LIGO gözlemevindeki (Lazer İnterferometrik Yerçekimi Gözlemevi) fizikçiler, yerçekimi dalgalarını - yaratıcı tarafından yüz yıl önce tahmin edilen uzay-zaman bozukluklarını - tespit eden ilk kişilerdir. genel teori Albert Einstein'ın görelilik teorisi. Lenta.ru ve Moskova tarafından düzenlenen canlı yayın sırasındaki açılış hakkında devlet üniversitesi(MSU) M.V.'nin adını almıştır. Lomonosov, bilim adamları Fizik Fakültesi, uluslararası LIGO işbirliğinin üyeleri. Lenta.ru bunlardan biri olan Rus fizikçi Sergei Vyatchanin ile konuştu.
Yerçekimi dalgaları nelerdir?
Newton'un evrensel çekim yasasına göre iki cisim, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle birbirine çekilir. Bu teori, örneğin Dünya'nın ve Ay'ın düz uzayda ve evrensel zamanda dönüşünü açıklar. Einstein geliştirmiş özel teori görelilik, zaman ve uzayın tek bir madde olduğunu fark etti ve genel görelilik teorisini önerdi; yerçekiminin, maddenin yarattığı uzay-zamanın eğriliği olarak kendini göstermesi gerçeğine dayanan bir yerçekimi teorisi.
Fiziksel ve Matematik Bilimleri Doktoru Sergei Vyatchanin, 2012 yılından bu yana Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi Salınım Fiziği Bölümüne başkanlık etmektedir. Bilimsel ilgi alanları kuantum pertürbatif olmayan ölçümler, lazer yerçekimsel dalga antenleri, dağılım mekanizmaları, temel gürültü ve doğrusal olmayan optik etkiler üzerine çalışmaya odaklanmıştır. Bilim adamı Kaliforniyalılarla işbirliği yaptı Teknoloji Enstitüsü ABD'de ve Almanya'da Max Planck Topluluğu'nda.
Elastik bir daire hayal edebilirsiniz. Üzerine hafif bir top atarsanız düz bir çizgide yuvarlanacaktır. Çemberin ortasına ağır bir elma koyarsanız yörünge bükülür. Genel görelilik denklemlerinden Einstein, kütleçekim dalgalarının mümkün olduğunu hemen öğrendi. Ancak o zamanlar (yirminci yüzyılın başında) etkinin son derece zayıf olduğu düşünülüyordu. Yerçekimi dalgalarının uzay-zamandaki dalgalanmalar olduğunu söyleyebilirsiniz. Kötü olan şey, bunun son derece zayıf etkileşim.
Benzer (elektromanyetik) dalgaları alırsak, odanın bir köşesine vericiyi, diğer köşesine alıcıyı yerleştiren Hertz'in deneyi vardı. Bu, yerçekimi dalgalarıyla işe yaramaz. Çok zayıf etkileşim. Yalnızca astrofiziksel felaketlere güvenebiliriz.
Yerçekimi anteni nasıl çalışır?
Fabry-Perot interferometresi var, iki kütle birbirinden dört kilometre uzakta. Kütleler arasındaki mesafe kontrol edilir. Dalga yukarıdan gelirse mesafe biraz değişir.
Yerçekimi bozukluğu esasen metriğin bir çarpıklığı mıdır?
Bunu söyleyebilirsin. Matematik bunu uzayın hafif bir eğriliği olarak tanımlar. Herzenstein ve Pustovoit, 1962'de yerçekimi dalgalarını tespit etmek için bir lazer kullanmayı önerdiler. Bu böyleydi Sovyet makalesi, fantezi... Harika, ama yine de bir hayal ürünü. Amerikalılar 1990'larda (Kip Thorne, Ronald Drever ve Rainer Weiss) lazer yerçekimi anteni yapmayı düşündüler ve karar verdiler. Ayrıca iki antene ihtiyaç vardır, çünkü olaylar varsa tesadüf şemasının kullanılması gerekir. Ve sonra her şey başladı. Bu uzun tarih. 1992'den beri Caltech ile işbirliği yapıyoruz ve 1998'de resmi bir sözleşmeye dayalı temele geçtik.
Yerçekimi dalgalarının gerçekliğinin şüphe götürmez olduğunu düşünmüyor musunuz?
Genel olarak, bilimsel topluluk onların var olduğundan emindi ve onları keşfetmek an meselesiydi. Hulse ve Taylor, yerçekimi dalgalarının gerçek keşfi nedeniyle Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Ne yaptılar? Yemek yemek çift yıldız- pulsarlar. Döndükleri için yer çekimi dalgaları yayarlar. Bunları gözlemleyemeyiz. Ancak yerçekimsel dalgalar yayarlarsa enerji verirler. Bu, sanki sürtünmeden dolayı dönüşlerinin yavaşladığı anlamına gelir. Yıldızlar birbirine yaklaşıyor ve frekansta bir değişiklik görülüyor. Baktılar ve gördüler (1974'te - yaklaşık. "Tapes.ru"). Bu, yerçekimi dalgalarının varlığının dolaylı kanıtıdır.
Şimdi - doğrudan mı?
Şimdi doğrudan. Bir sinyal geldi ve iki dedektöre kaydedildi.
Güvenilirlik yüksek mi?
Açmanız yeterli.
Rus bilim adamlarının bu deneye katkısı nedir?
Anahtar. İlk LIGO'da (antenin eski bir versiyonu - yaklaşık. "Tapes.ru") on kilogramlık kütleler kullanıldı ve çelik iplere asıldılar. Bilim adamımız Braginsky, kuvars iplik kullanma fikrini zaten dile getirmişti. Kuvars filamentlerin çok daha az ses çıkardığını kanıtlayan bir makale yayınlandı. Ve şimdi kitleler (gelişmiş LIGO'da, modern bir kurulum - yaklaşık. "Tapes.ru") kuvars ipliklere asın.
İkinci katkı deneyseldir ve suçlamalarla ilgilidir. Dört kilometrelik mesafeyle ayrılan kütlelerin elektrostatik aktivatörler kullanılarak bir şekilde ayarlanması gerekiyor. Bu sistem daha önce kullanılan manyetik sistemden daha iyi ancak yükü algılıyor. Özellikle, her saniye çok sayıda parçacık (müon) kişinin avucunun içinden geçerek bir yük bırakabilir. Şimdi bu sorunla boğuşuyorlar. Grubumuz (Valery Mitrofanov ve Leonid Prokhorov) buna deneysel olarak katılıyor ve önemli ölçüde daha deneyimli hale geldi.
2000'li yılların başında, safirin resmi olarak daha yüksek bir kalite faktörüne sahip olması nedeniyle gelişmiş LIGO'da safir filamentlerin kullanılması fikri ortaya çıktı. Neden önemlidir? Kalite faktörü ne kadar yüksek olursa, daha az gürültü. Bu genel kural. Grubumuz sözde termoelastik gürültüyü hesapladı ve safir yerine kuvars kullanmanın hala daha iyi olduğunu gösterdi.
Ve bir şey daha. Yerçekimi anteninin hassasiyeti kuantum sınırına yakındır. Standart kuantum sınırı denilen bir sınır vardır: Bir koordinatı ölçerseniz, Heisenberg'in belirsizlik ilkesine göre onu hemen bozarsınız. Bir koordinatı sürekli olarak ölçerseniz, o zaman onu her zaman bozarsınız. Koordinatı çok doğru ölçmek iyi değildir: büyük bir ters dalgalanma etkisi olacaktır. Bu 1968'de Braginsky tarafından gösterildi. LIGO için hesaplanmıştır. Başlangıçtaki LIGO için duyarlılığın standart kuantum sınırından yaklaşık on kat daha yüksek olduğu ortaya çıktı.
Artık umut, gelişmiş LIGO'nun standart kuantum sınırına ulaşmasıdır. Belki düşecektir. Bu aslında bir rüyadır. Bunu hayal edebiliyor musun? Kuantum makroskobik bir cihazınız olacak: dört kilometre uzaklıkta iki ağır kütle.
