- Таталцлын долгион - өөрчлөлт таталцлын талбар, долгион шиг тархдаг. Тэдгээр нь хөдөлж буй массаар ялгардаг боловч цацрагийн дараа тэдгээрээс салж, эдгээр массаас үл хамааран оршин байдаг. Математикийн хувьд орон зайн хэмжигдэхүүний хэмжигдэхүүнтэй холбоотой бөгөөд үүнийг "сансрын цагийн долгион" гэж тодорхойлж болно.
Ерөнхийдөө харьцангуйн онол болон бусад ихэнх нь орчин үеийн онолуудтаталцлын долгион нь хөдөлгөөнөөс үүсдэг их хэмжээний биетүүдхувьсах хурдатгалтай. Таталцлын долгионгэрлийн хурдаар орон зайд чөлөөтэй тархах. Таталцлын хүчний харьцангуй сул дорой байдлын улмаас (бусадтай харьцуулахад) эдгээр долгион нь маш бага хэмжээтэй байдаг бөгөөд үүнийг бүртгэхэд хэцүү байдаг.
Таталцлын долгионыг харьцангуйн ерөнхий онол (GR) болон таталцлын бусад олон онолоор урьдчилан таамагласан байдаг. Тэдгээрийг анх 2015 оны 9-р сард LIGO-ийн ихэр детекторууд шууд нээсэн бөгөөд хоёр хар нүх нийлсэнээс үүсэх таталцлын долгионыг илрүүлж, дахин нэг том эргэдэг хар нүхийг үүсгэсэн байна. хар нүх. Тэдний оршин тогтнох шууд бус нотолгоо 1970-аад оноос хойш мэдэгдэж байсан - харьцангуйн ерөнхий онол нь ажиглалттай давхцаж буй ойрын системүүдийн ойртох хурдыг урьдчилан таамаглаж байна. давхар одтаталцлын долгионы ялгаралтаас болж эрчим хүч алдагдсантай холбоотой. Таталцлын долгионыг шууд бүртгэх, тэдгээрийг астрофизикийн үйл явцын параметрүүдийг тодорхойлоход ашиглах нь орчин үеийн физик, одон орон судлалын чухал ажил юм.
Харьцангуй ерөнхий онолын хүрээнд таталцлын долгионыг долгионы төрлийн Эйнштейний тэгшитгэлийн шийдлээр дүрсэлсэн бөгөөд энэ нь гэрлийн хурдаар хөдөлж буй орон зай-цаг хугацааны хэмжигдэхүүнийг (шугаман ойролцоо) илэрхийлдэг. Энэ зэвүүцлийн илрэл нь ялангуяа байх ёстой. үе үе өөрчлөлтхоёр чөлөөтэй унах (ямар нэгэн хүчний нөлөөнд автдаггүй) туршилтын массын хоорондох зай. Таталцлын долгионы далайц h нь хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн юм - зайны харьцангуй өөрчлөлт. Нарны аймагт хэмжихэд астрофизикийн объектууд (жишээ нь, авсаархан хоёртын систем) болон үзэгдлийн (суперновын дэлбэрэлт, нейтрон оддын нэгдэл, хар нүхэнд одод баригдах гэх мэт) таталцлын долгионы таамагласан хамгийн их далайц маш бага (h = 10) байна. −18-10 −23). Харьцангуйн ерөнхий онолын дагуу сул (шугаман) таталцлын долгион нь эрчим хүч, импульсийг дамжуулдаг, гэрлийн хурдаар хөдөлдөг, хөндлөн, дөрвөлсөн туйл бөгөөд бие биенээсээ 45 ° өнцгөөр байрладаг бие даасан хоёр бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр тодорхойлогддог. туйлшралын хоёр чиглэлтэй).
Өөр өөр онолууд таталцлын долгионы тархалтын хурдыг өөр өөрөөр таамаглаж байна. Харьцангуйн ерөнхий онолын хувьд энэ нь гэрлийн хурдтай тэнцүү (шугаман ойролцоогоор). Таталцлын бусад онолуудад энэ нь ямар ч утгыг, түүний дотор хязгааргүй байдлыг авч болно. Таталцлын долгионы анхны бүртгэлээс харахад тэдгээрийн тархалт нь массгүй гравитонтой нийцэж, хурд нь гэрлийн хурдтай тэнцүү гэж тооцогджээ.
"Тийм удаагүй байна хүчтэй сонирхолОнолын физикч Мичио Каку 2004 онд "Эйнштейний сансар огторгуй" номондоо таталцлын долгионыг шууд ажиглах урт хугацааны цуврал туршилтууд шинжлэх ухааны нийгэмлэгийг өдөөсөн юм. — LIGO төсөл ("Таталцлын долгионыг ажиглах лазер интерферометр") нь таталцлын долгионыг хамгийн түрүүнд "харсан" байж магадгүй бөгөөд энэ нь хоёр хар нүхний мөргөлдөөнөөс болж магадгүй юм. гүн орон зай. 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 эцэг гэж үздэг шинжлэх ухааны чиглэлтаталцлын долгионы одон орон судлал.
"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 тусгагдана. 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 масстай хар нүхний хоёртын системийг нэгтгэснээс үүссэн таталцлын цацрагийг илрүүлжээ. нарны масс 62 нарны масстай объект руу . 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 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 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! Москвагийн Улсын Их Сургуулийн Физикийн факультетийн профессор Валерий Митрофанов "Бид одоо юу ч төсөөлж чадахгүй байна." 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 байгаа зүйлтэй зөрчилддөггүй сонголтууд байдаг физикийн хуулиуд. Тиймээс дэлхий даяар аялах 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 Хершель Тэнгэрийн ван гарагийг нээсэн гэх мэт "бүс нутгийг сайтар самнах" үр дүнд бүтсэн 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 хөдөлгөөн нь тохиромжгүй гэж үзье. Ийм эх сурвалжууд нэлээд олон байдаг ч ихэнхдээ тэдгээр нь хүчтэй дохио үүсгэхэд хангалтгүй, жижиг масстай байдаг. Эцсийн эцэст, таталцал бол дөрөв дэх хамгийн сул нь юм үндсэн харилцан үйлчлэл, тиймээс 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 нь 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. Сүйрлийн сүүлчийн үе шатууд одны цөм, авсаархан объектууд үүсэх, түүнчлэн хайлуулах сүүлийн үе шатуудад хүргэдэг нейтрон ододмөн хар нүхнүүд хэдэн миллисекундын дарааллын үргэлжлэх хугацаатай байдаг (энэ нь хэдэн зуун герц давтамжтай тохирч байна) - яг л бидэнд хэрэгтэй зүйл. Энэ тохиолдолд их хэмжээний авсаархан биетүүд тодорхой хурдацтай хөдөлгөөн хийдэг тул таталцлын долгион хэлбэрээр маш их энерги ялгардаг (заримдаа ихэвчлэн). 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 суурилуулж, тусгаарлаж, хөргөх боломжтой (мөн хийсэн!) бага температур, гэхдээ дуу чимээний түвшинг давахын тулд маш хүчтэй таталцлын долгионы дохио хэрэгтэй болно. 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.
