Таталцлын долгионыг туршилтаар илрүүлэх. Таталцлын долгионоос зугтах

Валентин Николаевич Руденко Кассина (Итали) хотод хийсэн айлчлалынхаа түүхийг хуваалцаж, тэр үед шинээр баригдсан "таталцлын антенн" - Мишельсоны оптик интерферометр дээр долоо хоног зарцуулсан. Таксины жолооч зорьсон газар руугаа явах замд яагаад уг суурилуулалтыг барьсан тухай асууна. "Энд байгаа хүмүүс үүнийг Бурхантай ярилцах гэж боддог" гэж жолооч хэлэв.

- Таталцлын долгион гэж юу вэ?

– Таталцлын долгион нь “астрофизикийн мэдээлэл тээвэрлэгчдийн” нэг юм. Астрофизикийн мэдээллийн харагдахуйц сувгууд байдаг бөгөөд дуран нь "алсын хараа"-д онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг. Одон орон судлаачид богино долгионы болон хэт улаан туяаны бага давтамжийн суваг, рентген болон гамма өндөр давтамжийн сувгуудыг эзэмшсэн. Цахилгаан соронзон цацрагаас гадна бид сансраас бөөмсийн урсгалыг илрүүлж чадна. Энэ зорилгоор нейтрино телескопуудыг ашигладаг - сансар огторгуйн нейтриногийн том хэмжээтэй детекторууд - бодистой харьцах нь сул байдаг тул бүртгэхэд хэцүү байдаг. Онолын хувьд урьдчилан таамагласан, лабораторид судлагдсан "астрофизикийн мэдээлэл зөөгч" бараг бүх төрлийг практикт найдвартай эзэмшсэн. Үл хамаарах зүйл бол таталцал байсан - бичил ертөнц дэх хамгийн сул харилцан үйлчлэл, макро ертөнцийн хамгийн хүчирхэг хүч юм.

Таталцал бол геометр юм. Таталцлын долгион нь геометрийн долгион, өөрөөр хэлбэл тухайн орон зайг дайран өнгөрөхдөө орон зайн геометрийн шинж чанарыг өөрчилдөг долгион юм. Товчхондоо эдгээр нь орон зайг гажуудуулдаг долгион юм. Хүчдэл гэдэг нь хоёр цэгийн хоорондох зайны харьцангуй өөрчлөлт юм. Таталцлын цацраг нь геометрийн шинж чанараараа бусад бүх төрлийн цацрагуудаас ялгаатай.

– Эйнштейн таталцлын долгионыг урьдчилан таамагласан уу?

– Албан ёсоор таталцлын долгионыг Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онолынхоо үр дагаврын нэг гэж урьдчилан таамаглаж байсан гэж үздэг ч үнэн хэрэгтээ харьцангуйн тусгай онолд тэдгээрийн оршин тогтнох нь тодорхой болсон.

Харьцангуйн онол нь таталцлын таталцлын улмаас таталцлын уналт, өөрөөр хэлбэл нуралтын үр дүнд объектын агшилт, бүдүүвчээр хэлбэл, нэг цэгт хүрдэг гэж үздэг. Дараа нь таталцал маш хүчтэй тул гэрэл түүнээс зугтаж чаддаггүй тул ийм объектыг дүрслэлийн хувьд хар нүх гэж нэрлэдэг.

– Таталцлын харилцан үйлчлэлийн онцлог юу вэ?

Таталцлын харилцан үйлчлэлийн онцлог нь эквивалентийн зарчим юм. Үүний дагуу таталцлын талбар дахь туршилтын биеийн динамик хариу үйлдэл нь энэ биеийн массаас хамаардаггүй. Энгийнээр хэлэхэд бүх бие ижил хурдатгалтайгаар унадаг.

Таталцлын харилцан үйлчлэл нь өнөөдөр бидний мэдэх хамгийн сул тал юм.

– Таталцлын долгионыг барих гэж хамгийн түрүүнд хэн оролдсон бэ?

– Таталцлын долгионы туршилтыг анх Мэрилэндийн их сургуулийн (АНУ) Жозеф Вебер хийсэн. Тэрээр таталцлын мэдрэгчийг бүтээсэн бөгөөд одоо Вашингтон дахь Смитсоны музейд хадгалагдаж байна. 1968-1972 онд Жо Вебер орон зайн хувьд тусгаарлагдсан хос детектор дээр хэд хэдэн ажиглалт хийж, "тохиолдлын" тохиолдлыг тусгаарлахыг оролдсон. Тохиолдлын техникийг цөмийн физикээс авсан. Веберийн олж авсан таталцлын дохионы статистикийн ач холбогдол бага байгаа нь туршилтын үр дүнд шүүмжлэлтэй хандахад хүргэсэн: таталцлын долгион илэрсэн гэдэгт итгэлгүй байв. Дараа нь эрдэмтэд Вебер төрлийн детекторуудын мэдрэмжийг нэмэгдүүлэхийг оролдсон. Мэдрэмж нь астрофизикийн таамаглалд тохирсон мэдрэгчийг бүтээхэд 45 жил зарцуулсан.

Туршилтын эхэн үед энэ хугацаанд импульсийг бүртгэхээс өмнө бусад олон туршилтууд хийгдсэн боловч тэдгээрийн эрчим нь хэтэрхий бага байсан;

– Дохио тогтоосныг яагаад шууд зарлаагүй юм бэ?

– Таталцлын долгионыг 2015 оны есдүгээр сард бүртгэсэн. Гэхдээ санамсаргүй тохиолдол бүртгэгдсэн байсан ч үүнийг зарлахаасаа өмнө санамсаргүй биш гэдгийг батлах хэрэгтэй. Аливаа антеннаас авсан дохио нь үргэлж дуу чимээний тэсрэлт (богино хугацааны тэсрэлт) агуулж байдаг бөгөөд тэдгээрийн аль нэг нь өөр антен дээр дуу чимээ гарахтай зэрэгцэн санамсаргүй тохиолдож болно. Энэ давхцал санамсаргүй тохиолдоогүй гэдгийг зөвхөн статистик тооцооны тусламжтайгаар батлах боломжтой.

– Таталцлын долгионы салбарын нээлт яагаад ийм чухал байдаг вэ?

– Реликт таталцлын дэвсгэрийг бүртгэж, түүний нягтрал, температур гэх мэт шинж чанарыг хэмжих чадвар нь орчлон ертөнцийн эхлэлд ойртох боломжийг олгодог.

Хамгийн сонирхолтой нь таталцлын цацраг нь бодистой маш сул харилцан үйлчилдэг тул илрүүлэхэд хэцүү байдаг. Гэхдээ яг энэ өмчийн ачаар энэ нь биднээс хамгийн алслагдсан, материйн шинж чанарын үүднээс хамгийн нууцлагдмал объектуудаас шингээлтгүйгээр дамждаг.

Таталцлын цацраг нь гажуудалгүйгээр дамждаг гэж бид хэлж чадна. Хамгийн их амбицтай зорилго бол орчлон ертөнц үүсэх үед бий болсон Их тэсрэлтийн онолын анхдагч материас тусгаарлагдсан таталцлын цацрагийг судлах явдал юм.

– Таталцлын долгионыг нээсэн нь квант онолыг үгүйсгэж байна уу?

Таталцлын онол нь таталцлын уналт, өөрөөр хэлбэл асар том биетүүдийн нэг цэг хүртэл агшилт байдаг гэж үздэг. Үүний зэрэгцээ Копенгагены сургуулийн боловсруулсан квант онол нь тодорхойгүй байдлын зарчмын ачаар биеийн координат, хурд, импульс зэрэг яг ийм параметрүүдийг нэгэн зэрэг зааж өгөх боломжгүй гэдгийг харуулж байна. Энд тодорхойгүй байдлын зарчим байдаг, учир нь траектор нь координат, хурд гэх мэт аль аль нь байдаг тул тодорхой нэг болзолт итгэлцлийн коридорыг зөвхөн энэ алдааны хүрээнд тодорхойлох боломжтой. тодорхой бус байдлын зарчмаар. Квантын онол нь цэгийн объектуудын боломжийг эрс үгүйсгэдэг боловч тэдгээрийг статистикийн магадлалын дагуу тайлбарладаг: координатыг тусгайлан заагаагүй, харин тодорхой координаттай байх магадлалыг заадаг.

Квантын онол ба таталцлын онолыг нэгтгэх асуудал нь талбайн нэгдсэн онолыг бий болгох үндсэн асуултуудын нэг юм.

Тэд одоо үүн дээр үргэлжлүүлэн ажиллаж байгаа бөгөөд "квантын таталцал" гэдэг үг нь дэлхийн бүх онолчид одоо ажиллаж байгаа шинжлэх ухааны бүрэн дэвшилтэт салбар, мэдлэг, мунхгийн хил хязгаар гэсэн үг юм.

– Энэ нээлт ирээдүйд юу авчрах вэ?

