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 OTS çözümlerinden 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 S). Çok yakın yörüngelerde dönerler. 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. Tansiyon yerçekimi alanı— hızlanma 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 uzaydan gelen bir yerçekimi dalgasının etkilerini yaşayabilir. Gezegen titreşmeye 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, spektrumu değiştirerek bulmaya çalıştıkları kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun konumundan dolayı daha ilginçtir. elektromanyetik radyasyon. SPK ve elektromanyetik radyasyon 700 bin yıl sonra ortaya çıktı büyük patlama, daha sonra evrenin genişleme sürecinde, çalışan sıcak gazla dolu 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 gerekiyor. İkinci olarak, kendi termal dalgalanmalarından kaçınmak için neredeyse mutlak sıfıra (Kelvin) kadar soğutulması gerekir. Büyük olasılıkla, yalnızca 21. yüzyılda değil, genel olarak yerçekimi dalgalarının taşıyıcısı olan temel bir parçacığı tespit etmek asla mümkün olmayacaktır:
Valentin Nikolaevich Rudenko, Cascina (İtalya) şehrine yaptığı ziyaretin hikayesini paylaşıyor; burada o zamanlar yeni inşa edilen "yerçekimi anteni" - Michelson optik interferometre üzerinde bir hafta geçirdi. Hedefe giderken taksi şoförü tesisin neden yapıldığını sorar. Şoför, "Buradaki insanlar bunun Tanrı'yla konuşmak için olduğunu düşünüyor" diye itiraf ediyor.
– Yerçekimi dalgaları nedir?
– Yerçekimi dalgası “astrofiziksel bilginin taşıyıcılarından” biridir. Astrofiziksel bilgilerin görünür kanalları vardır; teleskoplar "uzak görüşte" özel bir rol oynar. Gökbilimciler ayrıca düşük frekanslı kanallar (mikrodalga ve kızılötesi) ve yüksek frekanslı kanallar (X-ışını ve gama) konusunda da uzmanlaştılar. Elektromanyetik radyasyona ek olarak Uzaydan gelen parçacık akışlarını da tespit edebiliyoruz. Bu amaçla, nötrino teleskopları kullanılır - kozmik nötrinoların büyük boyutlu dedektörleri - maddeyle zayıf etkileşime giren ve bu nedenle kaydedilmesi zor olan parçacıklar. Teorik olarak tahmin edilen ve laboratuvarda incelenen neredeyse tüm "astrofiziksel bilgi taşıyıcıları" türleri pratikte güvenilir bir şekilde öğrenilmiştir. Bunun istisnası yerçekimiydi - en çok zayıf etkileşim bir mikrokozmosta ve en çok güçlü kuvvet makrokozmosta.
Yerçekimi geometridir. Yerçekimi dalgaları geometrik dalgalardır yani o boşluktan geçerken uzayın geometrik özelliklerini değiştiren dalgalardır. Kabaca söylemek gerekirse bunlar uzayı deforme eden dalgalardır. Gerinim, iki nokta arasındaki mesafedeki göreceli değişikliktir. Yerçekimi radyasyonu, geometrik olması nedeniyle diğer tüm radyasyon türlerinden farklıdır.
– Einstein yerçekimsel dalgaları öngördü mü?
– Biçimsel olarak, yerçekimi dalgalarının Einstein tarafından genel görelilik teorisinin sonuçlarından biri olarak tahmin edildiğine inanılıyor, ancak gerçekte bunların varlığı özel görelilik teorisinde zaten açıkça ortaya çıkıyor.
Görelilik teorisi şunu gösteriyor: yerçekimi çekimi yerçekimsel çöküş mümkündür, yani bir nesnenin çökme sonucu kabaca bir noktaya kadar daralması mümkündür. O zaman yerçekimi o kadar güçlüdür ki ışık ondan bile kaçamaz, dolayısıyla böyle bir nesneye mecazi olarak kara delik denir.
– Özelliği nedir yerçekimi etkileşimi?
Yerçekimi etkileşiminin bir özelliği eşdeğerlik ilkesidir. Buna göre bir test cismin yer çekimi alanındaki dinamik tepkisi bu cismin kütlesine bağlı değildir. Basitçe söylemek gerekirse, tüm cisimler aynı ivmeyle düşer.
Yerçekimi etkileşimi bugün bildiğimiz en zayıf etkileşimdir.
– Yerçekimi dalgasını yakalamaya çalışan ilk kişi kimdi?
– Yerçekimi dalgası deneyi ilk olarak Maryland Üniversitesi'nden (ABD) Joseph Weber tarafından yapıldı. Şu anda Washington'daki Smithsonian Müzesi'nde saklanan bir yerçekimi dedektörü yarattı. 1968-1972'de Joe Weber, "tesadüf" durumlarını izole etmeye çalışarak, mekansal olarak ayrılmış bir çift dedektör üzerinde bir dizi gözlem gerçekleştirdi. Tesadüf tekniği ödünç alınmıştır nükleer fizik. Düşük istatistiksel anlamlılık Weber'in aldığı yerçekimi sinyalleri, deneyin sonuçlarına yönelik eleştirel bir tutuma neden oldu: Yerçekimi dalgalarını tespit etmenin mümkün olduğuna dair hiçbir güven yoktu. Daha sonra bilim adamları Weber tipi dedektörlerin hassasiyetini artırmaya çalıştılar. Duyarlılığı astrofiziksel tahminler için yeterli olan bir dedektörün geliştirilmesi 45 yıl sürdü.
Deneyin başlangıcında, sabitlemeden önce birçok başka deney yapıldı; bu süre zarfında dürtüler kaydedildi, ancak bunların yoğunluğu çok düşüktü.
– Sinyal tespiti neden hemen açıklanmadı?
– Yerçekimi dalgaları Eylül 2015'te kaydedildi. Ancak bir tesadüf kaydedilmiş olsa bile bunu duyurmadan önce bunun tesadüfi olmadığını kanıtlamak gerekir. Herhangi bir antenden alınan sinyal her zaman gürültü patlamaları (kısa süreli patlamalar) içerir ve bunlardan biri kazara başka bir antendeki gürültü patlamasıyla aynı anda meydana gelebilir. Tesadüflerin tesadüfen oluşmadığını ancak istatistiksel tahminlerle kanıtlamak mümkün.
– Yerçekimi dalgaları alanındaki keşifler neden bu kadar önemli?
– Kalıntı yerçekimsel arka planı kaydetme ve yoğunluk, sıcaklık vb. gibi özelliklerini ölçme yeteneği, evrenin başlangıcına yaklaşmamızı sağlar.
Çekici olan şey, kütleçekimsel radyasyonun maddeyle çok zayıf etkileşime girmesi nedeniyle tespit edilmesinin zor olmasıdır. Ancak aynı özelliği sayesinde, madde açısından en gizemli özelliklere sahip, bizden en uzaktaki nesnelerden absorbe edilmeden geçer.