Yerçekimi dalgaları, 14 Eylül 2015'te Doğu Gündüz Saatine göre sabah 05:51'de (Moskova saati ile 13:51), Livingston (Louisiana) ve Hanford'da (Washington Eyaleti) bulunan LIGO Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi'nin ikiz dedektörlerinde tespit edildi. ) ABD'de. LIGO dedektörleri, dört kilometre aralıklı test kütlesi çiftlerinin on ila eksi 19 metrelik (kabaca bir atomun çapının bir elmanın çapına oranına eşit) göreceli değişimlerini tespit etti. Bu bozulmalar, bir çift kara delik (Güneş'ten 29 ve 36 kat daha ağır) tarafından, daha büyük kütleli dönen bir kütleçekimsel nesneye (Güneş'ten 62 kat daha ağır) dönüşmeden önce saniyenin son kesirlerinde yaratılıyor. Saniyeden çok daha kısa bir sürede, üç güneş kütlesi yerçekimsel dalgalara dönüştü; bunların maksimum radyasyon gücü, görünür Evrenin tamamından yaklaşık 50 kat daha fazlaydı. Kara deliklerin birleşmesi 1,3 milyar yıl önce meydana geldi (yerçekimi bozukluğunun Dünya'ya ulaşması bu kadar uzun sürdü). Sinyallerin varış anlarını analiz eden bilim insanları (Livingston dedektörü, olayı Hanford dedektöründen yedi milisaniye önce kaydetti), sinyal kaynağının güney yarımkürede bulunduğunu varsaydılar. Bilim insanları sonuçlarını Physical Review Letters dergisinde yayınlanmak üzere sundular.
İlk bakışta bu pek uyumlu değil.
Paradoksal olan da budur. Yani harika olduğu ortaya çıkıyor. Şarlatanlık kokuyor gibi görünüyor ama gerçekte öyle değil, her şey dürüst. Ama şimdilik bunlar hayal. Standart kuantum sınırına ulaşılmadı. Orada hala çalışmanız ve çalışmanız gerekiyor. Ama yakın olduğu zaten belli.
Bunun gerçekleşeceğine dair bir umut var mı?
Evet. Standart kuantum sınırının aşılması gerekiyor ve grubumuz bunun nasıl yapılacağına dair yöntemler geliştirmeye dahil oldu. Bunlar sözde kuantum rahatsız edici olmayan ölçümlerdir, hangi özel ölçüm şemasına ihtiyaç vardır - şu ya da bu... Sonuçta, teorik olarak çalıştığınızda hesaplamaların hiçbir maliyeti yoktur ve deneyler pahalıdır. LIGO, on ila eksi 19 metre arasında bir doğruluk elde etti.
Haydi hatırlayalım çocuk örneği. Dünya'yı önce portakal büyüklüğüne, sonra aynı miktarda küçültürsek atom büyüklüğünü elde ederiz. Yani atomu aynı miktarda azaltırsak on metre üzeri eksi 19 dereceye ulaşırız. Bu çılgınca bir şey. Bu medeniyetin bir başarısıdır.
Bu çok önemli, evet. Peki yerçekimi dalgalarının keşfi bilim için ne anlama geliyor? Bunun astronominin gözlem yöntemlerini değiştirebileceğine inanılıyor.
Elimizde ne var? Astronomi olağan aralıkta. Radyo teleskopları, kızılötesi teleskoplar, X-ışını gözlemevleri.
Her şey elektromanyetik aralıkta mı?
Evet. Ayrıca nötrino gözlemevleri de var. Kayıt mevcut kozmik parçacıklar. Bu başka bir bilgi kanalıdır. Yerçekimi anteni astrofiziksel bilgi üretiyorsa, araştırmacılar aynı anda teoriyi test edebilecekleri birkaç gözlem kanalına sahip olacaklar. Birbirleriyle rekabet eden birçok kozmolojik teori önerildi. Bir şeyi ayıklamak mümkün olacak. Örneğin, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda Higgs bozonu keşfedildiğinde birçok teori hemen çürüdü.
Yani bu, işçi seçimini kolaylaştıracak kozmolojik modeller. Başka bir soru. Evrenin ivmeli genişlemesini doğru bir şekilde ölçmek için yerçekimsel bir anten kullanmak mümkün müdür?
Şu ana kadar hassasiyet çok düşük.
Peki gelecekte ne olacak?
Gelecekte, kalıntı yerçekimi arka planını ölçmek için de kullanılabilir. Ancak herhangi bir deneyci size şunu söyleyecektir: "Ay-yay!" Yani bu henüz çok uzakta. Tanrı bize astrofiziksel bir felaket kaydetmeyi nasip etsin.
Kara delik çarpışması...
Evet. Sonuçta bu bir felaket. Tanrı sizi oraya düşürmesin. Biz var olmazdık. İşte böyle bir arka plan... Şimdilik... “Gençlerin umudunu besliyorlar, büyüklerine neşe veriyorlar.”
Yerçekimi dalgalarının keşfi kara deliklerin varlığına dair daha fazla kanıt sağlayabilir mi? Sonuçta hala var olduklarına inanmayanlar var.
Evet. LIGO'da nasıl çalışıyorlar? Hangi bilim adamlarının modeller geliştirdiğini açıklamak ve bunları gözlem verileriyle karşılaştırmak için sinyal kaydediliyor. Nötron yıldızlarının çarpışması, bir nötron yıldızının kara deliğe düşmesi, süpernova patlaması, kara deliğin kara delikle birleşmesi... Kütle oranı gibi parametreleri değiştireceğiz, başlangıç anı...Ne görelim? Kayıt devam ediyor ve sinyal anında şablonların performansı değerlendiriliyor. İki kara deliğin çarpışması için tasarlanan desen sinyalle eşleşiyorsa, bu kanıttır. Ama mutlak değil.
Daha iyi bir açıklama yok HAYIR? Yerçekimi dalgalarının keşfi en basit şekilde kara deliklerin çarpışmasıyla mı açıklanıyor?
Açık şu anda- Evet. Bilim camiası artık bunun kara deliklerin birleşmesi olduğuna inanıyor. Ancak kolektif bir topluluk birçok kişinin görüşüdür, fikir birliğidir. Elbette yeni faktörler ortaya çıkarsa bundan vazgeçilebilir.
Daha az kütleli nesnelerden gelen yerçekimi dalgalarını tespit etmek ne zaman mümkün olacak? Bu, yeni ve daha hassas gözlemevlerinin inşa edilmesi gerektiği anlamına gelmiyor mu?
LIGO adında yeni nesil bir program var. Bu ikincisi. Üçüncüsü olacak. Orada birçok seçenek var. Mesafeyi artırabilir, gücü ve süspansiyonu artırabilirsiniz. Şimdi bunların hepsi tartışılıyor. seviyede beyin fırtınası. Yerçekimi sinyalinin gözlemlendiği doğrulanırsa, gözlemevinin iyileştirilmesi için para elde edilmesi daha kolay olacaktır.
Yerçekimi gözlemevlerinin inşasında bir patlama var mı?
Bilmiyorum. Pahalıdır (LIGO'nun maliyeti yaklaşık 370 milyon dolardır - yaklaşık. "Tapes.ru"). Sonuçta Amerikalılar Avustralya'ya inşaat yapmayı teklif etti Güney Yarımküre anten ve bunun için tüm ekipmanı sağlamayı kabul etti. Avustralya reddetti. Çok pahalı bir oyuncak. Gözlemevinin bakımı ülkenin tüm bilim bütçesini karşılayacak.
Rusya LIGO'ya mali açıdan dahil mi?
Amerikalılarla işbirliği yapıyoruz. Bundan sonra ne olacağı belirsiz. Şu ana kadar bilim adamlarıyla iyi ilişkilerimiz var ama siyasetçiler her şeye hükmediyor... O yüzden izlememiz lazım. Bizi takdir ediyorlar. Gerçekten eşit sonuçlar sunuyoruz. Ancak Rusya ile dost olup olmayacağına onlar karar vermiyor.
Maalesef evet.
Hayat bu, bekleyelim.
LIGO Gözlemevi Ulusal tarafından finanse edilmektedir. bilimsel temel AMERİKA. LIGO'daki araştırmalar, Moskova Devlet Üniversitesi ve Uygulamalı Fizik Enstitüsü'nden iki grup tarafından temsil edilen, Amerika Birleşik Devletleri ve Rusya dahil diğer 14 ülkeden binden fazla bilim insanı tarafından aynı adı taşıyan işbirliğinin bir parçası olarak yürütülüyor. Rus Akademisi bilimler ( Nijniy Novgorod).
Rusya'da yerçekimi gözlemevi inşa etme planlarınız var mı?
Henüz planlanmadı. 1980'lerde, Moskova Devlet Üniversitesi'nin Sternberg Devlet Astronomi Enstitüsü, aynı yerçekimi antenini Baksan Boğazı'nda ancak daha küçük ölçekte inşa etmek istedi. Ancak perestroyka geldi ve uzun süre her şey bakır bir leğenle kaplandı. Şimdi Moskova Devlet Üniversitesi'nin trafik polisi bir şeyler yapmaya çalışıyor ama şu ana kadar anten çalışmadı...