Таталцлын долгион нь бидний мэдлэгийн нэг бүрэлдэхүүн хэсэг болох орчин үеийн шинжлэх ухааны үндэс суурийг зайлшгүй бүрдүүлэх ёстой. Тэд орчлон ертөнцийн хувьсалд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд эдгээр долгионы тусламжтайгаар орчлон ертөнцийг судлах ёстой. Энэхүү нээлт нь шинжлэх ухаан, соёлын ерөнхий хөгжилд хувь нэмэр оруулдаг.

Хэрэв та өнөөгийн шинжлэх ухааны цар хүрээнээс цааш явахаар шийдсэн бол таталцлын цахилгаан холбооны шугам, таталцлын цацрагийг ашигладаг тийрэлтэт төхөөрөмж, таталцлын долгионы интроскопийн төхөөрөмжийг төсөөлөхийг зөвшөөрнө.

– Таталцлын долгион нь экстрасенсорын мэдрэмж, телепатитай холбоотой юу?

Тэд тэгдэггүй. Тайлбарласан эффектүүд нь квант ертөнцийн нөлөө, оптикийн нөлөө юм.

Анна Уткинатай ярилцлаа

Таталцлын долгионыг илрүүлэх (илрүүлэх) албан ёсны өдөр бол 2016 оны 2-р сарын 11. Яг тэр үед Вашингтонд болсон хэвлэлийн бага хурал дээр LIGO-ийн хамтын ажиллагааны удирдагчид судлаачдын баг хүн төрөлхтний түүхэнд анх удаа энэ үзэгдлийг бүртгэж чадсан гэж мэдэгдэв.

Агуу Эйнштейний зөгнөлүүд

Таталцлын долгион байдаг гэдгийг Альберт Эйнштейн өнгөрсөн зууны эхээр (1916) Харьцангуйн ерөнхий онолынхоо хүрээнд санал болгосон. Хамгийн бага бодит мэдээллээр ийм өргөн хүрээтэй дүгнэлт хийж чадсан алдарт физикчийн гайхалтай чадварыг зөвхөн гайхшруулж болно. Дараагийн зуунд батлагдсан бусад олон урьдчилан таамагласан физик үзэгдлүүдийн дунд (цаг хугацааны урсгалыг удаашруулах, таталцлын талбайн цахилгаан соронзон цацрагийн чиглэлийг өөрчлөх гэх мэт) энэ төрлийн долгионы харилцан үйлчлэл байгааг бодитоор илрүүлэх боломжгүй байв. саяхныг хүртэл цогцос.

Таталцал хуурмаг зүйл мөн үү?

Ер нь Харьцангуйн онолын үүднээс авч үзвэл таталцлыг хүч гэж нэрлэж болохгүй. орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдлын эвдрэл эсвэл муруйлт. Энэ постулатыг харуулах сайн жишээ бол сунгасан даавуу юм. Ийм гадаргуу дээр байрлуулсан асар том объектын жин дор хотгор үүсдэг. Бусад объектууд энэ гажигийн ойролцоо хөдөлж байхдаа "татагдан" байгаа мэт хөдөлгөөнийхөө чиглэлийг өөрчлөх болно. Объектын жин их байх тусам (муруйлтын диаметр, гүн их байх тусам "таталцлын хүч" өндөр байх болно. Даавуун дээгүүр хөдөлж байх үед "долгионууд" -ын харагдах байдлыг ажиглаж болно.

Үүнтэй төстэй зүйл сансар огторгуйд тохиолддог. Аливаа хурдан хөдөлж буй асар том биет нь орон зай, цаг хугацааны нягтын хэлбэлзлийн эх үүсвэр болдог. Их хэмжээний далайцтай таталцлын долгион нь маш том масстай биетүүд эсвэл асар их хурдатгалтай хөдөлж байх үед үүсдэг.

Физик шинж чанар

Орон зай-цаг хугацааны хэмжигдэхүүн дэх хэлбэлзэл нь таталцлын талбайн өөрчлөлтөөр илэрдэг. Энэ үзэгдлийг өөрөөр хэлбэл орон зай-цаг хугацааны долгион гэж нэрлэдэг. Таталцлын долгион нь тулгарсан бие, объектуудад нөлөөлж, тэдгээрийг шахаж, сунгадаг. Деформацийн хэмжээ нь маш бага - анхны хэмжээнээс 10 -21 орчим байна. Энэ үзэгдлийг илрүүлэх бүх бэрхшээл нь судлаачид зохих тоног төхөөрөмж ашиглан ийм өөрчлөлтийг хэрхэн хэмжиж, бүртгэж сурах шаардлагатай байсан юм. Таталцлын цацрагийн хүч нь маш бага байдаг - бүх нарны аймгийн хувьд энэ нь хэд хэдэн киловатт юм.

Таталцлын долгионы тархалтын хурд нь дамжуулагч орчны шинж чанараас бага зэрэг хамаардаг. Хэлбэлзлийн далайц нь эх үүсвэрээс холдох тусам аажмаар багасдаг боловч хэзээ ч тэг хүрдэггүй. Давтамж нь хэдэн арваас хэдэн зуун герц хүртэл хэлбэлздэг. Од хоорондын орчин дахь таталцлын долгионы хурд нь гэрлийн хурдтай ойртдог.

Нөхцөл байдлын нотлох баримт

Таталцлын долгион байдгийг онолын хувьд анхны баталгааг Америкийн одон орон судлаач Жозеф Тейлор болон түүний туслах Рассел Хулс нар 1974 онд гаргажээ. Аресибо ажиглалтын төвийн (Пуэрто-Рико) радио телескоп ашиглан орчлон ертөнцийн уудам орон зайг судалж, судлаачид PSR B1913+16 пульсарыг нээсэн бөгөөд энэ нь нийтлэг массын төвийг тойрон тогтмол өнцгийн хурдаар эргэлддэг нейтрон оддын хоёртын систем юм. тохиолдол). Жил бүр 3.75 цаг байсан эргэлтийн хугацаа 70 мс-ээр багасдаг. Энэ утга нь таталцлын долгион үүсгэхэд зарцуулсан энергийн улмаас ийм системийн эргэлтийн хурд нэмэгдэхийг урьдчилан таамагласан харьцангуйн ерөнхий тэгшитгэлийн дүгнэлттэй бүрэн нийцэж байна. Үүний дараа ижил төстэй зан авиртай хэд хэдэн давхар пульсар, цагаан одой олдсон. Радио одон орон судлаач Д.Тэйлор, Р.Хулс нар таталцлын талбайг судлах шинэ боломжуудыг нээснийхээ төлөө 1993 онд Физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ.

Таталцлын долгионоос зугтах

Таталцлын долгионыг илрүүлэх тухай анхны мэдэгдлийг 1969 онд Мэрилэндийн их сургуулийн эрдэмтэн Жозеф Вебер (АНУ) гаргажээ. Эдгээр зорилгын үүднээс тэрээр хоёр километрийн зайд тусгаарлагдсан өөрийн загварын хоёр таталцлын антеныг ашигласан. Резонансын детектор нь мэдрэгчтэй пьезоэлектрик мэдрэгчээр тоноглогдсон, чичиргээ сайн тусгаарласан хоёр метрийн хатуу хөнгөн цагаан цилиндр байв. Веберийн тэмдэглэсэн хэлбэлзлийн далайц нь хүлээгдэж буй хэмжээнээс сая дахин их байсан. Бусад эрдэмтдийн ижил төстэй төхөөрөмж ашиглан Америкийн физикчийн "амжилт" -ыг давтах гэсэн оролдлого эерэг үр дүнд хүрээгүй. Хэдэн жилийн дараа Веберийн энэ чиглэлээр хийсэн ажил нь боломжгүй гэж хүлээн зөвшөөрөгдсөн боловч "таталцлын тэсрэлт" -ийг хөгжүүлэхэд түлхэц өгсөн нь энэ чиглэлээр олон мэргэжилтнүүдийг татсан юм. Дашрамд хэлэхэд, Жозеф Вебер өөрөө амьдралынхаа эцэс хүртэл таталцлын долгион хүлээн авсан гэдэгт итгэлтэй байсан.

Хүлээн авах төхөөрөмжийг сайжруулах

70-аад онд эрдэмтэн Билл Фэйрбанк (АНУ) SQUIDS - хэт мэдрэмтгий соронзон хэмжигч ашиглан хөргөсөн таталцлын долгионы антенны загварыг боловсруулсан. Тухайн үед бий болсон технологи нь зохион бүтээгчид өөрийн бүтээгдэхүүнийг "металл" -аар олж харах боломжийг олгосонгүй.

