Sipërfaqja e lirë e një lëngu në ekuilibër në një fushë gravitacionale është e sheshtë. Nëse është nën ndikimin e ndonjë ndikimi i jashtëm sipërfaqja e lëngut në një vend hiqet prej saj pozicioni i ekuilibrit, atëherë në lëng ndodh lëvizja. Kjo lëvizje do të përhapet përgjatë gjithë sipërfaqes së lëngut në formën e valëve, të quajtura valë gravitacionale, pasi ato shkaktohen nga veprimi i fushës gravitacionale. Valët gravitacionale ndodhin kryesisht në sipërfaqen e lëngut, duke kapur shtresat e brendshme të tij sa më pak, aq më të thella janë këto shtresa.
Këtu do të shqyrtojmë valët gravitacionale në të cilat shpejtësia e lëvizjes së grimcave të lëngut është aq e vogël sa termi në ekuacionin e Euler-it mund të neglizhohet në krahasim me Është e lehtë të zbulohet se çfarë do të thotë fizikisht kjo gjendje. Gjatë një periudhe kohore sipas rendit të periudhës së lëkundjeve të kryera nga grimcat e lëngshme në një valë, këto grimca udhëtojnë një distancë të rendit të amplitudës a të valës, prandaj shpejtësia e lëvizjes së tyre është e rendit të shpejtësisë. v ndryshon dukshëm me intervalet kohore të rendit të madhësisë dhe mbi distancat e rendit të madhësisë përgjatë drejtimit të përhapjes së valës (- valët e gjatësisë). Prandaj, derivati i shpejtësisë në lidhje me kohën është i rendit të madhësisë dhe në lidhje me koordinatat është i rendit të Pra, kushti është i barabartë me kërkesën
domethënë amplituda e lëkundjeve në valë duhet të jetë e vogël në krahasim me gjatësinë e valës. Në § 9 pamë se nëse termi në ekuacionin e lëvizjes mund të neglizhohet, atëherë lëvizja e lëngut është potenciale. Duke supozuar se lëngu është i pakompresueshëm, ne mund të përdorim ekuacionet (10.6) dhe (10.7). Në ekuacionin (10.7) tani mund të neglizhojmë termin që përmban katrorin e shpejtësisë; duke vendosur dhe futur një term në fushën e gravitetit marrim:
(12,2)
Ne zgjedhim boshtin, si zakonisht, vertikalisht lart dhe zgjedhim rrafshin e ekuilibrit si planin x, y sipërfaqe e sheshtë lëngjeve.
Do të shënojmë - koordinata e pikave në sipërfaqen e lëngut me ; është funksion i koordinatave x, y dhe kohës t. Në ekuilibër, ka një zhvendosje vertikale të sipërfaqes së lëngshme ndërsa ajo lëkundet.
Le të veprojë një presion konstant në sipërfaqen e lëngut Më pas, sipas (12.2), kemi në sipërfaqe
Konstanta mund të eliminohet duke ripërcaktuar potencialin (duke i shtuar asaj një sasi të pavarur nga koordinatat. Më pas gjendja në sipërfaqen e lëngut merr formën
Amplituda e vogël e lëkundjeve në valë do të thotë që zhvendosja është e vogël. Prandaj, mund të supozojmë, me të njëjtën përafrim, se komponenti vertikal i shpejtësisë së lëvizjes së pikave sipërfaqësore përkon me derivatin kohor të zhvendosjes.
Për shkak të voglësisë së lëkundjeve, në këtë gjendje është e mundur të marrim vlerat e derivateve në vend të kësaj, në fund marrim sistemin e mëposhtëm të ekuacioneve që përcaktojnë lëvizjen në një valë gravitacionale.
Do t'i konsiderojmë valët në sipërfaqen e një lëngu, duke e konsideruar këtë sipërfaqe të pakufishme. Do të supozojmë gjithashtu se gjatësia e valës është e vogël në krahasim me thellësinë e lëngut; lëngu atëherë mund të konsiderohet si pafundësisht i thellë. Prandaj, ne nuk shkruajmë kushtet kufitare në kufijtë anësor dhe në fund të lëngut.
Le të shqyrtojmë një valë gravitacionale që përhapet përgjatë boshtit dhe uniforme përgjatë boshtit në një valë të tillë të gjitha sasitë nuk varen nga koordinata y. Ne do të kërkojmë një zgjidhje që është një funksion i thjeshtë periodik i kohës dhe koordinata x:
ku ( është frekuenca ciklike (do të flasim për të thjesht si frekuencë), k është vektori valor i valës, është gjatësia e valës. Duke zëvendësuar këtë shprehje në ekuacion, marrim ekuacionin për funksionin
Zgjidhja e tij, duke u zbërthyer në thellësinë e lëngut (d.m.th. në ):
Ne ende duhet të kënaqemi kusht kufitar(12.5), Duke zëvendësuar (12.5) në të, gjejmë lidhjen midis frekuencës b dhe vektorit të valës (ose, siç thonë ata, ligjit të shpërndarjes së valës):
Shpërndarja e shpejtësive në një lëng merret duke diferencuar potencialin përgjatë koordinatave:
Shohim që shpejtësia zvogëlohet në mënyrë eksponenciale drejt thellësisë së lëngut. Në secilin pikë e dhënë hapësirë (d.m.th., për x, z), vektori i shpejtësisë rrotullohet në mënyrë të njëtrajtshme në rrafshin x, duke mbetur konstant në madhësi.
Le të përcaktojmë gjithashtu trajektoren e grimcave të lëngshme në valë. Le të shënojmë përkohësisht me x, z koordinatat e një grimce lëngu në lëvizje (dhe jo koordinatat pikë fikse në hapësirë), dhe përmes - vlerat e x për pozicionin e ekuilibrit të grimcës. Pastaj dhe në anën e djathtë të (12.8) mund të shkruhet përafërsisht në vend të , duke përfituar nga vogëlsia e lëkundjeve. Integrimi me kalimin e kohës më pas jep:
Kështu, grimcat e lëngshme përshkruajnë rrathë rreth pikave me një rreze që zvogëlohet në mënyrë eksponenciale drejt thellësisë së lëngut.
Shpejtësia U e përhapjes së valës është e barabartë, siç do të tregohet në § 67. Duke zëvendësuar këtu, gjejmë se shpejtësia e përhapjes së valëve gravitacionale në një sipërfaqe të pakufizuar të një lëngu pafundësisht të thellë është e barabartë me
Ajo rritet me rritjen e gjatësisë së valës.
Valët e gjata gravitacionale
Duke pasur parasysh valët gravitacionale, gjatësia e të cilave është e vogël në krahasim me thellësinë e lëngut, tani ndalemi në rastin e kundërt kufizues të valëve, gjatësia e të cilave është e madhe në krahasim me thellësinë e lëngut.
Valë të tilla quhen të gjata.
Le të shqyrtojmë fillimisht përhapjen e valëve të gjata në kanal. Ne do ta konsiderojmë gjatësinë e kanalit (të drejtuar përgjatë boshtit x) të jetë e pakufizuar Seksioni kryq i kanalit mund të ketë një formë arbitrare dhe mund të ndryshojë përgjatë gjatësisë së tij. Zona e prerjes tërthore të lëngut në kanal shënohet me Thellësinë dhe gjerësinë e kanalit supozohet të jetë i vogël në krahasim me gjatësinë e valës.
Këtu do ta konsiderojmë gjatësore valë të gjata, në të cilën lëngu lëviz përgjatë kanalit. Në valë të tilla, komponenti i shpejtësisë përgjatë gjatësisë së kanalit është i madh në krahasim me komponentët
Duke treguar thjesht v dhe duke hequr termat e vegjël, mund të shkruajmë -komponentin e ekuacionit të Euler-it si
a-komponent - në formë
(Ne i heqim termat kuadratikë në shpejtësi, pasi amplituda e valës konsiderohet ende e vogël). Nga ekuacioni i dytë kemi, duke vënë në dukje se në sipërfaqe e lirë) duhet të jetë
Duke e zëvendësuar këtë shprehje në ekuacionin e parë, marrim:
Ekuacioni i dytë për përcaktimin e dy të panjohurave mund të nxirret duke përdorur një metodë të ngjashme me nxjerrjen e ekuacionit të vazhdimësisë. Ky ekuacion është në thelb një ekuacion i vazhdimësisë i aplikuar për rastin në shqyrtim. Le të shqyrtojmë vëllimin e lëngut të mbyllur midis dy rrafsheve të seksionit kryq të kanalit të vendosur në një distancë nga njëri-tjetri. Në një njësi kohe, një vëllim lëngu do të hyjë përmes një rrafshi dhe një vëllim do të dalë nga rrafshi tjetër, prandaj, vëllimi i lëngut midis të dy rrafsheve do të ndryshojë
Lëvizni dorën dhe valët gravitacionale do të kalojnë në të gjithë Universin.
S. Popov, M. Prokhorov. Valët fantazmë të universit
Në astrofizikë ka ndodhur një ngjarje që është pritur prej dekadash. Pas gjysmë shekulli kërkimi, më në fund janë zbuluar valët gravitacionale, dridhjet e vetë hapësirë-kohës, të parashikuara nga Ajnshtajni njëqind vjet më parë. Më 14 shtator 2015, observatori i përditësuar LIGO zbuloi një shpërthim valësh gravitacionale të krijuar nga bashkimi i dy vrimave të zeza me masa 29 dhe 36. masat diellore në një galaktikë të largët afërsisht 1.3 miliardë vite dritë larg. Astronomia me valë gravitacionale është bërë një degë e plotë e fizikës; ka hapur një rrugë të re për ne për të vëzhguar Universin dhe do të na lejojë të studiojmë efektet e paarritshme më parë të gravitetit të fortë.
Valët gravitacionale
Ju mund të dilni me teori të ndryshme të gravitetit. Të gjithë ata do ta përshkruajnë botën tonë njëlloj mirë, për sa kohë që ne kufizohemi në një manifestim të vetëm të saj - ligjin e gravitetit universal të Njutonit. Por ka të tjera, më delikate efektet gravitacionale, të cilat janë testuar eksperimentalisht në shkallën e sistemit diellor, dhe ato tregojnë për një teori të veçantë - relativitetin e përgjithshëm (GR).