Yerçekimi radyasyonunun bozulmadan geçtiğini söyleyebiliriz. En iddialı amaç, Evrenin yaratılışında yaratılan Büyük Patlama Teorisi'nde ilkel maddeden ayrılan yerçekimsel radyasyonu incelemektir.
– Yerçekimi dalgalarının keşfi kuantum teorisini geçersiz kılıyor mu?
Yerçekimi teorisi, yerçekimsel çöküşün, yani büyük kütleli nesnelerin bir noktaya kadar büzülmesinin varlığını varsayar. Aynı zamanda Kopenhag Okulu tarafından geliştirilen kuantum teorisi, belirsizlik ilkesi sayesinde bir cismin koordinatı, hızı ve momentumu gibi parametreleri aynı anda tam olarak belirtmenin imkansız olduğunu öne sürüyor. Burada bir belirsizlik ilkesi vardır; yörüngenin hem koordinat hem de hız olması vb. nedeniyle kesin yörüngeyi belirlemek imkansızdır. Ancak bununla bağlantılı olan bu hatanın sınırları dahilinde belirli bir koşullu güven koridoru belirlemek mümkündür. belirsizlik ilkesiyle. Kuantum teorisi, nokta nesnelerin olasılığını kategorik olarak reddeder, ancak bunları istatistiksel olarak olasılıksal bir şekilde tanımlar: spesifik olarak koordinatları belirtmez, ancak belirli koordinatlara sahip olma olasılığını gösterir.
Kuantum teorisi ile yerçekimi teorisini birleştirme sorunu, birleşik alan teorisi yaratmanın temel sorularından biridir.
Şu anda üzerinde çalışmaya devam ediyorlar ve şu ifadeler yer alıyor: kuantum yerçekimi”, artık dünyadaki tüm teorisyenlerin çalıştığı, tamamen ileri bir bilim alanı, bilgi ve cehalet sınırı anlamına geliyor.
– Keşif gelecekte neler getirebilir?
Yerçekimi dalgaları kaçınılmaz olarak temelde yer almalıdır modern bilim bilgimizin bileşenlerinden biri olarak. Evrenin evriminde önemli bir rol oynarlar ve bu dalgaların yardımıyla Evren incelenmelidir. Keşif bilim ve kültürün genel gelişimine katkıda bulunuyor.
Günümüz biliminin kapsamının dışına çıkmaya karar verirseniz, yerçekimi telekomünikasyon hatlarını, yerçekimi radyasyonunu kullanan jet cihazlarını, yerçekimi dalgası introskopi cihazlarını hayal etmeye izin verilir.
– Yerçekimi dalgalarının duyu dışı algı ve telepati ile bir ilgisi var mı?
Yapmıyorlar. Açıklanan etkiler, etkilerdir kuantum dünyası, optik efektler.
Anna Utkina'nın röportajı
Astrofizikçiler, varlığı yaklaşık 100 yıl önce Albert Einstein tarafından tahmin edilen yerçekimsel dalgaların varlığını doğruladılar. Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunan LIGO yerçekimsel dalga gözlemevindeki dedektörler kullanılarak tespit edildiler.
Tarihte ilk kez insanlık, Evrenin çok uzağında meydana gelen iki kara deliğin çarpışmasından Dünya'ya gelen uzay-zaman titreşimleri olan yerçekimi dalgalarını kaydetti. Bu keşfe Rus bilim adamları da katkıda bulundu. Perşembe günü araştırmacılar dünya çapındaki keşifleri hakkında konuşuyorlar - Washington, Londra, Paris, Berlin ve Moskova dahil diğer şehirlerde.
Fotoğrafta bir kara delik çarpışmasının simülasyonu gösteriliyor
LIGO işbirliğinin Rusya bölümünün başkanı Valery Mitrofanov, Rambler&Co ofisinde düzenlenen bir basın toplantısında, yerçekimi dalgalarının keşfini duyurdu:
“Bu projeye katılmaktan ve sonuçlarını sizlere sunmaktan onur duyduk. Şimdi size keşfin Rusçadaki anlamını anlatacağım. ABD'de LIGO dedektörlerinin güzel resimlerini gördük. Aralarındaki mesafe 3000 km'dir. Yerçekimi dalgasının etkisi altında dedektörlerden biri kaydı ve ardından onları keşfettik. İlk başta bilgisayarda sadece gürültü gördük, sonra Hamford dedektörlerinin kütlesi sallanmaya başladı. Elde edilen verileri hesapladıktan sonra 1,3 milyar mesafede çarpışan şeyin kara delikler olduğunu tespit edebildik. ışık yılı uzakta. Sinyal çok netti, gürültünün içinden çok net bir şekilde çıkıyordu. Birçok kişi bize şanslı olduğumuzu söyledi ama doğa bize böyle bir hediye verdi. Yerçekimi dalgaları keşfedildi, orası kesin.”
Astrofizikçiler, LIGO yerçekimsel dalga gözlemevindeki dedektörleri kullanarak yerçekimsel dalgaları tespit edebildikleri yönündeki söylentileri doğruladılar. Bu keşif, insanlığın Evrenin nasıl çalıştığını anlamada önemli ilerleme kaydetmesine olanak tanıyacak.
Keşif, 14 Eylül 2015'te Washington ve Louisiana'daki iki dedektörle eş zamanlı olarak gerçekleşti. Sinyal dedektörlere iki kara deliğin çarpışması sonucu ulaştı. Bilim adamlarının çarpışmanın ürünü olanın yerçekimi dalgaları olduğunu doğrulamaları çok uzun sürdü.
Deliklerin çarpışması, ışık hızının yaklaşık yarısı kadar, yani yaklaşık 150.792.458 m/s hızla gerçekleşti.
“Newton yerçekimi düz uzayda tanımlandı ve Einstein bunu zaman düzlemine aktardı ve onu büktüğünü varsaydı. Yerçekimi etkileşimi çok zayıftır. Dünya'da yerçekimi dalgaları yaratmaya yönelik deneyler imkansızdır. Ancak kara deliklerin birleşmesinden sonra keşfedildiler. Dedektörün 10 metreden -19 metreye kaydığını hayal edin. Ellerinle hissedemezsin. Sadece çok hassas aletlerin yardımıyla. Bu nasıl yapılır? Değişimin kaydedildiği lazer ışını doğası gereği benzersizdi. LIGO'nun ikinci nesil lazer yerçekimi anteni 2015 yılında faaliyete geçti. Hassasiyet, yerçekimi bozukluklarının yaklaşık ayda bir tespit edilmesini mümkün kılar. Bu ileri dünya ve Amerikan bilimidir; dünyada bundan daha doğru bir şey yoktur. Keşif, Standart Kuantum Hassasiyet Sınırını aşabileceğini umuyoruz” dedi. Sergei Vyatchanin, Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Bölümü ve LIGO işbirliği çalışanı.
