Elinizi sallayın ve yerçekimi dalgaları Evrenin her yerine yayılacaktır.
S. Popov, M. Prokhorov. Evrenin Hayalet Dalgaları

Astrofizikte onlarca yıldır beklenen bir olay gerçekleşti. Yarım asırlık bir araştırmanın ardından, Einstein'ın yüz yıl önce öngördüğü kütleçekim dalgaları, yani uzay-zamanın titreşimleri nihayet keşfedildi. 14 Eylül 2015'te, iyileştirilmiş LIGO gözlemevi, yaklaşık 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıktaki uzak bir galakside, 29 ve 36 güneş kütleli kütlelere sahip iki kara deliğin birleşmesiyle oluşan bir yerçekimsel dalga patlamasını tespit etti. Yerçekimi dalgası astronomisi, fiziğin tam teşekküllü bir dalı haline geldi; bize açıldı yeni yol Evreni gözlemlemek ve güçlü yerçekiminin daha önce erişilemeyen etkilerini incelememize olanak tanıyacak.

Yerçekimi dalgaları

Farklı yerçekimi teorileri üretebilirsiniz. Kendimizi onun tek bir tezahürüyle, Newton'un evrensel çekim yasasıyla sınırlandırdığımız sürece, hepsi dünyamızı eşit derecede iyi tanımlayacaktır. Ama başka, daha incelikli olanlar da var yerçekimi etkileri Güneş sistemi ölçeğinde deneysel olarak test edilmiş olan bu teoriler belirli bir teoriye işaret ediyor: genel görelilik (GR).

Genel görelilik sadece bir formüller dizisi değil, yerçekiminin özüne ilişkin temel bir görüştür. Sıradan fizikte uzay yalnızca bir arka plan, fiziksel fenomenler için bir kap görevi görüyorsa, o zaman GTR'de kendisi bir fenomen haline gelir, GTR yasalarına göre değişen dinamik bir miktar haline gelir. Yerçekimi olarak hissedilen şey, pürüzsüz bir arka plana göre uzay-zamanın bu çarpıklıklarıdır - ya da geometri dilinde, uzay-zaman ölçüsünün çarpıklıklarıdır. Kısacası genel görelilik, kütle çekiminin geometrik kökenini ortaya koymaktadır.

Genel Göreliliğin çok önemli bir öngörüsü var: Yerçekimi dalgaları. Bunlar, "kaynaktan kopabilen" ve kendi kendini sürdürebilen, uçup gidebilen uzay-zaman çarpıklıklarıdır. Bu yerçekiminin kendisidir, kimsenin değildir, kendine aittir. Albert Einstein nihayet 1915'te genel göreliliği formüle etti ve türettiği denklemlerin bu tür dalgaların varlığına izin verdiğini hemen fark etti.

Her dürüst teoride olduğu gibi, genel göreliliğin bu kadar net bir öngörüsü deneysel olarak doğrulanmalıdır. Hareket eden herhangi bir cisim yerçekimi dalgaları yayabilir: gezegenler, yukarı doğru atılan bir taş veya bir el dalgası. Ancak sorun şu ki yerçekimi etkileşimi o kadar zayıf ki hiçbir deneysel kurulum sıradan "yayıcılardan" gelen yerçekimi dalgalarının emisyonunu tespit edemiyor.

Güçlü bir dalgayı "kovalamak" için uzay-zamanı büyük ölçüde bozmanız gerekir. İdeal seçenek, yaklaşık olarak birbirlerine yakın bir mesafede, birbirlerinin etrafında yakın bir dansla dönen iki kara deliktir. yerçekimi yarıçapı(Şekil 2). Metriğin çarpıklıkları o kadar güçlü olacak ki, bu çiftin enerjisinin gözle görülür bir kısmı yerçekimi dalgalarına yayılacak. Enerji kaybederek çift yakınlaşacak, giderek daha hızlı dönecek, ölçüyü giderek daha fazla bozacak ve daha güçlü yerçekimsel dalgalar üretecek - ta ki sonunda her şey radikal bir şekilde yeniden yapılanana kadar. yerçekimi alanı Bu çift ve iki kara delik birleşmeyecek.

Kara deliklerin böyle bir birleşmesi muazzam bir güç patlamasıdır, ancak yayılan tüm bu enerji ışığa, parçacıklara değil, uzayın titreşimlerine gider. Yayılan enerji, enerjinin gözle görülür bir parçası olacaktır. başlangıç ​​kütlesi kara delikler ve bu radyasyon bir saniye içinde dışarı sıçrayacak. Nötron yıldızlarının birleşmesiyle de benzer salınımlar üretilecektir. Biraz daha zayıf bir kütleçekim dalgası enerji salınımı, bir süpernova çekirdeğinin çökmesi gibi diğer süreçlere de eşlik eder.

İki kompakt nesnenin birleşmesinden kaynaklanan yerçekimsel dalga patlaması, Şekil 2'de gösterildiği gibi çok spesifik, iyi hesaplanmış bir profile sahiptir. 3. Salınım periyodu, iki nesnenin birbiri etrafındaki yörünge hareketi ile belirlenir. Yerçekimi dalgaları enerjiyi taşır; Sonuç olarak nesneler birbirine yaklaşır ve daha hızlı döner - ve bu hem salınımların hızlanmasında hem de genliğin artmasında görülebilir. Bir noktada, bir birleşme meydana gelir, son güçlü dalga yayılır ve bunu yüksek frekanslı bir “sonraki halka” takip eder ( zil sesi) - küresel olmayan tüm çarpıklıkları "atlayan" ortaya çıkan kara deliğin titremesi (bu aşama resimde gösterilmemiştir). Bu karakteristik profili bilmek, fizikçilerin böyle bir birleşmeden gelen zayıf sinyali oldukça gürültülü dedektör verilerinde aramasına yardımcı olur.

Uzay-zaman ölçüsündeki dalgalanmalar (muhteşem bir patlamanın yerçekimsel dalga yankısı) kaynaktan itibaren Evren boyunca her yöne dağılacak. Bir nokta kaynağın parlaklığının ondan uzaklaştıkça azalmasına benzer şekilde, genlikleri mesafeyle birlikte zayıflar. Uzak bir galaksiden gelen bir patlama Dünya'ya ulaştığında, metrik dalgalanmalar 10−22 düzeyinde veya hatta daha az olacaktır. Yani fiziksel olarak birbiriyle alakası olmayan nesneler arasındaki mesafe periyodik olarak bu kadar göreceli olarak artacak ve azalacaktır.

Bu sayının büyüklük sırasını ölçeklendirme hususlarından elde etmek kolaydır (bkz. V. M. Lipunov'un makalesi). Nötron yıldızlarının veya yıldız kütlelerinin kara deliklerinin birleşmesi anında, hemen yanındaki metriğin çarpıklıkları çok büyüktür - 0,1 düzeyinde, bu nedenle yerçekimi güçlüdür. Böylesine ciddi bir bozulma, bu nesnelerin büyüklüğü düzeyinde, yani birkaç kilometrelik bir alanı etkiler. Kaynaktan uzaklaştıkça salınımın genliği mesafeyle ters orantılı olarak azalır. Bu, 100 Mpc = 3·10·21 km uzaklıkta salınımların genliğinin 21 büyüklük düzeyinde düşeceği ve yaklaşık 10−22 olacağı anlamına gelir.

Elbette birleşme bizim galaksimizde gerçekleşirse, Dünya'ya ulaşan uzay-zaman sarsıntıları çok daha güçlü olacaktır. Ancak bu tür olaylar birkaç bin yılda bir meydana gelir. Bu nedenle, yalnızca onlarca ila yüzlerce megaparsek mesafedeki nötron yıldızlarının veya kara deliklerin birleşmesini algılayabilecek bir dedektöre güvenmelisiniz; bu, binlerce ve milyonlarca galaksiyi kapsayacağı anlamına gelir.

Burada, yerçekimi dalgalarının varlığının dolaylı bir göstergesinin zaten keşfedildiğini ve hatta 1993 yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldüğünü de eklemek gerekir. İkili sistem PSR B1913+16'daki pulsarın uzun vadeli gözlemleri, yörünge periyodunun, yerçekimi radyasyonundan kaynaklanan enerji kayıpları hesaba katılarak, genel görelilik tarafından tahmin edilenle tam olarak aynı oranda azaldığını göstermiştir. Bu nedenle bilim adamlarının neredeyse hiçbiri kütleçekim dalgalarının gerçekliğinden şüphe duymamaktadır; tek soru onları nasıl yakalayacağımızdır.

Arama geçmişi

Yerçekimi dalgalarının araştırılması yaklaşık yarım yüzyıl önce başladı ve neredeyse anında bir sansasyona dönüştü. Maryland Üniversitesi'nden Joseph Weber ilk rezonans dedektörünü tasarladı: yanlarında hassas piezoelektrik sensörler bulunan ve yabancı titreşimlere karşı iyi titreşim yalıtımına sahip iki metrelik sağlam bir alüminyum silindir (Şekil 4). Bir yerçekimsel dalga geçtiğinde silindir, uzay-zamanın çarpıklıklarıyla rezonansa girer ve sensörlerin bunu kaydetmesi gerekir. Weber bu türden birkaç dedektör üretti ve 1969'da, oturumlardan birinde bunların okumalarını analiz ettikten sonra, "yerçekimi dalgalarının sesini" iki kilometre arayla birkaç dedektörde aynı anda kaydettiğini doğrudan bildirdi (J. Weber, 1969). Yerçekimi Radyasyonunun Keşfine İlişkin Kanıt). Açıkladığı salınımların genliğinin inanılmaz derecede büyük olduğu, 10-16 mertebesinde, yani tipik beklenen değerden bir milyon kat daha büyük olduğu ortaya çıktı. Weber'in mesajı bilim camiası tarafından büyük bir şüpheyle karşılandı; Dahası, benzer dedektörlerle donatılmış diğer deney grupları daha sonra tek bir benzer sinyali yakalayamadı.