Relativiteti i përgjithshëm nuk është vetëm një grup formulash, ai është një pamje themelore e thelbit të gravitetit. Nëse në fizikën e zakonshme hapësira shërben vetëm si sfond, një enë për dukuritë fizike, atëherë në GTR ajo vetë bëhet një fenomen, një madhësi dinamike që ndryshon në përputhje me ligjet e GTR. Janë këto shtrembërime të hapësirë-kohës në lidhje me një sfond të lëmuar - ose, në gjuhën e gjeometrisë, shtrembërime të metrikës hapësirë-kohë - që ndihen si gravitet. Me pak fjalë, relativiteti i përgjithshëm zbulon origjinën gjeometrike të gravitetit.
Relativiteti i Përgjithshëm ka një parashikim vendimtar: valët gravitacionale. Këto janë shtrembërime të hapësirë-kohës që janë të afta të "shkëputen nga burimi" dhe, të vetëqëndrueshme, të fluturojnë larg. Ky është graviteti në vetvete, i askujt, i tij. Albert Ajnshtajni më në fund formuloi relativitetin e përgjithshëm në vitin 1915 dhe pothuajse menjëherë kuptoi se ekuacionet që ai nxori lejonin ekzistencën e valëve të tilla.
Ashtu si me çdo teori të ndershme, një parashikim kaq i qartë i relativitetit të përgjithshëm duhet të verifikohet eksperimentalisht. Çdo trup në lëvizje mund të lëshojë valë gravitacionale: planetë, një gur i hedhur lart ose një valë e dorës. Problemi, megjithatë, është se ndërveprimi gravitacional është aq i dobët sa që asnjë strukturë eksperimentale nuk mund të zbulojë emetimin e valëve gravitacionale nga "emetuesit" e zakonshëm.
Për të "ndjekur" një valë të fuqishme, duhet të shtrembëroni shumë hapësirë-kohën. Opsioni ideal është dy vrima të zeza që rrotullohen rreth njëra-tjetrës në një vallëzim të ngushtë, në një distancë të rendit të rrezes së tyre gravitacionale (Fig. 2). Shtrembërimet e metrikës do të jenë aq të forta sa një pjesë e dukshme e energjisë së këtij çifti do të emetohet në valë gravitacionale. Duke humbur energjinë, çifti do të afrohet, do të rrotullohet gjithnjë e më shpejt, duke shtrembëruar metrikën gjithnjë e më shumë dhe duke gjeneruar valë gravitacionale edhe më të forta - derisa, më në fund, të ndodhë një ristrukturim rrënjësor i gjithçkaje. fushë gravitacionale Ky çift dhe dy vrima të zeza nuk do të bashkohen në një.
Një bashkim i tillë i vrimave të zeza është një shpërthim i fuqisë së jashtëzakonshme, por vetëm e gjithë kjo energji e emetuar nuk shkon në dritë, jo në grimca, por në dridhje të hapësirës. Energjia e emetuar do të përbëjë një pjesë të dukshme të masës fillestare të vrimave të zeza dhe ky rrezatim do të shpërthejë në një pjesë të sekondës. Lëkundje të ngjashme do të krijohen nga bashkimi i yjeve neutron. Një çlirim pak më i dobët i valës gravitacionale të energjisë shoqëron edhe procese të tjera, siç është kolapsi i një bërthame supernova.
Shpërthimi i valës gravitacionale nga bashkimi i dy objekteve kompakte ka një profil shumë specifik, të llogaritur mirë, të paraqitur në Fig. 3. Është vendosur periudha e lëkundjes lëvizje orbitale dy objekte rreth njëri-tjetrit. Valët gravitacionale mbartin energjinë; si rezultat, objektet afrohen më shumë dhe rrotullohen më shpejt - dhe kjo është e dukshme si në përshpejtimin e lëkundjeve ashtu edhe në rritjen e amplitudës. Në një moment, ndodh një bashkim, emetohet vala e fundit e fortë dhe më pas pason një "unazë pas" me frekuencë të lartë ( zile poshtë) - dridhja e vrimës së zezë që rezulton, e cila "hedh" të gjitha shtrembërimet jo sferike (kjo fazë nuk tregohet në foto). Njohja e këtij profili karakteristik i ndihmon fizikanët të kërkojnë sinjalin e dobët nga një bashkim i tillë në të dhënat e detektorëve shumë të zhurmshëm.
Luhatjet në metrikën hapësirë-kohë - jehona e valës gravitacionale të një shpërthimi madhështor - do të shpërndahen në të gjithë Universin në të gjitha drejtimet nga burimi. Amplituda e tyre dobësohet me distancën, e ngjashme me atë se si zvogëlohet ndriçimi i një burimi pikësor me distancën prej tij. Kur një shpërthim nga një galaktikë e largët arrin në Tokë, luhatjet metrike do të jenë të rendit 10 -22 ose edhe më pak. Me fjalë të tjera, distanca midis objekteve fizikisht të palidhura me njëri-tjetrin do të rritet dhe ulet periodikisht me një sasi të tillë relative.
Rendi i madhësisë së këtij numri është i lehtë për t'u marrë nga konsideratat e shkallës (shih artikullin nga V. M. Lipunov). Në momentin e bashkimit të yjeve neutron ose vrimave të zeza të masave yjore, shtrembërimet e metrikës pranë tyre janë shumë të mëdha - në rendin e 0.1, prandaj graviteti është i fortë. Një shtrembërim i tillë i rëndë prek një zonë në rendin e madhësisë së këtyre objekteve, domethënë disa kilometra. Ndërsa largoheni nga burimi, amplituda e lëkundjes zvogëlohet në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën. Kjo do të thotë se në një distancë prej 100 Mpc = 3·10 21 km amplituda e lëkundjeve do të bjerë me 21 rend të madhësisë dhe do të bëhet rreth 10 -22.
Sigurisht, nëse bashkimi ndodh në galaktikën tonë të shtëpisë, dridhjet e hapësirë-kohës që arrijnë në Tokë do të jenë shumë më të forta. Por ngjarje të tilla ndodhin një herë në disa mijëra vjet. Prandaj, duhet të mbështeteni vërtet vetëm në një detektor që do të jetë në gjendje të ndiejë bashkimin e yjeve neutron ose vrimave të zeza në një distancë prej dhjetëra deri në qindra megaparseks, që do të thotë se do të mbulojë mijëra e miliona galaktika.
Këtu duhet shtuar se tashmë është zbuluar një tregues indirekt i ekzistencës së valëve gravitacionale, madje iu dha Çmimi Nobel në Fizikë për vitin 1993. Vëzhgimet afatgjata të pulsarit në sistemin binar PSR B1913+16 kanë treguar se periudha e orbitës zvogëlohet saktësisht me të njëjtin ritëm siç parashikohet nga relativiteti i përgjithshëm, duke marrë parasysh humbjet e energjisë për shkak të rrezatimit gravitacional. Për këtë arsye, pothuajse asnjë nga shkencëtarët nuk dyshon në realitetin e valëve gravitacionale; pyetja e vetme është si t'i kapni ato.
Historia e kërkimit
Kërkimi për valët gravitacionale filloi rreth gjysmë shekulli më parë - dhe pothuajse menjëherë u shndërrua në një ndjesi. Joseph Weber nga Universiteti i Maryland-it projektoi detektorin e parë rezonant: një cilindër alumini prej dy metrash me sensorë piezoelektrikë të ndjeshëm në anët dhe izolim të mirë të dridhjeve nga dridhjet e jashtme (Fig. 4). Kur kalon një valë gravitacionale, cilindri rezonon në kohë me shtrembërimet e hapësirë-kohës, gjë që duhet të regjistrojnë sensorët. Weber ndërtoi disa detektorë të tillë dhe në vitin 1969, pasi analizoi leximet e tyre gjatë një prej seancave, ai raportoi drejtpërdrejt se kishte regjistruar "tingullin e valëve gravitacionale" në disa detektorë njëherësh, të ndarë dy kilometra larg njëri-tjetrit (J. Weber, 1969 Dëshmi për zbulimin e rrezatimit gravitacional). Amplituda e lëkundjeve që ai deklaroi doli të ishte tepër e madhe, në rendin 10 -16, domethënë një milion herë më e madhe se vlera tipike e pritur. Mesazhi i Weber u prit me skepticizëm të madh nga komuniteti shkencor; Për më tepër, grupet e tjera eksperimentale, të armatosura me detektorë të ngjashëm, nuk ishin në gjendje të kapnin më pas një sinjal të vetëm të ngjashëm.
Megjithatë, përpjekjet e Weber i dhanë shtysë të gjithë kësaj fushe kërkimi dhe nisën gjuetinë e valëve. Që nga vitet 1970, përmes përpjekjeve të Vladimir Braginsky dhe kolegëve të tij nga Universiteti Shtetëror i Moskës, BRSS gjithashtu ka hyrë në këtë garë (shih mungesën e sinjaleve të valëve gravitacionale). Ka një histori interesante për ato kohë në esenë Nëse një vajzë bie në një vrimë... . Braginsky, meqë ra fjala, është një nga klasikët e të gjithë teorisë së matjeve optike kuantike; ai ishte i pari që doli me konceptin e një kufiri standard të matjes kuantike - një kufizim kyç në matjet optike - dhe tregoi se si ato në parim mund të kapërceheshin. Qarku rezonant i Weber u përmirësua dhe falë ftohjes së thellë të instalimit, zhurma u ul në mënyrë dramatike (shih listën dhe historinë e këtyre projekteve). Sidoqoftë, saktësia e detektorëve të tillë tërësisht metalikë ishte ende e pamjaftueshme për të zbuluar në mënyrë të besueshme ngjarjet e pritshme, dhe përveç kësaj, ata ishin akorduar për të rezonuar vetëm në një gamë shumë të ngushtë frekuence rreth kilohertz.