Standart Kuantum Sınırı (SQL) kuantum mekaniği- Farklı zamanlarda kendi kendine gidip gelmeyen bir operatör tarafından tanımlanan herhangi bir büyüklüğün sürekli veya tekrarlanan ölçümünün doğruluğuna getirilen bir sınırlama. 1967'de V.B. Braginsky tarafından tahmin edildi ve Standart Kuantum Limiti (SQL) terimi daha sonra Thorne tarafından önerildi. SKP, Heisenberg belirsizlik ilişkisiyle yakından ilişkilidir.
Özetle Valery Mitrofanov daha fazla araştırma planlarından bahsetti:
"Bu keşif, yeni bir yerçekimsel dalga astronomisinin başlangıcıdır. Yerçekimi dalgaları kanalıyla Evren hakkında daha fazla şey öğrenmeyi umuyoruz. Maddenin yalnızca %5'inin bileşimini biliyoruz, gerisi bir sır. Yerçekimi dedektörleri gökyüzünü “yerçekimi dalgaları” halinde görmenizi sağlayacaktır. Gelecekte her şeyin başlangıcını, yani Büyük Patlama'nın kalıntı radyasyonunu görmeyi ve o zaman tam olarak ne olduğunu anlamayı umuyoruz."
Yerçekimi dalgaları ilk olarak 1916'da, neredeyse tam 100 yıl önce Albert Einstein tarafından önerildi. Dalga denklemi, görelilik teorisinin denklemlerinin bir sonucudur ve en basit şekilde türetilmemiştir.
Kanadalı teorik fizikçi Clifford Burgess daha önce, gözlemevinin, kütleleri 36 ve 29 güneş kütlesi olan ikili bir kara delik sisteminin, 62 güneş kütlesine sahip bir nesnede birleşmesinden kaynaklanan yerçekimsel radyasyonu tespit ettiğini söyleyen bir mektup yayınladı. Çarpışma ve asimetrik kütleçekimsel çöküş bir saniyeden çok daha kısa sürüyor ve bu süre zarfında sistemin kütlesinin yüzde 50'sine varan enerji, uzay-zamandaki dalgalanmalar olan yerçekimsel radyasyona dönüşerek kayboluyor.
Yerçekimi dalgası, çoğu yerçekimi teorisinde, değişken ivmeli yerçekimi cisimlerinin hareketi tarafından oluşturulan bir yerçekimi dalgasıdır. Yerçekimi kuvvetlerinin göreceli zayıflığı nedeniyle (diğerleriyle karşılaştırıldığında), bu dalgaların büyüklüğü çok küçük olmalı ve kaydedilmesi zor olmalıdır. Onların varlığı yaklaşık bir yüzyıl önce Albert Einstein tarafından tahmin edilmişti.
Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi çerçevesinde yaptığı teorik tahminden yüz yıl sonra bilim adamları, kütleçekim dalgalarının varlığını doğrulayabildiler. Derin uzayı incelemek için temelde yeni bir yöntemin (yerçekimi dalgası astronomisi) dönemi başlıyor.
Farklı keşifler var. Rastgele olanlar var, astronomide yaygınlar. William Herschel'in Uranüs'ü keşfetmesi gibi, "bölgenin kapsamlı bir şekilde taranması" sonucunda ortaya çıkan tamamen tesadüfi olanlar yoktur. Şans eseri olanlar var - bir şeyi arayıp başka bir şey bulduklarında: örneğin Amerika'yı keşfettiler. Ancak özel yer Bilimde planlı buluşlar ön plandadır. Açık bir teorik tahmine dayanmaktadırlar. Tahmin edilen şey öncelikle teoriyi doğrulamak için aranır. Bu tür keşifler arasında Büyük Hadron Çarpıştırıcısında Higgs bozonunun keşfi ve lazer interferometre yerçekimsel dalga gözlemevi LIGO kullanılarak yerçekimsel dalgaların tespiti yer alıyor. Ancak teorinin öngördüğü bazı olguları kaydetmek için, tam olarak neye ve nereye bakacağınıza ve bunun için hangi araçlara ihtiyaç duyulduğuna dair oldukça iyi bir anlayışa sahip olmanız gerekir.
Yerçekimi dalgalarına geleneksel olarak genel görelilik teorisinin (GTR) bir tahmini denir ve bu gerçekten de böyledir (her ne kadar artık bu tür dalgalar GTR'ye alternatif veya onu tamamlayan tüm modellerde mevcut olsa da). Dalgaların ortaya çıkışı, yerçekimi etkileşiminin yayılma hızının sınırlılığından kaynaklanır (genel görelilikte bu hız, ışık hızına tam olarak eşittir). Bu tür dalgalar, bir kaynaktan yayılan uzay-zamandaki bozukluklardır. Yerçekimi dalgalarının meydana gelmesi için, kaynağın belirli bir şekilde titreşmesi veya hızlandırılmış bir hızda hareket etmesi gerekir. Diyelim ki mükemmel küresel veya silindirik simetriye sahip hareketler uygun değil. Bu tür kaynaklardan oldukça fazla var, ancak çoğu zaman küçük bir kütleye sahipler ve güçlü bir sinyal oluşturmak için yetersizler. Sonuçta yerçekimi, dört temel etkileşimin en zayıfıdır, bu nedenle yerçekimi sinyalini kaydetmek çok zordur. Ek olarak, kayıt için sinyalin zaman içinde hızlı bir şekilde değişmesi, yani yeterince yüksek bir frekansa sahip olması gerekir. Aksi takdirde değişiklikler çok yavaş olacağından bunu kaydedemeyeceğiz. Bu, nesnelerin aynı zamanda kompakt olması gerektiği anlamına gelir.
Başlangıçta bizimki gibi galaksilerde her birkaç on yılda bir meydana gelen süpernova patlamaları büyük heyecan yaratıyordu. Bu, eğer bir sinyali birkaç milyon ışıkyılı uzaklıktan görmemizi sağlayacak bir hassasiyet elde edebilirsek, yılda birden fazla sinyale güvenebileceğimiz anlamına gelir. Ancak daha sonra, bir süpernova patlaması sırasında yerçekimsel dalgalar biçimindeki enerji salınımının gücüne ilişkin ilk tahminlerin çok iyimser olduğu ve bu kadar zayıf bir sinyalin ancak Galaksimizde bir süpernova patlak verdiğinde tespit edilebileceği ortaya çıktı.