Үндэсний Легнар лабораторийн (Итали, Падуа) Аурига гравитацийн детекторыг энэ зарчмаар бүтээжээ. Энэхүү загвар нь 3 метр урт, 0.6 м диаметртэй хөнгөн цагаан магнийн цилиндр дээр суурилж, 2.3 тонн жинтэй хүлээн авах төхөөрөмж нь бараг үнэмлэхүй тэг хүртэл хөргөлттэй тусгаарлагдсан вакуум камерт байрладаг. Цочролыг бүртгэх, илрүүлэхийн тулд туслах килограмм резонатор ба компьютерт суурилсан хэмжих цогцолборыг ашигладаг. Тоног төхөөрөмжийн мэдрэмтгий байдал нь 10-20 байна.

Интерферометр

Таталцлын долгионы хөндлөнгийн детекторуудын ажиллагаа нь Мишельсоны интерферометр ажилладаг ижил зарчим дээр суурилдаг. Эх үүсвэрээс ялгарах лазер туяа нь хоёр урсгалд хуваагдана. Төхөөрөмжийн гарны дагуу олон удаа тусгаж, эргэлдсэний дараа урсгалыг дахин нэгтгэж, эцсийн үр дүнд үндэслэн аливаа эвдрэл (жишээлбэл, таталцлын долгион) цацрагийн урсгалд нөлөөлсөн эсэхийг дүгнэнэ. Үүнтэй төстэй төхөөрөмжийг олон улс оронд бүтээжээ.

• GEO 600 (Ганновер, Герман). Вакум хонгилын урт нь 600 метр юм.
• TAMA (Япон) 300 м-ийн мөртэй.
• VIRGO (Пиза, Итали) нь 2007 онд хэрэгжиж эхэлсэн Франц-Италийн хамтарсан төсөл бөгөөд гурван км туннелтэй.
• 2002 оноос хойш таталцлын долгионыг хайж байгаа LIGO (АНУ, Номхон далайн эрэг).

Сүүлийнх нь илүү нарийвчлан авч үзэх нь зүйтэй юм.

LIGO Advanced

Уг төслийг Массачусетс болон Калифорнийн Технологийн хүрээлэнгийн эрдэмтдийн санаачилгаар бүтээжээ. Үүнд гурван мянган км-ийн зайтай, Вашингтон болон Вашингтон (Ливингстон, Ханфорд хотууд) гурван ижил интерферометр бүхий хоёр ажиглалтын төв багтдаг. Перпендикуляр вакуум хонгилын урт нь 4 мянган метр юм. Эдгээр нь одоогоор ажиллаж байгаа хамгийн том ийм байгууламжууд юм. 2011 он хүртэл таталцлын долгионыг илрүүлэх олон оролдлого ямар ч үр дүнд хүрээгүй. Гүйцэтгэсэн томоохон шинэчлэл (Advanced LIGO) нь 300-500 Гц-ийн мужид тоног төхөөрөмжийн мэдрэмжийг тав дахин, бага давтамжийн бүсэд (60 Гц хүртэл) бараг дарааллаар нэмэгдүүлж, Хүссэн үнэ цэнэ 10-21. Шинэчлэгдсэн төсөл нь 2015 оны 9-р сард хэрэгжиж эхэлсэн бөгөөд хамтын ажиллагааны мянга гаруй ажилтны хүчин чармайлт үр дүнд хүрсэн.

Таталцлын долгион илэрсэн

2015 оны 9-р сарын 14-нд 7 мс-ийн интервалтай дэвшилтэт LIGO детекторууд ажиглагдаж болох ертөнцийн захад болсон хамгийн том үйл явдал болох 29 ба 36 удаа масстай хоёр том хар нүх нийлсэнээс манай гаригт хүрэх таталцлын долгионыг бүртгэжээ. нарны массаас их. 1.3 тэрбум гаруй жилийн өмнө болсон энэ үйл явцын үеэр таталцлын долгион ялгаруулж, нарны 3 орчим массыг секундын хэдхэн минутын дотор зарцуулсан байна. Таталцлын долгионы бүртгэгдсэн анхны давтамж нь 35 Гц, хамгийн дээд оргил утга нь 250 Гц хүрчээ.

Хүлээн авсан үр дүнг дахин дахин иж бүрэн баталгаажуулалт, боловсруулалтанд хамруулж, олж авсан мэдээллийн өөр тайлбарыг сайтар арилгасан. Эцэст нь Эйнштейний таамаглаж байсан үзэгдлийн шууд бүртгэлийг өнгөрсөн жил дэлхийн хамтын нийгэмлэгт зарлав.

Судлаачдын титаник ажлыг харуулсан баримт: интерферометрийн гарны хэмжээсийн хэлбэлзлийн далайц нь 10-19 м байв - энэ утга нь атомын диаметрээс хэд дахин бага, учир нь атом өөрөө атомын диаметрээс бага байдаг. улбар шар.

Ирээдүйн хэтийн төлөв

Энэхүү нээлт нь Харьцангуйн ерөнхий онол бол зүгээр нэг хийсвэр томьёоны багц биш, харин таталцлын долгионы мөн чанар, таталцлын хүчний талаарх цоо шинэ ойлголт гэдгийг дахин нэг удаа баталж байна.

Цаашдын судалгаагаар эрдэмтэд ELSA төсөлд их найдаж байна: таталцлын талбайн бага зэргийн эвдрэлийг илрүүлэх чадвартай, 5 сая км орчим гартай аварга том тойрог замын интерферометр бүтээх. Энэ чиглэлийн ажлыг идэвхжүүлснээр орчлон ертөнцийн хөгжлийн үндсэн үе шатууд, уламжлалт мужид ажиглахад хэцүү эсвэл боломжгүй үйл явцын талаар олон шинэ зүйлийг хэлж чадна. Ирээдүйд таталцлын долгион нь илрэх хар нүхнүүд мөн чанарынхаа талаар ихийг өгүүлнэ гэдэгт эргэлзэхгүй байна.

Их тэсрэлтээс хойшхи манай ертөнцийн анхны мөчүүдийг хэлж чадах сансрын богино долгионы арын цацрагийг судлахын тулд илүү мэдрэмтгий сансрын багажууд шаардлагатай болно. Ийм төсөл байдаг ( Их тэсрэлтийн ажиглагч), гэхдээ шинжээчдийн үзэж байгаагаар үүнийг 30-40 жилийн дараа хэрэгжүүлэх боломжтой.

Харьцангуйн ерөнхий онолын хүрээнд Альберт Эйнштейний хийсэн онолын таамаглалаас хойш зуун жилийн дараа эрдэмтэд таталцлын долгион байдгийг баталж чадсан. Сансар огторгуйг судлах цоо шинэ арга болох таталцлын долгионы одон орон судлалын эрин үе эхэлж байна.

Янз бүрийн нээлтүүд байдаг. Санамсаргүй зүйлүүд байдаг, тэдгээр нь одон орон судлалд түгээмэл байдаг. Уильям Хершел Тэнгэрийн ван гарагийг нээсэн гэх мэт "бүс нутгийг сайтар самнах" үр дүнд хийгдсэн санамсаргүй зүйл байдаггүй. Серендипалууд байдаг - тэд нэг зүйлийг хайж, өөр зүйл олж байхдаа: жишээлбэл, тэд Америкийг нээсэн. Гэхдээ төлөвлөсөн нээлтүүд нь шинжлэх ухаанд онцгой байр суурь эзэлдэг. Тэдгээр нь тодорхой онолын таамаглал дээр суурилдаг. Урьдчилан таамаглаж буй зүйлийг голчлон онолыг батлахын тулд эрэлхийлдэг. Ийм нээлтүүд нь том адрон коллайдер дээр Хиггс бозоныг нээсэн, таталцлын долгионыг лазер интерферометрийн таталцлын долгионы ажиглалтын LIGO ашиглан илрүүлсэн явдал юм. Гэхдээ онолын таамаглаж буй зарим үзэгдлийг бүртгэхийн тулд та яг юу, хаана хайх, үүнд ямар хэрэгсэл хэрэгтэйг сайтар ойлгох хэрэгтэй.

Таталцлын долгионыг харьцангуйн ерөнхий онолын (GTR) таамаглал гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь үнэхээр тийм юм (хэдийгээр одоо ийм долгионууд GTR-ийн өөр эсвэл нэмэлт загварт байдаг). Долгион үүсэх нь таталцлын харилцан үйлчлэлийн тархалтын хурдны хязгаарлагдмал байдлаас үүдэлтэй (харьцангуйн хувьд энэ хурд нь гэрлийн хурдтай яг тэнцүү байдаг). Ийм долгион нь эх үүсвэрээс тархаж буй орон зай-цаг хугацааны эвдрэл юм. Таталцлын долгион үүсэхийн тулд эх үүсвэр нь импульс эсвэл хурдасгасан хурдаар хөдөлдөг боловч тодорхой байдлаар хөдөлдөг. Төгс бөмбөрцөг эсвэл цилиндр хэлбэртэй тэгш хэмтэй хөдөлгөөнүүд тохиромжгүй гэж үзье. Ийм эх сурвалжууд нэлээд олон байдаг ч ихэнхдээ тэдгээр нь хүчтэй дохио үүсгэхэд хангалтгүй, жижиг масстай байдаг. Эцсийн эцэст таталцал нь дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлийн хамгийн сул нь тул таталцлын дохиог бүртгэх нь маш хэцүү байдаг. Нэмж дурдахад, бүртгүүлэхийн тулд дохио нь цаг хугацааны явцад хурдан өөрчлөгдөж, өөрөөр хэлбэл хангалттай өндөр давтамжтай байх шаардлагатай. Үгүй бол өөрчлөлтүүд хэтэрхий удаан байх тул бид үүнийг бүртгэх боломжгүй болно. Энэ нь объектууд бас нягт байх ёстой гэсэн үг юм.

