati kila mtu atakapotulia," Weiss anasema. Wakati wakati kazi inayokuja LIGO itaanza kukusanya data mpya ya takwimu, wanasayansi wataanza kusikiliza hadithi kuhusu asili ya shimo nyeusi ambazo ulimwengu utawanong'oneza.

Kwa kuzingatia umbo na saizi yake, mapigo ya kwanza, yenye sauti kubwa zaidi yalitoka miaka bilioni 1.3 ya mwanga kutoka ambapo, baada ya umilele wa densi ya polepole, shimo mbili nyeusi, kila moja kama mara 30 ya wingi wa jua, hatimaye ziliunganishwa chini ya ushawishi wa mvuto wa pande zote. kivutio. Mashimo meusi yalikuwa yakizunguka kwa kasi na kwa kasi, kama kimbunga, yakizidi kukaribia. Kisha muunganiko ulitokea, na kwa kufumba na kufumbua wakatoa mawimbi ya mvuto yenye nishati inayolingana na ile ya Jua tatu. Muunganisho huu ulikuwa jambo lenye nguvu zaidi kuwahi kurekodiwa.

"Ni kama hatujawahi kuona bahari wakati wa dhoruba," Thorne alisema. Alikuwa akingojea dhoruba hii katika wakati wa anga tangu miaka ya 1960. Hisia Thorne alihisi wakati mawimbi hayo yakiingia haikuwa msisimko haswa, anasema. Ilikuwa kitu kingine: hisia ya kuridhika sana.

Nyenzo za InoSMI zina tathmini za vyombo vya habari vya kigeni pekee na hazionyeshi nafasi ya wafanyikazi wa uhariri wa InoSMI.