Başka bir büyük seçenek kompakt nesneler, taahhüt hızlı hareketler, - nötron yıldızları veya kara delikler. Ya oluşum sürecini ya da birbirleriyle etkileşim sürecini görebiliriz. Kompakt nesnelerin oluşumuna yol açan yıldız çekirdeklerinin çöküşünün son aşamaları ve ayrıca nötron yıldızları ile kara deliklerin birleşmesinin son aşamaları, birkaç milisaniye mertebesinde bir süreye sahiptir (bu, bir frekansa karşılık gelir) yüzlerce hertz) - tam da ihtiyaç duyulan şey. Bu durumda, büyük kompakt cisimler belirli hızlı hareketler yaptığından, yerçekimi dalgaları da dahil olmak üzere (ve bazen esas olarak) çok fazla enerji açığa çıkar. Bunlar bizim ideal kaynaklarımızdır.
Doğru, galakside süpernovalar birkaç on yılda bir patlıyor, nötron yıldızlarının birleşmesi her birkaç onbin yılda bir meydana geliyor ve kara delikler birbirleriyle daha da az birleşiyor. Ancak sinyal çok daha güçlüdür ve özellikleri oldukça doğru bir şekilde hesaplanabilir. Ancak artık onbinlerce galaksiyi kapsamak ve bir yılda birden fazla sinyali tespit etmek için sinyali birkaç yüz milyon ışıkyılı uzaklıktan görebilmemiz gerekiyor.
Kaynaklara karar verdikten sonra dedektörü tasarlamaya başlayacağız. Bunu yapmak için yerçekimi dalgasının ne yaptığını anlamanız gerekir. Detaya girmeden, bir yerçekimi dalgasının geçişinin bir gelgit kuvvetine neden olduğunu söyleyebiliriz (sıradan ay veya güneş gelgitleri ayrı bir olgudur ve yerçekimi dalgalarının bununla hiçbir ilgisi yoktur). Böylece, örneğin metal bir silindiri alabilir, onu sensörlerle donatabilir ve titreşimlerini inceleyebilirsiniz. Bu zor değil, bu yüzden bu tür kurulumlar yarım yüzyıl önce yapılmaya başlandı (bunlar Rusya'da da mevcut; şimdi SAI MSU'dan Valentin Rudenko ekibi tarafından geliştirilen geliştirilmiş bir dedektör Baksan yer altı laboratuvarına kuruluyor). Sorun, böyle bir cihazın sinyali herhangi bir yerçekimi dalgası olmadan görmesidir. Başa çıkılması zor olan birçok gürültü var. Dedektörü yeraltına kurmak mümkündür (ve yapılmıştır!), izole etmeye çalışın, soğutun. düşük sıcaklıklar ancak yine de gürültü seviyesini aşmak için çok güçlü bir yerçekimsel dalga sinyaline ihtiyaç duyulacaktır. Ancak güçlü sinyaller nadiren gelir.
Bu nedenle seçim, 1962'de Vladislav Pustovoit ve Mikhail Herzenstein tarafından ortaya atılan başka bir plan lehine yapıldı. JETP'de (Deneysel ve Teorik Fizik Dergisi) yayınlanan bir makalede, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için bir Michelson interferometresi kullanılmasını önerdiler. Lazer ışını interferometrenin iki kolundaki aynalar arasından geçer ve ardından farklı kollardan gelen ışınlar eklenir. Işın girişiminin sonucunu analiz ederek kol uzunluklarındaki göreceli değişiklik ölçülebilir. Bu çok hassas ölçümler yani gürültüyü yenerseniz olağanüstü hassasiyet elde edebilirsiniz.
1990'ların başında bu tasarımı kullanarak birkaç dedektör yapılmasına karar verildi. İlk faaliyete geçenler, teknolojiyi test etmek için Avrupa'da GEO600 ve Japonya'da TAMA300 (sayılar kolların metre cinsinden uzunluğuna karşılık gelir) gibi nispeten küçük tesislerdi. Ancak asıl oyuncular ABD'deki LIGO tesisleri ve Avrupa'daki VIRGO tesisleri olacaktı. Bu cihazların boyutu halihazırda kilometre cinsinden ölçülüyor ve planlanan nihai hassasiyet, yılda yüzlerce olmasa da düzinelerce olayın görülmesine olanak tanıyacak.
Neden birden fazla cihaza ihtiyaç var? Yerel gürültüler (örn. sismik) mevcut olduğundan öncelikle çapraz doğrulama için. Sinyalin kuzeybatı Amerika Birleşik Devletleri ve İtalya'da eşzamanlı olarak kaydedilmesi, bunun mükemmel bir kanıtı olacaktır. dış kaynaklı. Ancak ikinci bir neden daha var: Yerçekimi dalgası dedektörleri, kaynağa giden yönü belirlemede çok zayıf. Ancak birbirinden aralıklı birkaç dedektör varsa yönü oldukça doğru bir şekilde belirtmek mümkün olacaktır.
Lazer devleri
Orijinal haliyle LIGO dedektörleri 2002'de, VIRGO dedektörleri ise 2003'te üretildi. Plana göre bu sadece ilk aşamaydı. Tüm tesisler birkaç yıl çalıştı ve 2010-2011'de değişiklik için durduruldu ve ardından planlanan seviyeye ulaştı. yüksek hassasiyet. LIGO dedektörleri ilk olarak Eylül 2015'te çalışmaya başladı, VIRGO'nun 2016'nın ikinci yarısında katılması bekleniyor ve bu aşamadan itibaren hassasiyet, yılda en az birkaç olayı kaydetmeyi umut etmemizi sağlıyor.
LIGO çalışmaya başladıktan sonra beklenen patlama oranı ayda yaklaşık bir olaydı. Astrofizikçiler ilk beklenen olayların kara delik birleşmeleri olacağını önceden tahmin ediyorlardı. Bunun nedeni kara deliklerin genellikle nötron yıldızlarından on kat daha ağır olması, sinyalin daha güçlü olması ve uzaktan "görünür" olmasıdır. uzun mesafeler Bu, galaksi başına daha düşük olay oranını fazlasıyla telafi eder. Neyse ki uzun süre beklemek zorunda kalmadık. 14 Eylül 2015'te her iki kurulum da GW150914 adında neredeyse aynı sinyali kaydetti.
Güzel bir yardımla basit analiz kara delik kütleleri, sinyal gücü, kaynağa olan uzaklık gibi veriler elde edilebiliyor. Kara deliklerin kütlesi ve boyutu çok basit ve iyi bir şekilde ilişkilidir bilinen bir şekilde ve sinyal frekansından enerji salınım bölgesinin boyutu hemen tahmin edilebilir. İÇİNDE bu durumda boyut, kütlesi 60 güneş kütlesinden fazla olan bir kara deliğin, kütlesi 25-30 ve 35-40 güneş kütlesi olan iki delikten oluştuğunu gösteriyordu. Bu verileri bilerek şunları alabilirsiniz: tam enerji sıçrama. Neredeyse üç güneş kütlesi yerçekimi radyasyonuna dönüştürüldü. Bu, 1023 güneş parlaklığının parlaklığına karşılık gelir - bu süre zarfında Evrenin görünür kısmındaki tüm yıldızların yaydığı miktarla yaklaşık olarak aynı miktar (saniyenin yüzde biri). Ve ölçülen sinyalin bilinen enerjisinden ve büyüklüğünden mesafe elde edilir. Büyük kütle Birleşen cisimler, uzak bir galakside meydana gelen bir olayın kaydedilmesini mümkün kıldı: Sinyalin bize ulaşması yaklaşık 1,3 milyar yıl sürdü.