Detektorët që përdornin më shumë se një objekt rezonues, por gjurmonin distancën midis dy trupave të palidhur, të varur në mënyrë të pavarur, të tilla si dy pasqyra, dukeshin shumë më premtues. Për shkak të dridhjeve të hapësirës të shkaktuara nga vala gravitacionale, distanca midis pasqyrave do të jetë ose pak më e madhe ose pak më e vogël. Për më tepër, sa më e madhe të jetë gjatësia e krahut, aq më e madhe do të shkaktohet zhvendosja absolute nga një valë gravitacionale e një amplitude të caktuar. Këto dridhje mund të ndihen nga një rreze lazer që kalon midis pasqyrave. Një skemë e tillë është e aftë të zbulojë lëkundjet në një gamë të gjerë frekuencash, nga 10 hertz në 10 kilohertz, dhe pikërisht ky është diapazoni në të cilin bashkimi i çifteve të yjeve neutron ose vrimave të zeza me masë yjore do të lëshojnë.
Zbatimi modern i kësaj ideje bazuar në interferometrin Michelson duket kështu (Fig. 5). Pasqyrat janë të varura në dy dhoma vakum të gjata, disa kilometra, pingul me njëra-tjetrën. Në hyrje të instalimit, rrezja e lazerit ndahet, kalon nëpër të dy dhomat, reflektohet nga pasqyrat, kthehet prapa dhe ribashkohet në një pasqyrë të tejdukshme. Faktori i cilësisë së sistemit optik është jashtëzakonisht i lartë, kështu që rrezja lazer nuk kalon vetëm një herë mbrapa dhe mbrapa, por qëndron në këtë rezonator optik për një kohë të gjatë. Në gjendjen e "qetë", gjatësitë zgjidhen në mënyrë që të dy rrezet, pas ribashkimit, të anulojnë njëri-tjetrin në drejtim të sensorit dhe më pas fotodetektori të jetë në hije të plotë. Por sapo pasqyrat lëvizin në një distancë mikroskopike nën ndikimin e valëve gravitacionale, kompensimi i dy rrezeve bëhet i paplotë dhe fotodetektori kap dritën. Dhe sa më e fortë të jetë zhvendosja, aq më shumë dritë e ndritshme do të shohë sensorin e fotografisë.
Fjalët "zhvendosje mikroskopike" nuk i afrohen as përcjelljes së hollësisë së efektit. Zhvendosja e pasqyrave nga gjatësia e valës së dritës, domethënë mikronet, është e lehtë të vërehet edhe pa asnjë mashtrim. Por me një gjatësi krahu prej 4 km, kjo korrespondon me lëkundjet e hapësirë-kohës me një amplitudë 10 -10. Vërerja e zhvendosjes së pasqyrave sipas diametrit të një atomi nuk është gjithashtu problem - mjafton të shkrepni një rreze lazer, e cila do të kalojë mijëra herë përpara dhe mbrapa dhe do të marrë zhvendosjen e dëshiruar të fazës. Por kjo gjithashtu jep një maksimum prej 10 −14. Dhe ne duhet të zbresim në shkallën e zhvendosjes miliona herë të tjera, domethënë, të mësojmë të regjistrojmë një zhvendosje pasqyre as me një atom, por me të mijëtat bërthama atomike!
Në rrugën drejt kësaj teknologjie vërtet të mahnitshme, fizikantëve iu desh të kapërcenin shumë vështirësi. Disa prej tyre janë thjesht mekanike: ju duhet të varni pasqyra masive në një pezullim, i cili varet në një pezullim tjetër, atë në një pezullim të tretë, e kështu me radhë - dhe të gjitha për të hequr qafe dridhjet e jashtme sa më shumë që të jetë e mundur. Problemet e tjera janë gjithashtu instrumentale, por optike. Për shembull, sa më e fuqishme të jetë rrezja që qarkullon në sistemin optik, aq më e dobët zhvendosja e pasqyrave mund të zbulohet nga fotosensori. Por një rreze që është shumë e fuqishme do të ngrohë në mënyrë të pabarabartë elementët optikë, gjë që do të ketë një efekt të dëmshëm në vetitë e vetë rrezes. Ky efekt duhet të kompensohet disi, dhe për këtë në vitet 2000, u lançua një program i tërë kërkimor mbi këtë temë (për një histori rreth këtij kërkimi, shihni lajmin Kapërcimi i pengesave në rrugën drejt një detektori shumë të ndjeshëm të valëve gravitacionale, "Elementet" , 27.06.2006). Së fundi, ekzistojnë kufizime fizike thjesht themelore që lidhen me sjelljen kuantike të fotoneve në një zgavër dhe parimin e pasigurisë. Ata kufizojnë ndjeshmërinë e sensorit në një vlerë të quajtur kufiri standard kuantik. Megjithatë, fizikanët, duke përdorur një gjendje kuantike të përgatitur me zgjuarsi të dritës lazer, tashmë kanë mësuar ta kapërcejnë atë (J. Aasi et al., 2013. Ndjeshmëria e zgjeruar e detektorit të valëve gravitacionale LIGO duke përdorur gjendjet e shtrydhura të dritës).
Merr pjesë në garën për valët gravitacionale gjithë listën vendet; Rusia ka instalimin e saj, në Observatorin Baksan, dhe, meqë ra fjala, përshkruhet në filmin dokumentar shkencor nga Dmitry Zavilgelsky. "Duke pritur për valë dhe grimca". Drejtuesit e kësaj race janë tani dy laboratorë - projekti amerikan LIGO dhe detektori italian Virgo. LIGO përfshin dy detektorë identikë të vendosur në Hanford (Shteti i Uashingtonit) dhe Livingston (Luiziana) dhe të ndarë me 3000 km nga njëri-tjetri. Të kesh dy cilësime është e rëndësishme për dy arsye. Së pari, sinjali do të konsiderohet i regjistruar vetëm nëse shihet nga të dy detektorët në të njëjtën kohë. Dhe së dyti, nga ndryshimi në mbërritjen e një shpërthimi të valës gravitacionale në dy instalime - dhe mund të arrijë 10 milisekonda - mund të përcaktohet afërsisht nga cila pjesë e qiellit erdhi ky sinjal. Vërtetë, me dy detektorë gabimi do të jetë shumë i madh, por kur Virgjëresha të hyjë në punë, saktësia do të rritet ndjeshëm.
Në mënyrë rigoroze, ideja e zbulimit interferometrik të valëve gravitacionale u propozua për herë të parë nga fizikanët sovjetikë M.E. Herzenstein dhe V.I. Në atë kohë, lazeri sapo ishte shpikur dhe Weber filloi të krijonte detektorët e tij rezonantë. Megjithatë, ky artikull nuk u vu re në Perëndim dhe, të them të drejtën, nuk ndikoi në zhvillim projekte reale(shih rishikimin historik të Fizikës së zbulimit të valëve gravitacionale: detektorë rezonantë dhe interferometrikë).
Krijimi i observatorit gravitacional LIGO ishte iniciativa e tre shkencëtarëve nga Instituti i Teknologjisë i Massachusetts (MIT) dhe Instituti i Teknologjisë në Kaliforni (Caltech). Këta janë Rainer Weiss, i cili realizoi idenë e një detektori interferometrik të valëve gravitacionale, Ronald Drever, i cili arriti stabilitetin e dritës lazer të mjaftueshme për zbulim dhe Kip Thorne, teoricieni pas projektit, tashmë i njohur për publikun e gjerë. si një film konsulent shkencor "Interstellar". Ju mund të lexoni për historinë e hershme të LIGO në një intervistë të fundit me Rainer Weiss dhe në kujtimet e John Preskill.
Aktivitetet në lidhje me projektin e zbulimit interferometrik të valëve gravitacionale filluan në fund të viteve 1970, dhe në fillim shumë njerëz dyshuan gjithashtu në realizueshmërinë e kësaj ndërmarrjeje. Megjithatë, pas demonstrimit të një numri prototipash, dizajni aktual LIGO u shkrua dhe u miratua. Është ndërtuar gjatë dekadës së fundit të shekullit të 20-të.
Edhe pse shtysa fillestare për projektin erdhi nga Shtetet e Bashkuara, LIGO është një projekt vërtet ndërkombëtar. 15 vende kanë investuar në të, financiarisht dhe intelektualisht, dhe mbi një mijë njerëz janë anëtarë të bashkëpunimit. Një rol të rëndësishëm në zbatimin e projektit luajtën sovjetikët dhe fizikantë rusë. Që në fillim, grupi i përmendur tashmë i Vladimir Braginsky nga Universiteti Shtetëror i Moskës mori pjesë aktive në zbatimin e projektit LIGO, dhe më vonë Instituti i Fizikës së Aplikuar nga Nizhny Novgorod gjithashtu iu bashkua bashkëpunimit.
Observatori LIGO filloi funksionimin në vitin 2002 dhe deri në vitin 2010 priti gjashtë sesione vëzhgimi shkencor. Asnjë shpërthim i valëve gravitacionale nuk u zbulua në mënyrë të besueshme dhe fizikanët ishin në gjendje të vendosnin vetëm kufijtë e sipërm në frekuencën e ngjarjeve të tilla. Sidoqoftë, kjo nuk i befasoi shumë: vlerësimet treguan se në atë pjesë të Universit që detektori "dëgjonte" atëherë, probabiliteti i një kataklizmi mjaft të fuqishëm ishte i ulët: afërsisht një herë në disa dekada.
Linja e përfundimit
Nga viti 2010 deri në vitin 2015, bashkëpunimet LIGO dhe Virgo modernizuan rrënjësisht pajisjet (Virgjëresha, megjithatë, është ende në proces përgatitjeje). Dhe tani objektivi i shumëpritur ishte në pamje të drejtpërdrejtë. LIGO - ose më mirë, aLIGO ( LIGO i avancuar) - tani ishte gati për të kapur shpërthimet e krijuara nga yjet neutron, në një distancë prej 60 megaparseks, dhe vrimat e zeza - në qindra megaparseks. Vëllimi i Universit i hapur ndaj dëgjimit të valëve gravitacionale është rritur dhjetëfish në krahasim me seancat e mëparshme.