Анх манайх шиг галактикуудад хэдэн арван жилд тохиолддог суперновагийн дэлбэрэлтүүд асар их урам зоригийг төрүүлсэн. Энэ нь хэрвээ бид хэдэн сая гэрлийн жилийн зайнаас дохиог харах боломжтой мэдрэмжтэй болж чадвал жилд хэд хэдэн дохиог тоолж чадна гэсэн үг. Гэвч хожим нь хэт шинэ одны дэлбэрэлтийн үед таталцлын долгион хэлбэрээр энерги ялгарах хүчийг хэт өөдрөгөөр тооцсон нь тогтоогдсон бөгөөд ийм сул дохиог манай Галактикт хэт шинэ од гарсан тохиолдолд л илрүүлж болно.

Хурдан хөдөлдөг асар том биетүүдийн өөр нэг хувилбар бол нейтрон од эсвэл хар нүх юм. Бид тэдгээрийн үүсэх үйл явц, эсвэл бие биетэйгээ харилцах үйл явцыг харж болно. Оддын цөм нурах сүүлчийн үе шатууд нь авсаархан биетүүд үүсэхэд хүргэдэг, түүнчлэн нейтрон од ба хар нүхнүүдийн нэгдэх сүүлчийн үе шатууд нь хэдэн миллисекунд (энэ нь давтамжтай тохирч байна) үргэлжилдэг. хэдэн зуун герц) - яг хэрэгтэй зүйл. Энэ тохиолдолд их хэмжээний авсаархан биетүүд тодорхой хурдацтай хөдөлгөөн хийдэг тул таталцлын долгион хэлбэрээр (заримдаа ихэвчлэн) их хэмжээний энерги ялгардаг. Эдгээр нь бидний хамгийн тохиромжтой эх сурвалж юм.

Галактикт суперновагууд хэдэн арван жилд нэг удаа дэлбэрдэг бол нейтрон оддын нэгдэл нь хэдэн арван мянган жилд нэг удаа, хар нүхнүүд бие биетэйгээ нийлдэг нь үнэн. Гэхдээ дохио нь илүү хүчтэй бөгөөд түүний шинж чанарыг маш нарийн тооцоолж болно. Харин одоо бид хэдэн арван мянган галактикийг хамарч, жилд хэд хэдэн дохиог илрүүлэхийн тулд хэдэн зуун сая гэрлийн жилийн зайнаас дохиог харж чаддаг байх хэрэгтэй.

Эх сурвалжийг шийдсэний дараа бид детекторыг зохион бүтээж эхэлнэ. Үүнийг хийхийн тулд таталцлын долгион юу хийдгийг ойлгох хэрэгтэй. Дэлгэрэнгүй ярихгүйгээр таталцлын долгион өнгөрөх нь түрлэгийн хүчийг үүсгэдэг гэж хэлж болно (ердийн сар эсвэл нарны түрлэг нь тусдаа үзэгдэл бөгөөд таталцлын долгион нь үүнтэй ямар ч холбоогүй юм). Тиймээс та жишээлбэл, металл цилиндрийг авч, мэдрэгчээр тоноглож, чичиргээг нь судалж болно. Энэ нь тийм ч хэцүү биш, тиймээс ийм суурилуулалтыг хагас зуун жилийн өмнөөс хийж эхэлсэн (тэдгээрийг Орост бас ашиглах боломжтой; одоо АДБ-ын МСУ-ийн Валентин Руденкогийн багийн боловсруулсан сайжруулсан детекторыг Баксан газар доорх лабораторид суурилуулж байна). Асуудал нь ийм төхөөрөмж ямар ч таталцлын долгионгүйгээр дохиог харах болно. Олон тооны чимээ шуугиантай тулгарахад хэцүү байдаг. Илрүүлэгчийг газар доор суурилуулах, тусгаарлах, бага температурт хөргөх боломжтой боловч дуу чимээний түвшинг давахын тулд танд маш хүчтэй таталцлын долгионы дохио хэрэгтэй хэвээр байна. Гэхдээ хүчтэй дохио ховор ирдэг.

Тиймээс 1962 онд Владислав Пустовойт, Михаил Герценштейн нарын дэвшүүлсэн өөр схемийн төлөө сонголт хийсэн. JETP (Journal of Experimental and Theorical Physics) сэтгүүлд нийтлэгдсэн нийтлэлдээ тэд таталцлын долгионыг илрүүлэхийн тулд Михельсоны интерферометрийг ашиглахыг санал болгосон. Лазер туяа нь интерферометрийн хоёр гарны тольны хооронд гүйж, дараа нь өөр өөр гарны цацрагууд нэмэгддэг. Цацрагийн хөндлөнгийн үр дүнд дүн шинжилгээ хийснээр гарны уртын харьцангуй өөрчлөлтийг хэмжиж болно. Эдгээр нь маш нарийн хэмжилтүүд тул та чимээ шуугианыг даван туулж чадвал гайхалтай мэдрэмжинд хүрч чадна.

1990-ээд оны эхээр энэ загварыг ашиглан хэд хэдэн детектор барихаар шийдсэн. Технологийг туршихын тулд Европт GEO600, Японд TAMA300 (тоо нь гарны уртыг метрээр илэрхийлдэг) харьцангуй жижиг суурилуулалтуудыг анх ашиглалтад оруулсан. Гэхдээ гол тоглогчид нь АНУ-д LIGO, Европ дахь VIRGO суурилуулах байсан. Эдгээр хэрэгслүүдийн хэмжээг аль хэдийн километрээр хэмждэг бөгөөд эцсийн төлөвлөсөн мэдрэмж нь жилд хэдэн арван, эсвэл хэдэн зуун үйл явдлыг харах боломжийг олгоно.

Яагаад олон төхөөрөмж хэрэгтэй байна вэ? Орон нутгийн чимээ шуугиан (жишээ нь, газар хөдлөлт) байдаг тул голчлон хөндлөн баталгаажуулалт хийхэд зориулагдсан. АНУ, Италийн баруун хойд хэсэгт дохиог нэгэн зэрэг илрүүлэх нь түүний гадаад гарал үүслийн маш сайн нотолгоо байх болно. Гэхдээ хоёр дахь шалтгаан бий: таталцлын долгион мэдрэгч нь эх үүсвэр рүү чиглэсэн чиглэлийг тодорхойлоход маш муу байдаг. Гэхдээ хэд хэдэн детекторууд хоорондоо зайтай байвал чиглэлийг маш нарийн зааж өгөх боломжтой болно.

Лазер аварга

Анхны хэлбэрээрээ LIGO илрүүлэгчийг 2002 онд, VIRGO илрүүлэгчийг 2003 онд бүтээжээ. Төлөвлөгөөний дагуу энэ нь зөвхөн эхний шат байсан. Бүх суурилуулалт хэдэн жилийн турш ажиллаж байсан бөгөөд 2010-2011 онд төлөвлөсөн өндөр мэдрэмжинд хүрэхийн тулд өөрчлөлт хийхээр зогсоосон. LIGO илрүүлэгч нь 2015 оны 9-р сард ажиллаж эхэлсэн бөгөөд VIRGO 2016 оны хоёрдугаар хагаст нэгдэх ёстой бөгөөд энэ үе шатнаас эхлэн мэдрэмж нь жилд дор хаяж хэд хэдэн үйл явдлыг бүртгэх болно гэж найдаж байна.

LIGO ажиллаж эхэлсний дараа хүлээгдэж буй тэсрэлт нь сард ойролцоогоор нэг үйл явдал байв. Анхны хүлээгдэж буй үйл явдал бол хар нүхний нэгдэл байх болно гэж астрофизикчид урьдчилан тооцоолсон. Энэ нь хар нүхнүүд ихэвчлэн нейтрон одноос арав дахин хүнд, дохио нь илүү хүчтэй, хол зайнаас "харагдах" байдагтай холбоотой бөгөөд энэ нь галактикт ногдох үйл явдлын бага хурдыг нөхөхөөс ч илүү юм. Аз болоход бид удаан хүлээх шаардлагагүй болсон. 2015 оны 9-р сарын 14-нд хоёр суулгац GW150914 нэртэй бараг ижил дохиог бүртгэсэн.