Yerçekimi antenini kullanarak başka neyi kontrol etmeyi deneyebilirsiniz?
Yerçekimi teorisinin geçerliliği. Sonuçta çoğunluk mevcut teoriler Einstein'ın teorisine dayanmaktadır.
Henüz bunu kimse çürütemez.
Lider bir pozisyonda bulunuyor. Alternatif teoriler, temelde aynı deneysel sonuçlara yol açacak şekilde tasarlanmıştır. Ve bu doğaldır. Bu nedenle yanlış teorileri ortadan kaldıracak yeni gerçeklere ihtiyacımız var.
Kısaca, keşfin anlamını nasıl formüle edersiniz?
Aslında yerçekimsel astronomi başladı. Ve ilk kez uzay eğriliğinin dalgaları bağlandı. Dolaylı olarak değil, doğrudan. İnsan kendine hayrandır: Ne orospu çocuğuyum ben!
Dün dünya bir duyum karşısında şok oldu: bilim adamları sonunda Einstein'ın varlığını yüz yıl önce öngördüğü yerçekimsel dalgaları keşfettiler. Bu bir atılımdır. LIGO gözlemevinde uzay-zamanın bozulması (bunlar yerçekimsel dalgalardır - şimdi neyin ne olduğunu açıklayacağız) keşfedildi ve kurucularından biri - sizce kim? - Kip Thorne, kitabın yazarı.
Yerçekimi dalgalarının keşfinin neden bu kadar önemli olduğunu, Mark Zuckerberg'in söylediklerini anlatıyoruz ve elbette hikayeyi birinci ağızdan paylaşıyoruz. Kip Thorne, hiç kimse gibi projenin nasıl çalıştığını, onu sıradışı kılan şeyin ne olduğunu ve LIGO'nun insanlık için ne kadar önemli olduğunu biliyor. Evet, evet, her şey çok ciddi.
Yerçekimi dalgalarının keşfi
Bilim dünyası 11 Şubat 2016 tarihini sonsuza kadar hatırlayacak. O gün, LIGO projesinin katılımcıları şunu duyurdu: Pek çok sonuçsuz girişimin ardından kütleçekim dalgaları bulundu. Bu gerçektir. Aslında biraz daha erken keşfedildiler: Eylül 2015'te, ancak dün keşif resmi olarak tanındı. İÇİNDE Muhafız Bilim adamlarının kesinlikle Nobel Fizik Ödülü'nü alacaklarına inanıyorum.
Yerçekimi dalgalarının nedeni, Dünya'dan bir milyar ışık yılı uzakta zaten meydana gelen iki kara deliğin çarpışmasıdır. Evrenimizin ne kadar büyük olduğunu hayal edebiliyor musunuz? Kara delikler çok büyük cisimler olduğundan, uzay-zaman boyunca dalgalar göndererek onu hafifçe bozarlar. Böylece suya atılan bir taştan yayılanlara benzer dalgalar ortaya çıkar.
Yerçekimi dalgalarının örneğin bir solucan deliğinden Dünya'ya geldiğini bu şekilde hayal edebilirsiniz. “Yıldızlararası” kitabından çizim. Perde arkasında bilim"
Ortaya çıkan titreşimler sese dönüştürüldü. İlginç bir şekilde, yerçekimi dalgalarından gelen sinyal, konuşmamızla yaklaşık olarak aynı frekansta ulaşıyor. Böylece kara deliklerin nasıl çarpıştığını kendi kulaklarımızla duyabiliyoruz. Yerçekimi dalgalarının neye benzediğini dinleyin.
Ve tahmin et ne oldu? Son zamanlarda kara delikler önceden düşünüldüğü gibi yapılanmamıştır. Ancak prensipte var olduklarına dair hiçbir kanıt yoktu. Ve şimdi var. Kara delikler gerçekten Evrende “yaşıyor”.
Bilim insanları bir felaketin buna benzediğine inanıyor: kara deliklerin birleşmesi.
11 Şubat'ta 15 ülkeden binden fazla bilim insanını bir araya getiren görkemli bir konferans düzenlendi. Rus bilim adamları da oradaydı. Ve tabii ki Kip Thorne da vardı. “Bu keşif, insanlar için şaşırtıcı, muhteşem bir arayışın başlangıcıdır: Evrenin kavisli tarafının, çarpık uzay-zamandan yaratılan nesneler ve olayların araştırılması ve keşfi. Kara delik çarpışmaları ve yerçekimi dalgaları ilk dikkat çekici örneklerimizdir" dedi Kip Thorne.
Yerçekimi dalgalarının araştırılması fizikteki temel problemlerden biri olmuştur. Şimdi bulundular. Ve Einstein'ın dehası bir kez daha doğrulandı.
Ekim ayında, Rus astrofizikçi ve bilimin ünlü popülerleştiricisi Sergei Popov ile röportaj yaptık. Sanki suya bakıyormuş gibi görünüyordu! Sonbaharda: “Bana öyle geliyor ki, artık öncelikle LIGO ve VIRGO yerçekimsel dalga dedektörlerinin çalışmaları ile ilişkili olan yeni keşiflerin eşiğindeyiz (Kip Thorne, LIGO projesinin oluşturulmasına büyük katkı yaptı) .” Şaşırtıcı, değil mi?
Yerçekimi dalgaları, dalga dedektörleri ve LIGO
Şimdi biraz fiziğe geçelim. Yerçekimi dalgalarının ne olduğunu gerçekten anlamak isteyenler için. Burada saat yönünün tersine birbirinin etrafında dönen ve sonra çarpışan iki kara deliğin tendex çizgilerinin sanatsal bir tasviri var. Tendex çizgileri gelgit yerçekimi üretir. Devam edelim. Bir çift kara deliğin yüzeyinde birbirine en uzak iki noktadan çıkan çizgiler, sanatçının çizimdeki arkadaşı da dahil olmak üzere önlerine çıkan her şeyi uzatıyor. Çarpışma alanından çıkan çizgiler her şeyi sıkıştırıyor.
Delikler birbirlerinin etrafında döndükçe, çimlerin üzerinde dönen bir fıskiyeden çıkan su akıntılarına benzeyen tendeks çizgileri boyunca taşınırlar. “Yıldızlararası” kitabındaki resimde. Perde arkasındaki bilim" - çarpışan, birbirlerinin etrafında saat yönünün tersine dönen bir çift kara delik ve bunların tendex çizgileri.
Kara delikler tek bir yerde birleşiyor büyük delik; deforme olur ve saat yönünün tersine dönerek tendex çizgilerini de beraberinde sürükler. Delikten uzakta duran sabit bir gözlemci, tendon çizgileri içinden geçerken titreşimleri hissedecektir: esneme, sonra sıkışma, sonra esneme; tendex çizgileri yerçekimsel bir dalga haline gelmiştir. Dalgalar yayıldıkça kara deliğin deformasyonu yavaş yavaş azalır ve dalgalar da zayıflar.
Bu dalgalar Dünya'ya ulaştığında aşağıdaki şeklin üst kısmındaki gibi görünürler. Bir yönde esneyip diğer yönde sıkışırlar. Dalgalar şeklin altındaki detektörden geçerken, uzantılar ve daralmalar dalgalanıyor (kırmızı sağ-sol, mavi sağ-sol, kırmızı sağ-sol vb.).
LIGO dedektöründen geçen yerçekimi dalgaları.
Dedektör, dedektör kolları adı verilen iki dikey borunun uçlarına takılan dört büyük aynadan (40 kilogram, 34 santimetre çapında) oluşur. Yerçekimi dalgalarının tendex çizgileri bir kolu gererken ikinciyi sıkıştırır ve ardından tam tersine birinciyi sıkıştırıp ikinciyi uzatır. Ve böylece tekrar tekrar. Kolların uzunluğu periyodik olarak değiştikçe aynalar birbirine göre hareket ediyor ve bu hareketler lazer ışınları kullanılarak interferometri adı verilen bir yöntemle takip ediliyor. Bu nedenle LIGO adı: Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi.
LIGO kontrol merkezi, buradan dedektöre komutlar gönderip alınan sinyalleri izliyor. Yerçekimi dedektörleri LIGO'lar Hanford, Washington ve Livingston, Louisiana'da bulunmaktadır. “Yıldızlararası” kitabından fotoğraf. Perde arkasında bilim"
Artık LIGO, 900 bilim insanının katıldığı uluslararası bir projedir. farklı ülkeler Genel merkezi Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nde bulunmaktadır.