Daha detaylı analiz kara deliklerin kütle oranını netleştirmemize, kendi eksenleri etrafında nasıl döndüklerini anlamamıza ve diğer bazı parametreleri belirlememize olanak tanır. Ek olarak, iki kurulumdan gelen sinyal, patlamanın yönünü yaklaşık olarak belirlemeyi mümkün kılar. Buradaki doğruluk maalesef henüz çok yüksek değil ancak güncellenen VIRGO'nun devreye alınmasıyla artacaktır. Ve birkaç yıl içinde Japon KAGRA dedektörü sinyal almaya başlayacak. Daha sonra LIGO dedektörlerinden biri (başlangıçta üç tane vardı, kurulumlardan biri ikili idi) Hindistan'da monte edilecek ve yılda onlarca olayın kaydedilmesi bekleniyor.
Yeni astronomi çağı
Açık şu anda en önemli sonuç LIGO'nun çalışması yerçekimi dalgalarının varlığının doğrulanmasıdır. Buna ek olarak, ilk patlama, gravitonun kütlesi üzerindeki kısıtlamaları iyileştirmeyi (genel görelilikte sıfır kütleye sahiptir) ve ayrıca yerçekiminin yayılma hızı ile yerçekiminin hızı arasındaki farkı daha güçlü bir şekilde sınırlamayı mümkün kıldı. ışık. Ancak bilim adamları, 2016'da LIGO ve VIRGO'yu kullanarak birçok yeni astrofiziksel veri elde edebileceklerini umuyorlar.
Birincisi, yerçekimsel dalga gözlemevlerinden elde edilen veriler kara delikleri incelemek için yeni bir yol sağlıyor. Daha önce yalnızca bu nesnelerin çevresindeki madde akışını gözlemlemek mümkün olsaydı, artık ortaya çıkan kara deliğin birleşme ve "sakinleşme" sürecini, ufkunun nasıl dalgalandığını ve son şeklini aldığını doğrudan "görebilirsiniz" ( rotasyonla belirlenir). Muhtemelen, Hawking'in kara deliklerin buharlaşmasının keşfine kadar (şimdilik bu süreç bir hipotez olarak kalıyor), birleşme çalışmaları onlar hakkında daha iyi doğrudan bilgi sağlayacaktır.
İkinci olarak, nötron yıldızı birleşmelerine ilişkin gözlemler pek çok yeni, son derece gerekli bilgiler bu nesneler hakkında. İlk defa, nötron yıldızlarını fizikçilerin parçacıkları incelediği gibi inceleyebileceğiz: onların çarpışmasını izleyerek içeride nasıl çalıştıklarını anlayabileceğiz. Nötron yıldızlarının iç yapısının gizemi hem astrofizikçileri hem de fizikçileri endişelendiriyor. Nükleer fizik ve maddenin aşırı yüksek yoğunluklardaki davranışı hakkındaki anlayışımız, bu sorunu çözmeden eksik kalacaktır. Yerçekimi dalgası gözlemlerinin burada önemli bir rol oynaması muhtemeldir.
Kısa kozmolojik gama ışını patlamalarından nötron yıldızı birleşmelerinin sorumlu olduğuna inanılıyor. Nadir durumlarda, hem gama aralığında hem de yerçekimsel dalga dedektörlerinde bir olayı aynı anda gözlemlemek mümkün olacaktır (nadirlik, öncelikle gama sinyalinin çok dar bir ışında yoğunlaşması ve her zaman bize yönlendirilir, ancak ikincisi, çok uzak olaylardan gelen yerçekimi dalgalarını kaydetmeyeceğiz). Görünen o ki, bunu görebilmek için birkaç yıllık gözlem gerekecek (gerçi her zamanki gibi şanslısınız ve bu bugün gerçekleşecek). O zaman, diğer şeylerin yanı sıra, yerçekimi hızını ışık hızıyla çok doğru bir şekilde karşılaştırabileceğiz.
Böylece, lazer interferometreler birlikte tek bir yerçekimsel dalga teleskopu olarak çalışacak ve hem astrofizikçilere hem de fizikçilere yeni bilgiler getirecek. Er ya da geç, ilk patlamaların keşfi ve bunların analizi için hak edilmiş bir Nobel Ödülü verilecek.
2197
, ABD 
© REUTERS, Bildiri Yerçekimi dalgaları nihayet keşfedildi
Popüler BilimUzay-zamandaki salınımlar, Einstein'ın öngörmesinden bir yüzyıl sonra keşfedildi. Başlıyor yeni dönem astronomide.
Bilim insanları kara deliklerin birleşmesinden dolayı uzay-zamanda dalgalanmalar olduğunu keşfetti. Bu, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisinde bu "yerçekimi dalgalarını" tahmin etmesinden ve fizikçilerin onları aramaya başlamasından yüz yıl sonra gerçekleşti.
Bu dönüm noktası niteliğindeki keşif, bugün Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi'nden (LIGO) araştırmacılar tarafından açıklandı. Aylardır topladıkları ilk veri grubunun analiziyle ilgili söylentileri doğruladılar. Astrofizikçiler, yerçekimsel dalgaların keşfinin, evrene yeni bakış açıları kazandırdığını ve optik teleskoplarla görülemeyen, ancak zayıf titreşimleri uzayda bize ulaştığında hissedilebilen ve hatta duyulabilen uzak olayları tanıma yeteneği sunduğunu söylüyor.
“Yerçekimi dalgalarını tespit ettik. Başardık! - İcra direktörünü açıkladı bilimsel ekip Bin kişiden David Reitze, bugün Washington'da Ulusal Bilim Vakfı'nda düzenlenen basın toplantısında konuşuyor.