Маш энгийн дүн шинжилгээ хийснээр хар нүхний масс, дохионы хүч, эх үүсвэр хүртэлх зай зэрэг өгөгдлийг олж авах боломжтой. Хар нүхний масс, хэмжээ нь маш энгийн бөгөөд сайн мэддэг арга замаар холбоотой байдаг бөгөөд дохионы давтамжаас энерги ялгарах бүсийн хэмжээг шууд тооцоолох боломжтой. Энэ тохиолдолд хэмжээ нь 25-30, 35-40 нарны масстай хоёр нүхнээс 60-аас дээш нарны масстай хар нүх үүссэнийг харуулсан. Эдгээр өгөгдлүүдийг мэдсэнээр дэлбэрэлтийн нийт энергийг олж авах боломжтой. Бараг гурван нарны массыг таталцлын цацраг болгон хувиргасан. Энэ нь 1023 нарны гэрлийн гэрэлтэлттэй тохирч байгаа нь энэ хугацаанд (секундын 100-ны нэг) орчлон ертөнцийн үзэгдэх хэсгийн бүх оддын ялгардагтай ижил хэмжээтэй байна. Мөн хэмжсэн дохионы мэдэгдэж буй энерги, хэмжээнээс зайг олж авна. Нэгтгэсэн биетүүдийн том масс нь алс холын галактикт болсон үйл явдлыг бүртгэх боломжтой болсон: дохио бидэнд хүрэхийн тулд ойролцоогоор 1.3 тэрбум жил зарцуулсан.

Илүү нарийвчилсан дүн шинжилгээ хийх нь хар нүхний массын харьцааг тодруулах, тэнхлэгээ тойрон хэрхэн эргэлдэж байгааг ойлгох, түүнчлэн бусад параметрүүдийг тодорхойлох боломжтой болгодог. Нэмж дурдахад, хоёр суурилуулалтын дохио нь дэлбэрэлтийн чиглэлийг ойролцоогоор тодорхойлох боломжийг олгодог. Харамсалтай нь энд байгаа нарийвчлал тийм ч өндөр биш байгаа ч шинэчлэгдсэн VIRGO ашиглалтанд орсноор энэ нь нэмэгдэх болно. Хэдэн жилийн дараа Японы KAGRA детектор дохио хүлээн авч эхэлнэ. Дараа нь LIGO детекторуудын нэгийг (анх гурван, нэг суурилуулалт нь давхар байсан) Энэтхэгт угсарч, жилд олон арван үйл явдал бүртгэгдэх төлөвтэй байна.

Шинэ одон орон судлалын эрин үе

Одоогийн байдлаар LIGO-ийн ажлын хамгийн чухал үр дүн бол таталцлын долгион байгааг батлах явдал юм. Нэмж дурдахад хамгийн анхны тэсрэлт нь таталцлын массын хязгаарлалтыг сайжруулах (харьцангуйн хувьд ерөнхийдөө тэг масстай), мөн таталцлын тархалтын хурд ба хурдны хоорондох ялгааг илүү хүчтэй хязгаарлах боломжтой болсон. гэрэл. Гэхдээ эрдэмтэд аль хэдийн 2016 онд LIGO болон VIRGO ашиглан астрофизикийн олон шинэ мэдээлэл олж авах боломжтой болно гэж найдаж байна.

Нэгдүгээрт, таталцлын долгионы ажиглалтын газруудын өгөгдөл нь хар нүхийг судлах шинэ боломжийг олгодог. Хэрэв өмнө нь зөвхөн эдгээр объектуудын ойролцоох бодисын урсгалыг ажиглах боломжтой байсан бол одоо үүссэн хар нүхийг нэгтгэх, "тайвшруулах" үйл явц, түүний давхрага хэрхэн өөрчлөгдөж, эцсийн хэлбэрээ авч байгааг шууд "харж" болно ( эргэлтээр тодорхойлно). Магадгүй, Хокинг хар нүхний ууршилтыг илрүүлэх хүртэл (одоогоор энэ үйл явц нь таамаглал хэвээр байгаа) нэгдлийн судалгаа нь тэдгээрийн талаар илүү сайн шууд мэдээлэл өгөх болно.

Хоёрдугаарт, нейтрон оддын нэгдлийн ажиглалт нь эдгээр объектуудын талаар маш их шинэ, яаралтай шаардлагатай мэдээллийг өгөх болно. Бид анх удаа нейтрон оддыг физикчид бөөмсийг судалдаг шиг судлах боломжтой болно: тэдгээрийн дотор хэрхэн ажилладагийг ойлгохын тулд мөргөлдөхийг ажиглах. Нейтрон оддын дотоод бүтцийн нууц нь астрофизикчид болон физикчдийн санааг зовоож байна. Цөмийн физик болон хэт өндөр нягтрал дахь бодисын үйл ажиллагааны талаарх бидний ойлголт энэ асуудлыг шийдэхгүйгээр бүрэн дүүрэн биш юм. Энд таталцлын долгионы ажиглалт гол үүрэг гүйцэтгэх бололтой.

Нейтрон оддын нэгдэл нь богино сансар огторгуйн гамма-цацрагийн тэсрэлтийг хариуцдаг гэж үздэг. Ховор тохиолдолд үйл явдлыг гамма муж болон таталцлын долгионы детекторууд дээр нэгэн зэрэг ажиглах боломжтой болно (ховор байдал нь нэгдүгээрт, гамма дохио нь маш нарийн цацрагт төвлөрдөгтэй холбоотой бөгөөд энэ нь тийм биш юм. үргэлж бидэн рүү чиглүүлдэг, гэхдээ хоёрдугаарт, бид маш хол үйл явдлуудаас таталцлын долгионыг бүртгэхгүй). Үүнийг харахын тулд хэдэн жил ажиглалт хийх шаардлагатай байна (хэдийгээр та ердийнх шиг азтай байж магадгүй бөгөөд өнөөдөр ийм зүйл тохиолдох болно). Дараа нь бусад зүйлсийн дунд бид таталцлын хурдыг гэрлийн хурдтай маш нарийн харьцуулах боломжтой болно.

Ийнхүү лазер интерферометрүүд хамтдаа таталцлын долгионы дуран болон ажиллаж, астрофизикчид болон физикчдэд шинэ мэдлэг авчрах болно. За, эрт орой хэзээ нэгэн цагт анхны тэсрэлтүүдийг илрүүлж, дүн шинжилгээ хийснийхээ төлөө Нобелийн шагнал хүртэх болно.

2-р сарын 11-ний пүрэв гарагт олон улсын LIGO Scientific Collaboration төслийн хэсэг эрдэмтэд 1916 онд Альберт Эйнштейн оршин тогтнохыг урьдчилан таамаглаж байсан амжилтанд хүрсэн гэдгээ зарлав. Судлаачдын үзэж байгаагаар 2015 оны 9-р сарын 14-нд нарнаас 29 ба 36 дахин их жинтэй хоёр хар нүх мөргөлдсөнөөс үүссэн таталцлын долгионыг бүртгэж, улмаар нэг том хар нүх болон нийлсэн байна. Тэдний үзэж байгаагаар энэ нь 1.3 тэрбум жилийн өмнө манай галактикаас 410 мегапарсекийн зайд болсон гэж таамаглаж байна.

LIGA.net таталцлын долгион болон том хэмжээний нээлтийн талаар дэлгэрэнгүй ярьсан Богдан Хнатык, Украины эрдэмтэн, астрофизикч, физик-математикийн шинжлэх ухааны доктор, Киевийн Тарас Шевченкогийн нэрэмжит Үндэсний их сургуулийн одон орон судлалын судалгааны тэргүүлэх ажилтан, тус ажиглалтын газрыг 2001-2004 он хүртэл удирдаж байсан.

Энгийн үгээр онол

Физик нь биетүүдийн харилцан үйлчлэлийг судалдаг. Биеийн хооронд цахилгаан соронзон, хүчтэй ба сул цөмийн харилцан үйлчлэл, таталцлын харилцан үйлчлэл гэсэн дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэл байдгийг бид бүгд мэдэрдэг. Таталцлын харилцан үйлчлэлийн улмаас гаригууд Нарыг тойрон эргэлдэж, бие нь жинтэй болж, газарт унадаг. Хүмүүс таталцлын харилцан үйлчлэлтэй байнга тулгардаг.

1916 онд буюу 100 жилийн өмнө Альберт Эйнштейн Ньютоны таталцлын онолыг боловсронгуй болгож, түүнийг математикийн хувьд зөв болгож, физикийн бүх шаардлагыг хангаж, таталцлын хүч маш хурдацтай тархдаг гэдгийг харгалзан үзэх болсон таталцлын онолыг бий болгосон. өндөр, гэхдээ хязгаарлагдмал хурд. Энэ бол Эйнштейний хамгийн том ололтуудын нэг бөгөөд тэрээр өнөөдөр бидний ажиглаж буй физикийн бүх үзэгдлүүдтэй нийцэх таталцлын онолыг бий болгосон.