Ancak Weber'in çabaları tüm bu araştırma alanına ivme kazandırdı ve dalga avını başlattı. 1970'lerden bu yana Vladimir Braginsky ve Moskova Devlet Üniversitesi'nden meslektaşlarının çabalarıyla SSCB de bu yarışa girdi (bkz. yerçekimsel dalga sinyallerinin yokluğu). İlginç hikaye O zamanları anlatıyor bir kız deliğe düşerse... . Bu arada Braginsky, kuantum optik ölçümlerin tüm teorisinin klasiklerinden biridir; Optik ölçümlerde önemli bir sınırlama olan standart kuantum ölçüm limiti kavramını ortaya atan ilk kişi oydu ve prensipte bunların nasıl aşılabileceğini gösterdi. Weber'in rezonans devresi iyileştirildi ve kurulumun derinlemesine soğutulması sayesinde gürültü önemli ölçüde azaldı (bu projelerin listesine ve geçmişine bakın). Bununla birlikte, bu tür tamamen metal dedektörlerin hassasiyeti, beklenen olayları güvenilir bir şekilde tespit etmek için hâlâ yetersizdi ve ayrıca kilohertz civarında yalnızca çok dar bir frekans aralığında rezonansa girecek şekilde ayarlanmışlardı.

Birden fazla rezonans yapan nesne kullanan, ancak iki ayna gibi ilgisiz, bağımsız olarak asılı iki cisim arasındaki mesafeyi izleyen dedektörler çok daha umut verici görünüyordu. Yerçekimi dalgasının neden olduğu uzay titreşimi nedeniyle aynalar arasındaki mesafe ya biraz daha büyük ya da biraz daha küçük olacaktır. Ayrıca, kolun uzunluğu ne kadar büyük olursa, belirli bir genliğe sahip bir yerçekimi dalgasının neden olacağı mutlak yer değiştirme de o kadar büyük olacaktır. Bu titreşimler aynaların arasından geçen bir lazer ışını tarafından hissedilebilir. Böyle bir şema, 10 hertz'den 10 kilohertz'e kadar geniş bir frekans aralığındaki salınımları tespit etme kapasitesine sahiptir ve bu tam olarak birleşen nötron yıldızı çiftlerinin veya yıldız kütleli kara deliklerin yayılacağı aralıktır.

Michelson interferometresine dayanan bu fikrin modern uygulaması şuna benzer (Şekil 5). Aynalar, birbirine dik iki uzun, birkaç kilometre uzunluğundaki vakum odalarında asılıdır. Tesisin girişinde lazer ışını bölünüyor, her iki odadan geçiyor, aynalardan yansıyor, geri dönüyor ve yarı saydam bir aynada yeniden birleşiyor. Optik sistemin kalite faktörü son derece yüksektir, dolayısıyla lazer ışını yalnızca bir kez ileri geri geçmekle kalmaz, bu optik rezonatörde uzun süre kalır. "Sessiz" durumda uzunluklar, iki ışın yeniden birleştikten sonra sensör yönünde birbirini iptal edecek ve ardından fotodetektör tamamen gölgede kalacak şekilde seçilir. Ancak aynalar yerçekimi dalgalarının etkisi altında mikroskobik bir mesafe hareket ettiğinde, iki ışının telafisi eksik kalır ve fotodetektör ışığı yakalar. Ofset ne kadar güçlü olursa fotosensörün göreceği ışık da o kadar parlak olur.

"Mikroskobik yer değiştirme" kelimeleri etkinin inceliğini anlatmaya bile yaklaşmıyor. Aynaların ışığın dalga boyuna yani mikronlara göre yer değiştirmesi, herhangi bir hile yapılmadan bile kolayca fark edilebilir. Ancak 4 km'lik kol uzunluğuyla bu, uzay-zamanın 10−10 genlikli salınımlarına karşılık gelir. Aynaların atom çapına göre yer değiştirmesini fark etmek de sorun değil; binlerce kez ileri geri hareket edecek ve istenen faz kaymasını elde edecek bir lazer ışınını ateşlemek yeterlidir. Ancak bu aynı zamanda maksimum 10 −14'ü verir. Ve yer değiştirme ölçeğinde milyonlarca kez daha aşağıya inmemiz gerekiyor, yani ayna kaymasını bir atom kadar değil, atom çekirdeğinin binde biri kadar kaydetmeyi öğrenmemiz gerekiyor!

Gerçekten şaşırtıcı olan bu teknolojiye giden yolda fizikçiler birçok zorluğun üstesinden gelmek zorunda kaldı. Bazıları tamamen mekaniktir: yabancı titreşimden mümkün olduğunca kurtulmak için, başka bir süspansiyona asılan bir süspansiyona, üçüncü bir süspansiyona vb. Büyük aynalar asmanız gerekir. Diğer sorunlar da araçsal ama optiktir. Örneğin, optik sistemde dolaşan ışın ne kadar güçlü olursa, aynaların yer değiştirmesi de o kadar zayıf bir şekilde fotosensör tarafından algılanabilir. Ancak çok güçlü bir ışın, optik elemanları eşit olmayan bir şekilde ısıtacak ve bu da ışının özellikleri üzerinde zararlı bir etkiye sahip olacaktır. Bu etkinin bir şekilde telafi edilmesi gerekiyor ve bunun için 2000'li yıllarda bu konuyla ilgili koskoca bir araştırma programı başlatıldı (bu araştırmayla ilgili bir haber için, Yüksek hassasiyetli bir kütleçekimsel dalga dedektörüne giden yolda Engellerin Aşılması haberine bakın, "Elementler" ”, 27.06.2006 ). Son olarak, bir boşluktaki fotonların kuantum davranışına ve belirsizlik ilkesine ilişkin tamamen temel fiziksel sınırlamalar vardır. Sensörün hassasiyetini standart kuantum limiti adı verilen bir değerle sınırlandırırlar. Ancak fizikçiler, lazer ışığının akıllıca hazırlanmış kuantum durumunu kullanarak bunun üstesinden gelmeyi zaten öğrendiler (J. Aasi ve diğerleri, 2013. Işığın sıkıştırılmış durumlarını kullanarak LIGO yerçekimsel dalga dedektörünün artan hassasiyeti).

Yerçekimi dalgaları yarışına bir dizi ülke katılıyor; Rusya'nın Baksan Gözlemevi'nde kendi kurulumu var ve bu arada, Dmitry Zavilgelsky'nin popüler bilim belgeselinde anlatılıyor. "Dalgaları ve Parçacıkları Beklerken". Bu yarışın liderleri artık iki laboratuvardan oluşuyor: Amerikan LIGO projesi ve İtalyan Başak dedektörü. LIGO, Hanford (Washington Eyaleti) ve Livingston'da (Louisiana) bulunan ve birbirinden 3000 km uzakta bulunan iki özdeş dedektör içerir. İki ayarın olması iki nedenden dolayı önemlidir. İlk olarak, sinyal yalnızca her iki dedektör tarafından aynı anda görüldüğünde kayıtlı sayılacaktır. İkincisi, iki kurulumda bir yerçekimsel dalga patlamasının gelişindeki farka bakılarak (10 milisaniyeye ulaşabilir) bu sinyalin gökyüzünün hangi kısmından geldiği yaklaşık olarak belirlenebilir. Doğru, iki dedektörle hata çok büyük olacak, ancak Başak devreye girdiğinde doğruluk gözle görülür şekilde artacaktır.

Açıkçası, yerçekimi dalgalarının interferometrik tespiti fikri ilk kez önerildi Sovyet fizikçileri M.E. Herzenstein ve V.I. O zamanlar lazer yeni icat edilmişti ve Weber rezonans dedektörlerini yaratmaya başladı. Ancak bu makale Batı'da fark edilmedi ve doğruyu söylemek gerekirse gerçek projelerin gelişimini etkilemedi (bkz. tarihsel genel bakış Yerçekimi dalgası algılama fiziği: rezonans ve interferometrik dedektörler).

LIGO yerçekimsel gözlemevinin oluşturulması, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden üç bilim insanının girişimiydi. Teknoloji Enstitüsü(MIT) ve Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nden (Caltech). Bunlar, interferometrik yerçekimsel dalga dedektörü fikrini gerçekleştiren Rainer Weiss, lazer ışığının tespit için yeterli stabilitesini elde eden Ronald Drever ve projenin arkasındaki teorisyen olan ve artık kamuoyu tarafından iyi bilinen Kip Thorne'dur. bilimsel danışman filmi "Interstellar" olarak. LIGO'nun erken dönem tarihini Rainer Weiss ile yakın zamanda yapılan bir röportajda ve John Preskill'in anılarında okuyabilirsiniz.

Yerçekimi dalgalarının interferometrik tespiti projesiyle ilgili faaliyetler 1970'lerin sonlarında başladı ve ilk başta birçok kişi bu girişimin uygulanabilirliğinden şüphe ediyordu. Ancak bir dizi prototipin gösterilmesinin ardından mevcut LIGO tasarımı yazıldı ve onaylandı. 20. yüzyılın son on yılı boyunca inşa edilmiştir.

Projenin ilk itici gücü Amerika Birleşik Devletleri'nden gelse de LIGO gerçek anlamda uluslararası bir projedir. 15 ülke finansal ve entelektüel açıdan yatırım yaptı ve binin üzerinde kişi işbirliğinin üyesi. Projenin uygulanmasında Sovyet ve Rus fizikçiler önemli rol oynadılar. En başından beri, Moskova Devlet Üniversitesi'nden daha önce bahsedilen Vladimir Braginsky grubu, LIGO projesinin uygulanmasında aktif rol aldı ve daha sonra Nizhny Novgorod Uygulamalı Fizik Enstitüsü de işbirliğine katıldı.

LIGO gözlemevi 2002 yılında faaliyete geçti ve 2010 yılına kadar altı bilimsel gözlem oturumuna ev sahipliği yaptı. Hiçbir yerçekimsel dalga patlaması güvenilir bir şekilde tespit edilemedi ve fizikçiler bu tür olayların sıklığına yalnızca üst sınırlar koyabildiler. Ancak bu onları pek şaşırtmadı: Tahminler, evrenin o zamanlar dedektörün "dinlediği" bölümünde, yeterince güçlü bir felaket olasılığının düşük olduğunu gösterdi: yaklaşık olarak her birkaç on yılda bir.