Evrenin Kavisli Tarafı
Kara delikler, solucan delikleri, tekillikler, yerçekimsel anomaliler ve boyutlar daha yüksek sıra uzay ve zamanın eğriliği ile ilişkilidir. Bu yüzden Kip Thorne onları "evrenin çarpık tarafı" olarak adlandırıyor. İnsanlık hâlâ Evrenin kavisli tarafına ilişkin çok az deneysel ve gözlemsel veriye sahip. Yerçekimi dalgalarına bu kadar çok dikkat etmemizin nedeni budur: Bunlar kavisli uzaydan yapılmıştır ve kavisli tarafı keşfetmemiz için bize en erişilebilir yolu sağlar.
Okyanusu yalnızca sakin olduğunda gördüğünüzü hayal edin. Akıntıları, girdapları ve fırtına dalgalarını bilemezsiniz. Bu, uzay ve zamanın eğriliğine ilişkin mevcut bilgimizi hatırlatıyor.
Eğri uzayın ve eğri zamanın "fırtınada" nasıl davrandığı hakkında neredeyse hiçbir şey bilmiyoruz; uzayın şekli şiddetli bir şekilde dalgalandığında ve zamanın hızı dalgalandığında. Bu inanılmaz derecede çekici bir bilgi sınırıdır. Bilim adamı John Wheeler bu değişiklikler için "geometrodinamik" terimini icat etti.
Geometrodinamik alanında özellikle ilgi çekici olan iki kara deliğin çarpışmasıdır.
Dönmeyen iki kara deliğin çarpışması. “Yıldızlararası” kitabındaki model. Perde arkasında bilim"
Yukarıdaki resimde iki kara deliğin çarpıştığı an görülüyor. Tam da böyle bir olay bilim adamlarının yerçekimsel dalgaları kaydetmesine olanak sağladı. Bu model dönmeyen kara delikler için üretilmiştir. Üstte: Evrenimizden görülen yörüngeler ve deliklerin gölgeleri. Orta: kavisli uzay ve zaman, kütleden görünüm (çok boyutlu hiperuzay); Oklar mekanın harekete nasıl dahil olduğunu, değişen renkler ise zamanın nasıl büküldüğünü gösteriyor. Alt: Yayılan yerçekimi dalgalarının şekli.
Büyük Patlama'dan gelen yerçekimi dalgaları
Kip Thorne'a geçelim. “1975 yılında Rusya'dan yakın arkadaşım Leonid Grischuk sansasyonel bir açıklama yaptı. Şu anda bunu söyledi büyük patlama birçok yerçekimi dalgası ortaya çıktı ve bunların oluşma mekanizması (daha önce bilinmiyordu) şuydu: kuantum dalgalanmaları (rastgele dalgalanmalar - editörün notu) yerçekimi alanı Büyük Patlama sırasında, Evrenin başlangıçtaki genişlemesiyle birçok kez güçlendirildiler ve böylece orijinal kütleçekim dalgaları haline geldiler. Bu dalgalar tespit edilirse bize Evrenimizin doğuşunda neler olduğunu anlatabilir."
Bilim insanları ilkel kütleçekim dalgalarını bulursa Evrenin nasıl başladığını bileceğiz.
İnsanlar Evrenin tüm gizemlerini çözdüler. Daha fazlası da gelecek.
Sonraki yıllarda, Büyük Patlama hakkındaki anlayışımız geliştikçe, bu ilkel dalgaların görünür Evren'in büyüklüğüyle orantılı dalga boylarında, yani milyarlarca ışıkyılı uzunlukta olması gerektiği ortaya çıktı. Bunun ne kadar olduğunu hayal edebiliyor musunuz?.. Ve LIGO dedektörlerinin kapsadığı dalga boylarında (yüzlerce ve binlerce kilometre), dalgalar büyük ihtimalle fark edilemeyecek kadar zayıf olacaktır.
Jamie Bock'un ekibi, orijinal kütleçekim dalgalarının izinin keşfedildiği BICEP2 aygıtını inşa etti. Kuzey Kutbu'nda bulunan cihaz, burada yılda yalnızca iki kez meydana gelen alacakaranlık sırasında gösteriliyor.
BICEP2 cihazı. Interstellar kitabından görüntü. Perde arkasında bilim"
Cihazı çevredeki buz örtüsünden gelen radyasyona karşı koruyan kalkanlarla çevrilidir. Sağdaki üst köşe kozmik mikrodalga arka plan ışınımında keşfedilen bir izi, bir polarizasyon modelini gösterir. çizgiler elektrik alanı kısa ışık vuruşları boyunca yönlendirilir.
Evrenin başlangıcının izi
Doksanlı yılların başında kozmologlar, milyarlarca ışık yılı uzunluğundaki bu kütleçekim dalgalarının, Evreni dolduran elektromanyetik dalgalarda, kozmik mikrodalga arka plan veya kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu olarak adlandırılan benzersiz bir iz bırakmış olması gerektiğini fark ettiler. Bu, Kutsal Kase'yi aramaya başladı. Sonuçta bu izi tespit edersek ve bundan orijinal kütleçekim dalgalarının özelliklerini çıkarırsak, Evrenin nasıl doğduğunu öğrenebiliriz.
Mart 2014'te Kip Thorne bu kitabı yazarken, ofisi Thorne'un bitişiğinde bulunan Caltech'ten kozmolog Jamie Bok'un ekibi nihayet kozmik mikrodalga arka plan radyasyonundaki bu izi keşfetti.
Bu kesinlikle şaşırtıcı bir keşif, ancak tartışmalı bir nokta var: Jamie'nin ekibinin bulduğu iz, yerçekimi dalgalarından başka bir şeyden kaynaklanmış olabilir.
Eğer Büyük Patlama sırasında ortaya çıkan kütleçekim dalgalarının izine gerçekten rastlanırsa, bu, belki de her yarım yüzyılda bir gerçekleşecek düzeyde kozmolojik bir keşfin gerçekleşmiş olduğu anlamına gelir. Evrenin doğuşundan sonra saniyenin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda birinde meydana gelen olaylara dokunma şansı verir.
Bu keşif, o dönemde Evren'in genişlemesinin son derece hızlı olduğunu, kozmologların argo tabiriyle enflasyonist hızlı olduğunu gösteren teorileri doğruluyor. Ve kozmolojide yeni bir çağın başlangıcını müjdeliyor.
Yerçekimi dalgaları ve Yıldızlararası
Dün, yerçekimi dalgalarının keşfi üzerine bir konferansta, Moskova Devlet Üniversitesi'nden 8 bilim insanının da dahil olduğu Moskova LIGO bilim adamları işbirliğinin başkanı Valery Mitrofanov, "Yıldızlararası" filminin konusunun fantastik olmasına rağmen öyle olmadığını kaydetti. gerçeklikten uzak. Ve bunların hepsi Kip Thorne'un bilimsel danışman olması yüzündendi. Thorne, gelecekte kara deliğe insanlı uçuş yapılmasına inandığını umduğunu ifade etti. Bunlar istediğimiz kadar çabuk gerçekleşmeyebilir ama bugün her şey eskisinden çok daha gerçek.
İnsanların galaksimizin sınırlarını terk edecekleri gün çok uzakta değil.
Olay milyonlarca insanın aklını karıştırdı. Ünlü Mark Zuckerberg şunları yazdı: “Yerçekimi dalgalarının tespiti en büyük keşif V modern bilim. Albert Einstein benim kahramanlarımdan biri, bu yüzden keşfi bu kadar kişisel aldım. Bundan bir asır önce Genel Görelilik Teorisi (GTR) çerçevesinde kütleçekim dalgalarının varlığını öngörmüştü. Ancak tespit edilemeyecek kadar küçüktürler ki, onları Büyük Patlama, yıldız patlamaları ve kara delik çarpışmaları gibi olayların kökenlerinde aramak gündeme gelmiştir. Bilim insanları elde edilen verileri analiz ettiğinde mükemmel bir yeni görünüm uzaya. Ve belki de bu, Evrenin kökenine, kara deliklerin doğuşuna ve gelişimine ışık tutacaktır. Evrenin bu gizemini açığa çıkarmak için ne kadar çok yaşamın ve çabanın harcandığını düşünmek çok ilham verici. Bu atılım, parlak bilim adamlarının ve mühendislerin yetenekleri sayesinde mümkün oldu. farklı milletlerden ve ayrıca en son bilgisayar teknolojileri, ancak yakın zamanda ortaya çıktı. Katılan herkesi tebrik ederiz. Einstein seninle gurur duyardı."