Энэ онол нь мөн оршин тогтнохыг санал болгосон таталцлын долгион. Энэхүү таамаглалын үндэс нь таталцлын долгион нь хоёр том биет нийлсэний улмаас үүссэн таталцлын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд бий болсон явдал байв.

Таталцлын долгион гэж юу вэ

Нарийн төвөгтэй хэлээр энэ нь орон зай-цаг хугацааны хэмжүүрийн өдөөлт юм. Сансар огторгуйд тодорхой уян хатан чанар байдаг бөгөөд энэ нь бид хайрга чулууг ус руу шидэж, түүнээс долгион цацрахтай адил юм" гэж физик-математикийн шинжлэх ухааны доктор LIGA.net-т ярьжээ.

Орчлон ертөнцөд үүнтэй төстэй хэлбэлзэл болж, таталцлын долгион бүх чиглэлд эргэлдэж байсныг эрдэмтэд туршилтаар баталж чадсан. “Астрофизикийн хувьд анх удаа хоёртын системийн ийм гамшигт хувьслын үзэгдлийг тэмдэглэсэн бөгөөд энэ нь хоёр объект нэг объект болж нийлж, энэхүү нэгдэл нь таталцлын энергийг маш эрчимтэй ялгаруулж, улмаар сансарт хэлбэрээр тархдаг. таталцлын долгионы тухай" гэж эрдэмтэн тайлбарлав.

Эдгээр таталцлын долгионууд нь маш сул бөгөөд орон зай-цаг хугацааг сэгсрэхийн тулд таталцлын талбайн эрч хүч үүсэх цэгт өндөр байхын тулд маш том, масстай биетүүдийн харилцан үйлчлэл шаардлагатай байдаг. Гэхдээ тэдний сул талыг үл харгалзан ажиглагч тодорхой хугацааны дараа (харилцан хоорондын зайг дохионы хурдаар хуваасантай тэнцүү) энэ таталцлын долгионыг бүртгэх болно.

Нэг жишээ хэлье: хэрэв дэлхий наран дээр унавал таталцлын харилцан үйлчлэл үүснэ: таталцлын энерги ялгарч, таталцлын бөмбөрцөг тэгш хэмтэй долгион үүсч, ажиглагч үүнийг бүртгэх боломжтой болно. "Астрофизикийн үүднээс ижил төстэй боловч өвөрмөц үзэгдэл энд тохиолдсон: хоёр том биет мөргөлдсөн - хоёр хар нүх" гэж Гнатик тэмдэглэв.

Онол руугаа буцъя

Хар нүх бол Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолын өөр нэг таамаглал бөгөөд энэ нь асар их масстай боловч энэ масс нь бага хэмжээгээр төвлөрсөн бие нь хаагдах хүртлээ эргэн тойрон дахь орон зайг ихээхэн гажуудуулах чадвартай байдаг. Өөрөөр хэлбэл, энэ биеийн массын эгзэгтэй концентрацид хүрэх үед биеийн хэмжээ нь таталцлын радиус гэж нэрлэгддэг хэмжээнээс бага байх үед энэ биеийн эргэн тойрон дахь орон зай хаагдаж, түүний топологи бий болно гэж таамаглаж байсан. Үүнээс ямар ч дохио нь хаалттай орон зайнаас цааш тархахгүй байх болно.

"Өөрөөр хэлбэл, хар нүх нь энгийн үгээр хэлбэл, маш хүнд жинтэй асар том биет бөгөөд энэ нь эргэн тойрон дахь орон зай-цаг хугацааг хаадаг" гэж эрдэмтэн хэлэв.

Түүний хэлснээр бид энэ объект руу ямар ч дохио илгээж болно, гэхдээ тэр бидэнд илгээж чадахгүй. Өөрөөр хэлбэл ямар ч дохио хар нүхнээс хэтэрч чадахгүй.

Хар нүх нь ердийн физик хуулиудын дагуу амьдардаг боловч хүчтэй таталцлын үр дүнд нэг ч материаллаг бие, тэр байтугай фотон ч энэ чухал гадаргуугаас цааш гарч чадахгүй. Хар нүхнүүд нь энгийн оддын хувьслын явцад үүсдэг бөгөөд гол цөм нь нурж, одны материйн нэг хэсэг нь нурж, хар нүх болон хувирч, одны нөгөө хэсэг нь суперновагийн бүрхүүл хэлбэрээр гадагшилдаг. суперновагийн "дэлбэрэлт" гэж нэрлэгддэг.

Таталцлын долгионыг бид хэрхэн харсан

Нэг жишээ хэлье. Усны гадаргуу дээр бид хоёр хөвөгч, ус тайван байх үед тэдгээрийн хоорондын зай тогтмол байдаг. Долгион ирэхэд эдгээр хөвөгчдийг нүүлгэн шилжүүлэх ба хөвөгч хоорондын зай өөрчлөгдөнө. Долгион өнгөрч, хөвөгчүүд өмнөх байрлалдаа буцаж, тэдгээрийн хоорондох зай сэргээгддэг.

Таталцлын долгион нь орон зай-цаг хугацаанд ижил төстэй байдлаар тархдаг: энэ нь зам дээр таарч буй бие, объектыг шахаж, сунгадаг. “Долгионы зам дагуу тодорхой биеттэй тулгарах үед тэнхлэгийнхээ дагуу хэв гажиж, түүнийг өнгөрсний дараа таталцлын долгионы нөлөөн дор бүх биетүүд гажигтай байдаг боловч эдгээр хэв гажилтууд маш их байдаг ач холбогдолгүй" гэж Гнатик хэлэв.

Эрдэмтдийн тэмдэглэсэн долгион өнгөрөхөд огторгуй дахь биетүүдийн харьцангуй хэмжээ нь 10-ыг 10 дахин үржүүлж, хасах 21-р зэрэглэлээр өөрчлөгдөв. Жишээлбэл, хэрэв та тоолуурын хэмжигч авбал түүний хэмжээ нь 10-аар үржүүлж, хасах 21-р зэрэгтэй тэнцүү хэмжээгээр багассан байна. Энэ бол маш бага хэмжээ. Асуудал нь эрдэмтэд энэ зайг хэрхэн хэмжиж сурах шаардлагатай байсан юм. Уламжлалт аргууд нь 10-ын 1-ээс сая сая 9-р зэрэглэлийн нарийвчлалыг өгдөг боловч энд илүү өндөр нарийвчлал хэрэгтэй. Энэ зорилгоор таталцлын антенн (таталцлын долгионы детектор) гэж нэрлэгддэг төхөөрөмжийг бүтээсэн.

Таталцлын долгионыг бүртгэсэн антенныг ийм байдлаар барьсан: "L" үсгийн хэлбэртэй, ойролцоогоор 4 км урт, ижил гартай, зөв ​​өнцгөөр байрладаг хоёр хоолой байдаг. Таталцлын долгион нь системд хүрэхэд антенны далавчийг гажигтай болгодог боловч чиглэлээсээ хамааран нэг нь их, нөгөө нь бага гажигтай байдаг. Дараа нь замын ялгаа үүсч, дохионы хөндлөнгийн загвар өөрчлөгдөнө - нийт эерэг эсвэл сөрөг далайц гарч ирнэ.

"Өөрөөр хэлбэл, таталцлын долгион өнгөрөх нь хоёр хөвөгч завсраар дамжин өнгөрөх усан дээрх долгионтой төстэй юм: хэрэв бид долгион өнгөрөх үед болон дараа нь тэдгээрийн хоорондох зайг хэмжвэл зай өөрчлөгдөж, дараа нь өөрчлөгдөхийг харах болно. дахиад л адилхан" гэж тэр Гнатик хэлэв.

Энд интерферометрийн хоёр далавчны зайн харьцангуй өөрчлөлтийг хэмждэг бөгөөд тус бүр нь 4 километр урттай байдаг. Зөвхөн маш нарийн технологи, системүүд нь таталцлын долгионы улмаас далавчнуудын ийм бичил шилжилтийг хэмжиж чадна.

Орчлон ертөнцийн захад: долгион хаанаас ирсэн бэ?

Эрдэмтэд АНУ-ын Луизиана, Вашингтон гэсэн хоёр мужид 3 мянга орчим километрийн зайд байрладаг хоёр мэдрэгч ашиглан дохиог тэмдэглэжээ. Эрдэмтэд энэ дохио хаанаас, ямар зайнаас ирснийг тооцоолж чаджээ. Тооцоолсноор дохио 410 мегапарсекийн зайнаас ирсэн байна. Мегапарсек гэдэг нь гэрлийн гурван сая жилийн хугацаанд туулах зай юм.