Bitiş çizgisi

2010'dan 2015'e kadar LIGO ve Başak işbirlikleri ekipmanı radikal bir şekilde modernize etti (ancak Başak hâlâ hazırlık aşamasındadır). Ve artık uzun zamandır beklenen hedef doğrudan görüş alanındaydı. LIGO - veya daha doğrusu aLIGO ( Gelişmiş LIGO) - artık 60 megaparsek mesafedeki nötron yıldızlarının ve yüzlerce megaparsek mesafedeki kara deliklerin oluşturduğu patlamaları yakalamaya hazırdı. Yerçekimi dalgalarını dinlemeye açık olan Evrenin hacmi, önceki oturumlara kıyasla on kat arttı.

Bir sonraki kütleçekim dalgası patlamasının ne zaman ve nerede gerçekleşeceğini tahmin etmek elbette mümkün değil. Ancak güncellenen dedektörlerin hassasiyeti, yılda birkaç nötron yıldızı birleşmesine güvenilmesini mümkün kıldı, dolayısıyla ilk patlama, ilk dört aylık gözlem oturumu sırasında zaten beklenebilirdi. Birkaç yıl süren aLIGO projesinin tamamı hakkında konuşursak, karar son derece açıktı: ya patlamalar birbiri ardına düşecek ya da genel görelilikteki bir şey temelde işe yaramıyor. Her ikisi de büyük keşifler olacak.

18 Eylül 2015'ten 12 Ocak 2016'ya kadar ilk aLIGO gözlem oturumu gerçekleşti. Tüm bu süre boyunca internette yerçekimi dalgalarının kaydedildiğine dair söylentiler dolaşıyordu, ancak işbirliği sessiz kaldı: "Verileri topluyor ve analiz ediyoruz ve sonuçları raporlamaya henüz hazır değiliz." Analiz süreci sırasında işbirliğindeki üyelerin gerçek bir yerçekimsel dalga patlaması gördüklerinden tam olarak emin olamamaları da ek bir merak yarattı. Gerçek şu ki, LIGO'da bilgisayar tarafından üretilen bir patlama zaman zaman gerçek veri akışına yapay olarak dahil ediliyor. Buna "kör enjeksiyon" adı veriliyor ve tüm gruptan yalnızca üç kişi (!), bunu rastgele bir zamanda gerçekleştiren sisteme erişebiliyor. Ekip bu artışı takip etmeli, sorumlu bir şekilde analiz etmeli ve yalnızca analizin en son aşamalarında "kartlar ortaya çıkar" ve işbirliği üyeleri bunun gerçek bir olay mı yoksa bir dikkat testi mi olduğunu öğrenmelidir. Bu arada, 2010 yılında böyle bir vakada, konu bir makale yazma noktasına bile geldi, ancak daha sonra keşfedilen sinyalin sadece bir "kör doldurma" olduğu ortaya çıktı.

Lirik ara söz

Anın ciddiyetini bir kez daha hissetmek için bu hikayeye diğer taraftan, bilimin içinden bakmayı öneriyorum. Zor olduğunda, ulaşılmaz olduğunda bilimsel problem birkaç yıldır pes etmiyor - bu normal bir çalışma anıdır. Birden fazla nesil boyunca ürün vermediğinde tamamen farklı algılanır.

Bir okul çocuğu olarak popüler bilim kitaplarını okursunuz ve çözülmesi zor ama son derece ilginç bilimsel bilmeceyi öğrenirsiniz. Öğrenci olarak fizik okuyorsunuz, raporlar veriyorsunuz ve bazen uygun olsun ya da olmasın etrafınızdaki insanlar size onun varlığını hatırlatıyor. O zaman kendiniz bilim yaparsınız, başka bir fizik alanında çalışırsınız, ancak bunu çözmeye yönelik başarısız girişimleri düzenli olarak duyarsınız. Elbette bir yerlerde bir şeyler döndüğünü anlıyorsun aktif çalışma kararına göre, ancak dışarıdan biri olarak sizin için nihai sonuç değişmeden kalır. Sorun, statik bir arka plan, bir dekorasyon, sonsuz ve sizin ölçeğinizde neredeyse hiç değişmeyen bir şey olarak algılanıyor. bilimsel yaşam fizik unsuru. Her zaman olan ve olacak bir görev gibi.

Ve sonra çözüyorlar. Ve aniden, birkaç günlük ölçekte, dünyanın fiziksel resminin değiştiğini ve artık bunun başka terimlerle formüle edilmesi ve başka sorular sorulması gerektiğini hissediyorsunuz.

Yerçekimi dalgalarını doğrudan araştırmak için çalışan insanlar için bu görev elbette değişmeden kalmadı. Hedefi görüyorlar, neye ulaşılması gerektiğini biliyorlar. Elbette doğanın da onlarla yarı yolda buluşacağını ve yakındaki bazı galaksilere güçlü bir sıçrama yapacağını umuyorlar, ancak aynı zamanda doğa bu kadar destekleyici olmasa bile artık bilim adamlarından saklanamayacağını da anlıyorlar. . Tek soru, hedeflerine tam olarak ne zaman ulaşabilecekleridir. teknik amaçlar. Onlarca yıldır yerçekimsel dalgaları arayan bir kişinin bu duyguya ilişkin öyküsünü, daha önce bahsedilen filmde duyabilirsiniz. "Dalgaları ve Parçacıkları Beklerken".

Açılış

Şek. 7 gösterildi ana sonuç: her iki dedektör tarafından kaydedilen sinyalin profili. Gürültünün arka planında, istenen şekle sahip bir salınımın önce zayıf göründüğü, ardından genlik ve frekansın arttığı görülebilir. Sayısal simülasyonların sonuçlarıyla karşılaştırma, hangi nesnelerin birleştiğini gözlemlediğimizi bulmayı mümkün kıldı: bunlar yaklaşık 36 ve 29 güneş kütlesi kütleli kara deliklerdi ve birleşerek 62 güneş kütlesi kütleli bir kara deliğe dönüştüler (yanlışlık: tüm bu rakamlar yüzde 90'a tekabül ediyor güven aralığı, 4 güneş kütlesidir). Yazarlar, bu arada ortaya çıkan kara deliğin şimdiye kadar gözlemlenen en ağır yıldız kütleli kara delik olduğunu belirtiyorlar. İlk iki nesnenin toplam kütlesi ile son kara deliğin toplam kütlesi arasındaki fark 3 ± 0,5 güneş kütlesidir. Bu yerçekimsel kütle kusuru, yaklaşık 20 milisaniye içinde tamamen yayılan yerçekimi dalgalarının enerjisine dönüştü. Hesaplamalar, yerçekimi dalgasının en yüksek gücünün 3,6 x 10 x 56 erg/s'ye, yani kütle açısından saniyede yaklaşık 200 güneş kütlesine ulaştığını gösterdi.

Tespit edilen sinyalin istatistiksel önemi 5,1σ'dur. Yani bu istatistiksel dalgalanmaların birbiriyle örtüştüğünü ve tamamen tesadüfen böyle bir patlama yarattığını varsayarsak, böyle bir olayın gerçekleşmesi için 200 bin yıl beklemek gerekir. Bu, tespit edilen sinyalin bir dalgalanma olmadığını güvenle ifade etmemizi sağlar.

İki dedektör arasındaki zaman gecikmesi yaklaşık 7 milisaniye idi. Bu, sinyalin varış yönünü tahmin etmeyi mümkün kıldı (Şekil 9). Yalnızca iki dedektör olduğundan, yerelleştirmenin oldukça yaklaşık olduğu ortaya çıktı: gök küresinin parametreler açısından uygun bölgesi 600 derece karedir.

LIGO işbirliği, kendisini yalnızca yerçekimsel dalgaların kaydedildiği gerçeğini belirtmekle sınırlamadı, aynı zamanda bu gözlemin astrofizik açısından doğurduğu sonuçların ilk analizini de gerçekleştirdi. Aynı gün dergide yayınlanan GW150914 ikili kara delik birleşmesinin astrofiziksel çıkarımları makalesinde Astrofizik Günlük Mektupları, yazarlar bu tür kara delik birleşmelerinin meydana gelme sıklığını tahmin ettiler. Sonuç, yılda gigaparsek küp başına en az bir birleşme oldu; bu da bu konuda en iyimser modellerin tahminleriyle tutarlı.

Yerçekimi dalgaları size ne söylüyor?

Onlarca yıl süren araştırmaların ardından yeni bir olgunun keşfi, fiziğin yeni bir dalının sonu değil, yalnızca başlangıcıdır. Elbette iki siyahın birleşmesinden kaynaklanan yer çekimi dalgalarının kaydı başlı başına önemlidir. Bu, kara deliklerin varlığının, çift kara deliklerin varlığının, yerçekimi dalgalarının gerçekliğinin doğrudan kanıtıdır ve genel olarak konuşursak, genel göreliliğin dayandığı yerçekimine geometrik yaklaşımın doğruluğunun kanıtıdır. Ancak fizikçiler için, kütleçekim dalgası astronomisinin daha önce erişilemeyen şeyleri incelemeyi mümkün kılan yeni bir araştırma aracı haline gelmesi de daha az değerli değil.

Birincisi, Evreni görmenin ve kozmik felaketleri araştırmanın yeni bir yoludur. Yerçekimi dalgaları için hiçbir engel yoktur; evrendeki her şeyden sorunsuzca geçerler. Kendi kendilerine yetebilirler: profilleri onları doğuran süreç hakkında bilgi taşır. Son olarak, büyük bir patlama optik, nötrino ve kütleçekimsel bir patlamaya neden olursa, o zaman bunların hepsini yakalamaya çalışabilir, birbirleriyle karşılaştırabilir ve orada olup bitenlerin daha önce erişilemeyen ayrıntılarını anlayabiliriz. Tek bir olaydan gelen bu kadar farklı sinyalleri yakalayıp karşılaştırabilmek, tüm sinyal astronomisinin temel amacıdır.

Yerçekimi dalgası dedektörleri daha da hassas hale geldiğinde, uzay-zamanın sarsıntısını birleşme anında değil, birleşmeden birkaç saniye önce tespit edebilecek. Uyarı sinyallerini genel gözlem istasyonları ağına otomatik olarak gönderecekler ve önerilen birleşmenin koordinatlarını hesaplayan astrofizik teleskop uyduları bu saniyeler içinde dönme zamanına sahip olacaklar. doğru yönde ve optik patlama başlamadan önce gökyüzünü çekmeye başlayın.