Konuşma bu. Ve bu sadece bilimle ilgilenen bir kişi. Keşfe katkıda bulunan bilim adamlarını nasıl bir duygu fırtınasının alt ettiğini tahmin edebilirsiniz. Görünüşe göre yeni bir döneme tanık olduk arkadaşlar. Bu harika.
P.S.: Beğendin mi? Ufuklardaki bültenimize abone olun. Haftada bir kez eğitici mektuplar gönderiyoruz ve MYTH kitaplarında indirim yapıyoruz.
11 Şubat 2016 sonsuza dek tarihe geçecek. Bu günde en büyüklerden biri bilimsel keşifler son zamanlarda - neredeyse yüz yıl önce Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi tarafından tahmin edildi. Uzay-zaman dokusundaki, etrafındaki uzayı ve zamanı bozan dalgalanmalar Dünya'ya ulaştı ve ilk kez doğrudan tespit edildi.
"Açıyoruz yeni dönem- yerçekimsel dalga astronomisi dönemi. Bu, teleskopun veya radyo astronomisinin ortaya çıkışıyla karşılaştırılabilir. Evreni incelemek için yeni bir aracımız var," diyor LIGO projesi katılımcılarından biri olan Rusya Kuantum Merkezi'ndeki (RCC) Tutarlı Mikrooptik ve Radyo Fotonik grubunun başkanı Mikhail Gorodetsky.
Bir lazer interferometre yerçekimsel dalga gözlemevi olan uluslararası LIGO projesi (Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi), 1992 yılında başlatıldı ve şu anda 15 ülkeden bilim adamlarını içeriyor. En başından beri yapılan deneyler Rus fizikçiler, içermek bilimsel gruplar Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi profesörü Valery Mitrofanov'un rehberliğinde.
Bugün Valery Mitrofanov ve diğer önde gelen Rus fizikçiler, keşif hakkında ayrıntılı olarak konuştukları bir basın toplantısına katıldılar. Aşağıda basın toplantısının video kaydını bulabilirsiniz. Önce Profesör Mitrofanov konuşuyor, önce yorum yapıyor canlı Washington'dan yayınlanıyor. Orada resmi olarak sansasyonel haberler duyuruldu ve söylentiler birkaç haftadır ortalıkta dolaşıyordu.
Sonra Valery Mitrofanov'un kendisi kısaca açıkladı teknik taraf Deney nasıl gitti:
“Sinyal bizden yaklaşık 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan iki kara delikten yakalandı. Delikler birbirinin etrafında dönüyordu ve sonunda birleşiyordu. Yerçekimi dalgaları, dedektörler tarafından kaydedilen bir patlamayla bunun sinyalini verdi. Bunun dolaylı bir kayıt değil, doğrudan bir dalga kaydı olduğunu vurgulamak önemlidir. Dolaylı olarak ise 1993 yılında Nobel Ödülü verildi. Dedektörler metrenin 10 eksi 19 derecesinde bir sinyal yakaladı. bugün aşırı hassasiyetŞu ana kadar Dünya'da elde edilen ölçümler.Rus bilim adamlarının katkısına gelince, bu, her şeyden önce, bu kadar zayıf bir sinyali gürültü arka planından izole etmeyi mümkün kılan sistemlerin yaratılmasıdır. Açıkçası görev son derece zor.”
Kara deliklerin her biri yaklaşık 30 güneş kütlesine sahip bir kütleye sahipti ve 150 Hz frekansta birbirlerinin etrafında dönüyorlardı. Birleşme sonrası kütle, birleşme öncesi kütlelerin toplamından üç güneş kütlesi daha azdı: geri kalan enerji, yerçekimi dalgaları şeklinde yayıldı.
Yerçekimi dalgaları Dünya'ya ulaştıktan sonra uzay-zamanımızı bozmaya başladı. Buna göre, lazer ışın dedektörleri tarafından kaydedilen LIGO gözlemevinin anten elemanları arasındaki mesafe periyodik olarak değişmeye başladı.
Yerçekimi dalgaları 14 Eylül 2015'te Moskova saatiyle 13:51'de kaydedildi.
"Bu nihai başarı insan uygarlığı, MSU profesörü Sergei Vyatchanin dedi. - LIGO neredeyse kuantum ölçüm sınırına ulaştı. Heisenberg'in kuantum belirsizliğinin öngördüğü bir doğrulukla, birkaç kilogram ağırlığında ve birbirlerinden birkaç kilometre uzakta olan iki makroskobik nesnenin yer değiştirmesini kaydetmek mümkün oldu."
"Şu anda sadece iki dedektörümüz var, ancak onlarla bile nesnelerin kütlelerini belirleyebileceğiz ve gecikme süresine dayanarak onları tahmin edebileceğiz" yaklaşık konum gökyüzünde," dedi keşfin yazarlarından biri, Rusya Kuantum Merkezi'nin bilimsel direktörü, Moskova Devlet Üniversitesi'nde profesör Mikhail Gorodetsky. "İki anten için yerelleştirme pek iyi değil; gökyüzünde bir miktar yay var, ancak üçüncü Avrupa yerçekimi anteni tamamen çalışır duruma geldiğinde, üçgenleme yöntemini kullanarak kaynakların konumunu oldukça doğru bir şekilde belirleyebileceğiz."
Louisiana'daki L şeklinde anten ve LIGO gözlemevi
Bu arada, aynaların çelik yerine kuvars ipliklere asılmasını öneren Rus fizikçilerdi (lazer ışınları, L şeklindeki interferometrenin her dört kilometrelik kolundaki aynalardan yansıdı), bu da sistemdeki yabancı gürültüyü azalttı. Bu olmasaydı keşif pek gerçekleşemezdi.
Basın toplantısının video kaydı
Yerçekimi dalgaları - sanatçının çizimi
Yerçekimi dalgaları, kaynaktan kopan ve dalgalar gibi yayılan ("uzay-zaman dalgaları" olarak adlandırılan) uzay-zaman ölçüsünün bozukluklarıdır.
Genel görelilik ve diğerlerinin çoğu modern teoriler Yerçekiminde yerçekimi dalgaları, büyük kütleli cisimlerin değişken ivmeli hareketi ile üretilir. Yerçekimi dalgaları uzayda ışık hızında serbestçe yayılır. Göreceli zayıflık nedeniyle yerçekimi kuvvetleri(diğerleriyle karşılaştırıldığında) bu dalgaların büyüklüğü çok küçüktür ve kaydedilmesi zordur.
Polarize yerçekimi dalgası
Yerçekimi dalgaları genel görelilik teorisi (GR) ve diğerleri tarafından tahmin edilmektedir. Bunlar ilk olarak Eylül 2015'te, muhtemelen ikisinin birleşmesinden ve bir tane daha büyük dönen kütlenin oluşmasından kaynaklanan yerçekimsel dalgaları tespit eden iki ikiz dedektör tarafından doğrudan keşfedildi. kara delik. Varlıklarına dair dolaylı kanıtlar 1970'lerden beri biliniyor - Genel Görelilik, gözlemlerle örtüşen yakınsama oranlarını tahmin ediyor sıkı sistemler Yerçekimi dalgalarının emisyonu nedeniyle enerji kaybı nedeniyle. Yerçekimi dalgalarının doğrudan kaydedilmesi ve bunların astrofiziksel süreçlerin parametrelerini belirlemek için kullanılması önemli görev modern fizik ve astronomi.
Genel görelilik çerçevesinde, yerçekimi dalgaları, ışık hızında (doğrusal yaklaşımla) hareket eden uzay-zaman metriğinin bir pertürbasyonunu temsil eden dalga tipi Einstein denklemlerinin çözümleriyle tanımlanır. Bu öfkenin tezahürü özellikle şu şekilde olmalıdır: periyodik değişim Serbestçe düşen (yani herhangi bir kuvvetten etkilenmeyen) iki test kütlesi arasındaki mesafe. Genlik H Yerçekimi dalgası boyutsuz bir niceliktir; mesafedeki göreceli bir değişikliktir. Astrofizik nesnelerden (örneğin, kompakt ikili sistemler) ve olaylardan (patlamalar, birleşmeler, kara delikler tarafından yakalanma vb.) kaynaklanan yerçekimi dalgalarının tahmin edilen maksimum genlikleri, ölçüldüğünde çok küçüktür ( H=10 −18 -10 −23). Zayıf (doğrusal) bir yerçekimi dalgası, genel görelilik teorisine göre, enerji ve momentum aktarır, ışık hızında hareket eder, enine, dört kutupludur ve birbirine 45° açıyla konumlanmış iki bağımsız bileşenle tanımlanır ( iki polarizasyon yönü vardır).
