Τι είναι ένα βαρυτικό κύμα;

Η επίσημη ημερομηνία έναρξης (ανίχνευση) των βαρυτικών κυμάτων θεωρείται 11η Φεβρουαρίου, 2016. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε στην Ουάσιγκτον για τη συνέντευξη Τύπου, οι ηγέτες της συνεργασίας LIGO, ανακοινώθηκε ότι η ομάδα των ερευνητών πέτυχε για πρώτη φορά στην ιστορία της ανθρωπότητας για να διορθώσετε αυτό το φαινόμενο.

Οι προφητείες του μεγάλου Αϊνστάιν

Το γεγονός ότι υπάρχουν κύματα βαρύτητας, ακόμη και στις αρχές του περασμένου αιώνα (1916) πρότεινε Albert Einstein που διατυπώθηκε στο πλαίσιο της Γενικής Σχετικότητας (GR). Μπορεί κανείς να θαυμάσει μόνο στις έξυπνες ικανότητες του διάσημου φυσικός, ο οποίος ήταν σε θέση να κάνουν τέτοιες εκτεταμένες συμπεράσματα με ελάχιστο των πραγματικών δεδομένων. Μεταξύ των πολλών άλλων φυσικών φαινομένων προέβλεψε ότι βρέθηκε επιβεβαίωση τον επόμενο αιώνα (επιβραδύνοντας το πέρασμα του χρόνου, οι αλλαγές στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία προς την κατεύθυνση της βαρύτητας πεδία, κλπ) ανιχνεύουν Σχεδόν την παρουσία αυτού του τύπου αλληλεπίδρασης κύματος των σωμάτων, μέχρι πρόσφατα δεν ήταν δυνατό.

Η βαρύτητα - μια παραίσθηση;

Σε γενικές γραμμές, υπό το πρίσμα της θεωρίας της σχετικότητας βαρύτητας δύσκολα δύναμη. Αυτό είναι συνέπεια της διαταραχής ή καμπυλότητα του χωροχρόνου. Ένα καλό παράδειγμα για να τονίσει αυτό αξίωμα μπορεί να τεντωθεί κομμάτι ύφασμα. Κάτω από το βάρος τοποθετείται πάνω σε μια επιφάνεια ενός αντικειμένου χύδην σχηματίζεται μία εσοχή. Άλλα αντικείμενα σε κίνηση κοντά σε αυτή την ανωμαλία θα αλλάξει την τροχιά της κίνησής τους, όπως ήταν «προσέλκυσε». Και όσο μεγαλύτερη είναι η βάρος του αντικειμένου (πλέον βάθος διάμετρο και καμπυλότητα), τόσο μεγαλύτερη είναι η «δύναμη της έλξης.» Όταν κινείται πάνω από το ύφασμα, μπορείτε να παρακολουθήσετε την εμφάνιση αποκλίνουσας «κυματισμούς».

Κάτι παρόμοιο συμβαίνει στον κόσμο χώρο. Οποιαδήποτε ταχέως κινουμένων στερεά ύλη είναι η πηγή των διακυμάνσεων στην πυκνότητα του χώρου και του χρόνου. Ένα κύμα βαρύτητας με σημαντική πλάτος, μορφοποιημένα σώματα με εξαιρετικά μεγάλες μάζες ή κατά την οδήγηση με μεγάλη επιταχύνσεις.

φυσικές προδιαγραφές

Οι διακυμάνσεις στο χώρο-χρόνο μετρικούς εκδηλώνονται ως μεταβολές στο βαρυτικό πεδίο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται επίσης κυματισμούς του χωροχρόνου. Τα βαρυτικά κύματα επηρεάζει το σώμα και τα αντικείμενα που αντιμετωπίζουν, συμπίεση και το τέντωμα τους. ποσό στέλεχος είναι πολύ μικρές - της τάξης των 10 ^-21 του αρχικού μεγέθους. Η όλη δυσκολία ανίχνευσης του φαινομένου αυτού είναι ότι οι ερευνητές έπρεπε να μάθουν πώς να μετρήσει και να καταγράψει αυτές τις αλλαγές με τη χρήση του κατάλληλου εξοπλισμού. Η δύναμη της βαρύτητας ακτινοβολία είναι επίσης εξαιρετικά χαμηλή - για ολόκληρο το ηλιακό σύστημα, είναι μερικά κιλοβάτ.

Η ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων βαρύτητας εξαρτάται ελαφρώς από τις ιδιότητες του αγώγιμου μέσου. Το πλάτος ταλάντωσης με την απόσταση από την πηγή μειώνεται σταδιακά, αλλά ποτέ δεν φτάνει το μηδέν. Η συχνότητα βρίσκεται σε ένα εύρος από μερικές δεκάδες έως εκατοντάδες hertz. Η ταχύτητα των κυμάτων βαρύτητας στο διαστρικό μέσο προσεγγίζει το ταχύτητα του φωτός.

έμμεσες αποδείξεις

Για πρώτη φορά μια θεωρητική επιβεβαίωση της ύπαρξης βαρυτικών κυμάτων κατάφερε να πάρει την αμερικανική αστρονόμος Joseph Taylor και ο Russell Hulse βοηθό του το 1974. Μελετώντας το Σύμπαν μέσω τηλεσκοπίου παρατηρητήρια Arecibo (Πουέρτο Ρίκο), οι ερευνητές ανακάλυψαν το πάλσαρ PSR B1913 + 16 αντιπροσωπεύει ένα δυαδικό σύστημα αστέρων νετρονίων που περιστρέφονται γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας με σταθερή γωνιακή ταχύτητα (σπάνια περίπτωση). Κάθε περίοδος θεραπείας έτους είναι 3,75 ώρες αρχικά, μειώνεται σε 70 ms. Η τιμή αυτή είναι σύμφωνη με τα συμπεράσματα των εξισώσεων GTR που προβλέπουν την αύξηση της ταχύτητας περιστροφής των συστημάτων αυτών οφείλεται στην κατανάλωση ενέργειας για την παραγωγή των βαρυτικών κυμάτων. Αργότερα περισσότερους διπλούς πάλσαρ και λευκών νάνων με παρόμοια συμπεριφορά βρέθηκε. Ραδιόφωνο αστρονομία D. Taylor και R. Hulse το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη νέων δυνατοτήτων μελέτη βαρυτικών πεδίων απονεμήθηκε το 1993.

Stealing βαρυτικό κύμα

Η πρώτη δήλωση για την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων που έλαβε από το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ επιστήμονας Dzhozefa Vebera (ΗΠΑ) το 1969. Για το σκοπό αυτό θα χρησιμοποιηθούν τα δύο βαρύτητας κεραίες του δικού τους σχεδιασμού, που χωρίζονται από μια απόσταση δύο χιλιομέτρων. Ο ανιχνευτής ηχηρή ήταν μια καλή δόνηση-που απομονώνονται κομμάτι κυλίνδρου-πόδι του αλουμινίου, που είναι εξοπλισμένα με πιεζοηλεκτρικά μορφοτροπείς ευαίσθητη. Το πλάτος των φερόμενων ως σταθερού διακυμάνσεις Weber αποδείχθηκε να είναι πάνω από ένα εκατομμύριο φορές υψηλότερη από την αναμενόμενη. Οι προσπάθειες από άλλους ερευνητές που χρησιμοποιούν παρόμοιο εξοπλισμό για να επαναλάβει την «επιτυχία» των Αμερικανός φυσικός θετικά αποτελέσματα δεν έχουν αποδώσει. Μετά από μερικά χρόνια εργασίας Weber σε αυτόν τον τομέα έχουν αναγνωριστεί σε πτώχευση, αλλά έδωσε ώθηση στην ανάπτυξη της «βαρύτητας boom» για την κλήση σε αυτόν τον τομέα της μελέτης πολλών ειδικών. Με την ευκαιρία, Dzhozef Veber μέχρι το θάνατό του, ήταν βέβαιο ότι θα λάβει τα κύματα βαρύτητας.

Η βελτίωση του εξοπλισμού λήψης

Στην επιστήμονας '70 Bill Feyrbank (USA) έχει αναπτύξει ένα σχέδιο της κεραίας βαρυτικών κυμάτων, ψύχεται από το υγρό ήλιο, με τη χρήση των SQUIDs - supersensitive μαγνητόμετρο. Οι υφιστάμενες κατά τη στιγμή της τεχνολογίας δεν επιτρέπεται να δει τον εφευρέτη του προϊόντος σας, πραγματοποιήθηκε στο «μέταλλο».

Σύμφωνα με την αρχή αυτή γίνεται Auriga ο ανιχνευτής βαρυτικών στο lenyarskoy Εθνικό Εργαστήριο (Padova, Ιταλία). Η δομή βάσης του κυλίνδρου αλουμινίου-μαγνησίου και μήκος 3 μέτρα και διάμετρο 0,6 μ. Το βάρος μονάδα δέκτη του 2.3 τόνους εναιωρείται σε ένα απομονωμένο, ψύχεται κοντά στο απόλυτο μηδέν θάλαμο κενού. Για τη στερέωση και κούνημα ανίχνευση της βοηθητικής αντηχείου χιλιόγραμμο και ένα σύστημα μέτρησης που βασίζεται σε υπολογιστές. Η δηλωμένη ευαισθησία του εξοπλισμού 10 ^-20.

συμβολόμετρα

Η βάση της λειτουργίας του συμβολομετρικού ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων ενσωμάτωνε τις ίδιες αρχές που χρησιμοποιούνται στο συμβολόμετρο Michelson. Που εκπέμπεται από την πηγή της ακτίνας λέιζερ χωρίζεται σε δύο ρεύματα. Μετά πολλαπλές ανακλάσεις και το ταξίδι στις ροές ώμους συσκευές συγκέντρωσε και πάλι, και η τελική εικόνα κριτής παρεμβολές επηρεάζεται εάν η πορεία των ακτίνων οποιαδήποτε διαταραχή (π.χ., κύμα βαρύτητας). Ο εξοπλισμός αυτός έχει δημιουργηθεί σε πολλές χώρες:

• GEO 600 (Hannover, Germany). Το μήκος της σήραγγας κενού 600 μέτρα.
• TAMA (Ιαπωνία) με τους ώμους στα 300 μ.
• ΠΑΡΘΕΝΟΣ (Πίζα, Ιταλία) - μια κοινή γαλλο-ιταλικό σχέδιο, που ξεκίνησε το 2007 με τρία χιλιόμετρα σήραγγες μεγάλου μήκους.
• ΛΙΓΟ (Ηνωμένες Πολιτείες, Pacific Coast), με αποτέλεσμα το κυνήγι για τα κύματα βαρύτητας το 2002.

Τελευταία αξίζει να εξεταστεί με περισσότερες λεπτομέρειες.

ΛΙΓΟ προχωρημένους

Το έργο ξεκίνησε από επιστήμονες της Μασαχουσέτης και Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια. Περιλαμβάνει δύο παρατηρητήρια που χωρίζονται από 3 χιλιάδες. Χλμ, Λουιζιάνα και την Ουάσινγκτον (πόλη του Livingston και Χάνφορντ) με τρία πανομοιότυπα συμβολόμετρα. Το μήκος του καθέτου σήραγγας κενού είναι 4 χιλιάδες. Μέτρα. Αυτή είναι η μεγαλύτερη μέχρι σήμερα υπάρχουσες παρόμοιες δομές. Μέχρι το 2011, πολλές προσπάθειες για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων δεν έχουν αποφέρει κανένα αποτέλεσμα. Ένα σημαντικό αναβάθμιση (Advanced LIGO) αύξησε την ευαισθησία του εξοπλισμού στο εύρος 300-500 Ηζ περισσότερο από πέντε φορές, και στην περιοχή χαμηλών συχνοτήτων (μέχρι και 60 Hz) είναι σχεδόν κατά μία τάξη μεγέθους, φθάνοντας μία τιμή τέτοια πολυπόθητο 10 ^-21. Το επικαιροποιημένο πρόγραμμα ξεκίνησε το Σεπτέμβριο του 2015 και τις προσπάθειες της περισσότερα από χίλια υπαλλήλους της συνεργασίας έχει βραβευθεί με τα αποτελέσματα.

Τα βαρυτικά κύματα που βρέθηκαν

14 Σεπτεμβρίου του 2015 προχώρησε ανιχνευτές LIGO σε 7 ms διάστημα καταγράφονται έρθει σε κύματα βαρύτητας του πλανήτη μας από τα μεγαλύτερα γεγονότα που έλαβαν χώρα στο περιθώριο του παρατηρήσιμο σύμπαν - μια συγχώνευση των δύο μεγάλες μαύρες τρύπες με μάζες 29 και 36 φορές μεγαλύτερη από την ηλιακή μάζα. Κατά τη διάρκεια της δίκης, η οποία έλαβε χώρα πάνω από 1,3 Ga πριν, σε λίγα δευτερόλεπτα για να βαρυτική ακτινοβολία κύμα που πέρασε περίπου τρεις ηλιακές μάζες της ύλης. Αρχικό κυμάτων βαρύτητας σταθερή συχνότητα στα 35 Ηζ, και η μέγιστη τιμή κορυφής της στάθμης έφθασε σε 250 Ηζ.

Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν κατ 'επανάληψη υποβλήθηκαν σε ολοκληρωμένη δοκιμή και τη θεραπεία, προσεκτικά διακόπτει εναλλακτικές ερμηνείες των δεδομένων. Τέλος, στις 11 Φεβρουαρίου του περασμένου έτους για την άμεση ανίχνευση του φαινομένου που προβλέπεται από τον Αϊνστάιν, ανακοινώθηκε στην παγκόσμια κοινότητα.

Γεγονός που απεικονίζει ένα έργο τιτάνια ερευνητών: το πλάτος του βραχίονα ταλάντωσης του μεγέθους είναι 10 ^-19 m - η τιμή αυτή όσες φορές μικρότερη από τη διάμετρο ενός ατόμου, πόσο έχει λιγότερους πορτοκαλί.

μελλοντικές προοπτικές

Αυτή η ανακάλυψη επιβεβαιώνει για άλλη μια φορά ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας - δεν είναι απλά ένα σύνολο αφηρημένων τύπων, και μια εντελώς νέα ματιά στην ουσία των βαρυτικών κυμάτων και της βαρύτητας στο σύνολό της.

Σε περαιτέρω μελέτες, οι επιστήμονες έχουν υψηλές προσδοκίες για το έργο ΕΛΣΑ: τη δημιουργία ενός γίγαντα σε τροχιά γύρω από συμβολόμετρο με τους ώμους περίπου 5.000.000 χιλιόμετρα, ικανή να ανιχνεύσει ακόμα και μικρές διαταραχές των βαρυτικών πεδίων. Αναζωογόνηση του έργου προς αυτή την κατεύθυνση είναι σε θέση να πει πολλά για τα βασικά στάδια της ανάπτυξης του σύμπαντος, τις διαδικασίες, την παρατήρηση ότι στις παραδοσιακές ζώνες είναι δύσκολη ή αδύνατη. Δεν υπάρχει καμία αμφιβολία ότι οι μαύρες τρύπες, τα βαρυτικά κύματα, τα οποία θα διορθωθούν στο μέλλον, πολύς λόγος για τη φύση.

Για τη μελέτη του λειψάνου βαρυτικής ακτινοβολίας, είναι σε θέση να μιλήσει για τις πρώτες στιγμές του κόσμου μας μετά το Big Bang, θα απαιτήσει περισσότερο ευαίσθητο χώρο μέσα. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Το έργο αυτό υπάρχει (Big Bang Observer), αλλά η εφαρμογή του, οι διαβεβαιώσεις των ειδικών, είναι δυνατόν όχι νωρίτερα από 30-40 χρόνια.