Төсөөлөхөд хялбар болгох үүднээс: төвд нь асар том хар нүхтэй бидэнд хамгийн ойр байгаа идэвхтэй галактик бол манайхаас дөрвөн мегапарсекийн зайд орших Центавр А, харин Андромеда мананцар нь 0,7 мегапарсекийн зайд оршдог. "Өөрөөр хэлбэл, таталцлын долгионы дохио ирсэн зай нь маш их бөгөөд дохио нь ойролцоогоор 1.3 тэрбум жилийн турш дэлхий рүү явсан бөгөөд эдгээр нь манай ертөнцийн тэнгэрийн хаяаны 10 орчим хувийг эзэлдэг сансар судлалын зай юм" гэж эрдэмтэн хэлэв.

Энэ зайд алс холын галактикт хоёр хар нүх нийлэв. Эдгээр нүхнүүд нэг талаас харьцангуй жижиг хэмжээтэй байсан бол нөгөө талаас дохионы далайц их байгаа нь маш хүнд байсныг илтгэнэ. Тэдний масс нь тус тус 36 ба 29 нарны масстай болохыг тогтоосон. Нарны масс нь мэдэгдэж байгаагаар нэг килограммын 30-ын хүчийг 10-аас 2 дахин ихэсгэдэг. Нэгдсэний дараа энэ хоёр бие нийлж, одоо тэдний оронд нарны 62 масстай тэнцэх масстай ганц хар нүх үүссэн байна. Үүний зэрэгцээ нарны ойролцоогоор гурван масс таталцлын долгионы энерги хэлбэрээр цацагдсан.

Хэн, хэзээ нээлт хийсэн

Олон улсын LIGO төслийн эрдэмтэд 2015 оны 9-р сарын 14-нд таталцлын долгионыг илрүүлж чаджээ. LIGO (Лазер интерферометрийн таталцлын ажиглалтын төв)Энэ нь судалгааны чиглэлээр тэргүүлэгч АНУ, Итали, Япон зэрэг олон улсууд оролцож, санхүүгийн болон шинжлэх ухааны тодорхой хувь нэмэр оруулсан олон улсын төсөл юм.

Дараах зургийг тэмдэглэв: таталцлын долгион манай гаригаар дамжин өнгөрөх ба энэ суурилуулалтын үр дүнд таталцлын детекторын далавчнууд шилжсэн. Энэ тухай мэдээлээгүй, учир нь дохиог боловсруулж, "цэвэрлэж", далайцыг нь олж, шалгах шаардлагатай байв. Энэ бол стандарт журам юм: бодит нээлтээс эхлээд нээлтээ зарлах хүртэл үндэслэлтэй мэдэгдэл гаргахад хэдэн сар шаардагдана. "Хэн ч тэдний нэр хүндийг гутаахыг хүсэхгүй байна. Энэ бол нийтлэхээс өмнө хэн ч мэдээгүй байсан нууц мэдээлэл" гэж Хнатик тэмдэглэв.

Өгүүллэг

Таталцлын долгионыг өнгөрсөн зууны 70-аад оноос судалж эхэлсэн. Энэ хугацаанд хэд хэдэн детектор бий болж, хэд хэдэн суурь судалгаа хийгдсэн. 80-аад онд Америкийн эрдэмтэн Жозеф Вебер таталцлын долгионы дамжуулалтыг бүртгэх ёстой пьезо мэдрэгчээр тоноглогдсон, хэдэн метр орчим хэмжээтэй хөнгөн цагаан цилиндр хэлбэртэй анхны таталцлын антеныг бүтээжээ.

Энэ төхөөрөмжийн мэдрэмж нь одоогийн мэдрэгчээс сая дахин муу байсан. Мэдээжийн хэрэг, тэр үед тэр долгионыг бодитоор илрүүлж чадаагүй ч Вебер үүнийг хийсэн гэж мэдэгдсэн: хэвлэлүүд энэ тухай бичиж, "таталцлын тэсрэлт" болсон - таталцлын антеннууд тэр даруй дэлхий даяар баригдсан. Вебер бусад эрдэмтдийг таталцлын долгионыг авч, энэ үзэгдлийн туршилтыг үргэлжлүүлэхийг уриалсан нь детекторуудын мэдрэмжийг сая дахин нэмэгдүүлэх боломжтой болсон.

Гэсэн хэдий ч таталцлын долгионы үзэгдэл өөрөө өнгөрсөн зуунд бүртгэгдсэн бөгөөд эрдэмтэд давхар пульсарыг олж илрүүлсэн. Энэ нь одон орны ажиглалтаар нотлогдсон таталцлын долгион байдгийн шууд бус бичлэг байсан юм. Пульсарыг Рассел Хулс, Жозеф Тейлор нар 1974 онд Аресибо ажиглалтын төвийн радио дурангаар ажиглалт хийх үеэр олж илрүүлжээ. Эрдэмтэд 1993 онд "Таталцлыг судлахад шинэ боломж олгосон пульсарын шинэ төрлийг нээсний төлөө" Нобелийн шагнал хүртжээ.

Дэлхийн болон Украинд хийсэн судалгаа

Италид "Охины орд" нэртэй ижил төстэй төсөл хэрэгжиж дуусах шатандаа оржээ. Япон улс мөн нэг жилийн дараа үүнтэй төстэй детектор гаргах бодолтой байгаа бөгөөд Энэтхэг ч мөн ийм туршилт хийхээр бэлтгэж байна. Өөрөөр хэлбэл, ижил төстэй детекторууд дэлхийн олон оронд байдаг боловч таталцлын долгионыг илрүүлэх талаар ярих боломжтой байхын тулд мэдрэмжийн горимд хараахан хүрээгүй байна.

"Украин нь албан ёсоор LIGO-ийн нэг хэсэг биш бөгөөд Итали, Японы төслүүдэд оролцдоггүй. Ийм үндсэн чиглэлүүдийн дунд Украйн одоо LHC (Том Адрон Коллайдер) төсөл болон CERN-д оролцож байна (бид албан ёсоор зөвхөн оролцогч болно. элсэлтийн хураамж төлсний дараа) "гэж Физик-математикийн шинжлэх ухааны доктор Бохдан Гнатик LIGA.net сайтад ярьжээ.

Түүний хэлснээр, 2015 оноос хойш Украин нь орчин үеийн олон дуран дуран бүтээж буй CTA (Cerenkov Telescope Array) олон улсын хамтын ажиллагааны бүрэн эрхт гишүүн юм. TeVурт гамма хүрээ (1014 эВ хүртэл фотоны энергитэй). "Ийм фотонуудын гол эх үүсвэр нь таталцлын цацрагийг анх LIGO детектороор бүртгэсэн хэт масстай хар нүхнүүдийн ойролцоо байдаг. Тиймээс одон орон судлалд таталцлын долгион болон олон шинэ цонх нээгдэв TeV"Цахилгаан соронзон технологи бидэнд ирээдүйд олон нээлтийг амлаж байна" гэж эрдэмтэн нэмж хэлэв.

Дараа нь юу вэ, шинэ мэдлэг хүмүүст хэрхэн туслах вэ? Эрдэмтэд санал нийлэхгүй байна. Зарим нь энэ бол орчлон ертөнцийн механизмыг ойлгох дараагийн алхам гэж хэлж байна. Бусад хүмүүс үүнийг цаг хугацаа, орон зайд шилжих шинэ технологид хүрэх эхний алхам гэж үздэг. Ямартай ч энэ нээлт нь бид хэчнээн бага зүйлийг ойлгож, хичнээн их зүйлийг сурах шаардлагатай байгааг дахин нотолсон юм.

Онолын физикч Мичио Каку 2004 онд "Эйнштейний сансар огторгуй" номондоо "Сүүлийн үед таталцлын долгионыг шууд ажиглах урт хугацааны цуврал туршилтууд нь шинжлэх ухааны асар их сонирхлыг төрүүлж байна" гэж бичжээ. — LIGO (Таталцлын долгионыг ажиглах лазер интерферометр) төсөл нь сансар огторгуйн гүн дэх хоёр хар нүхний мөргөлдөөнөөс таталцлын долгионыг хамгийн түрүүнд “хардаг” төсөл байж магадгүй юм. LIGO бол физикчдийн мөрөөдөл биелж, таталцлын долгионыг хэмжих хангалттай хүч чадалтай анхны байгууламж юм."

Какугийн таамаг биеллээ: пүрэв гарагт LIGO ажиглалтын төвийн олон улсын хэсэг эрдэмтэд таталцлын долгионыг нээсэн тухай зарлав.

Таталцлын долгион нь хурдатгалтай хөдөлж буй асар том биетүүдээс (хар нүх гэх мэт) "зугтах" орон зай-цаг хугацааны хэлбэлзэл юм. Өөрөөр хэлбэл таталцлын долгион нь цаг хугацааны орон зайн тархалтын эвдрэл, туйлын хоосон байдлын аялагч хэв гажилт юм.