Yerçekimi dalgaları belki de Einstein'ın tahminleri arasında en anlaşılması zor olgudur ve bilim adamı bu konuyu çağdaşlarıyla onlarca yıldır tartışmaktadır. Teorisine göre uzay ve zaman, ağır nesnelerin etkisi altında bükülebilen, gerilebilir bir madde oluşturur. Yer çekimini hissetmek bu konunun kıvrımlarına düşmek demektir. Peki bu uzay-zaman bir davulun derisi gibi titreyebilir mi? Einstein'ın kafası karışmıştı; denklemlerinin ne anlama geldiğini bilmiyordu. Ve birkaç kez bakış açısını değiştirdi. Ancak teorisinin en sadık destekçileri bile kütleçekim dalgalarının gözlemlenemeyecek kadar zayıf olduğuna inanıyordu. Belirli felaketlerden sonra dışarı doğru çağlıyorlar ve hareket ettikçe uzay-zamanı dönüşümlü olarak uzatıp sıkıştırıyorlar. Ancak bu dalgalar Dünya'ya ulaştığında uzayın her kilometresini esnetip sıkıştırıyorlar. önemsiz bir pay atom çekirdeğinin çapı.
© REUTERS, Hanford, Washington'daki Hangout LIGO Gözlemevi dedektörü
Bu dalgaları tespit etmek sabır ve dikkat gerektiriyordu. LIGO gözlemevi, biri Hanford, Washington'da ve diğeri Livingston, Louisiana'da bulunan iki dedektörün dört kilometrelik (4 kilometre) açılı kolları boyunca ileri geri lazer ışınları ateşledi. Bu, yerçekimi dalgalarının geçişi sırasında bu sistemlerin tesadüfi genişlemelerini ve büzülmelerini araştırmak için yapıldı. Bilim insanları, son teknoloji stabilizatörler, vakum aletleri ve binlerce sensör kullanarak bu sistemlerin uzunluğundaki değişiklikleri protonun binde biri kadar küçük bir oranda ölçtüler. Enstrümanların bu kadar hassas olması yüz yıl önce düşünülemezdi. 1968'de Massachusetts'ten Rainer Weiss'in yaptığı zaman bile inanılmaz görünüyordu. Teknoloji Enstitüsü LIGO adında bir deney tasarladı.
“Sonunda başarılı olmaları büyük bir mucize. Bu küçük titreşimleri tespit edebildiler!” - söz konusu teorik fizikçi Arkansas Üniversitesi'nden Daniel Kennefick, 2007'de Düşünce Hızında Seyahat Etmek: Einstein kitabının yazarı ve Yerçekimi Dalgaları Arayışı (Düşünce hızında yolculuk. Einstein ve yerçekimi dalgalarının araştırılması).
Bu keşif, yerçekimsel dalga astronomisinde yeni bir çağın başlangıcına işaret ediyordu. Umudumuz, kara deliklerin (uzay-zamanı o kadar dramatik bir şekilde büken ve ışığın bile kaçamadığı süper yoğun kütle topları) oluşumunu, bileşimini ve galaktik rolünü daha iyi anlayabilmemizdir. Kara delikler birbirine yaklaşıp birleştiğinde, bir darbe sinyali üretirler; bu sinyal, genliği ve tonu artan, ardından aniden sona eren uzay-zaman salınımlarıdır. Gözlemevinin kaydedebildiği sinyaller ses aralığındadır ancak çıplak kulakla duyulamayacak kadar zayıftırlar. Parmaklarınızı piyano tuşlarının üzerinde gezdirerek bu sesi yeniden oluşturabilirsiniz. Weiss, "En düşük notayla başlayın ve üçüncü oktava kadar ilerleyin" dedi. "Bunu duyuyoruz."
Fizikçiler şimdiye kadar kaydedilen sinyallerin sayısı ve gücü karşısında şimdiden şaşırdılar. Bu, dünyada önceden düşünülenden daha fazla kara delik olduğu anlamına geliyor. California Teknoloji Enstitüsü'nde çalışan ve yine Caltech'te Weiss ve Ronald Drever ile LIGO'yu yaratan astrofizikçi Kip Thorne, "Şanslıydık, ancak her zaman bu tür bir şansa güvendim" dedi. "Bu genellikle evrende tamamen yeni bir pencere açıldığında gerçekleşir."
Yerçekimi dalgalarını dinleyerek uzay hakkında tamamen farklı fikirler oluşturabilir ve belki de hayal edilemeyecek kozmik olayları keşfedebiliriz.
Columbia Üniversitesi Barnard Koleji'nden teorik astrofizikçi Janna Levin, "Bunu gökyüzüne ilk kez teleskop çevirdiğimiz zamanla karşılaştırabilirim" dedi. "İnsanlar orada bir şeyin olduğunu ve görülebildiğini fark ettiler, ancak evrende var olan inanılmaz olasılık aralığını tahmin edemediler." Benzer şekilde Levine, kütleçekim dalgalarının keşfinin evrenin "dolu" olduğunu gösterebileceğini belirtti. karanlık madde bunu teleskopla kolayca belirleyemeyiz.”
İlk kütleçekimsel dalganın keşfinin öyküsü bir eylül pazartesi sabahı başladı ve bir patlamayla başladı. Sinyal o kadar net ve yüksekti ki Weiss şunu düşündü: "Hayır, bu saçmalık, bundan hiçbir şey çıkmayacak."
Tutkuların yoğunluğu
İlk yerçekimi dalgası, iki gün önce, 14 Eylül'ün başlarında yapılan bir simülasyon sırasında, ilk olarak Livingston'da ve yedi milisaniye sonra Hanford'da, yükseltilmiş LIGO'nun dedektörlerinden geçti. resmi başlangıç veri toplama.
Dedektörler, beş yıl süren ve 200 milyon dolara mal olan bir yükseltmenin ardından test ediliyordu. Gürültüyü azaltmak için yeni ayna süspansiyonlarıyla donatılmışlardı ve aktif bir geri bildirim Dışarıdan gelen titreşimleri gerçek zamanlı olarak bastırmak için. Modernizasyon, gelişmiş gözlemevine daha fazlasını kazandırdı yüksek seviye Weiss'in ifadesiyle 2002 ile 2010 yılları arasında "mutlak ve saf sıfır" bulan eski LIGO ile karşılaştırıldığında hassasiyet.
Güçlü sinyal Eylül ayında ulaştığında, o anda sabah olduğu Avrupa'daki bilim adamları, Amerikalı meslektaşlarını alelacele mesaj bombardımanına tutmaya başladılar. e-posta. Grubun geri kalanı uyandığında haber çok çabuk yayıldı. Weiss'e göre neredeyse herkes, özellikle de sinyali gördüklerinde şüpheciydi. Bu gerçek bir ders kitabı klasiğiydi, bu yüzden bazı insanlar bunun sahte olduğunu düşündü.
Kütleçekim dalgalarının araştırılması, Maryland Üniversitesi'nden Joseph Weber'in keşfettiğini düşündüğü 1960'ların sonlarından bu yana birçok kez kusurlu oldu. rezonans titreşimleri Dalgalara yanıt veren sensörlere sahip alüminyum bir silindirin içinde. 2014 yılında BICEP2 adı verilen bir deney, ilkel kütleçekim dalgalarının (Büyük Patlama'dan gelen ve artık uzayıp evrenin geometrisinde kalıcı olarak donmuş olan uzay-zaman dalgaları) keşfedildiğini duyurdu. BICEP2 ekibinden bilim insanları keşiflerini büyük bir tantanayla duyurdular, ancak daha sonra sonuçları bağımsız bir doğrulamaya tabi tutuldu ve bu sırada yanıldıkları ve sinyalin kozmik tozdan geldiği ortaya çıktı.