Лазерын 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. IN энэ тохиолдолдхэмжээ нь 25-30, 35-40 нарны масстай хоёр нүхнээс 60-аас дээш нарны масстай хар нүх үүссэн болохыг харуулж байна. Энэ өгөгдлийг мэдсэнээр та авах боломжтой бүрэн энергицацрах. 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 маш их шинэ, туйлын үр дүнд хүрэх болно шаардлагатай мэдээлэлЭдгээр объектуудын тухай. 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. Бидний ойлголт цөмийн физикмөн хэт өндөр нягтрал дахь материйн үйл ажиллагаа нь энэ асуудлыг шийдэхгүйгээр бүрэн бус байна. 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 ердийнхөөрөө 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.
2198
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 физик үзэгдлүүдийн дунд (цаг хугацааны урсгалыг удаашруулах, чиглэлийг өөрчлөх) цахилгаан соронзон цацрагтаталцлын талбарт гэх мэт) саяхныг хүртэл биетүүдийн хооронд ийм төрлийн долгионы харилцан үйлчлэл байгааг бодитоор илрүүлэх боломжгүй байсан.
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. Сайн жишээСунгасан даавуу нь энэхүү постулатын жишээ болж чадна. 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. Тэгээд юу гэж илүү жинобъект (муруйлтын диаметр, гүн том байх тусам "таталцлын хүч" өндөр байх болно. Даавуун дээгүүр хөдөлж байх үед "долгионууд" -ын ялгарах дүр төрхийг 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 долгионыг хэт их биетүүд үүсгэдэг том массэсвэл өндөр хурдтай жолоодох үед.
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, объектод 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 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. Дараа нь 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 загвараар хоёр таталцлын антеныг ашигласан. Резонансын мэдрэгч нь мэдрэмтгий пьезоэлектрик мэдрэгчээр тоноглогдсон, чичиргээ сайн тусгаарлагдсан 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 бүтээгдэхүүнээ "металл" -аар хийсэн байхыг 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 тусгаарлагдсан, бараг хөргөлттэй байна. үнэмлэхүй тэгвакуум камер. 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, сүүлчийнх нь дээр үндэслэн аливаа эвдрэл (жишээлбэл, таталцлын долгион) цацрагийн урсгалд нөлөөлсөн эсэхийг шүүнэ. Үүнтэй төстэй тоног төхөөрөмжийг олон оронд бүтээсэн:
- 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 гурван километр туннель бүхий Франц-Италийн хамтарсан төсөл юм.
- 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 иж бүрэн баталгаажуулалт, боловсруулалтад дахин дахин 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. жүрж.
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 судалгаанд эрдэмтэд том итгэл найдварТэд ELSA төсөлд томилогдсон: таталцлын талбайн бага зэргийн эвдрэлийг илрүүлэх чадвартай, 5 сая км орчим гартай аварга том тойрог замын интерферометрийг бий болгох. 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.
Манай ертөнцийн дараах анхны мөчүүдийн талаар хэлж чадах таталцлын цацрагийг судлах Том тэсрэлт, илүү мэдрэмтгий сансрын хэрэгсэл шаардлагатай болно. Ийм төсөл байдаг ( Их тэсрэлтийн ажиглагч), гэхдээ шинжээчдийн үзэж байгаагаар үүнийг 30-40 жилийн дараа хэрэгжүүлэх боломжтой.
Гараа даллавал таталцлын долгион орчлон ертөнц даяар гүйнэ.
С.Попов, М.Прохоров. Орчлон ертөнцийн хий үзэгдэл долгион
Астрофизикийн шинжлэх ухаанд олон арван жил хүлээгдэж байсан нэгэн үйл явдал боллоо. Хагас зуун жилийн эрэл хайгуулын үр дүнд Эйнштейний зуун жилийн өмнө таамаглаж байсан таталцлын долгион, орон зай цаг хугацааны чичиргээ эцэст нь нээгдэв. 2015 оны 9-р сарын 14-ний өдөр сайжруулсан LIGO ажиглалтын төв нь ойролцоогоор 1.3 тэрбум гэрлийн жилийн зайд орших алс холын галактикт 29 ба 36 нарны масстай хоёр хар нүх нийлснээр үүссэн таталцлын долгионыг илрүүлжээ. Таталцлын долгионы одон орон судлал нь физикийн бүрэн эрхт салбар болсон; тэр бидэнд нээлттэй шинэ замОрчлон ертөнцийг ажиглаж, хүчтэй таталцлын урьд өмнө хүрч чадаагүй нөлөөг судлах боломжийг бидэнд олгоно.
Таталцлын долгион
Та таталцлын янз бүрийн онолыг гаргаж болно. Ньютоны хууль гэсэн ганцхан илрэлээр хязгаарлагдах юм бол тэдгээр нь бүгд бидний ертөнцийг адилхан сайн дүрслэх болно. бүх нийтийн таталцал. Гэхдээ жинлүүр дээр туршилтаар туршиж үзсэн бусад, илүү нарийн таталцлын нөлөө байдаг нарны систем, мөн тэд тодорхой нэг онолыг зааж өгдөг - харьцангуйн ерөнхий онол (GR).
Харьцангуйн ерөнхий онол бол зүгээр нэг томъёоны багц биш, энэ нь таталцлын мөн чанарын үндсэн үзэл юм. Хэрэв ердийн физикийн хувьд орон зай нь зөвхөн арын дэвсгэр, физик үзэгдлийн сав болж үйлчилдэг бол GTR-д энэ нь өөрөө үзэгдэл болж, GTR хуулийн дагуу өөрчлөгддөг динамик хэмжигдэхүүн болдог. Гөлгөр дэвсгэртэй харьцуулахад орон зай-цаг хугацааны эдгээр гажуудал буюу геометрийн хэлээр орон-цаг хугацааны хэмжүүрийн гажуудал нь таталцлын хүч мэт мэдрэгддэг. Товчхондоо харьцангуйн ерөнхий онол таталцлын геометрийн гарал үүслийг илчилдэг.
Харьцангуйн ерөнхий онол нь таталцлын долгион гэсэн чухал таамаглалтай. Эдгээр нь орон зай-цаг хугацааны гажуудал бөгөөд "эх сурвалжаас салж", өөрийгөө тэтгэж, холдох чадвартай. Энэ бол өөрөө таталцал, хэний ч биш, өөрийнх нь юм. Альберт Эйнштейн эцэст нь 1915 онд харьцангуйн ерөнхий онолыг томъёолсон бөгөөд түүний гаргаж авсан тэгшитгэлүүд ийм долгион байх боломжтой гэдгийг бараг тэр даруй ойлгосон.
Аливаа шударга онолын нэгэн адил харьцангуйн ерөнхий онолын ийм тодорхой таамаглалыг туршилтаар баталгаажуулах ёстой. Аливаа хөдөлж буй бие нь таталцлын долгионыг ялгаруулж болно: гаригууд, дээш шидсэн чулуу эсвэл гарын долгион. Гэсэн хэдий ч асуудал нь үүнд оршдог таталцлын харилцан үйлчлэлтийм ч сул дорой туршилтын байгууламжуудэнгийн "ялгаруулагч" -аас таталцлын долгионы ялгаралтыг анзаарах чадваргүй.