Хар нүх гэдэг нь гэрлийн хурдаар хөдөлж буй биетүүд (гэрлийг оруулаад) ч гэсэн таталцал нь маш хүчтэй байдаг орон зайн цаг хугацааны муж юм. Хар нүхийг дэлхийн бусад хэсгээс тусгаарлах хил хязгаарыг үйл явдлын тэнгэрийн хаяа гэж нэрлэдэг: үйл явдлын тэнгэрийн хаяанд болж буй бүх зүйл гадны ажиглагчийн нүднээс далд байдаг.

Эрин Райан Эрин Райаны цахимд байршуулсан бялууны зураг.

Эрдэмтэд хагас зуун жилийн өмнөөс таталцлын долгионыг барьж эхэлсэн: яг тэр үед Америкийн физикч Жозеф Вебер Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолыг сонирхож, амралтаа авч, таталцлын долгионыг судалж эхлэв. Вебер таталцлын долгионыг илрүүлэх анхны төхөөрөмжийг зохион бүтээсэн бөгөөд удалгүй тэрээр "таталцлын долгионы дууг" бүртгэсэн гэдгээ зарлав. Гэсэн хэдий ч шинжлэх ухааны нийгэмлэг түүний мессежийг үгүйсгэв.

Гэсэн хэдий ч Жозеф Веберийн ачаар олон эрдэмтэд "долгион хөөгч" болж хувирсан. Өнөөдөр Веберийг таталцлын долгионы одон орон судлалын шинжлэх ухааны салбарын эцэг гэж үздэг.

"Энэ бол таталцлын одон орон судлалын шинэ эриний эхлэл"

Эрдэмтэд таталцлын долгионыг бүртгэдэг LIGO ажиглалтын төв нь АНУ-д байрладаг гурван лазер суурилуулалтаас бүрддэг: хоёр нь Вашингтон мужид, нэг нь Луизиана мужид байрладаг. Мичио Каку лазер илрүүлэгчийн ажиллагааг ингэж тайлбарлав: “Лазер туяа нь хоёр тусдаа туяанд хуваагдаж, дараа нь бие биедээ перпендикуляр байрладаг. Дараа нь толинд туссан тэд дахин холбогддог. Хэрэв таталцлын долгион интерферометрээр (хэмжих төхөөрөмж) дамжин өнгөрвөл хоёр лазер туяаны замын уртыг хөндөх бөгөөд энэ нь тэдгээрийн интерференцийн загварт тусгагдах болно. Лазер суурилуулсан дохио санамсаргүй биш байгаа эсэхийг шалгахын тулд детекторуудыг дэлхийн өөр өөр цэгүүдэд байрлуулах хэрэгтэй.

Гагцхүү манай гарагаас хамаагүй том асар том таталцлын долгионы нөлөөн дор л бүх детекторууд нэгэн зэрэг ажиллах болно."

Одоо LIGO-ийн хамтын ажиллагаа 36 ба 29 нарны масстай хар нүхнүүдийн хоёртын системийг 62 нарны масстай объектод нэгтгэснээс үүссэн таталцлын цацрагийг илрүүлжээ. Москвагийн Улсын Их Сургуулийн Физикийн факультетийн профессор Сергей Вятчанин Gazeta.Ru-ийн сурвалжлагчид "Энэ бол таталцлын долгионы үйл ажиллагааны анхны шууд (шууд байх нь маш чухал!) хэмжилт юм" гэж тайлбарлав. шинжлэх ухааны тэнхим. - Өөрөөр хэлбэл, хоёр хар нүх нийлсэн астрофизикийн сүйрлээс дохио хүлээн авсан. Мөн энэ дохио тодорхойлогдсон - энэ нь бас маш чухал юм! Энэ нь хоёр хар нүхнээс гарсан нь тодорхой. Энэ бол таталцлын одон орон судлалын шинэ эриний эхлэл бөгөөд энэ нь зөвхөн оптик, рентген, цахилгаан соронзон, нейтрино эх үүсвэрээр бус, мөн таталцлын долгионоор дамжуулан Орчлон ертөнцийн талаарх мэдээллийг олж авах боломжтой болно.

Хар нүхний 90 хувь нь таамаглалын объект байхаа больсон гэж бид хэлж чадна. Зарим эргэлзээ байсаар байгаа ч баригдсан дохио нь харьцангуйн ерөнхий онолын дагуу хоёр хар нүхийг нэгтгэх тоо томшгүй олон загварчлалын таамаглалтай маш сайн тохирч байна.

Энэ бол хар нүх байдаг гэсэн хүчтэй аргумент юм. Энэ дохионы талаар өөр тайлбар одоогоор алга байна. Тиймээс хар нүх байдаг гэдгийг хүлээн зөвшөөрдөг.”

"Эйнштейн маш их баяртай байх болно"

Таталцлын долгионыг Альберт Эйнштейн (хар нүх байдаг гэдэгт эргэлздэг байсан) харьцангуйн ерөнхий онолынхоо нэг хэсэг болгон урьдчилан таамаглаж байсан. GR-д орон зайн гурван хэмжээст цаг хугацаа нэмэгдэж, дэлхий дөрвөн хэмжээст болдог. Бүх физикийг эргүүлсэн онолын дагуу таталцал нь массын нөлөөн дор орон-цаг хугацааны муруйлтаас үүдэлтэй.

Эйнштейн хурдатгалтай хөдөлж буй аливаа бодис орон зай-цаг хугацааны эвдрэл буюу таталцлын долгион үүсгэдэг гэдгийг нотолсон. Энэ эвдрэл нь илүү их байх тусам объектын хурдатгал, масс өндөр байх болно.

Бусад үндсэн харилцан үйлчлэлтэй харьцуулахад таталцлын хүчний сул дорой байдлаас шалтгаалан эдгээр долгион нь маш бага хэмжээтэй байх ёстой бөгөөд үүнийг бүртгэхэд хэцүү байдаг.

Хүмүүнлэгийн шинжлэх ухааны судлаачдад харьцангуйн ерөнхий онолын тухай тайлбарлахдаа физикчид тэднээс том бөмбөлгүүдийг буулгасан сунгасан резинэн хуудсыг төсөөлөхийг ихэвчлэн хүсдэг. Бөмбөлөгүүд нь резинээр дарж, сунгасан хуудас (орон зай-цаг хугацааг илэрхийлдэг) гажигтай байдаг. Харьцангуйн ерөнхий онолоор бол орчлон ертөнц бүхэлдээ резин бөгөөд түүн дээр гараг бүр, од бүр, галактик бүр хонхорхой үлдээдэг. Манай дэлхий нарны эргэн тойронд жижиг бөмбөлөг шиг эргэлддэг бөгөөд хүнд бөмбөлөг орон зай-цаг хугацааг "түлхсэний" үр дүнд үүссэн юүлүүрийн конусыг тойрон эргэлддэг.

HANDOUT/Reuters

Хүнд бөмбөг бол Нар юм

Эйнштейний онолын гол баталгаа болсон таталцлын долгионыг нээсэн нь Физикийн салбарт Нобелийн шагнал авах боломжтой байх магадлалтай. "Эйнштейн маш их баяртай байх болно" гэж LIGO-ийн хамтын ажиллагааны төлөөлөгч Габриелла Гонзалес хэлэв.

Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар нээлтийг практикт ашиглах боломжтой байдлын талаар ярихад эрт байна. "Хэдийгээр Генрих Герц (цахилгаан соронзон долгион байдгийг нотолсон Германы физикч - Gazeta.Ru) гар утас бий болно гэж бодож байсан уу? Үгүй! "Бид одоо юу ч төсөөлж чадахгүй байна" гэж Москвагийн Улсын Их Сургуулийн Физикийн факультетийн профессор Валерий Митрофанов хэлэв. М.В. Ломоносов. -Би “Оддын хоорондын” кинонд анхаарлаа хандуулдаг. Түүнийг шүүмжилдэг, тийм ээ, гэхдээ зэрлэг хүн ч гэсэн шидэт хивсийг төсөөлдөг. Тэгээд шидэт хивс нь онгоц болж хувирав, тэгээд л болоо. Энд бид маш нарийн төвөгтэй зүйлийг төсөөлөх хэрэгтэй. Interstellar-д нэг цэг нь хүн нэг ертөнцөөс нөгөө ертөнц рүү аялах боломжтой холбоотой байдаг. Хэрэв та ийм байдлаар төсөөлж байгаа бол хүн нэг ертөнцөөс нөгөө ертөнц рүү аялж чадна, олон ертөнц - юу ч байж болно гэдэгт та итгэх үү? Би үгүй ​​гэж хариулж чадахгүй. Учир нь физикч ийм асуултад "үгүй" гэж хариулж чадахгүй! Зөвхөн байгаль хамгаалах зарим хуультай зөрчилдөж байвал! Мэдэгдэж буй физик хуулиудтай зөрчилддөггүй сонголтууд байдаг. Тиймээс дэлхий даяар аялах боломжтой!"