Farklı teoriler, yerçekimi dalgalarının yayılma hızını farklı şekilde tahmin eder. Genel görelilikte ışık hızına eşittir (doğrusal yaklaşımla). Diğer yerçekimi teorilerinde sonsuzluk dahil her değeri alabilir. Yerçekimi dalgalarının ilk kaydına göre dağılımlarının kütlesiz bir gravitonla uyumlu olduğu ortaya çıktı ve hız şu şekilde tahmin edildi: hıza eşit Sveta.
Yerçekimi dalgalarının oluşumu
İki nötron yıldızından oluşan bir sistem uzay-zamanda dalgalanmalar yaratıyor
Asimetrik ivmeyle hareket eden herhangi bir madde tarafından bir yerçekimi dalgası yayılır. Önemli büyüklükte bir dalganın oluşması için son derece büyük kütle yayıcı ve/veya büyük ivmeler, yerçekimi dalgasının genliği doğru orantılıdır ivmenin birinci türevi ve jeneratörün kütlesi, yani ~ . Bununla birlikte, eğer bir nesne ivmeli bir hızla hareket ediyorsa, bu, başka bir nesneden ona bir miktar kuvvet etki ettiği anlamına gelir. Buna karşılık, bu diğer nesne deneyimler ters eylem(Newton'un 3. yasasına göre), öyle görünüyor ki M 1 A 1 = − M 2 A 2 . İki nesnenin yalnızca çiftler halinde yerçekimsel dalgalar yaydığı ve girişimin bir sonucu olarak karşılıklı olarak neredeyse tamamen iptal edildiği ortaya çıktı. Bu yüzden yerçekimi radyasyonu genel görelilik teorisinde, çok kutupluluğu her zaman en azından dört kutuplu radyasyon karakterine sahiptir. Ek olarak, radyasyon yoğunluğu ifadesinde göreceli olmayan yayıcılar için küçük bir parametre vardır; burada yayıcının yerçekimsel yarıçapı, R- karakteristik boyutu, T - karakteristik dönem hareketler, C- ışığın boşluktaki hızı.
En güçlü kaynaklar yerçekimi dalgaları:
- çarpışma (dev kütleler, çok küçük ivmeler),
- yerçekimi çöküşü ikili sistem kompakt nesneler(oldukça devasa hızlanmalar büyük kütle). Özel ve çoğu olarak ilginç durum- nötron yıldızlarının birleşmesi. Böyle bir sistemde kütleçekim dalgası parlaklığı, doğada mümkün olan maksimum Planck parlaklığına yakındır.
İki cisimli bir sistem tarafından yayılan yerçekimi dalgaları
Etrafında dairesel yörüngelerde hareket eden iki cisim genel merkez kitleler
İki yerçekimi bağlı vücut kitlelerle M 1 ve M 2, göreceli olmayan bir şekilde hareket ediyor ( v << C) belli bir mesafede ortak kütle merkezleri etrafında dairesel yörüngelerde R birbirlerinden, dönem boyunca ortalama olarak aşağıdaki enerjiye sahip yerçekimsel dalgalar yayarlar:
Sonuç olarak sistem enerji kaybeder, bu da cisimlerin yakınlaşmasına, yani aralarındaki mesafenin azalmasına yol açar. Cesetlerin yaklaşma hızı:
Örneğin Güneş Sistemi için en büyük yerçekimi radyasyonu alt sistem tarafından üretilir ve. Bu radyasyonun gücü yaklaşık 5 kilovattır. Bu nedenle, Güneş Sisteminin yılda yerçekimsel radyasyon nedeniyle kaybettiği enerji, cisimlerin karakteristik kinetik enerjisiyle karşılaştırıldığında tamamen ihmal edilebilir.
İkili sistemin yerçekimi çöküşü
Herhangi bir çift yıldız, bileşenleri ortak bir kütle merkezi etrafında döndüğünde, enerji kaybeder (varsayıldığı gibi - yerçekimi dalgalarının yayılması nedeniyle) ve sonunda birleşir. Ancak sıradan, kompakt olmayan çift yıldızlar için bu süreç çok uzun bir zaman alır, şimdiki çağdan çok daha uzun. Kompakt bir ikili sistem bir çift nötron yıldızından, kara delikten veya her ikisinin birleşiminden oluşuyorsa, birleşme birkaç milyon yıl içinde gerçekleşebilir. Öncelikle cisimler birbirine yaklaşır ve dönme süreleri kısalır. Daha sonra son aşamada bir çarpışma ve asimetrik yerçekimsel çöküş meydana gelir. Bu süreç bir saniyeden çok daha kısa sürer ve bu süre zarfında enerji, bazı tahminlere göre sistemin kütlesinin %50'sinden fazlasını oluşturan yerçekimsel radyasyona dönüşür.
Yerçekimi dalgaları için Einstein denklemlerinin temel kesin çözümleri
Bondi-Pirani-Robinson vücut dalgaları
Bu dalgalar formun bir ölçüsüyle tanımlanır. Bir değişken ve bir fonksiyon eklersek, genel görelilik denklemlerinden denklemi elde ederiz.
Takeno Metrik
formuna sahip -fonksiyonlar aynı denklemi karşılar.
Rosen metriği
Nerede tatmin edilecek
Perez metriği
Aynı zamanda
Silindirik Einstein-Rosen dalgaları
Silindirik koordinatlarda, bu tür dalgalar forma sahiptir ve yürütülür.
Yerçekimi dalgalarının kaydı
Yerçekimi dalgalarının kaydı, ikincisinin zayıflığı (metriğin küçük bozulması) nedeniyle oldukça zordur. Bunları kaydeden cihazlar yerçekimsel dalga dedektörleridir. Yerçekimi dalgalarını tespit etmeye yönelik girişimler 1960'ların sonlarından beri yapılıyor. Tespit edilebilir genliğe sahip yerçekimsel dalgalar, bir ikilinin çöküşü sırasında doğar. Benzer olaylar çevrede yaklaşık on yılda bir yaşanıyor.
Öte yandan, genel görelilik teorisi, yerçekimi dalgalarının emisyonu nedeniyle enerji kaybı nedeniyle ikili yıldızların karşılıklı dönüşünün hızlanmasını tahmin eder ve bu etki, bilinen birkaç ikili kompakt nesne sisteminde güvenilir bir şekilde kaydedilir ( özellikle kompakt yoldaşlara sahip pulsarlar). 1993 yılında, ilk çift pulsar PSR B1913+16'yı keşfeden Russell Hulse ve Joseph Taylor Jr.'a "yerçekimi çalışmalarında yeni fırsatlar sağlayan yeni bir pulsar türünün keşfi için" ödül verildi. Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Bu sistemde gözlemlenen dönme ivmesi, genel göreliliğin kütleçekim dalgalarının yayılmasına ilişkin tahminleriyle tamamen örtüşmektedir. Aynı fenomen birkaç başka durumda da kaydedildi: PSR J0737-3039, PSR J0437-4715 pulsarları, SDSS J065133.338+284423.37 (genellikle J0651 olarak kısaltılır) ve RX J0806 ikili sistemi için. Örneğin, iki pulsar PSR J0737-3039'un ilk ikili yıldızının iki bileşeni A ve B arasındaki mesafe, yerçekimi dalgalarından kaynaklanan enerji kaybına bağlı olarak günde yaklaşık 2,5 inç (6,35 cm) azalır ve bu, şu durumla uyumlu olarak gerçekleşir: genel görelilik. Tüm bu veriler, yerçekimi dalgalarının varlığının dolaylı olarak doğrulanması olarak yorumlanıyor.
Tahminlere göre, yerçekimsel teleskoplar ve antenler için en güçlü ve en sık görülen yerçekimsel dalga kaynakları, yakın galaksilerdeki ikili sistemlerin çöküşüyle ilişkili felaketlerdir. Yakın gelecekte, geliştirilmiş yer çekimi dedektörleri tarafından yılda birkaç benzer olayın kaydedilmesi ve bu olayların civardaki ölçümlerin 10 −21 -10 −23 oranında bozulması beklenmektedir. Yakın ikili gibi periyodik kaynaklardan gelen yerçekimsel dalgaların kozmik ustaların radyasyonu üzerindeki etkisini tespit etmeyi mümkün kılan optik-metrik parametrik rezonans sinyalinin ilk gözlemleri, Rusya'nın radyo astronomi gözlemevinde elde edilmiş olabilir. Bilimler Akademisi, Pushchino.