Arizona Eyalet Üniversitesi kozmolog Lawrence Krauss, LIGO ekibinin keşfini duyduğunda, başlangıçta bunun "kör bir tahmin" olduğunu düşündü. Eski gözlemevinin çalışması sırasında, yanıtı test etmek için simüle edilmiş sinyaller gizlice veri akışlarına yerleştirildi ve en Takımın bundan haberi yoktu. Krauss ne zaman geliyor? bilgili kaynak Bu seferkinin "kör bir atış" olmadığını öğrenince sevinçli heyecanını güçlükle bastırabildi.
25 Eylül'de 200.000 Twitter takipçisine şunları söyledi: “LIGO dedektörü tarafından bir yerçekimsel dalganın tespit edildiğine dair söylentiler. Eğer doğruysa şaşırtıcı. Eğer sahte değilse sana ayrıntıları vereceğim.” Bunu 11 Ocak'tan bir giriş takip ediyor: "LIGO ile ilgili daha önceki söylentiler bağımsız kaynaklar tarafından doğrulandı. Daha fazla haber için bizi takip etmeye devam edin. Belki de yerçekimsel dalgalar keşfedilmiştir!”
Bilim adamlarının resmi tutumu şuydu: Yüzde yüz kesinlik elde edilene kadar alınan sinyal hakkında konuşmayın. Bu gizlilik yükümlülüğü nedeniyle elleri ayakları bağlı olan Thorne, karısına hiçbir şey söylemedi bile. "Yalnız kutladım" dedi. Bilim adamları, öncelikle sinyalin çeşitli dedektörlerin binlerce ölçüm kanalından nasıl yayıldığını bulmak ve sinyalde bir tuhaflık olup olmadığını anlamak için en başa dönüp her şeyi en küçük ayrıntısına kadar analiz etmeye karar verdiler. Sinyalin algılandığı an. Olağandışı bir şey bulamadılar. Ayrıca deneydeki binlerce veri akışı hakkında en iyi bilgiye sahip olan bilgisayar korsanlarını da hariç tuttular. Thorne, "Bir takım kör taç atışı yapsa bile yeterince mükemmel değiller ve çok fazla iz bırakıyorlar" dedi. "Ama burada hiçbir iz yoktu."
Sonraki haftalarda daha zayıf bir sinyal daha duydular.
Bilim insanları ilk iki sinyali analiz etti ve giderek daha fazla yeni sinyal geldi. Araştırmalarını Ocak ayında Physical Review Letters dergisinde sundular. Bu sayımız bugün çevrimiçi olarak yayınlanmaktadır. Tahminlerine göre, ilk ve en güçlü sinyalin istatistiksel önemi 5-sigmayı aşıyor, bu da araştırmacıların sinyalin gerçekliğine %99,9999 oranında güvendikleri anlamına geliyor.
Yer çekimini dinlemek
Denklemler genel görelilik Einstein'ın teorileri o kadar karmaşık ki çoğu fizikçinin aynı fikirde olması 40 yıl sürdü: Evet, kütleçekim dalgaları var ve teorik olarak bile tespit edilebilirler.
Einstein ilk başta nesnelerin yerçekimsel radyasyon şeklinde enerji salamayacağını düşündü ancak daha sonra bakış açısını değiştirdi. onun içinde tarihi eser 1918'de yazdığı makalesinde bunu hangi nesnelerin yapabileceğini gösterdi: çift ve iki eksen etrafında aynı anda dönen dambıl şeklindeki sistemler. süpernova havai fişek gibi patlıyor. Uzay-zamanda dalgalar oluşturabilirler.
© REUTERS, Bildiri Bilgisayar modeli Güneş Sistemindeki yerçekimi dalgalarının doğasını gösteren
Ancak Einstein ve meslektaşları tereddüt etmeye devam etti. Bazı fizikçiler, dalgalar var olsa bile dünyanın da onlarla birlikte titreyeceğini ve onları hissetmenin imkansız olacağını ileri sürüyorlardı. Richard Feynman bu soruyu ancak 1957'de şunu göstererek kapattı: düşünce deneyi Yerçekimi dalgaları varsa teorik olarak tespit edilebilirler. Ancak hiç kimse bu dambıl şeklindeki sistemlerin uzayda ne kadar yaygın olduğunu veya ortaya çıkan dalgaların ne kadar güçlü veya zayıf olduğunu bilmiyordu. “Sonuçta soru şuydu: Onları tespit edebilecek miyiz?” dedi Kennefick.
Rainer Weiss, 1968'de MIT'de genç bir profesördü ve genel görelilik üzerine bir ders vermekle görevlendirildi. Bir deneyci olduğundan bu konuda çok az şey biliyordu ama aniden Weber'in kütleçekim dalgalarını keşfettiğiyle ilgili haberler ortaya çıktı. Weber alüminyumdan üç adet rezonans dedektörü üretti. çalışma masası ve onları farklı yerlere yerleştirdim Amerika eyaletleri. Şimdi üç dedektörün de "yerçekimi dalgalarının sesini" algıladığını bildirdi.
Weiss'in öğrencilerinden kütleçekim dalgalarının doğasını açıklamaları ve mesajla ilgili görüşlerini belirtmeleri istendi. Ayrıntıları inceleyerek matematiksel hesaplamaların karmaşıklığı karşısında hayrete düştü. "Weber'in ne yaptığını, sensörlerin yerçekimi dalgasıyla nasıl etkileşime girdiğini anlayamadım. Uzun süre oturdum ve kendime şunu sordum: “Yerçekimi dalgalarını tespit edebilecek en ilkel şey nedir?” kavramsal temel LIGO."
Uzay-zamanda üç nesne düşünün; örneğin bir üçgenin köşelerindeki aynalar. Weber, "Birinden diğerine ışık sinyali gönderin" dedi. "Bir kütleden diğerine geçmenin ne kadar sürdüğünü görün ve zamanın değişip değişmediğini kontrol edin." Bilim adamı, bunun hızlı bir şekilde yapılabileceğini belirtti. “Bunu öğrencilerime araştırma ödevi olarak verdim. Kelimenin tam anlamıyla tüm grup bu hesaplamaları yapabildi."