Хүчтэй долгионыг "хөөх" тулд та орон зай-цаг хугацааг ихээхэн гажуудуулах хэрэгтэй. Төгс сонголт- хоёр хар нүх бие биенээ тойрон эргэлдэж, ойролцоох зайд бүжиглэж байна таталцлын радиус(Зураг 2). Метрийн гажуудал нь маш хүчтэй байх тул энэ хосын энергийн мэдэгдэхүйц хэсэг нь таталцлын долгионд ялгарах болно. Эрчим хүчээ алдаж, хосууд ойртож, илүү хурдан эргэлдэж, хэмжигдэхүүнийг улам бүр гажуудуулж, илүү хүчтэй таталцлын долгион үүсгэх болно - эцэст нь энэ хосын бүх таталцлын талбарт эрс өөрчлөлт гарч, хоёр хар нүх нэгдэх хүртэл. нэг.
Хар нүхнүүдийн нэгдэл нь асар их хүч чадлын тэсрэлт боловч зөвхөн энэ бүх ялгарах энерги гэрэлд биш, бөөмс биш, харин сансар огторгуйн чичиргээнд ордог. Ялгарах энерги нь мэдэгдэхүйц хэсэг байх болно анхны массхар нүхнүүд, энэ цацраг нь секундын дотор цацагдах болно. Үүнтэй төстэй хэлбэлзэл нь нейтрон оддын нэгдлээс үүсэх болно. Бага зэрэг сул таталцлын долгионы энерги ялгарах нь суперновагийн цөм нурах зэрэг бусад процессуудыг дагалддаг.
Хоёр авсаархан объектын нэгдлээс үүссэн таталцлын долгион нь маш тодорхой, сайн тооцоолсон дүр төрхтэй бөгөөд үүнийг Зураг дээр үзүүлэв. 3. Хэлбэлзлийн үеийг тогтоосон тойрог замын хөдөлгөөнбие биенээ тойрсон хоёр объект. Таталцлын долгион нь энергийг зөөдөг; Үүний үр дүнд объектууд хоорондоо ойртож, илүү хурдан эргэлддэг - энэ нь хэлбэлзлийн хурдатгал болон далайц нэмэгдэхэд хоёуланд нь харагддаг. Хэзээ нэгэн цагт нэгдэл үүсч, сүүлчийн хүчтэй долгион гарч, дараа нь өндөр давтамжийн "цагираг" дагалддаг ( дуугарах) - үүссэн хар нүхний чичиргээ нь бүх бөмбөрцөг бус гажуудлыг "шиддэг" (энэ үе шатыг зураг дээр харуулаагүй болно). Энэхүү онцлог шинж чанарыг мэдэх нь физикчдэд маш их чимээ шуугиантай детекторын өгөгдөлд ийм нэгдлийн сул дохиог хайхад тусалдаг.
Орон зай-цаг хугацааны хэмжигдэхүүн дэх хэлбэлзэл - асар том дэлбэрэлтийн таталцлын долгионы цуурай нь эх үүсвэрээс бүх чиглэлд орчлон ертөнц даяар тархах болно. Тэдний далайц нь цэгийн эх үүсвэрийн гэрэлтэлт нь түүнээс холдох тусам буурдагтай адил зайнаас багасдаг. Алс холын галактикаас дэлбэрэлт Дэлхийд хүрэхэд хэмжигдэхүүнүүдийн хэлбэлзэл нь 10-22 ба түүнээс ч бага байх болно. Өөрөөр хэлбэл бие биенээсээ бие биенээсээ хамааралгүй биетүүдийн хоорондын зай үе үе нэмэгдэж, ийм харьцангуй хэмжээгээр багасах болно.
Энэ тооны дарааллыг масштабын үүднээс авч үзэхэд хялбар байдаг (V. M. Липуновын нийтлэлийг үзнэ үү). Нейтрон одод эсвэл оддын массын хар нүхнүүд нэгдэх үед тэдгээрийн хажууд байгаа хэмжүүрийн гажуудал нь маш том буюу 0.1-ийн дараалалд байдаг тул таталцал хүчтэй байдаг. Ийм ноцтой гажуудал нь эдгээр объектын хэмжээ, өөрөөр хэлбэл хэдэн километрийн дарааллаар газар нутагт нөлөөлдөг. Эх үүсвэрээс холдох тусам хэлбэлзлийн далайц нь зайтай урвуу хамааралтайгаар буурдаг. Энэ нь 100 Mpc = 3·10 21 км-ийн зайд хэлбэлзлийн далайц 21 магнитудын дарааллаар буурч, ойролцоогоор 10 −22 болно гэсэн үг юм.
Мэдээжийн хэрэг, хэрэв нэгдэл манай гэр галактикт тохиолдвол Дэлхийд хүрэх орон зай-цаг хугацааны чичиргээ илүү хүчтэй болно. Гэхдээ ийм үйл явдал хэдэн мянган жилд нэг удаа тохиолддог. Тиймээс та зөвхөн хэдэн араваас хэдэн зуун мегапарсекийн зайд нейтрон одод эсвэл хар нүхний нэгдлийг мэдрэх чадвартай детекторт л найдаж болно, энэ нь олон мянга, сая галактикуудыг хамарна гэсэн үг юм.
Энд нэмж хэлэхэд таталцлын долгион байгаагийн шууд бус шинж тэмдэг аль хэдийн илэрсэн бөгөөд 1993 онд Физикийн Нобелийн шагнал хүртэж байсан. PSR B1913+16 хоёртын систем дэх пульсарын урт хугацааны ажиглалтууд нь таталцлын цацрагаас үүдэлтэй энергийн алдагдлыг тооцож үзэхэд тойрог замын хугацаа харьцангуй ерөнхий онолын таамаглаж байсантай яг ижил хурдаар буурдаг болохыг харуулсан. Энэ шалтгааны улмаас эрдэмтдийн бараг хэн нь ч таталцлын долгионы бодит байдалд эргэлздэггүй; Ганц асуулт бол тэднийг яаж барих вэ.
Хайлтын түүх
Таталцлын долгионыг хайх ажил хагас зуун жилийн өмнө эхэлсэн бөгөөд бараг тэр даруйдаа сенсаци болж хувирав. Мэрилэндийн их сургуулийн Жозеф Вебер анхны резонансын детекторыг зохион бүтээсэн: хажуу талдаа мэдрэмтгий пьезоэлектрик мэдрэгч бүхий, гаднах чичиргээнээс сайн чичиргээ тусгаарладаг хоёр метрийн цул хөнгөн цагаан цилиндр (Зураг 4). Таталцлын долгион өнгөрөхөд цилиндр нь орон зай-цаг хугацааны гажуудалтай цуурайтдаг бөгөөд үүнийг мэдрэгч бүртгэх ёстой. Вебер хэд хэдэн ийм детектор бүтээж, 1969 онд нэг хуралдааны үеэр тэдгээрийн уншилтад дүн шинжилгээ хийсний дараа тэрээр "таталцлын долгионы дууг" бие биенээсээ хоёр километрийн зайтай хэд хэдэн мэдрэгч дээр нэгэн зэрэг бүртгэсэн гэдгээ шууд хэлсэн (Ж. Вебер, 1969). Таталцлын цацрагийг илрүүлэх нотолгоо). Түүний зарласан хэлбэлзлийн далайц нь 10-16 гэсэн дарааллаар гайхалтай том, өөрөөр хэлбэл ердийн хүлээгдэж буй утгаас сая дахин их болсон. Веберийн захиасыг шинжлэх ухааны нийгэмлэг ихээхэн эргэлзээтэй хүлээж авсан; Түүгээр ч барахгүй ижил төстэй детектороор зэвсэглэсэн бусад туршилтын бүлгүүд дараа нь ижил төстэй дохиог барьж чадахгүй байв.
Гэсэн хэдий ч Веберийн хүчин чармайлт энэ бүхэл бүтэн судалгааны талбарт түлхэц өгч, долгионыг хайж эхэлсэн. 1970-аад оноос хойш Москвагийн Улсын Их Сургуулийн Владимир Брагинский болон түүний мэргэжил нэгт нөхдийн хүчин чармайлтаар ЗХУ мөн энэ уралдаанд орсон (таталцлын долгионы дохио байхгүй байгааг харна уу). Хэрвээ охин нүхэнд унавал... гэсэн зохиолд тэр үеийн тухай сонирхолтой түүх бий. Дашрамд хэлэхэд Брагинский бол квант оптик хэмжилтийн бүхэл бүтэн онолын сонгодог бүтээлүүдийн нэг юм; Тэрээр оптик хэмжилтийн гол хязгаарлалт болох стандарт квант хэмжилтийн хязгаарын тухай ойлголтыг анх гаргаж ирсэн бөгөөд тэдгээрийг зарчмын хувьд хэрхэн даван туулж болохыг харуулсан. Веберийн резонансын хэлхээг сайжруулж, угсралтын гүн хөргөлтийн ачаар дуу чимээ эрс багассан (эдгээр төслүүдийн жагсаалт, түүхийг үзнэ үү). Гэсэн хэдий ч ийм бүх металл илрүүлэгчийн нарийвчлал нь хүлээгдэж буй үйл явдлыг найдвартай илрүүлэхэд хангалтгүй хэвээр байсан бөгөөд үүнээс гадна тэд зөвхөн килогерц орчимд маш нарийн давтамжийн мужид цуурайтахаар тохируулагдсан байв.
Нэгээс олон цуурайтаж буй объектыг ашигласан боловч хоёр толь гэх мэт хоорондоо хамааралгүй, бие даасан дүүжлэгдсэн хоёр биетийн хоорондох зайг хянадаг детекторууд илүү ирээдүйтэй мэт санагдсан. Таталцлын долгионы улмаас үүссэн орон зайн чичиргээнээс болж толь хоорондын зай бага зэрэг том эсвэл бага байх болно. Түүнээс гадна гар нь урт байх тусам өгөгдсөн далайцтай таталцлын долгионы үнэмлэхүй шилжилт их байх болно. Эдгээр чичиргээг толин тусгалуудын хооронд гүйх лазер туяагаар мэдэрч болно. Ийм схем нь 10 герцээс 10 килогерц хүртэлх өргөн хүрээний давтамжийн хэлбэлзлийг илрүүлэх чадвартай бөгөөд энэ нь хос нейтрон од эсвэл оддын масстай хар нүхнүүд ялгарах хүрээ юм.
Мишельсоны интерферометр дээр суурилсан энэхүү санааны орчин үеийн хэрэгжилт нь иймэрхүү харагдаж байна (Зураг 5). Толин тусгалуудыг хоёр урт, хэдэн километрийн урттай, бие биенээсээ перпендикуляр вакуум камерт өлгөдөг. Суурилуулалтын үүдэнд лазер туяа хуваагдаж, хоёр танхимаар дамжин өнгөрч, толин тусгалаас ойж, буцаж ирээд тунгалаг толинд дахин нэгддэг. Оптик системийн чанарын хүчин зүйл нь туйлын өндөр тул лазер туяа нь нэг удаа нааш цааш дамжихгүй, харин энэхүү оптик резонаторт удаан хугацаагаар үлддэг. "Чимээгүй" төлөвт хоёр цацраг дахин нийлсний дараа мэдрэгчийн чиглэлд бие биенээ цуцалж, дараа нь фотодетектор бүрэн сүүдэрт байхаар уртыг сонгоно. Гэвч таталцлын долгионы нөлөөн дор толин тусгалууд микроскопийн зайд шилжих үед хоёр цацрагийн нөхөн олговор бүрэн бус болж, фотодетектор гэрлийг барьж авдаг. Мөн офсет илүү хүчтэй байх тусам гэрэл мэдрэгч илүү тод гэрэлтэх болно.
"Микроскоп нүүлгэн шилжүүлэлт" гэсэн үгс нь үр нөлөөний нарийн мэдрэмжийг илэрхийлэхэд ойртдоггүй. Толин тусгалуудыг гэрлийн долгионы уртаар, өөрөөр хэлбэл микроноор солих нь ямар ч заль мэхгүйгээр ч анзаарагдахад хялбар байдаг. Харин гарны урт 4 км бол энэ нь 10-10 далайцтай орон зай-цаг хугацааны хэлбэлзэлтэй тохирч байна. Толин тусгалуудыг атомын диаметрээр нүүлгэж байгааг анзаарах нь бас асуудал биш юм - энэ нь хэдэн мянган удаа нааш цааш гүйж, хүссэн фазын шилжилтийг олж авах лазер туяаг асаахад хангалттай. Гэхдээ энэ нь мөн дээд тал нь 10 -14-ийг өгдөг. Мөн бид шилжилтийн хэмжүүрээс хэдэн сая дахин буурах хэрэгтэй, өөрөөр хэлбэл толин тусгал шилжилтийг нэг атомаар ч биш, харин атомын цөмийн мянганы нэгээр бүртгэж сурах хэрэгтэй!
Энэхүү гайхалтай технологид хүрэх замд физикчид олон бэрхшээлийг даван туулах шаардлагатай болсон. Тэдгээрийн зарим нь зөвхөн механик шинж чанартай байдаг: гаднах чичиргээнээс аль болох ангижрахын тулд та өөр суспенз дээр өлгөгдсөн, гурав дахь дүүжлүүр гэх мэт том толь өлгөх хэрэгтэй. Бусад асуудлууд нь мөн багажийн шинж чанартай боловч оптик юм. Жишээлбэл, оптик системд эргэлдэж буй цацраг нь илүү хүчтэй байх тусам толин тусгалуудын шилжилтийг гэрэл мэдрэгч илрүүлж болно. Гэхдээ хэт хүчтэй цацраг нь оптик элементүүдийг жигд бус халаах бөгөөд энэ нь цацрагийн шинж чанарт сөргөөр нөлөөлнө. Энэ нөлөөг ямар нэгэн байдлаар нөхөх ёстой бөгөөд үүний тулд 2000-аад онд энэ сэдвээр бүхэл бүтэн судалгааны хөтөлбөрийг эхлүүлсэн (энэ судалгааны талаархи түүхийг "Өндөр мэдрэмтгий таталцлын долгион илрүүлэгч рүү хүрэх замд саад тотгорыг даван туулах тухай мэдээг үзнэ үү" ”, 2006-06-27). Эцэст нь, хөндий дэх фотонуудын квант үйлдэл, тодорхойгүй байдлын зарчимтай холбоотой үндсэн физик хязгаарлалтууд байдаг. Тэд мэдрэгчийн мэдрэмжийг стандарт квант хязгаар гэж нэрлэдэг утгыг хязгаарладаг. Гэсэн хэдий ч физикчид лазерын гэрлийн ухаалгаар бэлтгэсэн квант төлөвийг ашиглан үүнийг даван туулж сурсан (J. Aasi et al., 2013. Гэрлийн шахагдсан төлөвийг ашиглан LIGO таталцлын долгион илрүүлэгчийн мэдрэг чанарыг сайжруулсан).
Таталцлын долгионы төлөөх уралдаанд оролцдог бүхэл бүтэн жагсаалтулс орнууд; Орос улс Баксан обсерваторид өөрийн гэсэн суурилуулалттай бөгөөд энэ тухай Дмитрий Завилгельскийн алдартай шинжлэх ухааны баримтат кинонд дүрсэлсэн байдаг. "Долгион ба бөөмсийг хүлээж байна". Энэ уралдааны удирдагчид нь одоо Америкийн LIGO төсөл ба Италийн Virgo илрүүлэгч гэсэн хоёр лаборатори юм. LIGO нь Ханфорд (Вашингтон муж) болон Ливингстон (Луизиана) хотуудад байрладаг бөгөөд бие биенээсээ 3000 км-ийн зайд тусгаарлагдсан хоёр ижил мэдрэгчтэй. Хоёр тохиргоотой байх нь хоёр шалтгааны улмаас чухал юм. Нэгдүгээрт, дохиог хоёр мэдрэгч нэгэн зэрэг харсан тохиолдолд л бүртгэгдсэн гэж үзнэ. Хоёрдугаарт, хоёр суурилуулалтад таталцлын долгионы ирэлтийн зөрүүгээр - энэ нь 10 миллисекунд хүрч чаддаг - энэ дохио тэнгэрийн аль хэсгээс ирснийг ойролцоогоор тодорхойлох боломжтой. Үнэн, хоёр детектортой бол алдаа маш их байх болно, гэхдээ Virgo ашиглалтад ороход нарийвчлал мэдэгдэхүйц нэмэгдэх болно.
Хатуухан хэлэхэд таталцлын долгионыг интерферометрээр илрүүлэх санааг анх дэвшүүлсэн. Зөвлөлтийн физикчидМ.Е.Герценштейн, В.И.Пустовойт нар 1962 онд. Тэр үед лазерыг дөнгөж зохион бүтээж байсан бөгөөд Вебер өөрийн резонансын мэдрэгчийг бүтээж эхэлжээ. Гэвч энэ нийтлэл барууныханд анзаарагдсангүй, үнэнийг хэлэхэд хөгжилд нөлөөлсөнгүй бодит төслүүд(см. түүхэн тоймТаталцлын долгион илрүүлэх физик: резонансын болон интерферометрийн детекторууд).
LIGO таталцлын ажиглалтын газрыг байгуулах нь Массачусетсийн Технологийн Институт (MIT) болон Калифорнийн Технологийн Институт (Калтех) гурван эрдэмтний санаачилга юм. Эдгээр нь интерферометрийн таталцлын долгионы детекторын санааг хэрэгжүүлсэн Райнер Вайсс, илрүүлэхэд хангалттай лазер гэрлийн тогтвортой байдлыг олж авсан Рональд Древер, одоо олон нийтэд сайн танигдсан төслийн онолч Кип Торн нар юм. "Intersllar" киноны шинжлэх ухааны зөвлөхөөр. Та LIGO-ийн эхэн үеийн түүхийн талаар Райнер Вайстай саяхан хийсэн ярилцлага болон Жон Прескилийн дурсамжаас уншиж болно.
Таталцлын долгионыг интерферометрээр илрүүлэх төсөлтэй холбоотой үйл ажиллагаа 1970-аад оны сүүлээр эхэлсэн бөгөөд эхэндээ олон хүмүүс энэ ажлыг хэрэгжүүлэх боломжтой гэдэгт эргэлзэж байв. Гэсэн хэдий ч хэд хэдэн анхны загваруудыг үзүүлсний дараа одоогийн LIGO загварыг бичиж, батлав. Энэ нь 20-р зууны сүүлийн арван жилд баригдсан.
Хэдийгээр төслийн анхны түлхэц нь АНУ-аас ирсэн ч LIGO бол үнэхээр юм олон улсын төсөл. Үүнд 15 улс санхүүгийн болон оюуны хөрөнгө оруулалт хийсэн бөгөөд мянга гаруй хүн хамтын ажиллагааны гишүүн юм. Төслийг хэрэгжүүлэхэд Зөвлөлт ба чухал үүрэг гүйцэтгэсэн Оросын физикчид. LIGO төслийг хэрэгжүүлэхэд Москвагийн Улсын Их Сургуулийн Владимир Брагинскийн аль хэдийн дурдсан бүлэг эхнээсээ идэвхтэй оролцож, дараа нь Нижний Новгородын Хэрэглээний Физикийн Хүрээлэн мөн хамтын ажиллагаанд нэгдсэн.
LIGO ажиглалтын төв нь 2002 онд ажиллаж эхэлсэн бөгөөд 2010 он хүртэл зургаан удаа шинжлэх ухааны ажиглалтын хуралдаан зохион байгуулжээ. Таталцлын долгионы тэсрэлт найдвартай илрээгүй бөгөөд физикчид зөвхөн ийм үйл явдлын давтамжийн дээд хязгаарыг тогтоох боломжтой байв. Гэсэн хэдий ч энэ нь тэднийг тийм ч их гайхшруулсангүй: детекторын "сонсож" байсан орчлон ертөнцийн энэ хэсэгт хангалттай хүчтэй сүйрлийн магадлал бага байсан: ойролцоогоор хэдэн арван жилд нэг удаа.
Барианы шугам
2010-2015 онуудад LIGO болон Virgo-ийн хамтын ажиллагаа нь тоног төхөөрөмжийг эрс шинэчилсэн (Гэхдээ Virgo бэлтгэлийн шатандаа байгаа). Тэгээд одоо удаан хүлээсэн бай шууд харагдана. LIGO - эс тэгвээс aLIGO ( Нарийвчилсан LIGO) - одоо 60 мегапарсекийн зайд нейтрон од, хар нүхнүүд хэдэн зуун мегапарсекийн зайд үүссэн тэсрэлтийг барихад бэлэн байв. Таталцлын долгионы сонсоход нээлттэй Орчлон ертөнцийн эзлэхүүн өмнөх хуралдаануудтай харьцуулахад арав дахин нэмэгдсэн байна.
Дараагийн таталцлын долгионы тэсрэлт хэзээ, хаана болохыг таамаглах боломжгүй нь мэдээж. Гэхдээ шинэчлэгдсэн детекторуудын мэдрэмтгий чанар нь жилд хэд хэдэн нейтрон оддын нийлэлтийг тооцох боломжтой болсон тул эхний дөрвөн сарын ажиглалтын хуралдааны үеэр анхны дэлбэрэлтийг аль хэдийн хүлээж байсан. Хэрэв бид хэдэн жил үргэлжилсэн бүхэл бүтэн aLIGO төслийн талаар ярих юм бол шийдвэр нь маш тодорхой байсан: тэсрэлтүүд ар араасаа унах болно, эсвэл ерөнхий харьцангуйн ямар нэг зүйл үндсэндээ ажиллахгүй байна. Аль аль нь том нээлт болно.
2015 оны 9-р сарын 18-наас 2016 оны 1-р сарын 12-ны хооронд aLIGO-ийн ажиглалтын анхны хуралдаан боллоо. Энэ бүх хугацаанд таталцлын долгионыг бүртгэсэн тухай цуу яриа интернетээр тархсан боловч хамтын ажиллагаа чимээгүй хэвээр байв: "Бид мэдээлэл цуглуулж, дүн шинжилгээ хийж байгаа бөгөөд үр дүнг мэдээлэхэд хараахан бэлэн болоогүй байна." Шинжилгээний явцад хамтын ажиллагааны гишүүд өөрсдөө жинхэнэ таталцлын долгионыг харж байгаа гэдэгт бүрэн итгэлтэй байж чадахгүй байгаа нь нэмэлт сонирхол татсан юм. LIGO-д компьютерийн үүсгэсэн тэсрэлтийг хааяа бодит мэдээллийн урсгалд зохиомлоор оруулдаг нь баримт юм. Үүнийг "сохор тарилга" гэж нэрлэдэг бөгөөд бүх бүлгээс зөвхөн гурван хүн (!) үүнийг дур мэдэн гүйцэтгэдэг системд хандах боломжтой. Баг нь энэ өсөлтийг хянаж, хариуцлагатай дүн шинжилгээ хийх ёстой бөгөөд зөвхөн дээд тал нь сүүлийн үе шатууд"Хөрзүүд илчлэв" гэсэн дүн шинжилгээ хийж, хамтын ажиллагааны гишүүд энэ нь бодит үйл явдал уу эсвэл сонор сэрэмжийн шалгалт уу гэдгийг олж мэдэх болно. Дашрамд дурдахад, 2010 онд ийм нэгэн тохиолдлоор нийтлэл бичих хэмжээнд хүрсэн боловч илрүүлсэн дохио нь зүгээр л "сохор чихмэл" болж хувирсан.
Уянгын ухралт
Энэ мөчийн баяр ёслолыг дахин мэдрэхийн тулд би энэ түүхийг нөгөө талаас, шинжлэх ухааны дотоод талаас нь харахыг санал болгож байна. Хэцүү үед, боломжгүй үед шинжлэх ухааны асуудалхэдэн жилийн турш бууж өгдөггүй - энэ бол ердийн ажлын мөч юм. Нэгээс олон үе өгөөж өгөхгүй бол огт өөрөөр ойлгогддог.
Сургуулийн сурагч байхдаа та шинжлэх ухааны алдартай ном уншиж, шийдвэрлэхэд хэцүү, гэхдээ аймшигтай сонирхолтой шинжлэх ухааны оньсоготой танилцдаг. Оюутан байхдаа та физикийн чиглэлээр суралцаж, илтгэл тавьж, заримдаа тохиромжтой ч бай, үгүй ч бай эргэн тойрныхоо хүмүүс танд түүний оршин байгааг сануулдаг. Дараа нь та өөрөө шинжлэх ухаан хийж, физикийн өөр чиглэлээр ажилладаг, гэхдээ үүнийг шийдэх амжилтгүй оролдлогуудын талаар байнга сонсдог. Мэдээжийн хэрэг, та хаа нэгтээ ямар нэг зүйл болж байгааг ойлгож байна идэвхтэй ажилтүүний шийдвэрийн дагуу, гэхдээ хөндлөнгийн хүний хувьд эцсийн үр дүн өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Асуудлыг статик дэвсгэр, чимэглэл, физикийн мөнхийн, бараг өөрчлөгдөөгүй элемент гэж таны шинжлэх ухааны амьдралын хэмжүүр гэж үздэг. Үргэлж байсан, байх ч ажил шиг.
Тэгээд дараа нь - тэд үүнийг шийддэг. Гэнэт, хэдэн өдрийн масштабаар та дэлхийн физик дүр төрх өөрчлөгдсөнийг мэдэрч, одоо үүнийг өөр нэр томъёогоор томъёолж, өөр асуулт асуух ёстой.
Таталцлын долгионыг хайж байгаа хүмүүсийн хувьд энэ даалгавар мэдээж өөрчлөгдөөгүй. Тэд зорилгоо хардаг, юунд хүрэх ёстойг мэддэг. Мэдээжийн хэрэг, байгаль тэднийг хагас замд нь угтаж, ойр орчмын галактикт хүчтэй цацрах болно гэж найдаж байгаа ч тэр үед байгаль нь тийм ч их дэмжлэг үзүүлэхгүй байсан ч эрдэмтэдээс нуугдаж чадахгүй гэдгийг тэд ойлгож байна. . Тэд техникийн зорилгодоо яг хэзээ хүрч чадах вэ гэдэг цорын ганц асуулт юм. Хэдэн арван жилийн турш таталцлын долгионыг хайж байсан хүний энэ мэдрэмжийн тухай түүхийг аль хэдийн дурдсан киноноос сонсож болно. "Долгион ба бөөмсийг хүлээж байна".
Нээлт
Зураг дээр. 7 харуулав гол үр дүн: хоёр детекторын тэмдэглэсэн дохионы профайл. Дуу чимээний арын дэвсгэр дээр хэлбэлзэл нь эхлээд сул харагдаж, дараа нь далайц, давтамж нэмэгдэж байгааг харж болно. хүссэн хэлбэр. Тоон симуляцийн үр дүнтэй харьцуулах нь ямар объектууд нэгдэж байгааг олж мэдэх боломжтой болсон: эдгээр нь ойролцоогоор 36 ба 29 нарны масстай хар нүхнүүд байсан бөгөөд тэдгээр нь 62 нарны масстай нэг хар нүхэнд нийлсэн (алдаа эдгээр бүх тоо 90 хувьтай тэнцэж байна итгэлийн интервал, 4 нарны масс). Үүссэн хар нүх нь урьд өмнө ажиглагдсан хамгийн хүнд оддын масстай хар нүх болохыг зохиогчид тэмдэглэжээ. Анхны хоёр биет болон эцсийн хар нүхний нийт массын зөрүү нь нарны масс 3±0.5 байна. Энэхүү таталцлын массын согогийг 20 миллисекунд орчимд ялгарах таталцлын долгионы энерги болон бүрэн хувиргасан. Тооцооллоор таталцлын долгионы оргил хүч 3.6·10 56 эрг/с буюу массын хувьд ойролцоогоор 200 нарны масс/секундэд хүрсэн байна.
Илэрсэн дохионы статистик ач холбогдол нь 5.1σ байна. Өөрөөр хэлбэл, эдгээр статистик хэлбэлзэл нь хоорондоо давхцаж, санамсаргүй тохиолдлоор ийм тэсрэлт үүсгэсэн гэж үзвэл ийм үйл явдал 200 мянган жил хүлээх шаардлагатай болно. Энэ нь илрүүлсэн дохио нь хэлбэлзэл биш гэдгийг итгэлтэйгээр хэлэх боломжийг бидэнд олгодог.
Хоёр детекторын хоорондох хугацааны саатал ойролцоогоор 7 миллисекунд байв. Энэ нь дохио ирэх чиглэлийг тооцоолох боломжтой болсон (Зураг 9). Зөвхөн хоёр детектор байдаг тул нутагшуулалт нь маш ойролцоо болсон: параметрийн хувьд тохиромжтой селестиел бөмбөрцгийн бүс нь 600 квадрат градус юм.
LIGO-ийн хамтын ажиллагаа нь зөвхөн таталцлын долгионыг бүртгэх баримтыг хэлэхээр хязгаарлагдахгүй, мөн энэхүү ажиглалт нь астрофизикт үзүүлэх нөлөөллийн анхны шинжилгээг хийсэн. Тухайн өдөр сэтгүүлд нийтлэгдсэн GW150914 хоёртын хар нүхний нэгдлийн астрофизик үр дагавар гэсэн өгүүлэлд Астрофизикийн сэтгүүлийн захидал, зохиогчид ийм хар нүхний нэгдэх давтамжийг тооцоолсон. Үүний үр дүнд жилд нэг шоо гигапарсек тутамд дор хаяж нэг нэгдэх нь энэ талаар хамгийн өөдрөг загваруудын таамаглалтай нийцэж байна.
Таталцлын долгион танд юу хэлэх вэ?
Олон арван жилийн эрэл хайгуулын үр дүнд шинэ үзэгдлийн нээлт нь төгсгөл биш, харин физикийн шинэ салбарын эхлэл юм. Мэдээжийн хэрэг, хоёр харын нэгдлээс үүсэх таталцлын долгионыг бүртгэх нь өөрөө чухал юм. Энэ шууд нотолгоомөн хар нүх, давхар хар нүх, таталцлын долгионы бодит байдал, ерөнхийдөө харьцангуйн ерөнхий онол үндэслэсэн таталцлын геометрийн хандлага зөв байдгийн баталгаа. Гэхдээ физикчдийн хувьд таталцлын долгионы одон орон судлал нь судалгааны шинэ хэрэгсэл болж, урьд өмнө нь боломжгүй байсан зүйлийг судлах боломжтой болж байгаа нь үнэ цэнэтэй зүйл биш юм.
Нэгдүгээрт, энэ бол орчлон ертөнцийг үзэх, сансрын сүйрлийг судлах шинэ арга юм. Таталцлын долгионы хувьд ямар ч саад бэрхшээл байхгүй; Тэд бие даасан байдаг: тэдний профайл нь тэднийг төрүүлсэн үйл явцын талаархи мэдээллийг агуулдаг. Эцэст нь хэлэхэд, хэрэв нэг том дэлбэрэлт нь оптик, нейтрино, таталцлын тэсрэлт үүсгэдэг бол бид бүгдийг нь барьж, бие биетэйгээ харьцуулж, тэнд юу болсон талаар урьд өмнө нь олж чадаагүй нарийн ширийн зүйлийг ойлгохыг оролдож болно. Нэг үйл явдлын ийм өөр өөр дохиог барьж, харьцуулах чадвартай байх нь бүх дохионы одон орон судлалын гол зорилго юм.
Таталцлын долгионы детекторууд илүү мэдрэмтгий болох үед орон зай-цаг хугацааны чичиргээг нэгдэх мөчид биш, харин түүнээс хэдхэн секундын өмнө илрүүлэх боломжтой болно. Тэд анхааруулах дохиогоо ажиглалтын станцуудын ерөнхий сүлжээнд автоматаар илгээх бөгөөд астрофизикийн дуран хиймэл дагуулууд санал болгож буй нэгдэх координатыг тооцоолж, эдгээр секундын дотор эргэх цагтай болно. зөв чиглэлдмөн оптик тэсрэлт эхлэхээс өмнө тэнгэрт буудаж эхэлнэ.
Хоёрдугаарт, таталцлын долгионы тэсрэлт нь нейтрон оддын талаар шинэ зүйлийг сурах боломжийг бидэнд олгоно. Нейтрон оддын нэгдэл нь үнэн хэрэгтээ нейтрон одод дээр хийсэн хамгийн сүүлийн үеийн туршилт бөгөөд байгаль бидний төлөө хийж чадах хамгийн эрс тэс туршилт бөгөөд үзэгчдийн хувьд бид зөвхөн үр дүнг нь ажиглах хэрэгтэй болно. Ийм нэгдлийн ажиглалтын үр дагавар нь янз бүр байж болно (Зураг 10), тэдгээрийн статистикийг цуглуулснаар бид нейтрон оддын ийм чамин орчин дахь зан төлөвийг илүү сайн ойлгож чадна. Шүүмж одоогийн байдалэнэ чиглэлийн тохиолдлуудыг С. Россвог, 2015 оны сүүлийн үеийн хэвлэлээс олж болно. Авсаархан хоёртын нэгдлийн олон мессенжерийн зураг.
Гуравдугаарт, суперновагаас үүссэн тэсрэлтийг бүртгэж, оптик ажиглалттай харьцуулах нь сүйрлийн эхэн үед дотор нь юу болж байгааг нарийвчлан ойлгох боломжийг олгоно. Одоо физикчид энэ үйл явцыг тоон загварчлахад бэрхшээлтэй хэвээр байна.
Дөрөвдүгээрт, таталцлын онолд хамрагдсан физикчдэд хүчтэй таталцлын нөлөөг судлах "лаборатори" бий. Өнөөдрийг хүртэл харьцангуйн ерөнхий онолын бүх үр нөлөө нь таталцалтай холбоотой байв сул талбарууд. Сансар огторгуйн сүйрлийн оптик цуурайгаар дамжуулан орон зай-цаг хугацааны гажуудал өөртэйгөө хүчтэй харилцан үйлчилж эхлэхэд хүчтэй таталцлын нөхцөлд юу болдгийг бид таамаглаж чадна.
Тавдугаарт, таталцлын чамин онолыг шалгах шинэ боломж бий. Орчин үеийн физикт ийм онолууд аль хэдийн олон байдаг, жишээлбэл, А.Н.Петровын алдартай "Таталцал" номноос тэдэнд зориулсан бүлгийг үзнэ үү. Эдгээр онолуудын зарим нь сул талбарын хязгаарт харьцангуйн ерөнхий онолтой төстэй боловч таталцлын хүч маш хүчтэй болоход тэс өөр байж болно. Бусад нь таталцлын долгионы хувьд шинэ төрлийн туйлшрал байгааг хүлээн зөвшөөрч, гэрлийн хурдаас арай өөр хурдыг таамаглаж байна. Эцэст нь нэмэлт орон зайн хэмжээсүүдийг багтаасан онолууд байдаг. Таталцлын долгионд тулгуурлан тэдний талаар юу хэлэх вэ гэдэг нь нээлттэй асуулт боловч эндээс зарим мэдээлэл ашиг олох боломжтой нь ойлгомжтой. Таталцлын долгионыг нээснээр юу өөрчлөгдөх талаар одон орон физикчдийн өөрсдийнх нь санал бодлыг Постнаука сэтгүүлээс уншихыг зөвлөж байна.
Ирээдүйн төлөвлөгөө
Таталцлын долгионы одон орон судлалын хэтийн төлөв хамгийн урам зоригтой байна. Одоо зөвхөн aLIGO детекторын анхны, хамгийн богино ажиглалтын сесс дууссан бөгөөд энэ богино хугацаанд тодорхой дохио илэрсэн байна. Үүнийг хэлэх нь илүү зөв байх болно: анхны дохио нь албан ёсоор эхлэхээс өмнө баригдсан бөгөөд хамтын ажиллагаа нь дөрвөн сарын ажлынхаа талаар хараахан мэдээлээгүй байна. Хэн мэдэх вэ, магадгүй тэнд хэд хэдэн нэмэлт өргөлтүүд байгаа болов уу? Ямар нэг байдлаар, гэхдээ цаашлаад детекторуудын мэдрэмж нэмэгдэж, таталцлын долгионы ажиглалт хийх боломжтой ертөнцийн хэсэг өргөжих тусам бүртгэгдсэн үйл явдлын тоо нуранги шиг өсөх болно.
LIGO-Virgo сүлжээний хүлээгдэж буй сессийн хуваарийг Зураг дээр үзүүлэв. 11. Зургаан сарын хугацаатай хоёр дахь хуралдаан энэ оны сүүлээр эхлэх бөгөөд гурав дахь хуралдаан нь 2018 оныг бараг бүхэлд нь авч, үе шат бүрт детекторын мэдрэмж нэмэгдэнэ. Ойролцоогоор 2020 он гэхэд aLIGO нь төлөвлөсөн мэдрэмждээ хүрэх ёстой бөгөөд энэ нь мэдрэгч нь орчлон ертөнцийг биднээс алслагдсан нейтрон оддын нийлэлтийг 200 Mpc хүртэлх зайд судлах боломжийг олгоно. Илүү эрч хүчтэй хар нүхний нэгдэх үйл явдлуудын хувьд мэдрэмж нь бараг гигапарсек хүрч чаддаг. Ямар нэгэн байдлаар ажиглалт хийх боломжтой Орчлон ертөнцийн хэмжээ эхний сесстэй харьцуулахад хэдэн арван дахин нэмэгдэх болно.
Италийн шинэчлэгдсэн Virgo лаборатори мөн энэ оны сүүлээр ажиллах болно. Түүний мэдрэмж нь LIGO-ээс арай бага боловч нэлээд сайн хэвээр байна. Гурвалжингийн аргын ачаар орон зайд бие биенээсээ хол зайд байрлуулсан гурвалсан детекторууд нь эх үүсвэрийн байрлалыг илүү сайн сэргээх боломжийг олгоно. тэнгэрийн бөмбөрцөг. Хэрэв одоо хоёр детектортой бол нутагшуулах талбай нь хэдэн зуун квадрат градуст хүрвэл гурван мэдрэгч үүнийг хэдэн арван болгож бууруулна. Нэмж дурдахад яг ижил төстэй KAGRA гравитацийн долгионы антенныг Японд барьж байгаа бөгөөд 2-3 жилийн дараа ашиглалтад орох бөгөөд Энэтхэгт 2022 онд LIGO-Энэтхэг детекторыг эхлүүлэхээр төлөвлөж байна. Үүний үр дүнд хэдэн жилийн дараа таталцлын долгион мэдрэгч бүхий бүхэл бүтэн сүлжээ ажиллаж, дохиог тогтмол бүртгэх болно (Зураг 13).
Эцэст нь сансарт таталцлын долгионы хэрэгсэл, ялангуяа eLISA төслийг хөөргөхөөр төлөвлөж байна. Хоёр сарын өмнө анхны туршилтын хиймэл дагуулыг тойрог замд хөөргөсөн бөгөөд түүний даалгавар нь технологиудыг турших явдал юм. Таталцлын долгионыг бодитоор илрүүлэхэд хол байна. Гэвч энэ бүлэг хиймэл дагуулууд мэдээлэл цуглуулж эхлэхэд бага давтамжийн таталцлын долгионоор дамжуулан Орчлон ертөнцөд өөр нэг цонх нээгдэнэ. Таталцлын долгионд хандах энэхүү бүх долгионы арга нь талбайн урт хугацааны гол зорилго юм.
Зэрэгцээ байдал
Таталцлын долгионыг нээсэн нь сүүлийн жилүүдэд гурав дахь удаагаа физикчид бүх саад бэрхшээлийг даван туулж, манай ертөнцийн бүтцийн урьд өмнө мэдэгдээгүй нарийн ширийн зүйлийг олж мэдсэн юм. 2012 онд бараг хагас зуун жилийн өмнө таамаглаж байсан Хиггс бозоныг нээсэн. 2013 онд IceCube нейтрино детектор нь астрофизик нейтриногийн бодит байдлыг нотолж, нейтриногоор дамжуулан цоо шинэ, урьд нь хүртээмжгүй байдлаар "орчлон ертөнцийг харж" эхэлсэн. өндөр энерги. Одоо байгаль дахин хүнд бууж өгөв: орчлон ертөнцийг ажиглах таталцлын долгионы "цонх" нээгдэж, үүний зэрэгцээ хүчтэй таталцлын нөлөөг шууд судлах боломжтой болжээ.
Энд байгалиас заяасан "үнэгүй" зүйл байхгүй гэж хэлэх ёстой. Эрэл маш удаан үргэлжилсэн боловч үр дүнд хүрсэнгүй, учир нь хэдэн арван жилийн өмнө төхөөрөмж эрчим хүч, цар хүрээ, мэдрэмжийн хувьд үр дүнд хүрээгүй. Техникийн бэрхшээл, өнгөрсөн жилүүдийн сөрөг үр дагавраар зогссонгүй, технологийн тогтвортой, зорилтот хөгжил нь зорилгод хүргэсэн юм.
Гурван тохиолдлын хувьд нээлтийн баримт нь төгсгөл биш, харин эсрэгээр судалгааны шинэ чиглэлийн эхлэл байсан нь бидний ертөнцийг судлах шинэ хэрэгсэл болсон юм. Хиггс бозоны шинж чанаруудыг хэмжих боломжтой болсон бөгөөд энэ мэдээлэлд физикчид Шинэ Физикийн үр нөлөөг ялгахыг оролдож байна. Өндөр энергитэй нейтриногийн статистик нэмэгдсэний ачаар нейтрино астрофизик анхны алхамаа хийж байна. Наад зах нь таталцлын долгионы одон орон судлалаас ч мөн адил зүйлийг хүлээж байгаа бөгөөд өөдрөг үзэлтэй байх бүх шалтгаан бий.
Эх сурвалжууд:
1) LIGO Scientific Coll. болон Virgo Coll. Хоёртын хар нүхний нэгдэлээс таталцлын долгионыг ажиглах нь // Физик. Илч. Летт. 2016 оны 2-р сарын 11-нд нийтлэгдсэн.
2) Илрүүлэх баримтууд - үндсэн нээлтийн нийтлэлийг дагалдах техникийн нийтлэлүүдийн жагсаалт.
3) Э.Берти. Үзэл бодол: Хар нүхийг нэгтгэх анхны чимээ // Физик. 2016. V. 9. N. 17.
Шалгах материал:
1) Дэвид Блэйр нар. Таталцлын долгионы одон орон судлал: өнөөгийн байдал // arXiv: 1602.02872.
2) Бенжамин П.Эбботт болон LIGO шинжлэх ухааны хамтын ажиллагаа, Охины ордны хамтын ажиллагаа. Нарийвчилсан LIGO болон дэвшилтэт Virgo бүхий таталцлын долгионы шилжилтийг ажиглаж, нутагшуулах хэтийн төлөв // Амьд Илч. Харьцангуй. 2016. V. 19. N. 1.
3) О.Д.Агуиар. Резонансын массын таталцлын долгион илрүүлэгчийн өнгөрсөн, одоо ба ирээдүй // Res. Астрон. Астрофиз. 2011. V. 11. N. 1.
4) Таталцлын долгионыг хайх - сэтгүүлийн вэбсайт дээрх материалын сонголт Шинжлэх ухаантаталцлын долгионыг хайх тухай.
5) Мэттью Питкин, Стюарт Рейд, Шейла Роуэн, Жим Хоу. Таталцлын долгионыг интерферометрээр илрүүлэх (газар ба орон зай) // arXiv:1102.3355.
6) В.Б.Брагинский. Таталцлын долгионы одон орон судлал: хэмжих шинэ аргууд // UFN. 2000. T. 170. хуудас 743–752.
7) Питер Р.Саулсон.