Natyrisht, është e pamundur të parashikohet se kur dhe ku do të ndodhë bumi i ardhshëm i valëve gravitacionale. Por ndjeshmëria e detektorëve të përditësuar bëri të mundur llogaritjen e disa bashkimeve të yjeve neutron në vit, kështu që shpërthimi i parë mund të pritej tashmë gjatë seancës së parë katërmujore të vëzhgimit. Nëse flasim për të gjithë projektin aLIGO, i cili zgjati disa vjet, atëherë verdikti ishte jashtëzakonisht i qartë: ose shpërthimet do të bien njëri pas tjetrit, ose diçka në relativitetin e përgjithshëm në thelb nuk funksionon. Të dyja do të jenë zbulime të mëdha.
Nga data 18 shtator 2015 deri më 12 janar 2016, u zhvillua sesioni i parë i vëzhgimit të aLIGO. Gjatë gjithë kësaj kohe, thashethemet për regjistrimin e valëve gravitacionale qarkulluan në internet, por bashkëpunimi mbeti i heshtur: "ne po mbledhim dhe analizojmë të dhëna dhe nuk jemi ende gati të raportojmë rezultatet". Një intrigë shtesë u krijua nga fakti se gjatë procesit të analizës, vetë anëtarët e bashkëpunimit nuk mund të jenë plotësisht të sigurt se po shohin një shpërthim të vërtetë valësh gravitacionale. Fakti është se në LIGO, një shpërthim i gjeneruar nga kompjuteri herë pas here futet artificialisht në rrjedhën e të dhënave reale. Quhet "injeksion i verbër" dhe nga i gjithë grupi, vetëm tre persona (!) kanë akses në sistemin që e kryen atë në një moment arbitrar në kohë. Ekipi duhet ta gjurmojë këtë rritje, ta analizojë atë me përgjegjësi dhe vetëm në maksimum fazat e fundit analiza "kartat zbulohen" dhe anëtarët e bashkëpunimit do të zbulojnë nëse ishte ngjarje reale ose një provë vigjilence. Meqë ra fjala, në një rast të tillë në vitin 2010, erdhi deri te shkrimi i një artikulli, por sinjali i zbuluar më pas doli të ishte thjesht një "mbushje qorre".
Digresion lirik
Për të ndjerë edhe një herë solemnitetin e momentit, unë propozoj ta shikojmë këtë histori nga ana tjetër, nga brenda shkencës. Kur është e vështirë, e paarritshme problem shkencor nuk dorëzohet për disa vite - ky është një moment normal pune. Kur nuk jep për më shumë se një brez, ai perceptohet krejtësisht ndryshe.
Si nxënës shkolle, ju lexoni libra të njohur shkencorë dhe mësoni për këtë gjëegjëzë shkencore të vështirë për t'u zgjidhur, por tmerrësisht interesante. Si student, ju studioni fizikën, jepni raporte dhe ndonjëherë, në mënyrë të përshtatshme ose jo, njerëzit përreth jush ju kujtojnë ekzistencën e saj. Pastaj ju vetë bëni shkencë, punoni në një fushë tjetër të fizikës, por dëgjoni rregullisht për përpjekje të pasuksesshme për ta zgjidhur atë. Ju, sigurisht, e kuptoni se diku po bëhen përpjekje aktive për ta zgjidhur atë, por rezultati përfundimtar për ju si i huaj mbetet i pandryshuar. Problemi perceptohet si një sfond statik, si një dekorim, si një element i përjetshëm dhe pothuajse i pandryshuar i fizikës në shkallën e jetës suaj shkencore. Si një detyrë që ka qenë gjithmonë dhe do të jetë.
Dhe pastaj - ata e zgjidhin atë. Dhe befas, në një shkallë prej disa ditësh, ju ndjeni se pamja fizike e botës ka ndryshuar dhe se tani ajo duhet formuluar në terma të tjerë dhe të bëjë pyetje të tjera.
Për njerëzit që punojnë drejtpërdrejt në kërkimin e valëve gravitacionale, kjo detyrë, natyrisht, nuk mbeti e pandryshuar. Ata e shohin qëllimin, ata e dinë se çfarë duhet të arrihet. Ata, natyrisht, shpresojnë që edhe natyra t'i takojë në gjysmë të rrugës dhe t'i hedhë në disa galaktikë e afërt një rritje e fuqishme, por në të njëjtën kohë ata e kuptojnë se, edhe nëse natyra nuk është aq mbështetëse, ajo nuk do të jetë më në gjendje të fshihet nga shkencëtarët. Pyetja e vetme është se kur saktësisht do të jenë në gjendje t'i arrijnë qëllimet e tyre. qëllime teknike. Një histori për këtë ndjesi nga një person që ka qenë në kërkim të valëve gravitacionale për disa dekada mund të dëgjohet në filmin e përmendur tashmë. "Duke pritur për valë dhe grimca".
Hapja
Në Fig. 7 treguar rezultati kryesor: profili i sinjalit të regjistruar nga të dy detektorët. Mund të shihet se në sfondin e zhurmës, lëkundjet fillimisht shfaqen dobët, dhe më pas rriten në amplitudë dhe frekuencë. formën e dëshiruar. Krahasimi me rezultatet e simulimeve numerike na lejoi të zbulonim se cilat objekte vëzhguam duke u bashkuar: këto ishin vrima të zeza me masa afërsisht 36 dhe 29 masa diellore, të cilat u bashkuan në një vrimë të zezë me një masë prej 62 masash diellore (gabimi në të gjitha këta numra, që korrespondojnë me një interval besimi 90%, janë 4 masa diellore). Autorët vënë në dukje kalimthi se vrima e zezë që rezulton është vrima e zezë më e rëndë me masë yjore e vërejtur ndonjëherë. Diferenca midis masës totale të dy objekteve fillestare dhe vrimës së zezë përfundimtare është 3 ± 0,5 masa diellore. Ky defekt në masë gravitacionale u shndërrua plotësisht në energjinë e valëve gravitacionale të emetuara në rreth 20 milisekonda. Llogaritjet treguan se fuqia maksimale e valës gravitacionale arriti në 3.6 10 56 erg/s, ose, për sa i përket masës, afërsisht 200 masa diellore në sekondë.
Rëndësia statistikore e sinjalit të zbuluar është 5.1σ. Me fjalë të tjera, nëse supozojmë se këto luhatje statistikore kanë mbivendosur njëra-tjetrën dhe thjesht rastësisht kanë prodhuar një shpërthim të tillë, një ngjarje e tillë do të duhej të priste 200 mijë vjet. Kjo na lejon të deklarojmë me besim se sinjali i zbuluar nuk është një luhatje.
Vonesa kohore midis dy detektorëve ishte afërsisht 7 milisekonda. Kjo bëri të mundur vlerësimin e drejtimit të mbërritjes së sinjalit (Fig. 9). Meqenëse ka vetëm dy detektorë, lokalizimi doli të ishte shumë i përafërt: rajoni i sferës qiellore i përshtatshëm për sa i përket parametrave është 600 gradë katrore.
Bashkëpunimi LIGO nuk u kufizua vetëm në deklarimin e faktit të regjistrimit të valëve gravitacionale, por gjithashtu kreu analizën e parë të implikimeve që ky vëzhgim ka për astrofizikën. Në artikullin Implikimet astrofizike të bashkimit binar të vrimës së zezë GW150914, botuar në të njëjtën ditë në revistën The Astrophysical Journal Letters, autorët vlerësuan frekuencën me të cilën ndodhin bashkime të tilla të vrimave të zeza. Rezultati ishte të paktën një bashkim për gigaparsek kub në vit, që është në përputhje me parashikimet e modeleve më optimiste në këtë drejtim.
Çfarë na tregojnë valët gravitacionale
Zbulimi i një fenomeni të ri pas dekadash kërkimesh nuk është fundi, por vetëm fillimi i një dege të re të fizikës. Sigurisht, regjistrimi i valëve gravitacionale nga bashkimi i dy zezakëve është i rëndësishëm në vetvete. Kjo është provë e drejtpërdrejtë e ekzistencës së vrimave të zeza, dhe ekzistencës së vrimave të zeza të dyfishta, dhe realitetit të valëve gravitacionale, dhe, në përgjithësi, provë e saktësisë së qasjes gjeometrike ndaj gravitetit, mbi të cilën bazohet relativiteti i përgjithshëm. Por për fizikanët, nuk është më pak e vlefshme që astronomia me valë gravitacionale po bëhet një mjet i ri kërkimor, duke bërë të mundur studimin e asaj që më parë ishte e paarritshme.
Së pari, është një mënyrë e re për të parë Universin dhe për të studiuar kataklizmat kozmike. Nuk ka asnjë pengesë për valët gravitacionale ato kalojnë nëpër gjithçka në Univers pa asnjë problem. Ata janë të vetë-mjaftueshëm: profili i tyre mbart informacione për procesin që i lindi. Së fundi, nëse një shpërthim madhështor gjeneron një shpërthim optik, neutrino dhe gravitacional, atëherë ne mund të përpiqemi t'i kapim të gjitha, t'i krahasojmë me njëri-tjetrin dhe të kuptojmë detaje të paarritshme më parë të asaj që ndodhi atje. Të qenit në gjendje për të kapur dhe krahasuar sinjale kaq të ndryshme nga një ngjarje është qëllimi kryesor i astronomisë gjithë-sinjale.
Kur detektorët e valëve gravitacionale bëhen edhe më të ndjeshëm, ata do të jenë në gjendje të zbulojnë lëkundjen e hapësirë-kohës jo në momentin e bashkimit, por disa sekonda para tij. Ata do të dërgojnë automatikisht sinjalin e tyre paralajmërues në rrjetin e përgjithshëm të stacioneve të vëzhgimit, dhe satelitët e teleskopit astrofizikë, pasi kanë llogaritur koordinatat e bashkimit të propozuar, do të kenë kohë në këto sekonda të kthehen në drejtimin e dëshiruar dhe të fillojnë të fotografojnë qiellin përpara shpërthimit optik. fillon.