Sonraki yıllarda, diğer araştırmacılar Weber'in rezonans detektörü deneyinin sonuçlarını tekrarlamaya çalışıp sürekli başarısız olduklarında (ne gözlemlediği belli değil ama kütleçekimsel dalgalar değildi), Weiss çok daha kesin ve iddialı bir deney hazırlamaya başladı: kütleçekimsel bir deney. dalga interferometresi. Lazer ışını “L” harfi şeklinde yerleştirilmiş üç aynadan yansır ve iki ışın oluşturur. Işık dalgalarının tepe ve dip noktaları arasındaki aralık, uzay-zamanın X ve Y eksenlerini oluşturan “L” harfinin bacaklarının uzunluğunu tam olarak gösterir. Terazi sabit durumdayken iki ışık dalgaları köşelerden yansır ve birbirini iptal eder. Dedektördeki sinyal sıfırdır. Ancak bir yerçekimi dalgası Dünya'dan geçerse, "L" harfinin bir kolunun uzunluğunu uzatır ve diğerinin uzunluğunu sıkıştırır (ve bunun tersi de geçerlidir). İki ışık huzmesinin uyumsuzluğu, dedektörde uzay-zamanda hafif dalgalanmalara işaret eden bir sinyal oluşturur.
İlk başta diğer fizikçiler şüphelerini dile getirdiler, ancak deney kısa süre sonra Caltech'teki teorisyenlerden oluşan ekibinin kara delikleri ve diğer potansiyel kütleçekimsel dalga kaynaklarını ve bunların ürettikleri sinyalleri inceleyen Thorne'dan destek aldı. Thorne, Weber'in deneyinden ve Rus bilim adamlarının benzer çalışmalarından ilham aldı. Thorne, 1975 yılında bir konferansta Weiss ile konuştuktan sonra "Yerçekimi dalgalarının tespitinin başarılı olacağına inanmaya başladım" dedi. “Ve Caltech'in de bunun bir parçası olmasını istedim.” Enstitüde İskoç deneyci Ronald Dreaver'ın işe alınmasını ayarladı; o da bir yerçekimi dalgası interferometresi yapacağını söyledi. Zamanla Thorne, Driver ve Weiss bir ekip olarak çalışmaya başladılar; her biri pratik deneye hazırlanırken sayısız problemden kendi payına düşeni çözdü. Üçlü, 1984 yılında LIGO'yu yarattı ve prototipler oluşturulup sürekli genişleyen bir ekiple işbirliği başladığında, Ulusal bilimsel temel 100 milyon dolarlık finansman. Bir çift L şeklinde dev dedektörün yapımı için planlar hazırlandı. On yıl sonra dedektörler çalışmaya başladı.
Hanford ve Livingston'da, dört kilometrelik dedektör kollarının her birinin merkezinde bir vakum vardır; bu sayede lazer, ışın ve aynalar, gezegenin sabit titreşimlerinden maksimum düzeyde izole edilir. LIGO bilim insanları, daha da güvenli olmak için, binlerce cihazla çalışan dedektörlerini izliyor ve ellerinden gelen her şeyi ölçüyor: sismik aktivite, atmosferik basınç, yıldırım, görünüş kozmik ışınlar, ekipmanın titreşimi, lazer ışınının alanındaki sesler vb. Daha sonra verilerini bu yabancı arka plan gürültüsünden filtrelerler. Belki de asıl mesele, iki dedektöre sahip olmalarıdır ve bu, alınan verileri karşılaştırmalarına ve eşleşen sinyallerin varlığını kontrol etmelerine olanak tanır.
Bağlam
Yerçekimi dalgaları: Einstein'ın Bern'de başlattığı işi tamamladı
SwissInfo 02/13/2016Kara delikler nasıl ölür?
Orta 10/19/2014LIGO projesinin basın sekreteri yardımcısı Marco Cavaglià, lazerler ve aynalar tamamen izole edilip sabitlendiğinde bile, yaratılan boşlukta "her zaman tuhaf şeyler oluyor" diyor. Bilim adamları bu "akvaryum balığını", "hayaletleri", "belirsiz deniz canavarlarını" ve diğer yabancı titreşim olaylarını ortadan kaldırmak için kaynaklarını bulmalı ve takip etmelidir. Bir zor durumda Bu tür yabancı sinyalleri ve parazitleri inceleyen LIGO araştırmacısı Jessica McIver, test aşamasında meydana geldiğini söyledi. Veriler arasında sıklıkla bir dizi periyodik tek frekanslı gürültü ortaya çıktı. McIver, kendisi ve meslektaşları aynalardan gelen titreşimleri ses dosyalarına dönüştürdüklerinde "telefonun çaldığının net bir şekilde duyulabildiğini" söyledi. "Lazer odasında telefon görüşmeleri yapanların telekom reklamcıları olduğu ortaya çıktı."
Önümüzdeki iki yıl boyunca bilim insanları, LIGO'nun yükseltilmiş Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi dedektörlerinin hassasiyetini artırmaya devam edecek. İtalya'da ise Gelişmiş Başak adı verilen üçüncü bir girişimölçer çalışmaya başlayacak. Verilerin sağlamaya yardımcı olacağı cevaplardan biri kara deliklerin nasıl oluştuğudur. Bunlar ilk çağların çöküşünün bir ürünü mü? büyük yıldızlar Yoksa yoğun yıldız kümeleri içindeki çarpışmaların bir sonucu olarak mı ortaya çıkıyorlar? Weiss, "Bunlar sadece iki tahmin; herkes sakinleştiğinde daha fazlasının olacağına inanıyorum" diyor. Ne zaman sırasında yaklaşan çalışma LIGO yeni istatistiksel veriler biriktirmeye başlayacak, bilim adamları kozmosun onlara fısıldayacağı kara deliklerin kökenine dair hikayeleri dinlemeye başlayacak.
Şekline ve büyüklüğüne bakılırsa, ilk ve en gürültülü darbe, her biri Güneş'in kütlesinin yaklaşık 30 katı olan iki kara deliğin, karşılıklı çekimsel çekimin etkisi altında sonsuz bir yavaş dansın ardından nihayet birleştiği yerden 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıktan kaynaklandı. Kara delikler bir girdap gibi giderek daha hızlı dönüyor ve giderek yaklaşıyordu. Daha sonra birleşme gerçekleşti ve göz açıp kapayıncaya kadar üç Güneş'inkine eşdeğer enerjiye sahip çekim dalgaları serbest bırakıldı. Bu birleşme şimdiye kadar kaydedilen en güçlü enerjik olaydı.
Thorne, "Sanki fırtına sırasında hiç okyanus görmemişiz gibi" dedi. 1960'lı yıllardan beri uzay-zamandaki bu fırtınayı bekliyordu. Thorne'un dalgalar yuvarlanırken hissettiği duygunun tam olarak heyecan olmadığını söylüyor. Başka bir şeydi bu: derin bir tatmin duygusu.
InoSMI materyalleri yalnızca yabancı medyadan değerlendirmeler içerir ve InoSMI editör personelinin konumunu yansıtmaz.