İkincisi, yerçekimsel dalga patlaması nötron yıldızları hakkında yeni şeyler öğrenmemize olanak tanıyacak. Nötron yıldızı birleşmesi aslında doğanın bizim için nötron yıldızları üzerinde yapabileceği en son ve en ekstrem deneydir ve biz seyirci olarak sadece sonuçları gözlemlemekle yetineceğiz. Böyle bir birleşmenin gözlemsel sonuçları değişebilir (Şekil 10) ve bunların istatistiklerini toplayarak nötron yıldızlarının bu tür egzotik ortamlardaki davranışlarını daha iyi anlayabiliriz. Bu yöndeki mevcut duruma ilişkin bir genel bakış, S. Rosswog'un 2015 tarihli son yayınında bulunabilir. Kompakt ikili birleşmelerin çoklu haberci resmi.

Üçüncüsü, bir süpernovadan gelen patlamanın kaydedilmesi ve onunla karşılaştırılması optik gözlemlerçöküşün en başında, içeride olup bitenlerin ayrıntılarını nihayet anlamamızı sağlayacak. Artık fizikçiler bu sürecin sayısal modellenmesinde hâlâ zorluk yaşıyor.

Dördüncüsü, yerçekimi teorisiyle ilgilenen fizikçilerin, güçlü yerçekiminin etkilerini incelemek için imrenilen bir "laboratuvarı" var. Şu ana kadar genel göreliliğin doğrudan gözlemleyebildiğimiz tüm etkileri zayıf alanlardaki çekimle ilgiliydi. Güçlü yerçekimi koşullarında, uzay-zamanın çarpıklıkları kendileriyle güçlü bir şekilde etkileşime girmeye başladığında, yalnızca dolaylı tezahürlerden, kozmik felaketlerin optik yankısı yoluyla ne olacağını tahmin edebiliriz.

Beşincisi, egzotik yerçekimi teorilerini test etmek için yeni bir fırsat var. Modern fizikte bu tür pek çok teori zaten var, örneğin A. N. Petrov'un popüler kitabı "Yerçekimi"nden onlara ayrılan bölüme bakın. Bu teorilerden bazıları, zayıf alanların sınırı açısından geleneksel genel göreliliğe benzemektedir, ancak kütleçekimi çok güçlü hale geldiğinde çok farklı olabilirler. Diğerleri ise yerçekimsel dalgalar için yeni bir tür kutuplaşmanın varlığını kabul ediyor ve ışık hızından biraz farklı bir hız öngörüyor. Son olarak, ek mekansal boyutları içeren teoriler vardır. Kütleçekim dalgalarına dayanarak onlar hakkında ne söylenebileceği ucu açık bir sorudur ancak buradan bazı bilgilerden yararlanılabileceği açıktır. Ayrıca Postnauka'daki bir seçkide yerçekimsel dalgaların keşfiyle nelerin değişeceğine dair astrofizikçilerin görüşlerini de okumanızı öneririz.

Gelecek planları

Yerçekimi dalgası astronomisine ilişkin beklentiler son derece cesaret vericidir. Artık aLIGO dedektörünün yalnızca ilk ve en kısa gözlem oturumu tamamlandı - ve bunun için şimdiden kısa zaman net bir sinyal alındı. Şunu söylemek daha doğru olur: İlk sinyal resmi başlamadan önce yakalandı ve işbirliğinin dört aylık çalışmasının tamamı henüz raporlanmadı. Kim bilir, belki de orada zaten birkaç ek artış vardır? Öyle ya da böyle, ama dahası, dedektörlerin hassasiyeti arttıkça ve Evrenin kütleçekim dalgası gözlemlerine açık kısmı genişledikçe, kaydedilen olayların sayısı çığ gibi artacaktır.

LIGO-Virgo ağı için beklenen oturum programı Şekil 1'de gösterilmektedir. 11. Altı ay sürecek olan ikinci seans bu yılın sonunda başlayacak, üçüncü seans ise neredeyse 2018 yılının tamamını alacak ve her aşamada dedektörün hassasiyeti artacaktır. 2020 civarında, aLIGO'nun planlanan hassasiyetine ulaşması gerekiyor; bu da dedektörün, bizden 200 Mpc'ye kadar mesafelerde bulunan nötron yıldızlarının birleşmesi için Evreni araştırmasına olanak tanıyacak. Daha da enerjik kara delik birleşme olayları için hassasiyet neredeyse bir gigaparsek'e ulaşabilir. Öyle ya da böyle, Evrenin gözleme açık hacmi ilk seansa kıyasla onlarca kat artacaktır.

Yenilenen İtalyan laboratuvarı Virgo da bu yılın sonlarında devreye girecek. Hassasiyeti LIGO'nunkinden biraz daha az ama yine de oldukça iyi. Üçgenleme yöntemi nedeniyle, uzayda aralıklı olarak yerleştirilen üçlü dedektör, kaynakların konumunun çok daha iyi bir şekilde geri getirilmesini mümkün kılacaktır. gök küresi. Şimdi iki dedektörle lokalizasyon alanı yüzlerce derece kareye ulaşırsa, üç dedektör bunu onlarca dereceye indirecektir. Ayrıca benzer bir KAGRA yerçekimsel dalga anteni şu anda Japonya'da inşa ediliyor ve bu anten iki ila üç yıl içinde faaliyete geçecek ve Hindistan'da 2022 civarında LIGO-Hindistan dedektörünün piyasaya sürülmesi planlanıyor. Sonuç olarak, birkaç yıl sonra çalışacak ve sinyalleri düzenli olarak kaydedecektir. tüm ağ yerçekimi dalgası dedektörleri (Şekil 13).

Son olarak, eLISA projesi başta olmak üzere, yerçekimsel dalga cihazlarını uzaya fırlatma planları var. İki ay önce, görevi teknolojileri test etmek olacak olan ilk test uydusu yörüngeye fırlatıldı. Yerçekimi dalgalarının gerçek tespiti hala çok uzakta. Ancak bu uydu grubu veri toplamaya başladığında, düşük frekanslı yerçekimi dalgaları aracılığıyla Evren'e başka bir pencere açacak. Yerçekimi dalgalarına yönelik bu tüm dalga yaklaşımı, alan için uzun vadeli önemli bir hedeftir.

paralellikler

Yerçekimi dalgalarının keşfi, fizikçilerin nihayet tüm engelleri aştığı ve dünyamızın yapısının daha önce bilinmeyen inceliklerine ulaştığı son yıllarda üçüncü kez oldu. 2012 yılında, neredeyse yarım yüzyıl önce tahmin edilen bir parçacık olan Higgs bozonu keşfedildi. 2013 yılında IceCube nötrino dedektörü astrofiziksel nötrinoların gerçekliğini kanıtladı ve nötrinolar aracılığıyla tamamen yeni, daha önce erişilemeyen bir şekilde "evrene bakmaya" başladı. yüksek enerjiler. Ve şimdi doğa bir kez daha insana yenik düştü: Evreni gözlemlemek için bir yerçekimsel dalga “penceresi” açıldı ve aynı zamanda güçlü yer çekiminin etkileri doğrudan incelenmeye uygun hale geldi.

Burada hiçbir yerde doğadan "bedava" olmadığı söylenmelidir. Arama çok uzun sürdü ama sonuç vermedi çünkü onlarca yıl önce ekipman enerji, ölçek, hassasiyet açısından sonuca ulaşamamıştı. Amaca yol açan, teknolojinin istikrarlı ve hedefli gelişimiydi; bu gelişme, ne teknik zorluklar ne de geçmiş yılların olumsuz sonuçları tarafından durdurulamadı.

Ve her üç durumda da, keşif olgusu bir son değildi, tam tersine, yeni bir araştırma yönünün başlangıcıydı, dünyamızı araştırmak için yeni bir araç haline geldi. Higgs bozonunun özellikleri ölçüm için uygun hale geldi ve fizikçiler bu verilerle etkilerini ayırt etmeye çalışıyorlar. Yeni fizik. Yüksek enerjili nötrinoların artan istatistikleri sayesinde nötrino astrofiziği ilk adımlarını atıyor. En azından artık kütleçekim dalgası astronomisinden de aynı şey bekleniyor ve iyimser olmak için her türlü neden var.

Kaynaklar:
1) LIGO Bilimsel İşbirliği. ve Başak Coll. İkili Kara Delik Birleşmesinden Yerçekimi Dalgalarının Gözlemlenmesi // Fizik. Rev. Lett. 11 Şubat 2016'da yayınlandı.
2) Tespit Kağıtları - liste teknik makaleler, keşifle ilgili ana makaleye eşlik ediyor.
3) E.Berti. Bakış Açısı: Birleşen Kara Deliklerin İlk Sesleri // Fizik. 2016.V.9.N.17.

Malzemeleri inceleyin:
1) David Blair ve diğerleri. Yerçekimi dalgası astronomisi: mevcut durum // arXiv:1602.02872.
2) Benjamin P. Abbott ve LIGO Bilimsel İşbirliği ve Başak İşbirliği. Gelişmiş LIGO ve Gelişmiş Başak ile Yerçekimi Dalgası Geçişlerini Gözlemleme ve Yerelleştirme Beklentileri // Yaşayan Rev. Görelilik. 2016.V.19.N.1.
3) O. D. Aguiar. Rezonans Kütle Çekimsel Dalga Dedektörlerinin Dünü, Bugünü ve Geleceği // Res. Astron. Astrofizik. 2011.V.11.N.1.
4) Yerçekimi dalgalarının araştırılması - derginin web sitesindeki materyallerden bir seçki Bilim Yerçekimi dalgaları arayışında.
5) Matthew Pitkin, Stuart Reid, Sheila Rowan, Jim Hough. Girişimölçümle Yerçekimi Dalgası Tespiti (Yer ve Uzay) // arXiv:1102.3355.
6) V. B. Braginsky. Yerçekimi dalgası astronomisi: yeni ölçüm yöntemleri // UFN. 2000. T. 170. s. 743–752.
7) Peter R. Saulson.

Yerçekimi dalgaları

Yerçekimi dalgası- Yerçekimi alanının bozulması, uzay-zaman dokusunda ışık hızında yayılan "dalgalanmalar". Yerçekimi dalgaları, genel görelilik teorisi ve diğer birçok yerçekimi teorisi tarafından tahmin edilmektedir, ancak aşırı küçük olmaları nedeniyle henüz doğrudan tespit edilememiştir. Bununla birlikte, bunların varlığına dair dolaylı kanıtlar oldukça önemlidir - yerçekimi dalgalarının Genel Göreliliği, yerçekimi dalgalarının emisyonundan kaynaklanan enerji kaybı nedeniyle gözlemlerle çakışan yakın çift yıldız sistemlerinin yakınsama oranını tahmin eder.

Genel görelilik çerçevesinde, kütleçekim dalgaları, ışık hızında hareket eden uzay-zaman metriğindeki bir pertürbasyonu temsil eden dalga tipi Einstein denklemlerinin çözümleriyle tanımlanır. Bu rahatsızlığın tezahürü özellikle şu şekilde olmalıdır: periyodik değişim Serbestçe düşen (yani herhangi bir kuvvetten etkilenmeyen) iki test kütlesi arasındaki mesafe. Genlik H Yerçekimi dalgası boyutsuz bir niceliktir; mesafedeki göreceli bir değişikliktir. Astrofizik nesnelerden (örneğin kompakt ikili sistemler) ve olaylardan (süpernova patlamaları, nötron yıldız birleşmeleri, kara delikler tarafından yıldız yakalanması vb.) kaynaklanan yerçekimi dalgalarının tahmin edilen maksimum genlikleri, Güneş Sisteminde ölçüldüğünde çok küçüktür ( H=10 −18 -10 −23). Genel görelilik teorisine göre zayıf (doğrusal) bir yerçekimi dalgası eninedir ve iki bağımsız bileşenle tanımlanır (iki polarizasyona sahiptir).

Yerçekimi dalgalarının oluşumu

Hızlanan herhangi bir hareket eden madde tarafından bir yerçekimi dalgası yayılır. Önemli genliğe sahip bir dalganın meydana gelmesi için, yayıcının son derece büyük bir kütlesi ve/veya çok büyük ivmeler gereklidir; yerçekimi dalgasının genliği, jeneratörün ivmesi ve kütlesi ile doğru orantılıdır; anne. Bununla birlikte, eğer bir nesne ivmeli bir hızla hareket ediyorsa, bu, başka bir nesneden ona bir miktar kuvvet etki ettiği anlamına gelir. Buna karşılık, bu diğer nesne (Newton'un 3. yasasına göre) ters etkiyi yaşar ve şu ortaya çıkar: M 1 A 1 = −M 2 A 2. İki nesnenin yalnızca çiftler halinde yerçekimsel dalgalar yaydığı ve girişimin bir sonucu olarak bunların önemli ölçüde iptal edildiği ortaya çıktı. Bu nedenle, genel görelilik teorisindeki yerçekimi radyasyonu her zaman en az dört kutuplu radyasyonun çok kutuplu karakterine sahiptir. Ek olarak, radyasyon yoğunluğu ifadesinde göreceli olmayan yayıcılar için küçük bir parametre vardır ( R- emitörün karakteristik boyutu, T- yayıcının karakteristik hareket periyodu, C- ışığın boşluktaki hızı).

Öte yandan, genel görelilik teorisi, yerçekimi dalgalarının emisyonu nedeniyle enerji kaybı nedeniyle ikili yıldızların karşılıklı dönüşünün hızlanmasını tahmin eder ve bu etki, bilinen birkaç ikili kompakt nesne sisteminde güvenilir bir şekilde kaydedilir ( özellikle kompakt yoldaşlara sahip pulsarlar). 1993 yılında, ilk çift pulsar PSR B1913+16'yı keşfeden Russell Hulse ve Joseph Taylor Jr.'a "yerçekimi çalışmalarında yeni fırsatlar sağlayan yeni bir pulsar türünün keşfi için" ödül verildi. Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Aynı fenomen birkaç başka durumda da kaydedildi: PSR J0737-3039, PSR J0437-4715 pulsarları ve çift beyaz cüce sistemi RX J0806 için. Örneğin, iki pulsar PSR J0737-3039'un ilk ikili yıldızının iki bileşeni A ve B arasındaki mesafe, yerçekimi dalgalarından kaynaklanan enerji kaybı nedeniyle günde yaklaşık 2,5 inç (6,35 cm) azalır ve bu, aşağıdaki yasaya uygun olarak gerçekleşir: Einstein'ın teorisi.

Tahminlere göre, yerçekimsel teleskoplar ve antenler için en güçlü ve en sık görülen yerçekimsel dalga kaynakları, ikili sistemlerin çöküşüyle ​​​​ilişkili felaketlerdir. yakındaki galaksiler. Yakın gelecekte, geliştirilmiş yerçekimsel dedektörleri tarafından yılda birkaç benzer olayın kaydedilmesi ve Dünya'nın yakınındaki ölçüyü 10 −21 - 10 −23 oranında saptırması bekleniyor.

Evrenimiz, Büyük Patlama'dan sonraki ilk zamanlarda ortaya çıkan kalıntı kütleçekim dalgalarıyla doludur. Kayıtları, Evrenin doğuşunun başlangıcındaki süreçler hakkında bilgi almayı mümkün kılacaktır.

Ayrıca bakınız

• Einstein@Home, yerçekimsel dalgaları aramaya yönelik dağıtılmış bir hesaplama projesidir.
• PSR B1913+16 - ikili sistem- çalışması yerçekimi dalgalarının varlığının ilk dolaylı onayını sağlayan pulsar.
• PSR J0737-3039, çalışması yerçekimi dalgalarının varlığının dolaylı olarak önemli bir şekilde doğrulanmasını sağlayan çift pulsar sistemidir.
• MiniGrail - Yerçekimi Dalga Dedektörü
• LISA - Yerçekimi dalgalarının tespiti uzay aracı

Notlar

Edebiyat

• Landau, L.D., Lifshits, E.M. Alan Teorisi - 7. Baskı, revize edildi. - M .: Nauka, 1988. - 512 s. - (“Teorik Fizik”, cilt II). - .- Bölüm XIII
• Misner, K. Thorne, Wheeler Yer çekimi. Bölüm 34.
• Lipunov V. M. Çift yıldızların dünyasında. M.: Nauka, 1986.
• Lipunov V. M. Tüm nötron yıldızları. M.: Eğitim, 1989.
• Lipunov V.M. Yapay Evren // . 1998. No. 6. S. 82-89.
• Lipunov V.M. Astrofiziğin askeri sırrı // Soros Eğitim Dergisi. 5. sayfa 83-89.
• Cherepashchuk A. M. İkili dosyalardaki kara delikler yıldız sistemleri// Soros Eğitim Dergisi. 1997. No. 3. S. 87-93.
• Shakura N.I. İkili yıldız sistemlerinde nötron yıldızları ve kara delikler. M.: Bilgi, 1976.
• Shklovsky I. S. Yıldızlar, doğumları, yaşamları ve ölümleri. M.: Nauka, 1984.

Bağlantılar

• UFN'de inceleyin.

Wikimedia Vakfı.

2010.

Diğer sözlüklerde “Yerçekimi dalgaları”nın neler olduğuna bakın:

Modern ansiklopedi Yerçekimi dalgaları - GRAVITY WAVES, yerçekimi teorisinin öngördüğü alternatif bir yerçekimi alanıdır ve uzayda ışık hızında serbestçe yayılır. Bugüne kadar kütleçekim dalgaları aşırı derecede güçlü olmaları nedeniyle doğrudan tespit edilememişti... ...

Resimli Ansiklopedik Sözlük

Büyük Ansiklopedik Sözlük Elektromanyetik dalgaların yer çekimi eşdeğeri olan GRAVİTASYON DALGALARI, Einstein'ın genel RELATIVITY teorisine göre, patlamış veya çökmüş bir yıldız gibi büyük kütleli bir cisimden yayılan, ışık hızıyla hareket eder.… …

Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük Değişken yerçekimi hızla hareket eden kütlelerin yaydığı alan, kaynağından ve elektrik gibi "kopar". mag. Radyasyon uzayda ışık hızıyla yayılır. (bkz. GRAVİTASYONEL RADYASYON). Fiziksel... ...

Fiziksel ansiklopedi Uzayda ışık hızında serbestçe yayılan ve cisimlerin göreceli ivmelerinin ortaya çıkmasıyla kendini gösteren alternatif bir yerçekimi alanı. Yerçekimi dalgaları maddeyle son derece zayıf etkileşime girer ve henüz deneysel olarak tespit edilmemiştir.

Ansiklopedik Sözlük Hızlandırılmış hareket eden kütleler tarafından yayılan ve ışık hızında yayılan enine dalgalar; bkz. Yerçekimi radyasyonu...

Büyük Sovyet Ansiklopedisi Değişken yerçekimi uzayda ışık hızıyla özgürce yayılan ve akrabaların görünümüyle kendini gösteren bir alan. vücut ivmesi Gv. Deneylerle son derece zayıf etkileşime giriyorlar ve henüz keşfedilmediler...

Doğa bilimi. Ansiklopedik Sözlük

Bu keşfin Nobel Ödülü'ne layık olacağından kimsenin şüphesi yok. Bilim adamlarının pratik uygulaması hakkında konuşmak için aceleleri yok. Ancak bize, yakın zamana kadar insanlığın elektromanyetik dalgalarla ne yapacağını bilmediğini, bunun da sonuçta gerçek bir bilimsel ve teknolojik devrime yol açtığını hatırlatıyorlar.

Basit anlamda yerçekimi dalgaları nelerdir?

Yerçekimi ve evrensel yerçekimi- aynı şey. Yerçekimi dalgaları GPV'ye çözümlerden biridir. Işık hızında yayılmaları gerekiyor. Değişken ivmeyle hareket eden herhangi bir cisim tarafından yayılır.

Örneğin, yıldıza doğru yönlendirilmiş değişken ivmeyle yörüngesinde dönmektedir. Ve bu ivme sürekli değişiyor. güneş sistemi Yerçekimi dalgaları halinde birkaç kilowatt düzeyinde enerji yayar. Bu, 3 eski renkli televizyonla karşılaştırılabilecek kadar önemsiz bir miktardır.

Başka bir şey de birbirinin etrafında dönen iki pulsardır (nötron yıldızı). Çok yakın yörüngelerde dönerler. Böyle bir "çift" astrofizikçiler tarafından keşfedildi ve uzun süre gözlemlendi. Nesnelerin birbirinin üzerine düşmeye hazır olması dolaylı olarak pulsarların kendi alanlarında uzay-zaman dalgaları yani enerji yaydığını gösteriyordu.

Yerçekimi yer çekimi kuvvetidir. Biz dünyaya çekiliyoruz. Ve yerçekimi dalgasının özü, bize ulaştığında son derece zayıf olan bu alanda meydana gelen bir değişikliktir. Örneğin bir rezervuardaki su seviyesini alın. Yerçekimi alanı kuvveti - ivme serbest düşüş V belirli nokta. Göletimizin üzerinden bir dalga geçiyor ve aniden serbest düşüşün ivmesi biraz değişiyor.

Bu tür deneyler geçen yüzyılın 60'larında başladı. O sırada şunu buldular: İç termal dalgalanmaları önlemek için soğutulmuş devasa bir alüminyum silindiri astılar. Ve örneğin iki büyük kara deliğin çarpışmasından kaynaklanan bir dalganın aniden bize ulaşmasını beklediler. Araştırmacılar coşkuyla doluydu ve hepsinin küre uzaydan gelen bir yerçekimi dalgasının etkilerini yaşayabilir. Gezegen titremeye başlayacak ve bu sismik dalgalar (sıkıştırma, kayma ve yüzey dalgaları) incelenebilecek.

Cihaz hakkında önemli makale basit bir dille ve Amerikalıların ve LIGO'nun Sovyet bilim adamlarının fikrini nasıl çaldığını ve keşfi mümkün kılan introferometreler inşa ettiğini. Kimse konuşmuyor, herkes susuyor!

Bu arada, yerçekimi radyasyonu, elektromanyetik radyasyonun spektrumunu değiştirerek bulmaya çalıştıkları kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun konumundan daha ilginçtir. Kalıntı ve elektromanyetik radyasyon Büyük Patlama'dan 700 bin yıl sonra, daha sonra galaksilere dönüşen, ilerleyen şok dalgaları ile sıcak gazla dolu evrenin genişlemesi sırasında ortaya çıktı. Bu durumda, doğal olarak, o zamanlar hala optik olan kozmik mikrodalga arka plan ışınımının dalga boyunu etkileyen devasa, akıllara durgunluk veren sayıda uzay-zaman dalgasının yayılması gerekirdi. Rus astrofizikçi Sazhin bu konuyla ilgili makaleler yazıyor ve düzenli olarak yayınlıyor.

Yerçekimi dalgalarının keşfinin yanlış yorumlanması

“Bir ayna asılı duruyor, yerçekimi dalgası ona etki ediyor ve salınmaya başlıyor. Ve genlikteki en önemsiz dalgalanmalar bile daha küçük boyut atom çekirdeği aletlerle fark edilir” - örneğin Wikipedia makalesinde böyle yanlış bir yorum kullanılıyor. Tembel olmayın, Sovyet bilim adamlarının 1962'den kalma bir makalesini bulun.

Öncelikle "dalgalanmaları" hissedebilmek için aynanın devasa olması gerekir. İkincisi, neredeyse soğutulması gerekiyor mutlak sıfır(Kelvin cinsinden) kendi termal dalgalanmalarını önlemek için. Büyük olasılıkla, yalnızca 21. yüzyılda değil, genel olarak yerçekimi dalgalarının taşıyıcısı olan temel bir parçacığı tespit etmek asla mümkün olmayacaktır:

Yerçekimi dalgaları nihayet keşfedildi

Uzay-zamandaki salınımlar, Einstein'ın öngörmesinden bir yüzyıl sonra keşfedildi. Astronomide yeni bir dönem başlıyor.

Bilim insanları kara deliklerin birleşmesinden dolayı uzay-zamanda dalgalanmalar olduğunu keşfetti. Bu, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisinde bu "yerçekimi dalgalarını" tahmin etmesinden ve fizikçilerin onları aramaya başlamasından yüz yıl sonra gerçekleşti.

Bu dönüm noktası niteliğindeki keşif, Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi'nden (LIGO) araştırmacılar tarafından bugün açıklandı. Aylardır topladıkları ilk veri grubunun analiziyle ilgili söylentileri doğruladılar. Astrofizikçiler, yerçekimsel dalgaların keşfinin, evrene yeni bakış açıları kazandırdığını ve optik teleskoplarla görülemeyen, ancak zayıf titreşimleri uzayda bize ulaştığında hissedilebilen ve hatta duyulabilen uzak olayları tanıma yeteneği sunduğunu söylüyor.

“Yerçekimi dalgalarını tespit ettik. Başardık! “1000 kişilik araştırma ekibinin genel müdürü David Reitze, bugün Washington'da Ulusal Bilim Vakfı'nda düzenlenen bir basın toplantısında duyurdu.

Yerçekimi dalgaları belki de Einstein'ın tahminleri arasında en anlaşılması zor olgudur ve bilim adamı bu konuyu çağdaşlarıyla onlarca yıldır tartışmaktadır. Teorisine göre uzay ve zaman, ağır nesnelerin etkisi altında bükülebilen, gerilebilir bir madde oluşturur. Yer çekimini hissetmek bu konunun kıvrımlarına düşmek demektir. Peki bu uzay-zaman bir davulun derisi gibi titreyebilir mi? Einstein'ın kafası karışmıştı; denklemlerinin ne anlama geldiğini bilmiyordu. Ve birkaç kez bakış açısını değiştirdi. Ancak teorisinin en sadık destekçileri bile kütleçekim dalgalarının gözlemlenemeyecek kadar zayıf olduğuna inanıyordu. Belirli felaketlerden sonra dışarı doğru çağlıyorlar ve hareket ettikçe uzay-zamanı dönüşümlü olarak uzatıp sıkıştırıyorlar. Ancak bu dalgalar Dünya'ya ulaştığında uzayın her kilometresini esnetip sıkıştırıyorlar. önemsiz bir pay atom çekirdeğinin çapı.

© REUTERS, Hanford, Washington'daki Hangout LIGO Gözlemevi dedektörü

Bu dalgaları tespit etmek sabır ve dikkat gerektiriyordu. LIGO gözlemevi, biri Hanford, Washington'da ve diğeri Livingston, Louisiana'da bulunan iki dedektörün dört kilometrelik (4 kilometre) açılı kolları boyunca ileri geri lazer ışınları ateşledi. Bu, yerçekimi dalgalarının geçişi sırasında bu sistemlerin tesadüfi genişlemelerini ve büzülmelerini araştırmak için yapıldı. Bilim insanları, son teknoloji stabilizatörler, vakum aletleri ve binlerce sensör kullanarak bu sistemlerin uzunluğundaki, protonun binde biri kadar küçük değişiklikleri ölçtüler. Enstrümanların bu kadar hassas olması yüz yıl önce düşünülemezdi. 1968'de Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Rainer Weiss LIGO adlı bir deney tasarladığında bile bu inanılmaz görünüyordu.

“Sonunda başarılı olmaları büyük bir mucize. Bu küçük titreşimleri tespit edebildiler!” - söz konusu teorik fizikçi Arkansas Üniversitesi'nden Daniel Kennefick, 2007'de Düşünce Hızında Seyahat Etmek: Einstein kitabının yazarı ve Yerçekimi Dalgaları Arayışı (Düşünce hızında yolculuk. Einstein ve yerçekimi dalgalarının araştırılması).

Bu keşif, yerçekimsel dalga astronomisinde yeni bir çağın başlangıcına işaret ediyordu. Umudumuz, kara deliklerin (uzay-zamanı o kadar dramatik bir şekilde büken ve ışığın bile kaçamadığı süper yoğun kütle topları) oluşumunu, bileşimini ve galaktik rolünü daha iyi anlayabilmemizdir. Kara delikler birbirine yaklaşıp birleştiğinde, bir darbe sinyali üretirler; bu sinyal, genliği ve tonu artan, ardından aniden sona eren uzay-zaman salınımlarıdır. Gözlemevinin kaydedebildiği sinyaller ses aralığındadır ancak çıplak kulakla duyulamayacak kadar zayıftırlar. Parmaklarınızı piyano tuşlarının üzerinde gezdirerek bu sesi yeniden oluşturabilirsiniz. Weiss, "En düşük notayla başlayın ve üçüncü oktava kadar ilerleyin" dedi. "Bunu duyuyoruz."

Fizikçiler şimdiye kadar kaydedilen sinyallerin sayısı ve gücü karşısında şimdiden şaşırdılar. Bu, dünyada önceden düşünülenden daha fazla kara delik olduğu anlamına geliyor. California Teknoloji Enstitüsü'nde çalışan ve yine Caltech'te Weiss ve Ronald Drever ile LIGO'yu yaratan astrofizikçi Kip Thorne, "Şanslıydık, ancak her zaman bu tür bir şansa güvendim" dedi. "Bu genellikle evrende tamamen yeni bir pencere açıldığında gerçekleşir."

Yerçekimi dalgalarını dinleyerek uzay hakkında tamamen farklı fikirler oluşturabilir ve belki de hayal edilemeyecek kozmik olayları keşfedebiliriz.

Columbia Üniversitesi Barnard Koleji'nden teorik astrofizikçi Janna Levin, "Bunu gökyüzüne ilk kez teleskop çevirdiğimiz zamanla karşılaştırabilirim" dedi. "İnsanlar orada bir şeyin olduğunu ve görülebildiğini fark etti, ancak evrende var olan inanılmaz olasılık aralığını tahmin edemediler." Benzer şekilde Levine, kütleçekim dalgalarının keşfinin evrenin "dolu" olduğunu gösterebileceğini belirtti. karanlık madde bunu teleskopla kolayca belirleyemeyiz.”

İlk kütleçekimsel dalganın keşfinin öyküsü bir eylül pazartesi sabahı başladı ve bir patlamayla başladı. Sinyal o kadar net ve yüksekti ki Weiss şunu düşündü: "Hayır, bu saçmalık, bundan hiçbir şey çıkmayacak."

Tutkuların yoğunluğu

İlk yerçekimi dalgası, iki gün önce, 14 Eylül'ün başlarında yapılan bir simülasyon sırasında, ilk olarak Livingston'da ve yedi milisaniye sonra Hanford'da, yükseltilmiş LIGO'nun dedektörlerinden geçti. resmi başlangıç veri toplama.

Dedektörler, beş yıl süren ve 200 milyon dolara mal olan bir yükseltmenin ardından test ediliyordu. Gürültüyü azaltmak için yeni ayna süspansiyonlarıyla donatılmışlardı ve aktif bir geri bildirim Dışarıdan gelen titreşimleri gerçek zamanlı olarak bastırmak için. Yükseltme, iyileştirilmiş gözlemevine, Weiss'in ifadesiyle 2002 ile 2010 yılları arasında "mutlak ve saf sıfır"ı tespit eden eski LIGO'dan daha yüksek düzeyde bir hassasiyet kazandırdı.

Güçlü sinyal Eylül ayında ulaştığında, o anda sabah olduğu Avrupa'daki bilim adamları, Amerikalı meslektaşlarını alelacele mesaj bombardımanına tutmaya başladılar. e-posta. Grubun geri kalanı uyandığında haber çok çabuk yayıldı. Weiss'e göre neredeyse herkes, özellikle de sinyali gördüklerinde şüpheciydi. Bu gerçek bir ders kitabı klasiğiydi, bu yüzden bazı insanlar bunun sahte olduğunu düşündü.

Kütleçekim dalgalarının araştırılması, Maryland Üniversitesi'nden Joseph Weber'in keşfettiğini düşündüğü 1960'ların sonlarından bu yana birçok kez kusurlu oldu. rezonans titreşimleri Dalgalara tepki veren sensörlere sahip alüminyum bir silindirin içinde. 2014 yılında BICEP2 adı verilen bir deney, ilksel kütleçekim dalgalarının (Büyük Patlama'dan gelen ve artık uzayıp evrenin geometrisinde kalıcı olarak donmuş olan uzay-zaman dalgaları) keşfedildiğini duyurdu. BICEP2 ekibinden bilim insanları keşiflerini büyük bir tantanayla duyurdular ancak daha sonra sonuçları eleştirilere maruz kaldı. bağımsız doğrulama Bu sırada yanıldıkları ve bu sinyalin kozmik tozdan geldiği ortaya çıktı.

Arizona Eyalet Üniversitesi kozmolog Lawrence Krauss, LIGO ekibinin keşfini duyduğunda, başlangıçta bunun "kör bir tahmin" olduğunu düşündü. Eski gözlemevinin çalışması sırasında, ekibin çoğunun haberi olmadan, yanıtı test etmek için simüle edilmiş sinyaller gizlice veri akışlarına yerleştirildi. Krauss bilgili bir kaynaktan bu kez bunun "kör bir atış" olmadığını öğrendiğinde sevinçli heyecanını güçlükle bastırabildi.

25 Eylül'de 200.000 Twitter takipçisine şunları söyledi: "Yeryüzünde yerçekimsel bir dalganın tespit edildiğine dair söylentiler var. LIGO dedektörü. Eğer doğruysa şaşırtıcı. Eğer sahte değilse sana ayrıntıları vereceğim.” Bunu 11 Ocak'tan bir giriş takip ediyor: "LIGO ile ilgili daha önceki söylentiler bağımsız kaynaklar tarafından doğrulandı. Daha fazla haber için bizi takip etmeye devam edin. Belki de yerçekimsel dalgalar keşfedilmiştir!”

Bilim adamlarının resmi tutumu şuydu: Yüzde yüz kesinlik elde edilene kadar alınan sinyal hakkında konuşmayın. Bu gizlilik yükümlülüğü nedeniyle elleri ayakları bağlı olan Thorne, karısına hiçbir şey söylemedi bile. "Yalnız kutladım" dedi. Bilim adamları, öncelikle sinyalin çeşitli dedektörlerin binlerce ölçüm kanalından nasıl yayıldığını bulmak ve sinyalde bir tuhaflık olup olmadığını anlamak için en başa dönüp her şeyi en küçük ayrıntısına kadar analiz etmeye karar verdiler. Sinyalin algılandığı an. Olağandışı bir şey bulamadılar. Ayrıca deneydeki binlerce veri akışı hakkında en iyi bilgiye sahip olan bilgisayar korsanlarını da hariç tuttular. Thorne, "Bir takım kör taç atışı yapsa bile yeterince mükemmel değiller ve çok fazla iz bırakıyorlar" dedi. "Ama burada hiçbir iz yoktu."

Sonraki haftalarda daha zayıf bir sinyal daha duydular.

Bilim insanları ilk iki sinyali analiz etti ve giderek daha fazla yeni sinyal geldi. Araştırmalarını Ocak ayında Physical Review Letters dergisinde sundular. Bu sayımız bugün çevrimiçi olarak yayınlanmaktadır. Tahminlerine göre, ilk ve en güçlü sinyalin istatistiksel önemi 5-sigmayı aşıyor, bu da araştırmacıların sinyalin gerçekliğine %99,9999 oranında güvendikleri anlamına geliyor.

Yer çekimini dinlemek

Denklemler genel görelilik Einstein'ın teorileri o kadar karmaşık ki çoğu fizikçinin aynı fikirde olması 40 yıl sürdü: Evet, kütleçekim dalgaları var ve teorik olarak bile tespit edilebilirler.

Einstein ilk başta nesnelerin yerçekimsel radyasyon şeklinde enerji salamayacağını düşündü ancak daha sonra bakış açısını değiştirdi. onun içinde tarihi eser 1918'de yazdığı kitabında bunu ne tür nesnelerin yapabileceğini gösterdi: havai fişek gibi patlayan ikili dosyalar ve süpernovalar gibi aynı anda iki eksen üzerinde dönen dambıl şeklindeki sistemler. Uzay-zamanda dalgalar oluşturabilirler.

© REUTERS, Güneş Sistemindeki yerçekimsel dalgaların doğasını gösteren Bildiri Bilgisayar modeli

Ancak Einstein ve meslektaşları tereddüt etmeye devam etti. Bazı fizikçiler, dalgalar var olsa bile dünyanın da onlarla birlikte titreyeceğini ve onları hissetmenin imkansız olacağını ileri sürüyorlardı. Richard Feynman'ın, bir düşünce deneyinde, eğer kütleçekim dalgaları varsa, bunların teorik olarak tespit edilebileceğini göstererek meseleyi bir kenara bırakması ancak 1957'de gerçekleşti. Ancak hiç kimse bu dambıl şeklindeki sistemlerin uzayda ne kadar yaygın olduğunu veya ortaya çıkan dalgaların ne kadar güçlü veya zayıf olduğunu bilmiyordu. “Sonuçta soru şuydu: Onları tespit edebilecek miyiz?” dedi Kennefick.

Rainer Weiss, 1968'de MIT'de genç bir profesördü ve genel görelilik üzerine bir ders vermekle görevlendirildi. Bir deneyci olduğundan bu konuda çok az şey biliyordu ama aniden Weber'in kütleçekim dalgalarını keşfettiğiyle ilgili haberler ortaya çıktı. Weber, alüminyumdan masa boyutunda üç rezonans dedektörü yaptı ve bunları Amerika'nın farklı eyaletlerine yerleştirdi. Şimdi üç dedektörün de "yerçekimi dalgalarının sesini" algıladığını bildirdi.

Weiss'in öğrencilerinden kütleçekim dalgalarının doğasını açıklamaları ve mesaja ilişkin görüşlerini belirtmeleri istendi. Ayrıntıları inceleyerek matematiksel hesaplamaların karmaşıklığı karşısında hayrete düştü. "Weber'in ne yaptığını, sensörlerin yerçekimi dalgasıyla nasıl etkileşime girdiğini anlayamadım. Uzun süre oturdum ve kendime şunu sordum: “Yerçekimi dalgalarını tespit edebilecek en ilkel şey nedir?” Ve sonra LIGO'nun kavramsal temeli dediğim bir fikir ortaya çıktı.

Uzay-zamanda üç nesne düşünün; örneğin bir üçgenin köşelerindeki aynalar. Weber, "Birinden diğerine ışık sinyali gönderin" dedi. "Bir kütleden diğerine geçmenin ne kadar sürdüğünü görün ve zamanın değişip değişmediğini kontrol edin." Bilim adamı, bunun hızlı bir şekilde yapılabileceğini belirtti. “Bunu öğrencilerime şu şekilde verdim: bilimsel ödev. Kelimenin tam anlamıyla tüm grup bu hesaplamaları yapabildi."

Sonraki yıllarda, diğer araştırmacılar Weber'in rezonans detektörü deneyinin sonuçlarını tekrarlamaya çalışıp sürekli başarısız olduklarında (ne gözlemlediği belli değil ama kütleçekimsel dalgalar değildi), Weiss çok daha kesin ve iddialı bir deney hazırlamaya başladı: kütleçekimsel bir deney. dalga interferometresi. Lazer ışını “L” harfi şeklinde yerleştirilmiş üç aynadan yansır ve iki ışın oluşturur. Işık dalgalarının tepe ve dip noktaları arasındaki aralık, uzay-zamanın X ve Y eksenlerini oluşturan “L” harfinin bacaklarının uzunluğunu tam olarak gösterir. Terazi sabit durumdayken iki ışık dalgaları köşelerden yansır ve birbirini iptal eder. Dedektördeki sinyal sıfırdır. Ancak bir yerçekimi dalgası Dünya'dan geçerse, "L" harfinin bir kolunun uzunluğunu uzatır ve diğerinin uzunluğunu sıkıştırır (ve bunun tersi de geçerlidir). İki ışık huzmesinin uyumsuzluğu, dedektörde uzay-zamanda hafif dalgalanmalara işaret eden bir sinyal oluşturur.

İlk başta diğer fizikçiler şüphelerini dile getirdiler, ancak deney kısa süre sonra Caltech'teki teorisyenlerden oluşan ekibinin kara delikleri ve diğer potansiyel kütleçekimsel dalga kaynaklarını ve bunların ürettikleri sinyalleri inceleyen Thorne'dan destek aldı. Thorne, Weber'in deneyinden ve Rus bilim adamlarının benzer çalışmalarından ilham aldı. Thorne, 1975 yılında bir konferansta Weiss ile konuştuktan sonra "Yerçekimi dalgalarının tespitinin başarılı olacağına inanmaya başladım" dedi. “Ve Caltech'in de bunun bir parçası olmasını istedim.” Enstitüde İskoç deneyci Ronald Dreaver'ın işe alınmasını ayarladı; o da bir yerçekimi dalgası interferometresi yapacağını söyledi. Zamanla Thorne, Driver ve Weiss bir ekip olarak çalışmaya başladılar ve her biri hazırlık aşamasındaki sayısız görevden kendi payına düşeni üstlendi. pratik deney. Üçlü, 1984 yılında LIGO'yu yarattı ve prototipler oluşturulup sürekli genişleyen bir ekiple işbirliği başladıktan sonra, 1990'ların başında Ulusal Bilim Vakfı'ndan 100 milyon dolar fon aldılar. Bir çift L şeklinde dev dedektörün yapımı için planlar hazırlandı. On yıl sonra dedektörler çalışmaya başladı.

Hanford ve Livingston'da, dört kilometrelik dedektör kollarının her birinin merkezinde bir vakum vardır; bu sayede lazer, ışın ve aynalar, gezegenin sabit titreşimlerinden maksimum düzeyde izole edilir. LIGO bilim insanları, bahislerini daha da garanti altına almak için, binlerce cihazla çalışan dedektörlerini izliyor ve ellerinden gelen her şeyi ölçüyor: sismik aktivite, barometrik basınç, yıldırım, kozmik ışınlar, ekipman titreşimi, lazer ışınının yakınındaki sesler vb. . Daha sonra verilerini bu yabancı arka plan gürültüsünden filtrelerler. Belki de asıl önemli olan, iki dedektöre sahip olmalarıdır ve bu, alınan verileri karşılaştırmalarına ve eşleşen sinyallerin varlığını kontrol etmelerine olanak tanır.

Bağlam

Yerçekimi dalgaları: Einstein'ın Bern'de başlattığı işi tamamladı

Kara delikler nasıl ölür?

Önümüzdeki iki yıl boyunca bilim insanları, LIGO'nun geliştirilmiş Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi dedektörlerinin hassasiyetini artırmaya devam edecek. İtalya'da ise Gelişmiş Başak adı verilen üçüncü bir girişimölçer çalışmaya başlayacak. Verilerin sağlamaya yardımcı olacağı cevaplardan biri kara deliklerin nasıl oluştuğudur. Bunlar ilk çağların çöküşünün bir ürünü mü? büyük yıldızlar Yoksa yoğun yıldız kümeleri içindeki çarpışmaların bir sonucu olarak mı ortaya çıkıyorlar? Weiss, "Bunlar sadece iki tahmin; herkes sakinleştiğinde daha fazlasının olacağına inanıyorum" diyor. LIGO'nun yaklaşmakta olan çalışması yeni istatistikler toplamaya başladıkça, bilim insanları evrenin kara deliklerin kökenleri hakkında onlara fısıldadığı hikayeleri dinlemeye başlayacaklar.

Şekline ve boyutuna bakılırsa, ilk ve en gürültülü darbe, karşılıklı çekimsel çekimin etkisi altında sonsuz bir yavaş dansın ardından, her biri yaklaşık 30 kat daha büyük olan iki kara deliğin nihayet birleştiği yerden 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıktan kaynaklandı. güneş kütlesi. Kara delikler bir girdap gibi giderek daha hızlı dönüyor ve giderek yaklaşıyordu. Daha sonra birleşme gerçekleşti ve göz açıp kapayıncaya kadar üç Güneş'inkine eşdeğer enerjiye sahip çekim dalgaları serbest bırakıldı. Bu birleşme şimdiye kadar kaydedilen en güçlü enerjik olaydı.

Thorne, "Sanki fırtına sırasında hiç okyanus görmemişiz gibi" dedi. 1960'lardan beri uzay-zamandaki bu fırtınayı bekliyordu. Thorne'un dalgalar çarptığında hissettiği duygunun tam olarak heyecan olmadığını söylüyor. Başka bir şeydi bu: derin bir tatmin duygusu.

InoSMI materyalleri yalnızca yabancı medyadan değerlendirmeler içerir ve InoSMI editör personelinin konumunu yansıtmaz.

Yerçekimi dalgalarının keşfi 2016'nın ana bilimsel sansasyonu oldu. Anton Pervushin, bu keşfin ne anlama geldiğini, bunun için neden yüz yıl beklemek zorunda kaldığımızı ve neden evrenle ilgili fikirlerimizi tersine çevirmediğini, aksine onları doğruladığını açıklıyor.

Yüz yıl önce, 1916'da büyük Albert Einstein, Genel Görelilik Teorisi (GTR) üzerine ilk makaleleri yayınladı. Yer çekiminin uzay-zamanın kütle etkisi altında deformasyonundan kaynaklandığını gösterdiler. Bunu açıkça anlatmaya çalışalım. Metal bir top yumuşak bir yüzeye konursa altında bir çentik oluşacaktır. Ve top ne kadar ağırsa, çukur da o kadar derin ve geniş olur. Yani hem uzay hem de zaman, gezegenlerin, yıldızların ve galaksilerin kütlesinin altına "batıyor".

Her ne kadar bazı bilim adamları Einstein'ın teorisine düşman olsalar da, önemli kalite: Gerçek gözlemlenebilir etkileri, yani büyük gök cisimlerinin yakınında uzay-zamanın deformasyonunu tahmin edebilirdi. Aslında Genel Görelilik Teorisi, Merkür'ün günberi noktasında gözlenen değişimi açıklamaya yönelik bir girişim olarak ortaya çıktı. O dönemde bu olgu, Güneş'e yakın bilinmeyen bir gezegenin etkisi ile açıklanıyordu; hatta ona bir isim bile buldular: Vulcan. Einstein'ın formüllerini kullanarak, herhangi bir Vulkan icat etmeden bu değişimi açıklamak ve matematiksel olarak tanımlamak mümkündü.

Sanatçının hayal ettiği, var olmayan Vulkan

Teori başka doğrulamalar da gerektiriyordu ve bunlar kısa sürede alındı. 1919'da Arthur Eddington başka bir şeyi gözlemlerken güneş tutulması Tam olarak Genel Görelilik tarafından tahmin edildiği gibi, armatürümüzün yakınından geçen yıldızların ışınlarının sapmasını kaydetmeyi başardı.

20. yüzyılda teoriyi doğrudan veya dolaylı olarak doğrulayan birçok başka deney yapıldı. Örneğin, uzak nesnelerin radyasyonunun kuvvetlendirilmesi veya bölünmesi sırasında yerçekimsel merceklenmenin etkisi keşfedildi. büyük kitleler, yolda olanlar. Yerçekimi mercekleri arayışı, 1979'da İngiliz bilim adamlarının QSO 0957+16 kuasarının fotoğraflarında bir değil iki özdeş kuasar keşfetmesinden sonra astronomide yeni bir yön oluşmasına yol açtı.

Daha da net kanıtlar var - sözde "Einstein Haçı". Bir haç şeklindedir dört nesne Merkezinde merceksi bir galaksiyle, Pegasus takımyıldızında bizden 8 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan QSO 2237+0305 kuasarını gözlemliyoruz.

"Einstein'ın Haçı" fotoğraf NASA. Aslında bu, yerçekimsel bir mercek tarafından basitçe çarpıtılmış bir kuasardır.

Dahası, Genel Göreliliğin öngördüğü iki etkiyi daha doğrulamak mümkündü: Yerçekimi alanında zaman genişlemesi ve Dünya tarafından yaratılan uzay-zamanın zayıf eğriliği. Varlıklarına dair doğrudan kanıt, 1976 ve 2004'te fırlatılan Gravity Probe uzay aracı kullanılarak elde edildi.

Bütün bunlardan sonra artık Einstein'ın teorisinin işe yaradığını ve işe yaradığını güvenle söylemek mümkündü. pratik uygulama. Geriye kalan tek şey, büyük bir cismin su üzerindeki dalgalanmalar gibi hareket etmesi sırasında uzay-zamanda ortaya çıkacağını tahmin ettiği yerçekimsel dalgaları kaydetmekti. Çok sönük olmalarına rağmen, çok büyük kütleye sahip nesneleri gözlemlerken tespit edilebilirler: kuasarlar, galaksiler, kara delikler. Varlıklarına dair dolaylı kanıtlar 1990'ların başından beri ortaya çıktı. Ve şimdi uzun zamandır beklenen açılış gerçekleşti.

Daha doğrusu 14 Eylül 2015'te yapıldı ama sonuçların işlenmesi beş ay sürdü. Ve sadece dün, 11 Şubat 2016, uluslararası LIGO Bilimsel İşbirliği projesinden bilim adamları, Louisiana ve Washington eyaletlerinde bulunan iki lazer interferometrik yerçekimsel dalga gözlemevini kullanarak yerçekimsel dalgaları tespit edebildiklerini resmi olarak duyurabildiler. Bu dalgalar, 1,3 milyar yıl önce meydana gelen iki kara deliğin çarpışması sonucu oluşmuştur.

Washington Eyaleti Yerçekimi Gözlemevi

Bugün bu keşif, bilimsel bir sansasyon olarak coşkuyla yazılıyor. Ancak bazı coşkulu yorumcuların iddia ettiğinin aksine, “dünyayı değiştirmeye” muktedir değildir. Tam tersine, öngörülen etki, yüz yıl önce Einstein sayesinde oluşan Evren hakkındaki düşüncelerimizin şimdilik değişmeyeceğini bir kez daha kanıtlıyor.

Yani keşif, bilim kurgu severlerin ve uzay araştırma meraklılarının hayalini kurduğu anti-yerçekimi motorları gibi yeni teknolojileri bize getirmeyecek. Aslında Genel Görelilik Teorisinin modern versiyonu çerçevesinde bu tür motorlar kesinlikle imkansızdır.