Së dyti, shpërthimi i valës gravitacionale do të na lejojë të mësojmë gjëra të reja rreth yjeve neutron. Një bashkim i yjeve neutron është, në fakt, eksperimenti më i fundit dhe më ekstrem mbi yjet neutronike që natyra mund të kryejë për ne, dhe ne, si spektatorë, do të na duhet vetëm të vëzhgojmë rezultatet. Pasojat vëzhguese të një bashkimi të tillë mund të jenë të ndryshme (Figura 10), dhe duke mbledhur statistikat e tyre ne mund të kuptojmë më mirë sjelljen e yjeve neutron në mjedise të tilla ekzotike. Rishikimi gjendjen aktuale raste në këtë drejtim mund të gjenden në botimin e fundit nga S. Rosswog, 2015. Fotografia me shumë mesazhe të bashkimeve kompakte binare.
Së treti, regjistrimi i shpërthimit që vjen nga supernova dhe krahasimi i tij me vëzhgimet optike do të na lejojë të kuptojmë më në fund detajet e asaj që po ndodh atje brenda, që në fillim të shembjes. Aktualisht, fizikanët kanë ende vështirësi me modelimi numerik këtë proces.
Së katërti, fizikanët e përfshirë në teorinë e gravitetit kanë një "laborator" të lakmuar për studimin e efekteve të gravitetit të fortë. Deri më tani, të gjitha efektet e relativitetit të përgjithshëm që ne mund të vëzhgonim drejtpërdrejt lidheshin me gravitetin në fusha të dobëta. Mund të merrnim me mend se çfarë ndodh në kushtet e gravitetit të fortë, kur shtrembërimet e hapësirë-kohës fillojnë të ndërveprojnë fuqishëm me veten e tyre, vetëm nga manifestimet indirekte, përmes jehonës optike të katastrofave kozmike.
Së pesti, duket mundësi e re për të testuar teoritë ekzotike të gravitetit. Teori të tilla në fizika moderne tashmë shumë, shihni, për shembull, kapitullin kushtuar atyre nga libri popullor i A. N. Petrov "Gravity". Disa nga këto teori i ngjajnë relativitetit të përgjithshëm konvencional në kufirin e fushave të dobëta, por mund të jenë shumë të ndryshme kur graviteti bëhet shumë i fortë. Të tjerë pranojnë ekzistencën e një lloji të ri polarizimi për valët gravitacionale dhe parashikojnë një shpejtësi paksa të ndryshme nga shpejtësia e dritës. Së fundi, ka teori që përfshijnë dimensione hapësinore shtesë. Çfarë mund të thuhet për to bazuar në valët gravitacionale është një pyetje e hapur, por është e qartë se disa informacione mund të përfitohen nga këtu. Ne rekomandojmë gjithashtu të lexoni mendimin e vetë astrofizikanëve për atë që do të ndryshojë me zbulimin e valëve gravitacionale, në një përzgjedhje në Postnauka.
Planet e së ardhmes
Perspektivat për astronominë e valëve gravitacionale janë më inkurajuese. Tani ka përfunduar vetëm seanca e parë, më e shkurtër e vëzhgimit të detektorit aLIGO - dhe tashmë në këtë kohë të shkurtër u zbulua një sinjal i qartë. Do të ishte më e saktë të thuhej kjo: sinjali i parë u kap edhe para fillimit zyrtar dhe bashkëpunimi nuk ka raportuar ende për të katër muajt e punës. Kush e di, ndoshta ka tashmë disa pika shtesë atje? Në një mënyrë apo tjetër, por më tej, ndërsa ndjeshmëria e detektorëve rritet dhe pjesa e Universit e aksesueshme për vëzhgimet e valëve gravitacionale zgjerohet, numri i ngjarjeve të regjistruara do të rritet si një ortek.
Orari i pritur i seancave për rrjetin LIGO-Virgo është paraqitur në Fig. 11. Seanca e dytë, gjashtëmujore do të fillojë në fund të këtij viti, seanca e tretë do të zgjasë pothuajse gjithë vitin 2018 dhe në çdo fazë ndjeshmëria e detektorit do të rritet. Rreth vitit 2020, aLIGO duhet të arrijë ndjeshmërinë e tij të planifikuar, gjë që do t'i lejojë detektorit të hetojë Universin për bashkimin e yjeve neutron të largët prej nesh në distanca deri në 200 Mpc. Për ngjarjet edhe më energjike të bashkimit të vrimave të zeza, ndjeshmëria mund të arrijë pothuajse një gigaparsek. Në një mënyrë apo tjetër, vëllimi i Universit i disponueshëm për vëzhgim do të rritet dhjetëra herë në krahasim me seancën e parë.
Laboratori italian i rinovuar Virgo do të hyjë gjithashtu në lojë më vonë këtë vit. Ndjeshmëria e tij është pak më e vogël se ajo e LIGO, por ende mjaft e mirë. Për shkak të metodës së trekëndëshit, një treshe detektorësh të ndarë në hapësirë do të bëjnë të mundur rivendosjen shumë më të mirë të pozicionit të burimeve në sfera qiellore. Nëse tani, me dy detektorë, zona e lokalizimit arrin qindra gradë katrore, atëherë tre detektorë do ta zvogëlojnë atë në dhjetëra. Për më tepër, një antenë e ngjashme me valë gravitacionale KAGRA po ndërtohet aktualisht në Japoni, e cila do të fillojë të funksionojë pas dy deri në tre vjet, dhe në Indi, rreth vitit 2022, është planifikuar të lëshohet detektor LIGO-India. Si rezultat, pas disa vitesh do të funksionojë dhe do të regjistrojë rregullisht sinjalet. i gjithë rrjeti detektorë të valëve gravitacionale (Fig. 13).
Së fundi, ka plane për lëshimin e instrumenteve të valëve gravitacionale në hapësirë, në veçanti projektin eLISA. Dy muaj më parë u hodh në orbitë sateliti i parë testues, detyra e të cilit do të jetë testimi i teknologjive. Zbulimi real i valëve gravitacionale është ende shumë larg. Por kur ky grup satelitësh të fillojë të mbledhë të dhëna, ai do të hapë një dritare tjetër në Univers - përmes valëve gravitacionale me frekuencë të ulët. Kjo qasje gjithë-valore ndaj valëve gravitacionale është një qëllim i madh afatgjatë për fushën.
Paralelet
Zbulimi i valëve gravitacionale ishte hera e tretë në vitet e fundit kur fizikanët më në fund depërtuan nëpër të gjitha pengesat dhe arritën në hollësitë e panjohura më parë të strukturës së botës sonë. Në vitin 2012, u zbulua bozoni Higgs, një grimcë e parashikuar pothuajse gjysmë shekulli më parë. Në vitin 2013, detektori i neutrinos IceCube vërtetoi realitetin e neutrineve astrofizike dhe filloi të "shikonte universin" në një mënyrë krejtësisht të re, më parë të paarritshme - përmes neutrinos energjitë e larta. Dhe tani natyra i është nënshtruar njeriut edhe një herë: një "dritare" me valë gravitacionale është hapur për të vëzhguar universin dhe, në të njëjtën kohë, efektet e gravitetit të fortë janë bërë të disponueshme për studim të drejtpërdrejtë.
Duhet thënë se këtu nuk kishte asnjë "falas" nga natyra. Kërkimi u krye për një kohë shumë të gjatë, por nuk dha rezultat, sepse atëherë, dekada më parë, pajisja nuk arrinte rezultatin për sa i përket energjisë, shkallës apo ndjeshmërisë. Ishte zhvillimi i qëndrueshëm dhe i synuar i teknologjisë që çoi në qëllimin, një zhvillim që nuk u ndal as nga vështirësitë teknike dhe as nga rezultatet negative të viteve të kaluara.
Dhe në të tre rastet, vetë fakti i zbulimit nuk ishte fundi, por, përkundrazi, fillimi i një drejtimi të ri kërkimi, ai u bë një mjet i ri për të hetuar botën tonë. Vetitë e bozonit Higgs janë bërë të disponueshme për matje - dhe në këto të dhëna, fizikanët po përpiqen të dallojnë efektet e Fizikës së Re. Falë statistikave në rritje të neutrinos me energji të lartë, astrofizika e neutrinove po hedh hapat e saj të parë. Të paktën e njëjta gjë pritet tani nga astronomia me valë gravitacionale dhe ka çdo arsye për optimizëm.
Burimet:
1) Koleksioni shkencor LIGO. dhe Virgo Coll. Vëzhgimi i valëve gravitacionale nga një bashkim binar i vrimës së zezë // Fiz. Rev. Lett. Publikuar më 11 shkurt 2016.
2) Dokumentet e zbulimit - një listë e artikujve teknikë që shoqërojnë artikullin kryesor të zbulimit.
3) E. Berti. Pikëpamja: Tingujt e parë të bashkimit të vrimave të zeza // Fizika. 2016. V. 9. N. 17.
Rishikoni materialet:
1) David Blair et al. Astronomia e valëve gravitacionale: statusi aktual // arXiv:1602.02872.
2) Benjamin P. Abbott dhe LIGO Scientific Colaboration and Virgo Colaboration. Perspektivat për vëzhgimin dhe lokalizimin e kalimeve të valëve gravitacionale me LIGO të avancuar dhe Virgjëreshën e avancuar // Living Rev. Relativiteti. 2016. V. 19. N. 1.
3) O. D. Aguiar. E kaluara, e tashmja dhe e ardhmja e detektorëve të valëve gravitacionale të masës rezonante // Res. Astroni. Astrofia. 2011. V. 11. N. 1.
4) Kërkimi i valëve gravitacionale - një përzgjedhje e materialeve në faqen e internetit të revistës Shkenca në kërkimin e valëve gravitacionale.
5) Matthew Pitkin, Stuart Reid, Sheila Rowan, Jim Hough. Zbulimi i valëve gravitacionale me anë të interferometrisë (Toka dhe Hapësirë) // arXiv:1102.3355.
6) V. B. Braginsky. Astronomia me valë gravitacionale: metoda të reja të matjes // UFN. 2000. T. 170. fq 743–752.
7) Peter R. Saulson.
Njëqind vjet pas parashikimit teorik të bërë nga Albert Ajnshtajni në kuadrin e teorisë së përgjithshme të relativitetit, shkencëtarët ishin në gjendje të konfirmonin ekzistencën e valëve gravitacionale. Fillon epoka e një metode thelbësisht të re për studimin e hapësirës së thellë - astronomisë së valëve gravitacionale.
Ka zbulime të ndryshme. Ka të rastësishme, ato janë të zakonshme në astronomi. Nuk ka të tilla krejtësisht të rastësishme, të bëra si rezultat i "krehjes së zonës" të kujdesshme, siç është zbulimi i Uranit nga William Herschel. Ka serendipalë - kur kërkonin një gjë dhe gjenin një tjetër: për shembull, zbuluan Amerikën. Por vend i veçantë Në shkencë, zbulimet e planifikuara zënë ballë. Ato bazohen në një parashikim të qartë teorik. Ajo që parashikohet kërkohet kryesisht për të konfirmuar teorinë. Zbulime të tilla përfshijnë zbulimin e bozonit Higgs në Përplasësin e Madh të Hadronit dhe zbulimin e valëve gravitacionale duke përdorur interferometrin lazer, vëzhguesin e valëve gravitacionale LIGO. Por për të regjistruar ndonjë fenomen të parashikuar nga teoria, duhet të keni një kuptim mjaft të mirë se çfarë saktësisht dhe ku të shikoni, si dhe çfarë mjetesh nevojiten për këtë.
Valët gravitacionale quhen tradicionalisht një parashikim i teorisë së përgjithshme të relativitetit (GTR), dhe kjo është me të vërtetë kështu (edhe pse tani valë të tilla ekzistojnë në të gjitha modelet që janë alternative ose plotësuese të GTR). Shfaqja e valëve shkaktohet nga shpejtësia e kufizuar e përhapjes ndërveprimi gravitacional(në relativitetin e përgjithshëm kjo shpejtësi është saktësisht e barabartë me shpejtësinë e dritës). Valë të tilla janë shqetësime në hapësirë-kohë që përhapen nga një burim. Që të ndodhin valët gravitacionale, burimi duhet të pulsojë ose të lëvizë me një shpejtësi të përshpejtuar, por në një mënyrë të caktuar. Le të themi se lëvizjet me simetri të përsosur sferike ose cilindrike nuk janë të përshtatshme. Ka mjaft burime të tilla, por shpesh ato kanë një masë të vogël, të pamjaftueshme për të gjeneruar një sinjal të fuqishëm. Në fund të fundit, graviteti është më i dobëti nga katër ndërveprimet themelore, kështu që është shumë e vështirë të regjistrosh një sinjal gravitacional. Përveç kësaj, për regjistrim është e nevojshme që sinjali të ndryshojë shpejt me kalimin e kohës, domethënë të ketë mjaftueshëm frekuencë të lartë. Përndryshe, ne nuk do të mund ta regjistrojmë atë, pasi ndryshimet do të jenë shumë të ngadalta. Kjo do të thotë që edhe objektet duhet të jenë kompakte.
Fillimisht, një entuziazëm i madh u krijua nga shpërthimet e supernovës që ndodhin në galaktika si e jona çdo disa dekada. Kjo do të thotë se nëse mund të arrijmë një ndjeshmëri që na lejon të shohim një sinjal nga një distancë prej disa milionë vitesh dritë, mund të llogarisim në disa sinjale në vit. Por më vonë doli se vlerësimet fillestare të fuqisë së çlirimit të energjisë në formën e valëve gravitacionale gjatë një shpërthimi supernova ishin shumë optimiste dhe një sinjal kaq i dobët mund të zbulohej vetëm nëse një supernova do të kishte shpërthyer në galaktikën tonë.
Një tjetër opsion për objektet masive kompakte që lëvizin shpejt janë yjet neutron ose vrimat e zeza. Ne mund të shohim ose procesin e formimit të tyre, ose procesin e ndërveprimit me njëri-tjetrin. Fazat e fundit të kolapsit bërthama yjore, që çon në formimin e objekteve kompakte, si dhe fazat e fundit të bashkimit të yjeve neutron dhe vrimave të zeza, kanë një kohëzgjatje të rendit prej disa milisekondash (që korrespondon me një frekuencë prej qindra herc) - vetëm ajo që nevojitet. . Në këtë rast, lëshohet shumë energji, duke përfshirë (dhe nganjëherë kryesisht) në formën e valëve gravitacionale, pasi trupat masive kompakte bëjnë lëvizje të caktuara të shpejta. Këto janë burimet tona ideale.
Vërtetë, supernova shpërthejnë në galaktikë një herë në disa dekada, bashkimet e yjeve neutron ndodhin një herë në dy dhjetëra mijëra vjet, dhe vrimat e zeza bashkohen me njëra-tjetrën edhe më rrallë. Por sinjali është shumë më i fuqishëm, dhe karakteristikat e tij mund të llogariten mjaft saktë. Por tani ne duhet të jemi në gjendje të shohim sinjalin nga një distancë prej disa qindra milionë vitesh dritë në mënyrë që të mbulojmë disa dhjetëra mijëra galaktika dhe të zbulojmë disa sinjale në një vit.
Pasi të kemi vendosur për burimet, ne do të fillojmë të hartojmë detektorin. Për ta bërë këtë, ju duhet të kuptoni se çfarë bën një valë gravitacionale. Pa hyrë në detaje, mund të themi se kalimi i një valë gravitacionale shkakton një forcë baticore (batica e zakonshme hënore ose diellore janë një fenomen më vete dhe valët gravitacionale nuk kanë të bëjnë fare me të). Kështu që ju mund të merrni, për shembull, një cilindër metalik, ta pajisni atë me sensorë dhe të studioni dridhjet e tij. Kjo nuk është e vështirë, kjo është arsyeja pse instalime të tilla filluan të bëhen gjysmë shekulli më parë (ato janë gjithashtu të disponueshme në Rusi; tani një detektor i përmirësuar i zhvilluar nga ekipi i Valentin Rudenko nga SAI MSU po instalohet në laboratorin nëntokësor Baksan). Problemi është se një pajisje e tillë do të shohë sinjalin pa asnjë valë gravitacionale. Ka shumë zhurma që janë të vështira për t'u përballuar. Është e mundur (dhe është bërë!) të instaloni detektorin nën tokë, të përpiqeni ta izoloni, ta ftohni temperaturat e ulëta, por megjithatë, për të tejkaluar nivelin e zhurmës, do të duhej një sinjal shumë i fuqishëm i valëve gravitacionale. Por sinjalet e fuqishme vijnë rrallë.
Prandaj, zgjedhja u bë në favor të një skeme tjetër, e cila u parashtrua në 1962 nga Vladislav Pustovoit dhe Mikhail Herzenstein. Në një artikull të botuar në JETP (Journal of Experimental and fizikës teorike), ata propozuan përdorimin e një interferometër Michelson për të zbuluar valët gravitacionale. Rrezja lazer kalon midis pasqyrave në dy krahët e interferometrit dhe më pas shtohen rrezet nga krahët e ndryshëm. Duke analizuar rezultatin e ndërhyrjes së rrezeve, mund të matet ndryshimi relativ në gjatësinë e krahëve. Këto janë matje shumë të sakta, kështu që nëse e mposhtni zhurmën, mund të arrini ndjeshmëri fantastike.
Në fillim të viteve 1990, u vendos që të ndërtoheshin disa detektorë duke përdorur këtë dizajn. Të parët që hynë në punë ishin instalimet relativisht të vogla, GEO600 në Evropë dhe TAMA300 në Japoni (numrat korrespondojnë me gjatësinë e krahëve në metra) për të testuar teknologjinë. Por lojtarët kryesorë do të ishin instalimet LIGO në SHBA dhe VIRGO në Evropë. Madhësia e këtyre instrumenteve tashmë matet në kilometra, dhe ndjeshmëria përfundimtare e planifikuar duhet të lejojë shikimin e dhjetëra, nëse jo qindra ngjarjeve në vit.
Pse nevojiten pajisje të shumta? Kryesisht për verifikim të kryqëzuar, pasi ka zhurma lokale (p.sh. sizmike). Zbulimi i njëkohshëm i sinjalit në veriperëndim të Shteteve të Bashkuara dhe Italisë do të ishte dëshmi e shkëlqyer e origjinës së tij të jashtme. Por ka një arsye të dytë: detektorët e valëve gravitacionale janë shumë të dobët në përcaktimin e drejtimit drejt burimit. Por nëse ka disa detektorë të ndarë, do të jetë e mundur të tregohet drejtimi me mjaft saktësi.
Gjigantë lazer
Në formën e tyre origjinale, detektorët LIGO u ndërtuan në vitin 2002, dhe detektorët VIRGO në 2003. Sipas planit, kjo ishte vetëm faza e parë. Të gjitha instalimet funksionuan për disa vite dhe në 2010-2011 u ndërprenë për modifikime, për të arritur më pas ndjeshmërinë e lartë të planifikuar. Detektorët LIGO ishin të parët që funksionuan në shtator 2015, VIRGO duhet të bashkohet në gjysmën e dytë të 2016, dhe nga kjo fazë ndjeshmëria na lejon të shpresojmë për regjistrimin e të paktën disa ngjarjeve në vit.
Pasi LIGO filloi të funksiononte, shkalla e pritshme e shpërthimeve ishte afërsisht një ngjarje në muaj. Astrofizikanët vlerësuan paraprakisht se ngjarjet e para të pritshme do të ishin bashkimet e vrimave të zeza. Kjo është për shkak të faktit se vrimat e zeza janë zakonisht dhjetë herë më të rënda se yjet neutron, sinjali është më i fuqishëm dhe është "i dukshëm" nga distanca të mëdha, gjë që më shumë se kompenson shkallën më të ulët të ngjarjeve për galaktikë. Fatmirësisht nuk na u desh të prisnim gjatë. Më 14 shtator 2015, të dy instalimet regjistruan një sinjal pothuajse identik, të quajtur GW150914.
Me analizë mjaft të thjeshtë, mund të merren të dhëna të tilla si masat e vrimave të zeza, forca e sinjalit dhe distanca nga burimi. Masa dhe madhësia e vrimave të zeza janë të lidhura në një mënyrë shumë të thjeshtë dhe të njohur, dhe nga frekuenca e sinjalit mund të vlerësohet menjëherë madhësia e rajonit të çlirimit të energjisë. NË në këtë rast madhësia tregonte se një vrimë e zezë me një masë prej më shumë se 60 masa diellore u formua nga dy vrima me një masë prej 25-30 dhe 35-40 masa diellore. Duke ditur këto të dhëna, mund të merret energjia totale e shpërthimit. Pothuajse tre masa diellore u shndërruan në rrezatim gravitacional. Kjo korrespondon me shkëlqimin e 1023 shkëlqimeve diellore - afërsisht e njëjtë me atë që lëshojnë të gjithë yjet në pjesën e dukshme të Universit gjatë kësaj kohe (të qindtat e sekondës). Dhe nga energji e njohur dhe madhësia e sinjalit të matur, merret distanca. Masa e madhe trupat e bashkuar bënë të mundur regjistrimin e një ngjarjeje që ndodhi në një galaktikë të largët: sinjalit iu deshën afërsisht 1.3 miliardë vjet për të arritur tek ne.
Një analizë më e detajuar bën të mundur sqarimin e raportit të masës së vrimave të zeza dhe të kuptuarit se si ato rrotulloheshin rreth boshtit të tyre, si dhe përcaktimin e disa parametrave të tjerë. Për më tepër, sinjali nga dy instalime bën të mundur përcaktimin e përafërt të drejtimit të shpërthimit. Për fat të keq, saktësia këtu nuk është ende shumë e lartë, por me vënien në punë të Virgjëreshës së përditësuar ajo do të rritet. Dhe pas disa vitesh, detektori japonez KAGRA do të fillojë të marrë sinjale. Më pas një nga detektorët LIGO (fillimisht ishin tre, një nga instalimet ishte i dyfishtë) do të montohet në Indi dhe pritet që të regjistrohen dhjetëra ngjarje në vit.
Epoka e astronomisë së re
Aktiv për momentin Rezultati më i rëndësishëm i LIGO është konfirmimi i ekzistencës së valëve gravitacionale. Për më tepër, shpërthimi i parë bëri të mundur përmirësimin e kufizimeve në masën e gravitonit (në relativitetin e përgjithshëm ai ka masë zero), si dhe të kufizojë më fort diferencën midis shpejtësisë së përhapjes së gravitetit dhe shpejtësisë së dritë. Por shkencëtarët shpresojnë që tashmë në vitin 2016 ata do të jenë në gjendje të marrin shumë të dhëna të reja astrofizike duke përdorur LIGO dhe VIRGO.
Së pari, të dhënat nga observatorët e valëve gravitacionale ofrojnë një rrugë të re për studimin e vrimave të zeza. Nëse më parë ishte e mundur të vëzhgoheshin vetëm rrjedhat e materies në afërsi të këtyre objekteve, tani mund të "shihni" drejtpërdrejt procesin e bashkimit dhe "qetësimit" të vrimës së zezë që rezulton, si luhatet horizonti i saj, duke marrë formën e tij përfundimtare ( përcaktuar me rrotullim). Ndoshta, deri në zbulimin e avullimit të vrimave të zeza nga Hawking (për momentin ky proces mbetet një hipotezë), studimi i bashkimeve do të sigurojë informacion më të mirë të drejtpërdrejtë rreth tyre.
Së dyti, vëzhgimet e bashkimit të yjeve neutron do të japin shumë të reja, jashtëzakonisht informacionin e nevojshëm në lidhje me këto objekte. Për herë të parë, ne do të jemi në gjendje të studiojmë yjet neutron në mënyrën se si fizikanët studiojnë grimcat: duke i parë ata të përplasen për të kuptuar se si funksionojnë brenda. Misteri i strukturës së brendshme të yjeve neutron shqetëson si astrofizikanët ashtu edhe fizikantët. Kuptimi ynë fizika bërthamore dhe sjellja e materies në densitet ultra të lartë është e paplotë pa zgjidhur këtë çështje. Ka të ngjarë që vëzhgimet e valëve gravitacionale të luajnë një rol kyç këtu.
Besohet se bashkimet e yjeve neutron janë përgjegjëse për shpërthime të shkurtra kozmologjike të rrezeve gama. Në raste të rralla, do të jetë e mundur të vëzhgoni njëkohësisht një ngjarje si në intervalin gama ashtu edhe në detektorët e valëve gravitacionale (rrallëzimi është për faktin se, së pari, sinjali gama është i përqendruar në një rreze shumë të ngushtë, dhe nuk është drejtuar gjithmonë nga ne, por së dyti, ne nuk do të regjistrojmë valë gravitacionale nga ngjarje shumë të largëta). Me sa duket, do të duhen disa vite vëzhgimi për ta parë këtë (edhe pse, si zakonisht, mund të jeni me fat dhe do të ndodhë sot). Pastaj, ndër të tjera, do të mund të krahasojmë me shumë saktësi shpejtësinë e gravitetit me shpejtësinë e dritës.
Kështu, interferometrat lazer së bashku do të funksionojnë si një teleskop i vetëm me valë gravitacionale, duke sjellë njohuri të reja për astrofizikanët dhe fizikantët. Epo, herët a vonë do të jepet një çmim Nobel i merituar për zbulimin e shpërthimeve të para dhe analizën e tyre.
2197
“Jo shumë kohë më parë interes të fortë Ajo që ndezi komunitetin shkencor ishte një seri eksperimentesh afatgjata për të vëzhguar drejtpërdrejt valët gravitacionale, shkroi fizikani teorik Michio Kaku në librin e tij të vitit 2004, Kozmosi i Ajnshtajnit. — Projekti LIGO (Interferometër Laser për Vëzhgimin e Valëve Gravitacionale) mund të jetë i pari që “shih” valët gravitacionale, me shumë gjasa nga përplasja e dy vrimave të zeza në hapësirën e thellë. LIGO është ëndrra e realizuar e një fizikani, objekti i parë me fuqi të mjaftueshme për të matur valët gravitacionale."
Parashikimi i Kaku u bë i vërtetë: të enjten, një grup shkencëtarësh ndërkombëtarë nga observatori LIGO njoftuan zbulimin e valëve gravitacionale.
Valët gravitacionale janë lëkundje në hapësirë-kohë që "i shpëtojnë" objekteve masive (si vrimat e zeza) që lëvizin me nxitim. Me fjalë të tjera, valët gravitacionale janë një shqetësim përhapës i hapësirë-kohës, një deformim udhëtues i zbrazëtirës absolute.
Një vrimë e zezë është një rajon në hapësirë-kohë tërheqje gravitacionale e cila është aq e madhe sa që edhe objektet që lëvizin me shpejtësinë e dritës (përfshirë vetë dritën) nuk mund ta lënë atë. Kufiri që ndan një vrimë të zezë nga pjesa tjetër e botës quhet horizonti i ngjarjeve: gjithçka që ndodh brenda horizontit të ngjarjeve fshihet nga sytë e një vëzhguesi të jashtëm.
Erin Ryan Një foto e një torte të postuar në internet nga Erin Ryan.
Shkencëtarët filluan të kapnin valë gravitacionale gjysmë shekulli më parë: ishte atëherë fizikan amerikan Joseph Weber u interesua për teorinë e përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit (GR), mori një pushim dhe filloi të studionte valët gravitacionale. Weber shpiku pajisjen e parë për të zbuluar valët gravitacionale dhe shpejt njoftoi se kishte regjistruar "tingujt e valëve gravitacionale". Megjithatë, komuniteti shkencor e hodhi poshtë mesazhin e tij.
Sidoqoftë, ishte falë Joseph Weber që shumë shkencëtarë u shndërruan në "ndjekës të valëve". Sot Weber konsiderohet babai drejtimi shkencor astronomia e valëve gravitacionale.
"Ky është fillimi i një epoke të re të astronomisë gravitacionale"
Observatori LIGO, ku shkencëtarët regjistruan valët gravitacionale, përbëhet nga tre instalime lazer në Shtetet e Bashkuara: dy ndodhen në shtetin Uashington dhe një në Luiziana. Kështu e përshkruan Michio Kaku funksionimin e detektorëve lazer: “Rrezja lazer ndahet në dy rreze të veçanta, të cilat më pas shkojnë pingul me njëra-tjetrën. Më pas, të reflektuara nga pasqyra, ato lidhen përsëri. Nëse një valë gravitacionale kalon nëpër një interferometër (pajisje matëse), gjatësia e rrugës së dy rrezeve lazer do të shqetësohet dhe kjo do të reflektohet në modelin e tyre të ndërhyrjes. Për të siguruar që sinjali është regjistruar makinë lazer, nuk është i rastësishëm, duhet të vendosen detektorë pika të ndryshme Toka.
Vetëm nën ndikimin e një valë gjigande gravitacionale, shumë më e madhe se planeti ynë në madhësi, të gjithë detektorët do të funksionojnë njëkohësisht.”
Tani bashkëpunimi LIGO ka zbuluar rrezatim gravitacional të shkaktuar nga bashkimi i një sistemi binar vrimash të zeza me masa 36 dhe 29 masa diellore në një objekt me një masë prej 62 masash diellore. "Kjo është matja e parë e drejtpërdrejtë (është shumë e rëndësishme që të jetë e drejtpërdrejtë!) e veprimit të valëve gravitacionale," komentoi për korrespondentin e Gazeta.Ru Sergei Vyatchanin, profesor në Fakultetin e Fizikës në Universitetin Shtetëror të Moskës. departamenti i shkencës. — Domethënë, u mor një sinjal nga katastrofa astrofizike e bashkimit të dy vrimave të zeza. Dhe ky sinjal është identifikuar - kjo është gjithashtu shumë e rëndësishme! Është e qartë se kjo është nga dy vrima të zeza. Dhe ky është fillimi i një epoke të re të astronomisë gravitacionale, e cila do të na lejojë të marrim informacion rreth Universit jo vetëm përmes burimeve optike, rreze X, elektromagnetike dhe neutrino - por edhe përmes valëve gravitacionale.
Mund të themi se 90 për qind e vrimave të zeza kanë pushuar së qeni objekte hipotetike. Mbeten disa dyshime, por megjithatë sinjali që u kap përputhet shumë mirë me atë që parashikohet nga simulimet e panumërta të bashkimit të dy vrimave të zeza në përputhje me teorinë e përgjithshme të relativitetit.
Ky është një argument i fortë se vrimat e zeza ekzistojnë. Nuk ka ende një shpjegim tjetër për këtë sinjal. Prandaj, pranohet që vrimat e zeza ekzistojnë.”
"Ajnshtajni do të ishte shumë i lumtur"
Valët gravitacionale u parashikuan nga Albert Einstein (i cili, meqë ra fjala, ishte skeptik për ekzistencën e vrimave të zeza) si pjesë e teorisë së tij të përgjithshme të relativitetit. Në GR, koha u shtohet tre dimensioneve hapësinore dhe bota bëhet katërdimensionale. Sipas teorisë që e ktheu në kokë të gjithë fizikën, graviteti është pasojë e lakimit të hapësirë-kohës nën ndikimin e masës.
Ajnshtajni vërtetoi se çdo lëndë që lëviz me nxitim krijon një shqetësim në hapësirë-kohë - një valë gravitacionale. Ky shqetësim është më i madh, aq më i madh është nxitimi dhe masa e objektit.
Për shkak të dobësisë forcat gravitacionale krahasuar me të tjerët ndërveprimet themelore këto valë duhet të kenë një madhësi shumë të vogël, të vështira për t'u regjistruar.
Kur u shpjegojnë studiuesve të shkencave humane relativitetin e përgjithshëm, fizikanët shpesh u kërkojnë atyre të imagjinojnë një fletë gome të shtrirë mbi të cilën ulen topa masivë. Topat shtypen përmes gomës dhe fleta e shtrirë (që përfaqëson hapësirë-kohën) deformohet. Sipas relativitetit të përgjithshëm, i gjithë universi është gome, mbi të cilin çdo planet, çdo yll dhe çdo galaktikë lë gërvishtje. Toka jonë rrotullohet rreth Diellit sikur top i vogël, filloi të rrotullohej rreth konit të një hinke të formuar si rezultat i "shtyrjes" së hapësirës-kohës me një top të rëndë.
Fletëpalosje/Reuters
Topi i rëndë është Dielli
Ka të ngjarë që zbulimi i valëve gravitacionale, që është konfirmimi kryesor i teorisë së Ajnshtajnit, të jetë i përshtatshëm për çmimin Nobel në Fizikë. “Ajnshtajni do të ishte shumë i lumtur”, tha Gabriella Gonzalez, një zëdhënëse e bashkëpunimit LIGO.
Sipas shkencëtarëve, është shumë herët të flitet për zbatueshmërinë praktike të zbulimit. “Megjithëse, a mund të mendonte Heinrich Hertz (fizikan gjerman që vërtetoi ekzistencën e valëve elektromagnetike. - Gazeta.Ru) se do të kishte telefon celular? Jo! "Ne nuk mund të imagjinojmë asgjë tani," tha Valery Mitrofanov, profesor në Fakultetin e Fizikës në Universitetin Shtetëror të Moskës. M.V. Lomonosov. — Unë fokusohem te filmi “Interstellar”. Ai është i kritikuar, po, por edhe një tapet magjik mund të imagjinohej njeri i egër. Dhe tapeti magjik u shndërrua në një aeroplan, dhe kaq. Dhe këtu duhet të imagjinojmë diçka shumë komplekse. Në Interstellar, një nga pikat lidhet me faktin se një person mund të udhëtojë nga një botë në tjetrën. Nëse e imagjinoni në këtë mënyrë, a besoni se një person mund të udhëtojë nga një botë në tjetrën, se mund të ketë shumë universe - çdo gjë? Nuk mund të përgjigjem jo. Sepse një fizikan nuk mund t'i përgjigjet një pyetjeje të tillë "jo"! Vetëm nëse bie ndesh me disa ligje të ruajtjes! Ka opsione që nuk kundërshtojnë ligjet e njohura fizike. Pra, mund të ketë udhëtime nëpër botë!”
Më 11 shkurt 2016, një grup ndërkombëtar shkencëtarësh, përfshirë nga Rusia, në një konferencë shtypi në Uashington njoftoi një zbulim që herët a vonë do të ndryshojë zhvillimin e qytetërimit. Ishte e mundur të vërtetoheshin në praktikë valët gravitacionale ose valët e hapësirë-kohës. Ekzistenca e tyre ishte parashikuar 100 vjet më parë nga Albert Einstein në librin e tij.
Askush nuk dyshon se ky zbulim do të shpërblehet Çmimin Nobel. Shkencëtarët nuk po nxitojnë të flasin për këtë aplikim praktik. Por ata na kujtojnë se deri vonë njerëzimi gjithashtu nuk dinte se çfarë të bënte valët elektromagnetike, e cila përfundimisht çoi në një revolucion të vërtetë shkencor dhe teknologjik.
Çfarë janë valët gravitacionale në terma të thjeshtë
Graviteti dhe graviteti universal janë e njëjta gjë. Valët gravitacionale janë një nga zgjidhjet për GPV. Ata duhet të përhapen me shpejtësinë e dritës. Ai lëshohet nga çdo trup që lëviz me nxitim të ndryshueshëm.
Për shembull, ai rrotullohet në orbitën e tij me nxitim të ndryshueshëm të drejtuar drejt yllit. Dhe ky përshpejtim po ndryshon vazhdimisht. sistemi diellor lëshon energji të rendit të disa kilovatëve në valë gravitacionale. Kjo është një sasi e parëndësishme, e krahasueshme me 3 televizorë të vjetër me ngjyra.
Një gjë tjetër është dy pulsarë (yje neutron) që rrotullohen rreth njëri-tjetrit. Ata rrotullohen në orbita shumë të afërta. Një "çift" i tillë u zbulua nga astrofizikanët dhe u vëzhgua për një kohë të gjatë. Objektet ishin gati të binin mbi njëri-tjetrin, gjë që indirekt tregonte se pulsarët lëshojnë valë hapësirë-kohë, domethënë energji në fushën e tyre.
Graviteti është forca e gravitetit. Ne jemi tërhequr nga toka. Dhe thelbi i një valë gravitacionale është një ndryshim në këtë fushë, e cila është jashtëzakonisht e dobët kur arrin tek ne. Për shembull, merrni nivelin e ujit në një rezervuar. Forca e fushës gravitacionale - nxitimi rënia e lirë V pikë specifike. Një valë përshkon pellgun tonë dhe befas përshpejtimi i rënies së lirë ndryshon, vetëm pak.
Eksperimente të tilla filluan në vitet '60 të shekullit të kaluar. Në atë kohë, ata dolën me këtë: ata varën një cilindër të madh alumini, të ftohur për të shmangur luhatjet e brendshme termike. Dhe ata prisnin që një valë nga një përplasje, për shembull, e dy vrimave të zeza masive që të arrinte papritur tek ne. Studiuesit ishin plot entuziazëm dhe thanë se të gjitha globit mund të përjetojnë efektet e një valë gravitacionale që vjen nga hapësira e jashtme. Planeti do të fillojë të dridhet dhe këto valë sizmike (ngjeshja, prerja dhe valët sipërfaqësore) mund të studiohen.
Një artikull i rëndësishëm për pajisjen në terma të thjeshtë dhe se si amerikanët dhe LIGO vodhën idenë e shkencëtarëve sovjetikë dhe ndërtuan introferometra që e bënë të mundur zbulimin. Askush nuk flet për këtë, të gjithë heshtin!
Nga rruga, rrezatimi gravitacional është më interesant nga pozicioni rrezatimi kozmik i sfondit të mikrovalës, të cilin ata po përpiqen ta gjejnë duke ndryshuar spektrin e rrezatimit elektromagnetik. Relike dhe rrezatimi elektromagnetik u shfaq 700 mijë vjet më vonë shpërthim i madh, pastaj në procesin e zgjerimit të universit, i mbushur me gaz të nxehtë me valë tronditëse udhëtuese, të cilat më vonë u shndërruan në galaktika. Në këtë rast, natyrisht, një numër gjigant, befasues i valëve hapësirë-kohë duhet të ishte emetuar, duke ndikuar në gjatësinë e valës së rrezatimit kozmik të sfondit mikrovalor, i cili në atë kohë ishte ende optik. Astrofizikani rus Sazhin shkruan dhe boton rregullisht artikuj mbi këtë temë.
Keqinterpretim i zbulimit të valëve gravitacionale
“Një pasqyrë varet, një valë gravitacionale vepron mbi të dhe ajo fillon të lëkundet. Dhe madje edhe luhatjet më të parëndësishme me një amplitudë më të vogël se madhësia e një bërthame atomike vërehen nga instrumentet" - një interpretim i tillë i pasaktë, për shembull, përdoret në artikullin e Wikipedia. Mos u bëni dembel, gjeni një artikull nga shkencëtarët sovjetikë nga viti 1962.
Së pari, pasqyra duhet të jetë masive në mënyrë që të ndjehen "grumbujt". Së dyti, duhet të ftohet pothuajse zero absolute(në Kelvin) për të shmangur luhatjet e veta termike. Me shumë mundësi, jo vetëm në shekullin e 21-të, por në përgjithësi nuk do të jetë kurrë e mundur të zbulohet një grimcë elementare - bartësi i valëve gravitacionale:
