Koristite gravitacijske valove. Bit gravitacijskih valova s \u200b\u200bjednostavnim riječima

Valentin Nikolaevich Rudenko podijeljen je poviješću svog posjeta Kashinovom gradu (Italiji), gdje je proveo tjedan dana u tada i dalje izgrađen od strane "gravitacijske antene" - Michelsonov optički interferometar. Na putu do odredišta, vozač taksija je zainteresiran za instalaciju za koju je izgrađena instalacija. "Ovdje ljudi misle da je ovo za razgovor s Bogom", priznaje vozač.

- Što su gravitacijski valovi?

- Gravitacijski val je jedan od "prijevoznika astrofizičkih informacija". Postoje vidljivi kanali astrofizičkih informacija, posebna uloga u "dalekoj viziji" pripada teleskopima. Astronomi su također ovladali s niskim frekvencijskim kanalima - mikrovalnom i infracrvenom, te visokofrekventno - rendgenskim i gama-. Osim elektromagnetskog zračenja, možemo registrirati tokove čestica iz prostora. U tu svrhu se koriste teleskopi neutrina - velikim detektorima kozmičkog čestica neutrina, koji su slabo u interakciji s tvari i stoga je teško registrirati. Gotovo svi teoretski predviđeni i laboratorijski i ispitivani tipovi "nosača astrofizičkih informacija" pouzdano su ovladali u praksi. Iznimka je bila gravitacija - najslabija interakcija u mikrometru i najmoćnijoj sili u makromiru.

Gravitacija je geometrija. Gravitacijski valovi su geometrijski valovi, odnosno valovi koji mijenjaju geometrijske karakteristike prostora kada prolaze kroz ovaj prostor. Otprilike govoreći, to su valovi deformirajući prostor. Deformacija je relativna promjena u udaljenosti između dvije točke. Gravitacijsko zračenje razlikuje od svih ostalih vrsta zračenja upravo činjenice da su geometrijske.

- Gravitacijski valovi predviđaju Einstein?

- Formalno se smatra da gravitacijski valovi predviđaju Einstein, kao jednu od posljedica svoje opće teorije relativnosti, ali u stvari njihovo postojanje postaje očito već u posebnoj teoriji relativnosti.

Teorija relativnosti pretpostavlja da je zbog gravitacijske atrakcije moguće gravitacijska kolapsa, to jest, zatezanje objekta kao rezultat kolapsa, grubo govoreći, do točke. Tada je gravitacija toliko jaka da svjetlo ne može ni izaći iz njega, tako da je takav objekt figurativno nazvan crnom rupom.

- Koja je značajka gravitacijske interakcije?

Značajka gravitacijske interakcije je načelo ekvivalentnosti. Prema njemu, dinamična reakcija suvremenog tijela u gravitacijskom području ne ovisi o masi ovog tijela. Jednostavno rečeno, sva tijela padaju s istim ubrzanjem.

Gravitacijska interakcija je najslabija od nas danas.

- Tko je prvi pokušao uhvatiti gravitacijski val?

- Eksperiment gravitacijskog vala bio je prvi koji je proveo Joseph Weber sa Sveučilišta Maryland (SAD). Stvorio je gravitacijski detektor koji je sada pohranjen u muzeju Smithson u Washingtonu. Godine 1968-1972, Joe Weber proveo niz zapažanja na par prostorno razmaknutim detektorima, pokušavajući dodijeliti slučajeve "slučajnosti". Recepcija slučajnosti posuđenih od nuklearne fizike. Niska statistička značajnost gravitacijskih signala primljenih od strane Webera izazvala je kritički stav prema rezultatima eksperimenta: nije bilo povjerenja da je moguće popraviti gravitacijske valove. U budućnosti su znanstvenici pokušali povećati osjetljivost detektora Weber-tipa. Razvoj detektora čija je osjetljivost bila prikladna za astrofizičku prognozu, trajalo je 45 godina.

Tijekom početka eksperimenta prije učvršćivanja održani su mnogi drugi eksperimenti, u tom razdoblju zabilježeni su impulsi, ali su imali previše malog intenziteta.

- Zašto niste odmah proglasili fikciju signala?

- Gravitacijski valovi su zabilježeni u rujnu 2015. godine. Ali čak i ako je slučajnost fiksna, potrebno je prije objaviti, da dokaže da to nije slučajno. U signalu, uklonjen iz bilo koje antene, uvijek postoje emisije buke (kratkoročni rafali), a jedan od njih se može slučajno pojaviti istovremeno s bukom prskanje na drugoj anteni. Dokazati da se slučajnost dogodila nije slučajno moguće korištenjem statističkih procjena.

- Zašto su otkrića u području gravitacijskih valova toliko važna?

- Sposobnost registracije relikvije gravitacijske pozadine i mjere njegove karakteristike, kao što je gustoća, temperatura itd., Omogućuje vam da se približite početku svemira.

Atraktivno je da je teško detektirati gravitacijsko zračenje, jer interaktivno je vrlo loše s tvari. No, zahvaljujući istoj imovini, prolazi bez apsorpcije od najudaljenijeg predmeta od nas s najtamnijem, sa stajališta materije, nekretnina.

Može se reći da gravitacijsko zračenje prolazi bez izobličenja. Najambiciozniji cilj je istražiti to gravitacijsko zračenje, koji je odvojen od primarne tvari u teoriji velike eksplozije, koji je nastao u vrijeme stvaranja svemira.

- uklanja li otvaranje gravitacijskih valova kvantna teorija?

Teorija gravitacije uključuje postojanje gravitacijskog kolapsa, to jest, zatezanje masivnih predmeta do točke. U isto vrijeme, kvantna teorija koju je škola u Kopenhagenu razvila pretpostavlja da je zbog načela neizvjesnosti nemoguće istovremeno ukazati na točno parametre kao koordinata, brzinu i impuls tijela. Postoji načelo nesigurnosti, nemoguće je odrediti točno trajektorije, jer je putanja i koordinata i brzina, itd. Možete definirati samo uvjetnog hodnika pouzdanosti unutar te pogreške, što je povezano s načelima nesigurnosti , Kvantna teorija kategorički poriče mogućnost predmeta točka, ali ih opisuje statistički probabilistički način: ne ukazuje na koordinate, već ukazuje na vjerojatnost da ima određene koordinate.

Pitanje kombiniranja kvantne teorije i teorije gravitacije jedno je od temeljnih pitanja stvaranja teorije jednog polja.

Na njemu nastavite raditi, a riječi "kvantna gravitacija" znače potpuno napredno područje znanosti, granica znanja i neznanja, gdje sada rade svi teoretičari svijeta.

- Što se može otvoriti u budućnosti?

Gravitacijski valovi trebaju neizbježno ići na temelj moderne znanosti kao jednu od komponenti našeg znanja. Oni dodjeljuju značajnu ulogu u evoluciji svemira i uz pomoć tih valova treba proučavati svemir. Otkriće doprinosi ukupnom razvoju znanosti i kulture.

Ako se odlučite ići dalje od današnje znanosti, dopušteno je zamisliti linije telekomunikacija gravitacijske komunikacije, reaktivnih uređaja na gravitacijskom zračenju, gravitacijskim i valnim instrumentima introskopije.

- Učinite omjer gravitacijskih valova do psihičke i telepatije?

Nemaju. Opisani učinci su učinci kvantnog svijeta, učinci optike.

Anna Utkin razgovarala je

Gravitacijski valovi - slika umjetnika

Gravitacijski valovi - ometanja prostora-vremenske metričke metrike, odvoda iz izvora i širenje poput valova (tzv. "Površina prostora-vrijeme").

U ukupnoj teoriji relativnosti iu većini drugih modernih teorija gravitacije, gravitacijski valovi generiraju kretanje masovnih tijela s promjenjivom ubrzanjem. Gravitacijski valovi slobodno se distribuiraju u prostoru brzinom svjetlosti. Zbog relativne slabosti gravitacijskih sila (u usporedbi s drugim), ovi valovi imaju vrlo malu količinu, s registracijom težine.

Polarizirani gravitacijski val

Gravitacijski valovi predviđaju ukupna teorija relativnosti (OTO), mnogih drugih. Prvi put su bili izravno otkriveni u rujnu 2015. dva detektora blizanca, na kojima su registrirani gravitacijski valovi, koji su vjerojatno zbog spajanja dva i formiranje još jedne masivne rotirajuće crne rupe. Neizravni certifikati o njihovom postojanju poznate su od 1970-ih - od opažanja približavanja bliskih sustava s opažanjima, zbog gubitka energije na zračenju gravitacijskih valova. Izravna registracija gravitacijskih valova i njihova uporaba za određivanje parametara astrofizičkih procesa važan je zadatak moderne fizike i astronomije.

U okviru valova razdvajanja, gravitacijski valovi opisani su otopinama einsteina tipa vala, koji se kreću brzinom svjetlosti (u linearnoj aproksimaciji), poremećaj prostorno-vremenske metrike. Manifestacija ove perturbacije treba biti, posebice, periodična promjena u udaljenosti između dva slobodnog pada (to jest, nema učinaka bilo koje snage) s probnim masama. Amplituda h. Gravitacijski val je bezdimenzijska vrijednost - relativna promjena u daljini. Predviđeni maksimalni amplitudi gravitacijskih valova iz astrofizičkih objekata (na primjer, kompaktni dvostruki sustavi) i fenomenima (eksplozije, spajanja, hvataljke s crnim rupama, itd.) Kada se mjeri u vrlo malom ( h. \u003d 10 -18 -10 -23). Slab (linearni) gravitacijski val prema općoj teoriji relativnosti tolerira energiju i puls, kreće se brzinom svjetla, je poprečna, četverokuta i opisana s dvije neovisne komponente smještene pod kutom od 45 ° jedni drugima (ima dva upute za polarizacije).

Različite teorije na različite načine predviđaju stopu širenja gravitacijskih valova. U općoj teoriji relativnosti, jednako je brzini svjetlosti (u linearnoj aproksimaciji). U drugim gravitacijskim teorijama može potrajati bilo kakve vrijednosti, uključujući beskonačnost. Prema prvoj registraciji gravitacijskih valova, njihova disperzija je bila kompatibilna s masnim gravitonom, a stopa se procjenjuje kao jednaka brzini svjetlosti.

Generacija gravitacijskih valova

Sustav dvije neutronske zvijezde generira ripples prostor-vrijeme

Gravitacijski val zrači bilo kakvom materijom koja se kreće s asimetričnim ubrzanjem. Da bi se pojavio u valu značajne amplitude, iznimno veliku masu emitera ili / i ogromnih ubrzanja, amplituda gravitacijskog vala je izravno proporcionalna prvi derivat ubrzanja I masu generatora, to jest, ~. Međutim, ako se neki objekt kreće ubrzano, to znači da postoji neka moć na strani drugog objekta. S druge strane, ovaj drugi objekt doživljava suprotan učinak (prema 3. Newtonski zakon), ispada da m. 1 a. 1 = − m. 2 a. 2 , Ispada da dva objekta emitiraju gravitacijske valove samo u par, a kao posljedica smetnji, oni su gotovo potpuno ugašeni. Stoga, gravitacijsko zračenje u općoj teoriji relativnosti uvijek nosi karakter barem kvadrupola zračenja u višestruki. Osim toga, za ne-relativističke emiteri u izrazu intenziteta zračenja nalazi se mali parametar gdje - gravitacijski radijus emiter, r. - svoju karakterističnu veličinu, T. - karakteristično razdoblje kretanja, c. - brzinu svjetlosti u vakuumu.

Najjači izvori gravitacijskih valova su:

• okrenuti (divovske mase, vrlo male ubrzanje),
• gravitacijski kolaps dvostrukog sustava kompaktnih objekata (kolosalni ubrzanja s prilično velikom masom). Kao privatni i najzanimljiviji slučaj - spajanje neutronskih zvijezda. Takav sustav ima gravitacijsku i valnu svjetlost blizu je maksimalnu moguću planski sjaj.

Gravitacijski valovi koji emitiraju sustav dvaju tijela

Dva tijela koja se kreću oko kružnih orbita oko zajedničkog središta mase

Dvije gravitacijske povezane tijela s masama m. 1 I. m. 2, pomicanjem nerelitistika ( vlan << c. ) u kružnim orbitama oko zajedničkih središnjih masa na udaljenosti r. Jedne od drugih, gravitacijski valovi sljedeće energije emitiraju u prosjeku za razdoblje:

Kao rezultat toga, sustav gubi energiju, što dovodi do približavanja tijela, to jest, na smanjenje udaljenosti između njih. Brzina približavanja tel:

Za Sunčev sustav, na primjer, najveće gravitacijsko zračenje proizvodi podsustav i. Moć ovog zračenja je oko 5 kilovat. Dakle, energija izgubljena od strane Sunčevog sustava na gravitacijskom zračenju godišnje je potpuno beznačajna u usporedbi s karakterističnom kinetičkom energijom Tel.

Dvostruki sustav gravitacijski kolaps

Svaka dvostruka zvijezda pri rotiranju njegove komponente oko zajedničkog središta mase gubi energiju (kako je i očekivano - zbog emisije gravitacijskih valova) i, na kraju se spaja zajedno. Ali za obične, nekoncenalne, dvostruke zvijezde, ovaj proces traje puno vremena, mnogo više od stvarne dobi. Ako se dvostruki kompaktni sustav sastoji od para neutronskih zvijezda, crnih rupa ili njihovih kombinacija, spajanje se može pojaviti nekoliko milijuna godina. Prvo, predmeti su spojeni, a njihovo razdoblje cirkulacije se smanjuje. Zatim, u završnoj fazi, dolazi do sudara i asimetričnog gravitacijskog kolapsa. Ovaj proces traje djelić sekunde, a za to vrijeme energija je posljedica nekih procjena više od 50% masovnog sustava u gravitacijskom zračenju.

Osnovna točna rješenja Einstein jednadžbe za gravitacijske valove

Volga Waves Bondi - Pirani - Robinson

Ovi valovi opisani su metrikom. Ako unesete varijablu i funkciju, onda iz jednadžbi iz jednadžbe

Metrička tanya

ima oblik, -funkciju, zadovoljiti istu jednadžbu.

Metrički Rosen.

Gdje se zadovoljava

Metrička peresa

U čemu

Einstein cilindrični valovi - Rosen

U cilindričnim koordinatama, takvi valovi imaju izgled i izvršiti

Registracija gravitacijskih valova

Registracija gravitacijskih valova prilično je složena zbog slabosti potonje (mala izobličenja metričkog). Instrumenti za njihovu registraciju su detektori gravitacijskih valova. Pokušaji otkrivanja gravitacijskih valova izrađeni su od kasnih 1960-ih. Gravitacijski valovi prepoznatljive amplitude rođeni su tijekom dvostrukog kolapsa. Takvi događaji javljaju se u blizini otprilike jednom desetljeću.

S druge strane, ukupna teorija relativnosti predviđa ubrzanje uzajamne rotacije dvostrukih zvijezda zbog gubitka energije na zračenje gravitacijskih valova, a taj se učinak pouzdano fiksira u nekoliko poznatih sustava dvostrukih kompaktnih objekata (posebno, Pulsari s kompaktnim tvrtki). Godine 1993., "za otvaranje novog tipa Pulsarov, koji je dao nove mogućnosti u proučavanju gravitacije" od strane otvarača prvog dual pulsar PSR B1913 + 16 Russell Halsa i Josepha Taylor Ml. Dodijeljena je Nobelova nagrada u fizici. Ubrzanje rotacije uočene u ovom sustavu potpuno se podudara s predviđanjima razdvajanja gravitacijskih valova. Isti fenomen zabilježen je u nekoliko slučajeva: za PSR J0737-3039, PSR J0737-4715, PSR J0737-4715, SDSS J065133.338 + 284423.37 (obično skraćeni J0651) i dvostruki RX J0806 sustavi. Na primjer, udaljenost između dvije komponente A i B prve dvokrevetne zvijezde iz dva PSR J0737-3039 pulsari se smanjuje za oko 2,5 inča (6,35 cm) dnevno zbog gubitka energije za gravitacijske valove, a to se događa u dogovoru s. Svi ovi podaci tumače se kao neizravna potvrda postojanja gravitacijskih valova.

Prema procjenama, najjači i prilično česti izvori gravitacijskih valova za gravitacijske teleskope i antene su katastrofe povezane s kolaps dvostrukim sustavima u najbližih galaksija. U bliskoj budućnosti, nekoliko sličnih događaja godišnje, iskrivljuje metrike u okolici na 10-21 -10 -23, bit će registrirana na naprednim gravitacijskim detektorima. Prva opažanja signala optički metričke parametarske rezonancije, što omogućuje otkrivanje učinka gravitacijskih valova iz periodičnih izvora bliskog dvostrukog na zračenje kozmičkih rukava, eventualno dobivenih na radio astronomskoj opservatoriji u Ras, Pushchino ,

Još jedna mogućnost otkrivanja pozadine gravitacijskih valova koji popunjava svemir je visoko precizno vrijeme udaljenog pulsara - analiza vremena dolaska njihovih impulsa, što je karakteristično za djelovanje pod djelovanjem prolaze kroz prostor između Zemlje i pulsar gravitacijskih valova. Procjenjuje se na 2013., točnost mjerenja mora biti podignuta po jedan red tako da se može koristiti pozadinski valovi iz raznih izvora u našem svemiru, a taj se zadatak može riješiti do kraja desetljeća.

Prema modernim idejama, naš svemir ispunjava relikvije gravitacijske valove, koji su se pojavili u prvim trenucima nakon. Njihova će registracija omogućiti da se dobiju informacije o procesima na početku svemira. 17. ožujka 2014. u 20:00 sati u Moskvi u Harvardu Smithsonian centru astrofizike, Američka skupina istraživača koji rade na projektu Bicep 2 najavljeni su da otkrije polarizaciju relictizacije relict zračenja nemjernih perturbacija u ranom svemiru, što jest Također otkriće tih relic gravitacijskih valova. Međutim, gotovo odmah taj rezultat je izazvan, jer je, kako se ispostavilo, doprinos nije pravilno uzet u obzir. Jedan od autora, J. M. Kovac ( Kovac J. M.), priznao je da je "s tumačenjem i pokrivanjem ovih bicep2 eksperimenta, sudionici eksperimenta i znanstvenih novinara bili malo žurno."

Eksperimentalna potvrda postojanja

Prvi fiksni gravitacijski valni signal. Lijevi podaci iz detektora u Hanfordu (H1), na desnoj strani - u Livingstone (L1). Vrijeme se broji 14. rujna 2015., 09:50:45 UTC. Da bi vizualizirali signal, filtrira se frekvencijskim filtrom s propusnom pojasom od 35-350 herca kako bi se suzbila velike fluktuacije izvan visokog raspona osjetljivosti detektora, primijenjeni su i bend-kose filtri za suzbijanje buke samih postavki. Gornji red: napon H u detektorima. GW150914 prvi je stigao na L1 i nakon 6 9 +0 5 -0 4 ms po H1; Za vizualnu usporedbu, podaci s H1 prikazuju se na L1 grafikonu u naprednom i vremenski pomaknutom obliku (kako bi se uzeo u obzir relativnu orijentaciju detektora). Drugi red: naponi H iz gravitacijskog valnog signala koji nedostaje istim zračnim kose filter 35-350 Hz. Čvrsta crta je rezultat numeričke relativnosti za sustav s parametrima kompatibilnim s studijom na temelju proučavanja GW150914 signala, dobivenog s dva neovisna kodovi s dobivenim utakmicom 99.9. Sive debele linije - područje od 90% vjerojatnosti povjerenja signalnog oblika dobivenog iz ovih detektora s dvije različite metode. Tamno siva linija simulira očekivane signale iz fuzije crnih rupa, svijetlo sive ne koristi astrofizičke modele i predstavlja signalnu linearnu kombinaciju sinusoidnih-gausskih vala. Rekonstrukcije se preklapaju za 94%. Treći red: rezidualne pogreške nakon vađenja filtriranog predviđanja signala numeričke relativnosti s filtriranog signala detektora. Donji raspon: prezentacija frekvencije napona, pokazujući povećanje dominantne frekvencije signala s vremenom.

11. veljače 2016. od strane suradnje Ligo i Djevica. Fusion signal dvije crne rupe s amplitudom na maksimum od oko 10 -21 zabilježeno je 14. rujna 2015. u 9:51 UTC dva ligo detektora u Hanfordu i Livingstoneu kroz 7 milisekundi jedan od drugog, u području maksimalnog signala amplituda (0,2 sekunde) kombinirano omjer signala do šuma bio je 24: 1. Signal je označen pomoću GW150914. Signalni oblik podudara se s predviđanjem opće teorije relativnosti za fuziju dviju crnih rupa s masama 36 i 29 solara; Crna rupa u nastajanju trebala bi imati mase 62 solarnu i rotacijsku parametar a. \u003d 0,67. Udaljenost od izvora je oko 1,3 milijarde, elastična tijekom desetine sekunde u fuzijskoj energiji - ekvivalent od oko 3 solarne mase.

Povijest

Povijest pojma "gravitacijski val", teorijsko i eksperimentalno potraga za tim valovima, kao i njihovo korištenje za studije o fenomenima nedostupnim drugim metodama.

• 1900 - Lorenz je predložio da gravitacija "... Može se primijeniti na brzini, više ne brzina";
• 1905. - Poinkare Prvi put uvedeni pojam gravitacijski val (ondevifique). Poincaré, na visokokvalitetnoj razini uklonio je uspostavljene prigovore Laplacea i pokazao da se korekcija povezana s gravitacijskim valovima na opće prihvaćenim zakonima Newtonova postupaka smanje, pretpostavlja se pretpostavka postojanja gravitacijskih valova ne u suprotnosti s opažanjima ;
• 1916 - Einstein je pokazao da će u okviru Oto mehanički sustav prenijeti energiju s gravitacijskim valovima i, grubo govoreći, svaka rotacija relativno fiksnih zvijezda mora prije ili kasnije zaustaviti, iako, naravno, u normalnim uvjetima, energetski gubitak reda je zanemariv i praktički nije mjerljiv (u ovom radu, on je pogrešno vjerovao da mehanički sustav neprestano zadržava sferičnu simetriju može emitirati gravitacijske valove);
• 1918 - Einstein Donijela je četverokutu formulu u kojoj se ispada zračenje gravitacijskih valova kao učinak naloga, čime se konfigurira pogrešku u prethodnom radu (ostaje pogreška u koeficijent, valna energija je 2 puta manje);
• 1923. - Eddington - upitao je fizičku stvarnost gravitacijskih valova "... primijeniti ... s brzinom razmišljanja." Godine 1934., u pripremi ruskog prijevoda njegove monografije "teorije relativnosti", Eddington je dodao nekoliko poglavlja, uključujući poglavlja s dvije opcije za izračun gubitaka energije rotirajućem šipkom, ali je primijetio da su metode približnih izračuna OTO-a, Prema njegovom mišljenju, ne primjenjuju se na gravitacionalno povezane sustave. Tako da ostaju sumnje;
• 1937. - Einstein, zajedno s Rosenom, istražio je cilindrična valna rješenja točnih jednadžbi gravitacijskog polja. Tijekom tih studija su sumnjali da gravitacijski valovi mogu imati artefakt približnih rješenja jednadžbi Oto jednadžbi (poznata korespondencija na recenziju na Einsteinu i Rosenskom članku "Postoje gravitacijske valovi?"). Kasnije je našao pogrešku u rasuđivanju, konačna verzija članka s temeljnim uređivanjem objavljena je već u časopisu Instituta Franklin;
• 1957. - Hermann Bondi i Richard Feynman ponudili su mentalni eksperiment "štap s kuglicama" u kojima je potkrijepilo postojanje fizičkih posljedica gravitacijskih valova u OTO;
• 1962. - Vladislav je prazan i Mihail Hercencein opisao načela korištenja interferometara za otkrivanje gravitacijskih valova dugih valova;
• 1964. - Philip Peters i John Matthew teoretski je opisao gravitacijske valove emitirane dvostrukim sustavima;
• 1969. - Joseph Weber, osnivač gravitacijskog valnog astronomije, izvješćuje o otkrivanju gravitacijskih valova koristeći rezonantni detektor - mehaničku gravitacijsku antenu. Ove poruke generiraju nepristojni porast u radu u tom smjeru, osobito, Weiss Rainier, jedan od osnivača projekta Ligo, počeo je pokuse u to vrijeme. U ovom trenutku (2015.) nitko nije uspio dobiti pouzdane potvrde o tim događajima;
• 1978. - Joseph Taylor izvijestio o otkrivanju gravitacijskog zračenja u dvostrukom pulsarskom sustavu PSR B1913 + 16. Joseph Taylor i Russell Hals zaslužio je Nobelovu nagradu u fizici za 1993. godinu. Početkom 2015. godine, tri post-keplerovsky parametara, uključujući smanjenje razdoblja zbog zračenja gravitacijskih valova, izmjeren je najmanje za 8 takvih sustava;
• 2002. \\ T Gravitacija - razlika od brzine svjetlosti ne smije prelaziti 20% (ova interpretacija nije općenito prihvaćena);
• 2006 - Međunarodni tim Martha Breshi (Parks opservatorij, Australija) izvijestili su znatno točnije potvrde o odvajanju i dopisivanju na veličinu gravitacijskih valova u sustavu dva PSR J0737-3039A / B Pulsari;
• 2014 - astronomi Harvard-Smithsonian astrofizički centar (bicep) izvijestio je o otkrivanju primarnih gravitacijskih valova pri mjerenju fluktuacija relic zračenja. U ovom trenutku (2016.) otkriveni fluktuacije smatraju se ne-relikvija, ali se objašnjavaju zračenjem prašine u galaksiji;
• 2016 - Međunarodni ligo tim izvijestio o otkrivanju događaja prolaska gravitacijskih valova GW150914. Prvi put se prijavljuje na izravnom promatranju interakcija masovnih tijela u ultramičnim gravitacijskim poljima s ultra-visokim relativnim brzinama (< 1,2 × R s , v/c > 0,5), što je omogućilo da provjeri ispravnost od točnosti na nekoliko postdosječnih članova visokih naloga. Izmjerena disperzija gravitacijskih valova ne u suprotnosti s prethodno napravljenim mjerenjima disperzije i gornje granice mase hipotetičkog gravitona (< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.

Što je gravitacijski valovi?

Gravitacijski valovi - promjene u gravitacijskom polju šire poput valova. Zdraže se pomicanjem masa, ali nakon zračenja ostavljaju ih i postoje neovisno o tim masama. Matematički povezan s poremećajem prostornog metričkog metričkog i može se opisati kao "ripples prostora-vrijeme".

U ukupnoj teoriji relativnosti iu većini drugih modernih teorija gravitacije, gravitacijski valovi generiraju kretanje masovnih tijela s promjenjivom ubrzanjem. Gravitacijski valovi slobodno se distribuiraju u prostoru brzinom svjetlosti. Zbog relativne slabosti gravitacijskih sila (u usporedbi s drugim), ovi valovi imaju vrlo malu količinu, s registracijom težine.

Gravitacijski valovi predviđaju opća teorija relativnosti (OTO). Po prvi put su bili izravno otkriveni u rujnu 2015. dva dvostruka detektora opservatorija Ligo, na kojima su registrirani gravitacijski valovi, koji su vjerojatno zbog spajanja od dvije crne rupe i formiranje još jedne masivne rotirajuće crne rupe. Neizravni certifikati o njihovom postojanju poznati su još od 1970-ih - od sljedećih podudaranja s opažanjima približavanja bliskih sustava dvojnih zvijezda zbog gubitka energije za zračenje gravitacijskih valova. Izravna registracija gravitacijskih valova i njihova uporaba za određivanje parametara astrofizičkih procesa važan je zadatak moderne fizike i astronomije.

Ako zamislite naš prostor-vrijeme kao mreža koordinata, onda gravitacijski valovi su poremećaji, ripples, koji će proći kroz rešetku, kada masovna tijela (na primjer, crne rupe) iskrivljuju prostor oko sebe.

To se može usporediti s potresom. Zamislite da živite u gradu. Ima neke markere koji stvaraju urbani prostor: kuće, drveće i tako dalje. Oni su nepomični. Kada se veliki potres dogodi negdje u blizini grada, oscilacije dođu do nas - pa čak i fiksne kuće i drveće molitvene. Ove oscilacije su gravitacijske valove; I objekti koji osciliraju su prostor i vrijeme.

Zašto znanstvenici ne mogu dugo registrirati gravitacijske valove?

Posebni napori za otkrivanje gravitacijskih valova započeli su u poslijeratnom razdoblju s nekoliko naivnih uređaja čija osjetljivost očito ne može biti dovoljna za registraciju takvih oscilacija. Tijekom vremena postalo je jasno da bi detektori pretraživanja trebali biti vrlo veliki - i moraju koristiti modernu laserski tehniku. To je s razvojem modernih laserskih tehnologija koje se pojavila geometrija, a poremećaj je gravitacijski val. Najmoćniji razvoj tehnologije odigrao je ključnu ulogu u ovom otvaranju. Bez obzira na to kako bi genijalni znanstvenici bili prije, još 30-40 godina, bilo je tehnički nemoguće to učiniti.

Zašto detekcija valova tako je važna za fiziku?

Gravitacijski valovi predviđeni su Albert Einsteinom u općoj teoriji relativnosti prije stotinu godina. Svi XX stoljeća bili su fizičari koji su ispitivali ovu teoriju, iako se pojavilo sve više i više potvrda. A prisutnost gravitacijskih valova je tako kritična potvrda teorije.

Osim toga, do registracije gravitacijskih valova o tome kako se gravitacija ponaša, znali smo samo na primjeru nebeske mehanike, interakciju nebeskih tijela. Ali bilo je jasno da gravitacijski polje ima valove i prostorno vrijeme mogu se deformirati na sličan način. Činjenica da prije nismo vidjeli gravitacijske valove, bio je bijelo mjesto u modernoj fizici. Sada je zatvoreno bijelo mjesto, još jedna cigla je stavljena u temelj moderne tjelesne teorije. Ovo je temeljno otkriće. Posljednjih godina nije bilo ništa slično.

"Čekajući valove i čestice" - dokumentarac o potrazi za gravitacijskim valovima(Dmitry Zavilgelskiy)

Postoji u registraciji gravitacijskih valova i praktičnog trenutka. Vjerojatno, nakon daljnjeg razvoja tehnologija, bit će moguće govoriti o gravitacijskoj astronomiji - promatrati tragove najmoćnijih događaja u svemiru. Ali sada je prerano govoriti o tome, govorimo samo o činjenici registracije valova, a ne o razjašnjavanju karakteristika objekata koji generiraju te valove.

Prije samo nekoliko sati, nisam imao vijesti koja je dugo čekala u znanstvenom svijetu. Skupina znanstvenika iz nekoliko zemalja koje rade kao dio međunarodnog projekta Ligo Znanstvena suradnja tvrde da su s više detektora opservatorija, uspjeli popraviti gravitacijske valove u laboratorijskim uvjetima.

Oni analiziraju podatke iz dva laserska interferometrijska gravitacijska opservatorija (laserski interferometar gravitacijsko-valoviti opservatorij - ligo) nalazi se u državama Louisiana i Washingtonu u SAD-u.

Kao što je spomenuto na konferenciji za tisak Ligo, gravitacijski valovi su registrirani 14. rujna 2015., prvo na jednom opservatoriju, a zatim nakon 7 milisekundi u drugi.

Na temelju analize dobivenih podataka, koje su znanstvenici bili angažirani u mnogim zemljama, uključujući i iz Rusije, utvrđeno je da je gravitacijski val uzrokovan sudar dviju crnih rupa težine 29 i 36 puta više od mase Sunca. Nakon toga su se spojili u jednu veliku crnu rupu.

To se dogodilo prije 1,3 milijarde godina. Signal je došao na tlo od Constellacije Magellanovo oblaka.

Sergej Popov (astrofizičar Državnog astronomskog instituta Sternberg Moskovskog državnog sveučilišta) objasnio je što gravitacijske valove i zašto je tako važno mjeriti ih.

Moderne teorije gravitacije su geometrijske teorije gravitacije, više ili manje, počevši od teorije relativnosti. Geometrijska svojstva prostora utječu na kretanje tijela ili takvih objekata kao svjetlosne zrake. Nasuprot tome - distribucija energije (to je ista kao i masa u prostoru) utječe na geometrijska svojstva prostora. To je vrlo cool, jer je samo vizualizirano - sve je ovaj stanični ravnini ocijenjen u ćeliji ima određeno fizičko značenje, iako, naravno, ne tako doslovno.

Fizičari koriste riječ "metrički". Metrika je nešto što opisuje geometrijska svojstva prostora. I ovdje se krećemo s ubrzanjem. Najjednostavniji - krastavac se okreće. Važno je da je, na primjer, ne lopta, a ne fleksibilan disk. Lako je zamisliti da kada se takva krastavca okreće na elastičnoj ravnini, valovi će pobjeći od njega. Zamislite da stojite negdje, a krastavac će vam se okrenuti jedan kraj, a zatim još jedan. To utječe na prostor i vrijeme na različite načine, gravitacijski val radi.

Dakle, gravitacijski val je val, trčanje na metriku prostora-vrijeme.

Perle u prostoru

To je temeljna imovina naših osnovnih ideja o tome kako je uređena gravitacija, a ljudi stotinu godina žele ga provjeriti. Žele se pobrinuti da je učinak i da je vidljiv u laboratoriju. U prirodi je već vidio prije tri desetljeća. Kako se gravitacijski valovi manifestiraju u svakodnevnom životu?

Najlakše je to ilustrirati tako: ako bacite perle u svemir tako da su šalica, a kada će gravitacijski val proći okomit na njihov avion, počet će se pretvarati u elipsu, komprimirati u jednom smjeru, a zatim u drugu , Činjenica je da će prostor oko njih biti ogorčen, i oni će to osjetiti.

"G" na zemlji

O takvom nešto što ljudi rade, jednostavno ne u prostoru, nego na zemlji.

Na udaljenosti od četiri kilometra jedan od drugoga, ogledala visi u obliku slova "G" [što znači američki ligo zvjezdarnica].

Laserske zrake trče - ovo je interferometar, dobro razumljiva stvar. Moderne tehnologije omogućuju vam mjerenje fantastično malog učinka. Još uvijek ne vjerujem da ne vjerujem, ali samo se ne uklapam u glavu - premještanje ogledala visi na udaljenosti od četiri kilometra jedni od drugih je manje od veličine atomske jezgre. Ovo nije dovoljno ni u usporedbi s valnom duljinom ovog lasera. U tome je postojao Snag: Gravitacija - najslabija interakcija, a time i premještanje je vrlo mala.

Trebalo je mnogo vremena, ljudi su to pokušali učiniti od 1970-ih, proveli su svoje živote u potrazi za gravitacijskim valovima. A sada samo tehničke sposobnosti omogućuju dobivanje registracije gravitacijskog vala u laboratorijskim uvjetima, to jest, došao je ovdje, a ogledala su se pomaknula.

Smjer

Tijekom godine, ako je sve u redu, već postoje tri detektora na svijetu. Tri detektora su vrlo važni, jer su te stvari vrlo loše određene smjerom signala. Otprilike, kao i na slušanju slabo određuje smjer izvora. "Zvuk je od negdje na desno" - ovi detektori su otprilike tako osjećaj. Ali ako postoje tri osobe jedan od drugoga, i jedan čuje zvuk na desnoj, drugi s lijeve strane, a treći leđa, onda možemo vrlo točno odrediti smjer zvuka. Što će više detektora biti, više se raspršuju širom svijeta, točnije možemo odrediti smjer izvora, a zatim će astronomija početi.

Uostalom, krajnji zadatak ne samo da potvrdi opću teoriju relativnosti, već i da dobije novo astronomsko znanje. Zamislite da postoji crna rupa koja teži deset masa. I suočava se s drugom crnom rupom koja teži u deset masa. Sudar se javlja pri brzini svjetla. Energija praska. To je istina. Mnogo je fantastičan. I to nije ... to je samo ripples prostora i vremena. Rekao bih da će detekcija spajanja dvije crne rupe za dugo vremena postati najpouzdanija potvrda da su crne rupe o takvim crnim rupama o kojima razmišljamo.

Idemo na probleme i fenomene koje je mogla otkriti.

Ima li uistinu crne rupe?

Signal koji se očekuje od najave Ligo, možda su proizveli dvije crne rupe. Takvi su događaji najmoćniji od onih poznatih; Snaga gravitacijskih valova emitiranih od njih može ukratko zasjeniti sve zvijezde promatranog svemira u iznosu. Spajanje crnih rupa također je vrlo lako interpretirati na vrlo čisti gravitacijskim valovima.

Fuzija crnih rupa nastaje kada se dvije crne rupe okreću duž spirale u odnosu na drugu, zračeći energiju u obliku gravitacijskih valova. Ovi valovi imaju karakterističan zvuk (LFM), koji se može koristiti za mjerenje mase tih dvaju objekata. Nakon toga se crne rupe obično spajaju.

"Predstavite dva mjehurića sapuna koja su prikladna tako blizu da jedan oblik mjehurića. Veći mjehur deformiran ", kaže Tibald Damur, gravitacijski teoretičar iz Instituta za napredne znanstveno istraživanje u blizini Pariza. Konačna crna rupa bit će savršeno sferna, ali prvo mora emitirati gravitacijske valove predvidljive vrste.

Jedna od najvažnijih znanstvenih posljedica otkrivanja spajanja crnih rupa bit će potvrđena postojanjem crnih rupa - barem idealno okruglih objekata koji se sastoje od čistog, praznog, zakrivljenog prostora predviđa opću teoriju relativnosti. Još jedna posljedica - spajanje prolazi kao znanstvenici predviđaju. Astronomi imaju mnogo neizravnih potvrda ovog fenomena, ali do sada je promatrao zvijezde i pregrijani plin u orbiti crnih rupa, a ne crne rupe.

"Znanstvena zajednica, uključujući i mene, ne voli crne rupe. Prihvaćamo ih kako odobrava ", kaže Francuska Pretorius, specijalist u simulaciji SIU u Sveučilištu Princeton u New Jerseyju. "Ali ako razmišljate o tome što je nevjerojatna predviđanja, trebamo doista nevjerojatne dokaze."

Jesu li gravitacijski valovi kreću brzinom svjetlosti?

Kada znanstvenici počinju usporediti opažanja ligo sa zapažanjima drugih teleskopa, prva stvar koju provjeravaju je da je signal stigao u jednom trenutku. Fizika vjeruje da gravitacija prenosi gravitonske čestice, gravitacijski analog fotona. Ako, kao u fotonima, te čestice nema mase, gravitacijski valovi će se kretati brzinom svjetlosti, što odgovara predviđanju brzine gravitacijskih valova u klasičnoj teoriji relativnosti. (Na njihovoj brzini može utjecati na ubrzavanje širenja svemira, ali to bi se trebalo manifestirati na udaljenostima značajno superiorne od onih koji pokrivaju ligo).

Međutim, moguće je gravitoni malu masu i stoga će gravitacijski valovi kretati s brzinom manje svjetla. Dakle, na primjer, ako Ligo i Djevica detektiraju gravitacijske valove i saznaju da su valovi stigli na Zemlju kasnije povezani s prostorom gama zrake, može imati sudbonosne posljedice za temeljnu fiziku.

Je prostor-vrijeme od kozmičkih nizova?

Još više čudno otkriće može se dogoditi ako će rafati gravitacijskih valova biti otkriveni tako što će izlaziti "kozmičke nizove". Ove hipotetičke nedostatke zakrivljenosti prostora-vrijeme, koji mogu biti, i ne mogu biti povezani s teorijama žica, trebaju biti beskrajno tanki, ali rastegnut do kozmičkih udaljenosti. Znanstvenici predviđaju da kozmičke žice, ako postoje, mogu se slučajno preuzeti; Ako je niz preopterećen, to će uzrokovati gravitacijsko prskanje koja može mjeriti detektore poput liga ili djevice.

Mogu li neutronske zvijezde biti neujednačene?

Neutronske zvijezde su ostaci velikih zvijezda koje su se srušile pod vlastitim težinom i postale tako guste da su se elektroni i protoni počeli topiti u neutrone. Znanstvenici slabo razumiju fiziku neutronskih rupa, ali gravitacijski valovi mogu mnogo reći o njima. Na primjer, intenzivna gravitacija na njihovoj površini dovodi do činjenice da neutronske zvijezde postaju gotovo savršeno sferične. No, neki znanstvenici sugerirali su da mogu biti i "planine" - nekoliko milimetara visine - koje čine ove guste predmete promjerom od 10 kilometara, nema više, neznatno asimetrične. Neutronske zvijezde se obično vrte vrlo brzo, dakle, asimetrična masovna distribucija će deformirati prostor-vrijeme i proizvesti konstantan gravitacijski valni signal u obliku sinusoida, usporavajući rotaciju zvijezde i zrači energiju.

Pari neutronskih zvijezda koje se međusobno okreću oko sebe također proizvode trajni signal. Poput crnih rupa, ove zvijezde se kreću uz helix i naposljetku se spajaju s karakterističnim zvukom. No, njegova se specifičnost razlikuje od specifičnosti zvuka crnih rupa.

Zašto zvijezde eksplodiraju?

Crne rupe i neutronske zvijezde formiraju se kada masivne zvijezde prestaju sjati i srušiti se. Astrofizika smatra da se taj proces temelji na svim uobičajenim vrstama eksplozija supernove tipa II. Simulacija takvih supernova još nije pokazala da se zapale, ali slušaju gravitacijske valne rafale emitirane od strane prave supernove, kako se vjeruje može odgovoriti. Ovisno o tome kakve su valovi pucanja slični, koliko su glasni, što se često događa i kako su korelirani s supernovima, nakon čega slijede elektromagnetske teleskope, ti podaci mogu pomoći eliminirati hrpu postojećih modela.

Koliko brzo se svemir širi?

Širenje svemira znači da daleki predmeti koji se uklanjaju iz naše galaksije izgledaju crveno nego što su u stvarnosti, budući da svjetlo koje emitira od njih je ispruženo dok se kreću. Kozmolozi procjenjuju tempo širenja svemira, uspoređujući crveni pomak galaksija s činjenicom da su od nas. Ali ta se udaljenost obično procjenjuje na svjetlini supernove tipa ia, a ova tehnika ostavlja gomilu nesigurnosti.

Ako će nekoliko gravitacijskih valova detektora širom svijeta otkriti signale iz ušća zvijezda neutronskih zvijezda, zajedno mogu apsolutno točno procijeniti volumen signala, a istovremeno je došlo do udaljenosti koju je došlo do spajanja. Također će moći procijeniti smjer i s njom i identificirati galaksiju u kojoj se dogodio događaj. Uspoređujući crveni pomak ove galaksije s udaljenosti od spajanja zvijezda, možete dobiti neovisni tempo kozmičkog širenja, eventualno točnije od modernih metoda.

Gravitacijski valovi, teoretski predviđeni einsteinom još 1917. godine, još uvijek čekaju njihov otkrivač.

Krajem 1969., profesor Fiddicia Sveučilišta Maryland, Joseph Weber napravio je senzacionalnu izjavu. Najavio je da je otkrio valove groba na zemlju od dubine kozmosa. Do tog vremena nije ni jedan znanstvenik nije djelovao s takvim zahtjevima, a vrlo mogućnost otkrivanja takvih valova smatrala se daleko od očiglednog. Međutim, Weber je čuo autoritet u svom području, a stoga su kolege smatrali njegovu poruku s punom ozbiljnošću.

Međutim, uskoro je došlo razočaranje. Amplitude valova navodno registrirani Weber, milijuni puta veći od teoretske vrijednosti. Weber je tvrdio da su ti valovi došli iz središta naše galaksije zatvorene s oblacima prašine, o čemu je bilo malo poznato. Astrofizika je predložila da postoji divovska crna rupa koja godišnje proždire tisuće zvijezda i baca dio apsorbirane energije u obliku gravitacijskog zračenja, a astronomi se bave uzaludnom traženjem za izraženije tragove ovog kozmičkog kanibalizma (sada jest Dokazao je da je crna rupa doista tamo, ali ona vodi samo pristojno). Fizika iz SAD-a, SSSR, Francuska, Njemačka, Engleska i Italija počeli su pokuse na detektorima istog tipa - i nisu postigli ništa.

Znanstvenici još uvijek ne znaju što pripisuju čudna očitanja Weber uređaja. Međutim, njegovi napori nisu nestali, iako još nisu pronađeni gravitacijski valovi. Nekoliko instalacija za njihovo pretraživanje već je izgrađeno ili izgrađeno, a za deset godina takve detektore će se uzgajati u prostoru. Moguće je da će u ne tako dugoročnoj budućnosti, gravitacijsko zračenje će postati ista promatrana fizička stvarnost, kao i elektromagnetske oscilacije. Nažalost, Joseph Weber više neće znati - umro je u rujnu 2000. godine.

Što su valovi groba

Često se kaže da se gravitacijske valovi distribuiraju u prostoru biljke perturbacije. Takva definicija je ispravna, ali nepotpuna. Prema općoj teoriji relativnosti, teret nastaje zbog zakrivljenosti prostora-vrijeme kontinuuma. Valovi gravitacije su fluktuacije prostorno-vremenske metrike, koji se manifestiraju kao oscilacije gravitacijskog polja, tako da su često figurativno nazvane prostorno-vremenski valovi. Gravitacijski valovi su teoretski predvidjeli Albert Einsteinom 1917. godine. U postojanju, nitko ih ne sumnja, ali gravitacijski valovi još uvijek čekaju njihov otkrivač.

Izvor gravitacijskih valova služe svim pokretima materijalnih tijela, što dovodi do nehomogene promjene u sili gravitacije u okolnom prostoru. Kretanje s konstantnom brzinom tijela ne radi, jer se karakter svojih polja ne mijenja. Za emitiranje valova, potrebno je ubrzanje, ali ne i bilo što. Cilindar koji se vrti oko svoje osi simetrije je ubrzano, ali njezino gravitacijsko polje ostaje homogeno, a valovi se ne pojavljuju. Ali ako promovirate ovaj cilindar oko druge osi, polje će biti oscilirano, a gravitacijski valovi će pobjeći iz cilindra.

Ovaj zaključak odnosi se na bilo koje tijelo (ili sustav tel), asimetrične u odnosu na os rotacije (u takvim slučajevima se kaže da je tijelo ima četverostrukog trenutka). Masovni sustav, stupanj četverostrukog trenutka varira s vremenom, uvijek emitira gravitacijske valove.

Glavna svojstva gravitacijskih valova

Astrofizika upućuje na to da je to zračenje gravitacijskih valova, odabirom energije, ograničava brzinu rotacije masivnog pulsara na apsorpciji tvari susjedne zvijezde.

Cosmos gravitacijski svjetionici

Gravitacijsko zračenje Zemljinih izvora je izuzetno slaba. Čelični stupac teži 10.000 tona, suspendiran za središte u horizontalnoj ravnini i obrastao oko vertikalne osi na 600 o / min, zrači snagom od oko 10-24 W. Stoga je jedina nada da ćete otkriti valove gravitacije pronaći kozmički izvor gravitacijskog zračenja.

U tom smislu, bliske dvostruke zvijezde su vrlo obećavajuće. Razlog je jednostavan: snaga gravitacijskog zračenja takvog sustava raste u obrnutom omjeru u petom stupnju promjera. To je još bolje ako su trajektorije zvijezda vrlo izdužene, budući da se povećava brzina promjene kvadrupola. Vrlo je dobro ako se dvostruki sustav sastoji od neutronskih zvijezda ili crnih rupa. Takvi sustavi su slični gravitacijskim svjetionicima u prostoru - njihovo zračenje ima periodični karakter.

U prostoru postoje "impulsni izvori koji generiraju kratke, ali iznimno snažne gravitacijske raface. To se događa kada se kolaps masivne zvijezde prethodi eksploziji supernove. Međutim, deformacija zvijezde treba biti asimetrična, inače se zračenje neće pojaviti. Tijekom kolapsa, gravitacijski valovi mogu nositi do 10% ukupne energije svjetiljki! Snaga gravitacijskog zračenja u ovom slučaju je oko 10 50 W. Još se više energije razlikuje kada se spoje neutronske zvijezde, ovdje vršna snaga doseže 10,52 vata. Izvrstan izvor zračenja je sudara crnih rupa: njihove mase mogu premašiti masu neutronskih zvijezda u milijardama vremena.

Još jedan izvor gravitacijskih valova je kozmološka inflacija. Odmah nakon velike eksplozije, svemir se počeo širiti iznimno brzo, a manje od 10-34 sekundi, njegov je promjer povećan od 10-33 cm do makroskopske veličine. Ovaj proces je neizmjerno ojačao gravitacijske valove koji su postojali prije nego što su počeli, a njihovi potomci su do sada sačuvani.

Neizravna potvrda

Prvi dokaz postojanja valova gravitacije povezan je s djelima američke radio astronom Joseph Taylor i njegovog studenta Russell Hals. Godine 1974. otkrili su par neutronskih zvijezda međusobno (emitirajući pulsar s tihim pratiocem). Pulsar se okreće oko svoje osi sa stabilnom kutnom brzinom (koja se ne događa uvijek) i stoga je služila kao iznimno točan sat. Ova značajka omogućila je izmjeriti mase obiju zvijezda i saznati prirodu njihovog orbitalnog pokreta. Pokazalo se da se razdoblje cirkulacije ovog dvostrukog sustava (oko 3 h 45 min) godišnje smanjuje za 70 μs. Ova vrijednost se dobro slaže s rješenjima jednadžbi teorije opće teorije relativnosti, opisujući gubitak energije zvjezdanog para, zbog gravitacijskog zračenja (međutim, sudar ovih zvijezda će se uskoro dogoditi, nakon 300 milijuna godina ). Godine 1993., Taylor i Hals su nagrađeni za ovo otvaranje Nobelove nagrade.

Gravitacijske valne antene

Kako otkriti gravitacijske valove eksperimentalno? Weber se koristi kao detektori kruti cilindri dužine aluminijskih metara s piezodatora na krajevima. Oni su s maksimalnom temeljitom izoliranom iz vanjskih mehaničkih učinaka u vakuumsku komoru. Dva takva cilindara Weber instalirana u bunkeru na Sveučilištu Sveučilišta Maryland, i jedan - u Nacionalnom laboratoriju argona.

Ideja o eksperimentu je jednostavna. Prostor pod djelovanjem gravitacijskih valova je komprimiran i rastegnut. Zbog toga je cilindar vibrira u uzdužnom smjeru, djelujući kao gravitacijsko-valna antena, a piezoelektrični kristali prevode vibracije u električne signale. Svaki prolaz kozmičkih valova groba gotovo istovremeno djeluje na detektorima odvojenim za tisuću kilometara, koji omogućuje filtriranje gravitacijskih mahunarki iz raznih vrsta buke.

Weber senzori su mogli primijetiti smjene krajeva cilindra, jednaka samo 10 -15 njegovu duljinu - u ovom slučaju 10 -13 cm. To je bilo takva oscilacije za Weber uspio je otkriti ono što je prvi put bio i izvijestio 1959. godine na stranicama Fizička slova., Svi pokušaji ponovnog ponavljanja ovih rezultata bili su uzaludni. Weber Podaci također su u suprotnosti s teorijom koja praktički ne očekuje relativne pomace iznad 10 -18 (i mnogo češće na manje od 10-20). Moguće je da je Weber zvučao statističkom obradom rezultata. Prvi pokušaj eksperimentalno otkrivanja gravitacijskog zračenja završio je neuspjeh.

U budućnosti su se gravitacijske i valne antene uvelike poboljšale. Godine 1967. američki fizičar Bill Fairbank ponudio je da ih ohladi u tekućem heliju. To se ne samo dopušteno da se riješi većinu toplinskog buke, već je i otvorio mogućnost primjene lignjeg (supravodljivi kvantni interferometri), izrazito super osjetljivi magnetometri. Implementacija ove ideje pokazala se konjugatenom s mnogim tehničkim poteškoćama, a sam Fairbank nije živio. Do početka 1980-ih, fizika na Sveučilištu Stanford izgradio je instalaciju s osjetljivošću od 10 -18, ali valovi se nisu registrirali. Sada u brojnim zemljama postoje ul-progenigenski detektori vibracija valova, rade na temperaturama samo na deseti i stotinke stupnja iznad apsolutne nule. Takvi, na primjer, instaliranje aurige u Padua. Antena za ona služi tromjernom cilindru iz aluminijske magnezijeve legure, čiji je promjer 60 cm, a težina je 2,3 tona. Suspendira se u vakuumskoj komori ohladi na 0,1 K. Njegov tresti (s frekvencijom od oko 1000 Hz) prenosi se na pomoćni rezonator težine 1 kg, koji fluktuira s istom frekvencijom, ali mnogo veće amplitude. Te se vibracije bilježe mjernom opremom i analiziraju se pomoću računala. Osjetljivost kompleksa Auriga je oko 10-20 -10 -21.

Interferometri

Drugi način za otkrivanje valova gravitacije temelji se na neuspjehu masovnih rezonatora u korist svjetlosnih zraka. Prvi 1962. godine ponudio je sovjetska fizika Mihail Hercencein i Vladislav Voshovo i dvije godine kasnije i Weber. Početkom 1970-ih zaposlenik za istraživanje korporacije Hughes zrakoplov. Robert naprijed (u prošlosti Weber diplomski student, u budućnosti je vrlo poznati pisac znanstvene fantastike) izgradio prvi takav detektor s prilično pristojnom osjetljivošću. Istovremeno, profesor Massachusetts Institute of Technology (MIT) Rainer Weiss ispunio je vrlo duboku teorijsku analizu mogućnosti registracije gravitacijskih valova pomoću optičkih metoda.

Ove metode uključuju uporabu analoga uređaja, uz pomoć od kojih prije 125 godina, fizičar Albert Maykelson dokazao je da je brzina svjetlosti strogo ista u svim smjerovima. U ovoj instalaciji, Michelsonov interferometar, svjetlosna zraka pada na prozirnu ploču i podijeljena je u dvije međusobno okomitu grede, koje se odražavaju od ogledala koji se nalaze na istoj udaljenosti od tanjura. Zatim se grede ponovno spojiju i padaju na zaslon, gdje se pojavljuje uzorak smetnji (lagane i tamne pruge i linije). Ako brzina svjetla ovisi o njegovom smjeru, tada prilikom okretanja cijele instalacije, ova se slika mora promijeniti ako ne - ostati isto kao i prije.

Detektor smetnji valova gravitacije radi na sličan način. Prolazni val deformira prostor i mijenja duljinu svakog ramena interferometra (staze uz koje svjetlo ide od razdjelnika do ogledala), istezanje jednog ramena i stiskanje nečeg drugog. Slika smetnji mijenja se, a to se može registrirati. Ali to nije lako: ako očekivana relativna promjena u duljini ramena interferometra je 10 -20, zatim se tijekom tablete-veličina uređaja (poput Michelsona) pretvara u amplitudu amplitude od oko 10 - 18 cm. Za usporedbu: valovi vidljivog svjetla 10 trilijuna vremena duže! Možete povećati duljinu ramena na nekoliko kilometara, ali problemi će i dalje ostati. Izvor laserskog svjetla mora biti i snažan i stabilan u frekvenciji, ogledala su idealno ravna i idealno reflektirajuća, vakuum u cijevima, na kojima se svjetlost širi, - što je više moguće, mehanička stabilizacija cijelog sustava jest doista savršeno. Ukratko, smetnji gravitacijski val detektor je uređaj skup i glomazan.

Danas je najveća instalacija ove vrste američki kompleksni ligo (Svjetlosni interferometar gravitacijski valovi opservatorij). Sastoji se od dva opservatorija, od kojih se jedan nalazi na pacifičkoj obali Sjedinjenih Država, a druga nije daleko od Meksičkog zaljeva. Mjerenja se izrađuju pomoću tri interferometre (dva u stanju Washingtona, jedan u Louisiani) s ramenima od četiri kilometra. Instalacija je opremljena ogledanim svjetlosnim pogonima koji povećavaju njegovu osjetljivost. "Od studenog 2005. godine, sva tri naša interferometar rada u normalnom načinu rada", rekao je Peter Silson, profesor na fizici Sveučilišta u Siracuseu, govorio "popularnom mehaniku". - Stalno smo razmijenjeni podaci s drugim promatrača koji pokušavaju detektirati gravitacijske valove s frekvencijom u desecima i stotinama Hertz, koji su nastali s najmoćnijim eksplozijama supernova i spajanjem neutronskih zvijezda i crnih rupa. Sada postoji njemački interferometar GEO 600 (dužina ramena - 600 m), udaljena 25 km od Hannovera. Uređaj za japanski tama 300 metara trenutno je nadograđen. Detektor trolikog kilometra u blizini PISA povezuje se na opći napor početkom 2007. godine, a na frekvencijama manje od 50 Hz može nadmašiti ligo. Postrojenja s ulstraigenim rezonatori djeluju s povećanjem učinkovitosti, iako je njihova osjetljivost još uvijek nešto manja od naših. "

Perspektive

Što se očekuje da će otkriti gravitacijske valove u bliskoj budućnosti? O ovoj "popularnoj mehanici", rekao je profesor Rainer Weiss: "Za nekoliko godina, snažniji laseri i napredniji detektori bit će instalirani u ligo kompleksu ligo kompleksa, što će dovesti do 15 puta povećanje osjetljivosti. Sada je 10 -21 (na frekvencijama Reda 100 Hz), a nakon modernizacije prelazi 10 -22. Modernizirani složeni, napredni ligo, povećat će dubinu penetracije u svemir 15 puta. Profesor MSU Vladimir Branginsky aktivno je uključen u ovaj projekt, jedan od pionira za proučavanje gravitacijskih valova.

Sredinom sljedećeg desetljeća, zakazano je lansiranje površinskog interferometra LISA ( Laserska interferometarska antena) Uz duljinu ramena od 5 milijuna kilometara, to je zajednički projekt NASA i Europska svemirska agencija. Osjetljivost ovog opservatorija bit će stotine puta više od mogućnosti temeljnih alata. Prvenstveno je namijenjen traženju niske frekvencije (10-4 -10 -1 -1 Hz) gravitacijskih valova, koji se ne mogu uhvatiti na površini Zemlje zbog atmosferskih i seizmičkih smetnji. Takvi valovi emitiraju dvostruke zvijezde, prilično tipični kozmos stanovnika. Lisa će također moći registrirati valove gravitacije koji proizlaze iz apsorpcije crnih rupa običnih zvijezda. No, za otkrivanje relikvija gravitacijskih valova koji nose informacije o stanju materije u prvim trenucima nakon velike eksplozije, najvjerojatnije, bit će potrebni napredniji prostorni instrumenti. Takva instalacija Veliki prasak promatrač, sada se raspravlja, ali malo je vjerojatno da će biti u stanju stvoriti i raditi ranije nego za 30-40 godina. "