Evreni dolduran yerçekimsel dalgaların arka planını tespit etmenin bir başka olasılığı, uzak pulsarların yüksek hassasiyetli zamanlamasıdır - Dünya ile pulsar arasındaki boşluktan geçen yerçekimi dalgalarının etkisi altında karakteristik olarak değişen darbelerinin varış zamanının analizi. 2013 yılı tahminleri, Evrenimizdeki birden fazla kaynaktan gelen arka plan dalgalarını tespit etmek için zamanlama doğruluğunun yaklaşık bir kat artırılması gerektiğini gösteriyor; bu, on yılın sonundan önce gerçekleştirilebilecek bir görev.
Modern kavramlara göre, Evrenimiz, sonraki ilk anlarda ortaya çıkan kalıntı kütleçekim dalgalarıyla doludur. Kayıtları, Evrenin doğuşunun başlangıcındaki süreçler hakkında bilgi almayı mümkün kılacaktır. 17 Mart 2014 Moskova saatiyle 20:00'de Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nde, BICEP 2 projesi üzerinde çalışan Amerikalı bir grup araştırmacı, kozmik evrenin kutuplaşmasıyla erken Evren'de sıfır olmayan tensör bozukluklarının tespit edildiğini duyurdu. Mikrodalga arka plan radyasyonu, aynı zamanda bu kalıntı yerçekimsel dalgaların da keşfidir. Ancak, katkının gerektiği gibi dikkate alınmadığı ortaya çıktığından, bu sonuca hemen itiraz edildi. Yazarlardan biri J. M. Kovats ( Kovac J. M.), "katılımcıların ve bilim gazetecilerinin BICEP2 deneyinden elde edilen verileri yorumlama ve raporlama konusunda biraz aceleci olduklarını" itiraf etti.
Varlığın deneysel olarak doğrulanması
Kaydedilen ilk yerçekimsel dalga sinyali. Solda Hanford'daki (H1), sağda Livingston'daki (L1) dedektörden gelen veriler var. Zaman 14 Eylül 2015 09:50:45 UTC'den itibaren sayılır. Sinyali görselleştirmek için, dedektörlerin yüksek hassasiyet aralığı dışındaki büyük dalgalanmaları bastırmak amacıyla 35-350 Hertz geçiş bandına sahip bir frekans filtresi tarafından filtrelenir; ayrıca tesislerin gürültüsünü bastırmak için bant durdurucu filtreler de kullanıldı. Üst sıra: dedektörlerdeki voltajlar h. GW150914 ilk olarak L1'e ve 6 9 +0 5 −0 4 ms sonra H1'e ulaştı; Görsel karşılaştırma için, H1'den gelen veriler L1 grafiğinde ters ve zaman kaydırmalı biçimde gösterilir (dedektörlerin göreceli yönelimini hesaba katmak için). İkinci sıra: aynı 35-350 Hz bant geçiren filtreden geçen yerçekimsel dalga sinyalinden gelen h voltajları. Kesintisiz çizgi, GW150914 sinyalinin incelenmesine dayalı olarak bulunan parametrelerle uyumlu parametrelere sahip bir sistem için sayısal göreliliğin sonucudur; iki bağımsız kodla elde edilen ve sonuçta 99,9'luk bir eşleşme elde edilir. Gri kalın çizgiler, dedektör verilerinden iki farklı yöntemle yeniden oluşturulan dalga formunun %90 güven bölgeleridir. Koyu gri çizgi, kara deliklerin birleşmesinden beklenen sinyalleri modeller, açık gri çizgi ise astrofizik modelleri kullanmaz ancak sinyali sinüzoidal-Gauss dalgacıklarının doğrusal bir kombinasyonu olarak temsil eder. Yeniden yapılandırmalar %94 oranında örtüşmektedir. Üçüncü sıra: Dedektörlerin filtrelenmiş sinyalinden sayısal görelilik sinyalinin filtrelenmiş tahmininin çıkarılmasından sonra kalan hatalar. Alt sıra: Zaman içinde sinyalin baskın frekansındaki artışı gösteren, gerilimlerin frekans haritası gösterimi.
11 Şubat 2016, LIGO ve VIRGO işbirlikleri tarafından. Maksimum yaklaşık 10−21 genliğe sahip iki kara deliğin birleşme sinyali, 14 Eylül 2015 tarihinde saat 9:51 UTC'de Hanford ve Livingston'daki iki LIGO dedektörü tarafından maksimum sinyal genliği bölgesinde 7 milisaniye arayla kaydedildi ( 0,2 saniye) kombine sinyal-gürültü oranı 24:1 idi. Sinyal GW150914 olarak adlandırıldı. Sinyalin şekli, kütleleri 36 ve 29 güneş kütlesi olan iki kara deliğin birleşmesi için genel görelilik öngörüsüne uyuyor; ortaya çıkan kara deliğin kütlesi 62 güneş ve dönüş parametresine sahip olmalıdır A= 0,67. Kaynağa uzaklığı yaklaşık 1,3 milyar olup, birleşmede saniyenin onda biri kadar sürede yayılan enerji yaklaşık 3 güneş kütlesine eşdeğerdir.
Hikaye
“Yerçekimi dalgası” teriminin tarihçesi, bu dalgaların teorik ve deneysel arayışı ve bunların diğer yöntemlerle erişilemeyen fenomenleri incelemek için kullanımı.
- 1900 - Lorentz, yerçekiminin "...ışık hızından daha büyük olmayan bir hızla yayılabileceğini" öne sürdü;
- 1905 - Poincaré Yerçekimi dalgası (onde gravifique) terimini ilk kez ortaya attı. Poincaré, niteliksel düzeyde, Laplace'ın yerleşik itirazlarını ortadan kaldırdı ve genel kabul görmüş Newton'un yerçekimi düzen yasalarına ilişkin kütleçekim dalgalarıyla ilgili düzeltmelerin iptal edildiğini, dolayısıyla kütleçekim dalgalarının varlığı varsayımının gözlemlerle çelişmediğini gösterdi;
- 1916 - Einstein, genel görelilik çerçevesinde, mekanik bir sistemin enerjiyi yerçekimi dalgalarına aktaracağını ve kabaca konuşursak, sabit yıldızlara göre herhangi bir dönüşün er ya da geç durması gerektiğini, ancak normal koşullar altında enerji kayıpları olduğunu gösterdi. büyüklük sırasına göre ihmal edilebilir ve pratik olarak ölçülemez (Bu çalışmada ayrıca yanlışlıkla küresel simetriyi sürekli koruyan mekanik bir sistemin yerçekimi dalgaları yayabileceğine inanıyordu);
- 1918 - Einstein yerçekimi dalgalarının emisyonunun düzenin bir etkisi olduğu ortaya çıkan dört kutuplu bir formül türetmiş, böylece önceki çalışmasındaki hatayı düzeltmiştir (katsayıda bir hata kalmıştır, dalga enerjisi 2 kat daha azdır);
- 1923 - Eddington - "...düşünce hızında...yayılan" kütleçekimsel dalgaların fiziksel gerçekliğini sorguladı. 1934 yılında, "Görelilik Teorisi" adlı monografisinin Rusça çevirisini hazırlarken, Eddington, dönen bir çubuğun enerji kayıplarını hesaplamak için iki seçenek içeren bölümler de dahil olmak üzere birkaç bölüm ekledi, ancak genel göreliliğin yaklaşık hesaplamaları için kullanılan yöntemlerin, ona göre kütleçekimsel olarak bağlı sistemlere uygulanamaz, dolayısıyla şüpheler devam ediyor;
- 1937 - Einstein, Rosen ile birlikte, yerçekimi alanının tam denklemlerinin silindirik dalga çözümlerini araştırdı. Bu çalışmalar sırasında, kütleçekim dalgalarının genel görelilik denklemlerinin yaklaşık çözümlerinin bir ürünü olabileceğinden şüphe etmeye başladılar (Einstein ve Rosen'in "Yerçekimi dalgaları var mı?" makalesinin incelemesine ilişkin yazışmalar biliniyor). Daha sonra muhakemesinde bir hata buldu; makalenin temel değişikliklerle birlikte son versiyonu Journal of the Franklin Institute'da yayınlandı;
- 1957 - Herman Bondi ve Richard Feynman, genel görelilikte kütleçekim dalgalarının fiziksel sonuçlarının varlığını kanıtladıkları “boncuklu kamış” düşünce deneyini önerdiler;
- 1962 - Vladislav Pustovoit ve Mikhail Herzenstein, uzun dalga yerçekimi dalgalarını tespit etmek için interferometre kullanmanın ilkelerini açıkladılar;
- 1964 - Philip Peters ve John Matthew ikili sistemler tarafından yayılan yerçekimi dalgalarını teorik olarak tanımladılar;
- 1969 - Yerçekimi dalgası astronomisinin kurucusu Joseph Weber, bir rezonans detektörü (mekanik bir yerçekimsel anten) kullanarak yerçekimsel dalgaların tespit edildiğini bildirdi. Bu raporlar, bu yöndeki çalışmaların hızla büyümesine neden oluyor, özellikle LIGO projesinin kurucularından Rainier Weiss, o dönemde deneylere başladı. Bugüne kadar (2015) hiç kimse bu olayların güvenilir bir şekilde doğrulanmasını sağlayamadı;
- 1978 - Joseph Taylor ikili pulsar sistemi PSR B1913+16'da yerçekimsel radyasyonun tespit edildiğini bildirdi. Joseph Taylor ve Russell Hulse'un araştırması onlara 1993 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırdı. 2015'in başlarından itibaren, bu tür en az 8 sistem için yerçekimsel dalga emisyonuna bağlı periyot azalması da dahil olmak üzere Kepleri sonrası üç parametre ölçülmüştü;
- 2002 - Sergey Kopeikin ve Edward Fomalont, dinamikte Jüpiter'in çekim alanındaki ışığın sapmasını ölçmek için ultra uzun taban çizgisi radyo dalgası interferometrisini kullandılar; bu, genel göreliliğin varsayımsal uzantılarının belirli bir sınıfı için, Jüpiter'in hızını tahmin etmeyi mümkün kılıyor. yerçekimi - ışık hızından fark% 20'yi geçmemelidir (bu yorum genel olarak kabul edilmez);
- 2006 - Martha Bourgay'in (Parkes Gözlemevi, Avustralya) uluslararası ekibi, genel göreliliğin ve bunun iki pulsar PSR J0737-3039A/B sistemindeki yerçekimsel dalga radyasyonunun büyüklüğüne uygunluğunun önemli ölçüde daha doğru bir şekilde doğrulandığını bildirdi;
- 2014 - Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'ndeki (BICEP) gökbilimciler, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonundaki dalgalanmaları ölçerken ilkel kütleçekim dalgalarının tespit edildiğini bildirdiler. Şu anda (2016), tespit edilen dalgalanmaların kalıcı kökenli olmadığı kabul ediliyor, ancak Galaksideki toz emisyonu ile açıklanıyor;
- 2016 - uluslararası LIGO ekibi GW150914 yerçekimsel dalga geçiş olayının tespit edildiğini bildirdi. İlk kez, ultra yüksek bağıl hızlara sahip ultra güçlü yerçekimi alanlarında etkileşime giren devasa cisimlerin doğrudan gözlemlenmesi (< 1,2 × R s , v/c >0.5), bu da genel göreliliğin doğruluğunu Newton sonrası yüksek dereceli terimlerin doğruluğuyla doğrulamayı mümkün kıldı. Yerçekimi dalgalarının ölçülen dağılımı, önceki dağılım ölçümleriyle çelişmez ve üst sınır varsayımsal gravitonun kütlesi (< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.
11 Şubat 2016'da, aralarında Rusya'nın da bulunduğu uluslararası bir bilim insanı grubu, Washington'da düzenlediği basın toplantısında, er ya da geç medeniyetin gelişimini değiştirecek bir keşfi duyurdu. Yerçekimi dalgalarını veya uzay-zaman dalgalarını pratikte kanıtlamak mümkündü. Onların varlığı 100 yıl önce Albert Einstein tarafından tahmin edilmişti.
Bu keşfin ödüllendirileceğinden kimsenin şüphesi yok Nobel Ödülü. Bilim adamlarının bunun hakkında konuşmak için aceleleri yok pratik uygulama. Ancak bize, yakın zamana kadar insanlığın da bu durumla ne yapacağını bilmediğini hatırlatıyorlar. elektromanyetik dalgalar sonuçta gerçek bir bilimsel ve teknolojik devrime yol açtı.
Basit anlamda yerçekimi dalgaları nelerdir?
Yerçekimi ve evrensel yerçekimi- aynı şey. Yerçekimi dalgaları GPV'ye çözümlerden biridir. Işık hızında yayılmaları gerekiyor. Değişken ivmeyle hareket eden herhangi bir cisim tarafından yayılır.
Örneğin, yıldıza doğru yönlendirilmiş değişken ivmeyle yörüngesinde dönmektedir. Ve bu ivme sürekli değişiyor. güneş sistemi Yerçekimi dalgaları halinde birkaç kilowatt düzeyinde enerji yayar. Bu, 3 eski renkli televizyonla karşılaştırılabilecek kadar önemsiz bir miktardır.
Başka bir şey de birbirinin etrafında dönen iki pulsardır ( nötron yıldızları). Çok dönüyorlar yakın yörüngeler. Böyle bir "çift" astrofizikçiler tarafından keşfedildi ve gözlemlendi uzun zamandır. Nesnelerin birbirinin üzerine düşmeye hazır olması dolaylı olarak pulsarların kendi alanlarında uzay-zaman dalgaları yani enerji yaydığını gösteriyordu.
Yerçekimi yer çekimi kuvvetidir. Biz dünyaya çekiliyoruz. Ve yerçekimi dalgasının özü, bize ulaştığında son derece zayıf olan bu alanda meydana gelen bir değişikliktir. Örneğin bir rezervuardaki su seviyesini alın. Yerçekimi alanı kuvveti - ivme serbest düşüş belirli bir noktada. Göletimizin üzerinden bir dalga geçiyor ve aniden serbest düşüşün ivmesi biraz değişiyor.
Bu tür deneyler geçen yüzyılın 60'larında başladı. O sırada şunu buldular: İç termal dalgalanmaları önlemek için soğutulmuş devasa bir alüminyum silindiri astılar. Ve örneğin iki büyük kara deliğin çarpışmasından kaynaklanan bir dalganın aniden bize ulaşmasını beklediler. Araştırmacılar coşkuyla doluydu ve hepsinin küre gelen bir yerçekimi dalgasının etkilerini deneyimleyebiliriz. uzay. Gezegen titremeye başlayacak ve bu sismik dalgalar (sıkıştırma, kayma ve yüzey dalgaları) incelenebilecek.
Cihaz hakkında önemli makale basit bir dille ve Amerikalıların ve LIGO'nun Sovyet bilim adamlarının fikrini nasıl çaldığını ve keşfi mümkün kılan introferometreler inşa ettiğini. Kimse konuşmuyor, herkes susuyor!
Bu arada, yerçekimi radyasyonu, elektromanyetik radyasyonun spektrumunu değiştirerek bulmaya çalıştıkları kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun konumundan daha ilginçtir. Kalıntı ve elektromanyetik radyasyon Büyük Patlama'dan 700 bin yıl sonra, evrenin genişlemesi sırasında sıcak gazla dolu olarak ortaya çıktı şok dalgaları daha sonra galaksilere dönüştüler. Bu durumda, doğal olarak, o zamanlar hala optik olan kozmik mikrodalga arka plan ışınımının dalga boyunu etkileyen devasa, akıllara durgunluk veren sayıda uzay-zaman dalgasının yayılması gerekirdi. Rus astrofizikçi Sazhin bu konuyla ilgili makaleler yazıyor ve düzenli olarak yayınlıyor.
Yerçekimi dalgalarının keşfinin yanlış yorumlanması
“Bir ayna asılı duruyor, yerçekimi dalgası ona etki ediyor ve salınmaya başlıyor. Ve genlikteki en önemsiz dalgalanmalar bile daha küçük boyut atom çekirdeği araçlar tarafından fark edilir” - örneğin Wikipedia makalesinde böyle yanlış bir yorum kullanılıyor. Tembel olmayın, Sovyet bilim adamlarının 1962'den kalma bir makalesini bulun.
Öncelikle "dalgalanmaları" hissedebilmek için aynanın devasa olması gerekir. İkincisi, neredeyse soğutulması gerekiyor mutlak sıfır(Kelvin cinsinden) kendi termal dalgalanmalarını önlemek için. Büyük olasılıkla, yalnızca 21. yüzyılda değil, genel olarak tespit etmek asla mümkün olmayacak temel parçacık— yerçekimsel dalgaların taşıyıcısı: