Co to jest fala grawitacyjna?

Oficjalna data otwarcia (detekcji) fal grawitacyjnych jest uważana za 11 luty 2016. Następnie odbyła się w Waszyngtonie na konferencji prasowej, przywódcy współpracy LIGO, ogłoszono, że zespół naukowców udało się po raz pierwszy w historii ludzkości, aby naprawić to zjawisko.

Przepowiednie wielkim Einsteinem

Fakt, że istnieją fale grawitacyjne, nawet na początku ubiegłego wieku (1916) sugerują, Albert Einstein sformułował w ramach ogólnej teorii względności (GR). Można podziwiać tylko na pomysłowe umiejętności słynnego fizyka, który był w stanie dokonać takich daleko idących wniosków z minimum danych rzeczywistych. Wśród wielu innych zjawisk fizycznych przewiduje, że znalazł potwierdzenie w następnym stuleciu (spowalnia upływ czasu, zmiany promieniowania elektromagnetycznego w kierunku pól grawitacyjnych, itd.) Prawie wykryć obecność tego typu interakcji fal organów, do niedawna nie było to możliwe.

Gravity – jest iluzją?

Na ogół, w związku z tym STW ciężkości ledwie siły. Wynika to z zaburzeń lub krzywizny czasoprzestrzeni. Dobrym przykładem zilustrować postulat może być rozciągnięty kawałek materiału. Pod ciężarem umieszczonego na powierzchni obiektu zbiorczego tworzy się wgłębienie. Inne obiekty w ruchu koło tej anomalii zmieni trajektorię ich ruchu, jak to było „przyciąga”. I większy ciężar obiektu (głębokość już średnicy i krzywizny), tym większa jest „siły przyciągania”. Kiedy podchodzi tkaniny, można obserwować powstawanie rozbieżności „zmarszczki”.

Coś podobnego dzieje się w przestrzeni światowej. Każdy szybkiego ruchu ciał stałych jest źródłem wahań gęstości czasie i przestrzeni. Grawitacyjne fali znacznej amplitudzie, uformowane kształtki o bardzo dużej masie lub podczas jazdy z wielkich przyspieszeń.

Dane fizyczne

Wahania metryki czasoprzestrzeni manifestują się jako zmiany w polu grawitacyjnym. Zjawisko to nazywane jest także zmarszczki czasoprzestrzeni. Fala grawitacyjna wpływa na ciało i napotkanych obiektów, ściskając je i rozciągania. Ilość odkształcenia są bardzo małe – rzędu 10 ^-21 pierwotnego rozmiaru. Cała trudność wykrycia tego zjawiska jest to, że naukowcy musieli dowiedzieć się, jak mierzyć i rejestrować te zmiany za pomocą odpowiedniego sprzętu. Moc promieniowania grawitacyjnego jest również bardzo niska – w całym Układzie Słonecznym, jest kilka kilowatów.

Prędkość rozchodzenia się fal grawitacyjnych nieznacznie zależy od właściwości przewodzącym medium. Amplituda drgań wraz z odległością od źródła zmniejsza się stopniowo, ale nigdy nie osiągnie zero. Częstotliwość mieści się w zakresie od kilkudziesięciu do kilkuset herców. Prędkość fal grawitacyjnych w ośrodka międzygwiazdowego zbliża się do prędkości światła.

poszlaki

Po raz pierwszy teoretyczny potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych udało się uzyskać amerykański astronom Joseph Taylor i Russell Hulse jego asystent w 1974 roku. Badając Wszechświat poprzez teleskop obserwatoria Arecibo (Portoryko), naukowcy odkryli pulsar PSR B1913 + 16 reprezentującego binarny system gwiazd neutronowych, które obracają się wokół wspólnego środka masy przy stałej prędkości kątowej (rzadki przypadek). Każdy okres leczenia roku to 3,75 godziny początkowo zmniejszona do 70 ms. Wartość ta jest zgodna z wnioskami z równań GTR, które przewidują wzrost prędkości obrotowej tych systemów ze względu na zużycie energii do generowania fal grawitacyjnych. Później więcej podwójnych pulsarów i białe karły o podobnym zachowaniu został znaleziony. astronomia Radio D. Taylor i R. Hulse Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie nowych możliwości studiowania pól grawitacyjnych została przyznana w 1993 roku.

Kradzież fali grawitacyjnego

Pierwsze oświadczenie wykrycie fal grawitacyjnych otrzymanych z University of Maryland naukowca Dzhozefa Vebera (USA) w 1969 roku. W tym celu użył dwa grawitacyjne anten własnej konstrukcji, rozdzielając je z odległości dwóch kilometrów. Detektor rezonansowa była dobra tłumiącego wibracje cylindryczny element stóp z aluminium, wyposażone w przetworniki piezoelektryczne wrażliwych. Amplituda wahań rzekomo ustalonym Weber okazał się ponad milion razy wyższy niż oczekiwano. Podejmowane przez innych badaczy wykorzystujących podobny sprzęt, aby powtórzyć „sukces” amerykańskiego fizyka pozytywnych rezultatów nie przyniosły. Po kilku latach pracy Webera w tym obszarze zostały uznane niewypłacalny, ale dał impuls do rozwoju „grawitacyjnego boom” na wywołanie w tym obszarze badań wielu ekspertów. Nawiasem mówiąc, Dzhozef Veber aż do śmierci był pewien wziąć fale grawitacyjne.

Poprawa urządzeń odbiorczych

W naukowca 70. Bill Feyrbank (USA) opracowano konstrukcję anteny grawitacyjnego fali chłodzone ciekłym helem, przy użyciu SQUIDS – czułe magnetometru. Istniejących w momencie technologia nie jest dozwolone, aby zobaczyć wynalazca produktu, realizowany w „metal”.

Zgodnie z tą zasadą jest Auriga grawitacyjne detektor w lenyarskoy National Laboratory (Padwa, Włochy). Konstrukcja podstawy cylindra glinowo-magnezowy i długości 3 m i średnicy 0,6 m. Gramatura odbiornik 2,3 ton jest zawieszony w sposób odizolowany, chłodzi się do komory w pobliżu zera absolutnego próżniowej. Dla utrwalenia i wstrząsnąć wykrywającego pomocniczego rezonatora kilogram, a system pomiarowy oparty na komputerach. Podana czułości urządzenia 10 ^-20.

interferometr

Podstawą działania interferometrycznych detektorów fal grawitacyjnych włączone te same zasady, które są stosowane w interferometru Michelsona. Emitowane przez źródło wiązki laserowej jest podzielony na dwa strumienie. Po wielokrotnych odbić i podróżować na przepływach urządzeń ramiona są ponownie łączone ze sobą, a ostateczna zakłócenia obrazu sędzia wpływa jeżeli przebieg promieni dowolnego zaburzenia (np fala grawitacyjna). Taki sprzęt jest tworzony w wielu krajach:

• GEO 600 (Hannover, Niemcy). Długość tunelu próżniowej 600 metrów.
• TAMA (Japonia) z ramionami przy 300 m.
• VIRGO (Piza, Włochy) – wspólne francusko-włoski projekt, uruchomiony w 2007 roku z trzech kilometr długich tunelach.
• FAM (Stany Zjednoczone, Wybrzeże Pacyfiku), co prowadzi polowanie na falach grawitacyjnych w 2002 roku.

Ostatni warto rozważyć bardziej szczegółowo.

FAM zaawansowane

Projekt został zainicjowany przez naukowców z Massachusetts i California Institute of Technology. Zawiera dwa obserwatoria oddzielone 3 tys. Km, Luizjanie i Waszyngtonie (miasta Livingston i Hanford) z trzema identycznymi interferometrach. Długość prostopadłej tunelu podciśnieniowego 4 tys. M. Jest to największa do tej pory istniejących podobnych struktur. Aż do 2011 roku, wiele prób, aby wykryć fale grawitacyjne nie przyniosły żadnych rezultatów. Znaczna poprawa (Advanced FAM) zwiększona wrażliwość urządzenia na zakres 300-500 Hz więcej niż pięć razy, a w obszarze niskich częstotliwości (do 60 Hz), jest prawie o rząd wielkości, osiągając wartość, pożądane 10 ^-21. Zaktualizowana Projekt rozpoczął się we wrześniu 2015, a wysiłki ponad tysiąca pracowników współpracy został nagrodzony z wyników.

Fale grawitacyjne występują

14 września 2015 zaawansowanych detektorów Ligo w 7 ms interwał nagranych sprowadzają się do grawitacyjnych fal naszej planety z największych wydarzeń, które miały miejsce na marginesie obserwowalnym wszechświecie – fuzję dwóch dużych czarnych dziur o masach 29 i 36 razy większa niż masa słonecznego. Podczas rozprawy, która odbyła się w ciągu 1,3 Ga temu, w ciągu kilku sekund na promieniowanie fal grawitacyjnych to spędził około trzech mas Słońca materii. Początkowe fale częstotliwości stałej grawitacji w temperaturze 35 Hz, a maksymalna wartość szczytowa stopnia zaawansowania 250 Hz.

Uzyskane zostały wielokrotnie poddane całkowitych badań i obróbki wyników, ostrożnie odciąć alternatywnych interpretacji danych. Wreszcie, w dniu 11 lutego ubiegłego roku w sprawie bezpośredniego wykrywania zjawiska przewidywane przez Einsteina, zostało ogłoszone do społeczności światowej.

Fakt, ilustrujący tytanicznej pracy naukowców: amplituda drgań ramienia wielkość wynosi 10 ^-19 m – wartość ta tyle razy mniejszych niż średnica atomu, ile mu mniej pomarańczowo.

perspektywy na przyszłość

To odkrycie po raz kolejny potwierdza, że ogólna teoria względności – to nie tylko zbiór abstrakcyjnych wzorach i zupełnie nowe spojrzenie na istotę fal grawitacyjnych i grawitacji jako całości.

W dalszych badaniach naukowcy mają duże nadzieje na projekcie ELSA: stworzenia gigantycznej orbitującej interferometru z ramion około 5 mln km, zdolnych do wykrywania nawet drobne perturbacje pól grawitacyjnych. Rewitalizacja pracy w tym kierunku jest w stanie powiedzieć wiele o podstawowych etapów rozwoju wszechświata, procesów, obserwacji, że w tradycyjnych zespołów jest trudne lub niemożliwe. Nie ma wątpliwości, że czarne dziury, fale grawitacyjne, które zostaną ustalone w przyszłości, dużo mówi się o przyrodzie.

Do badania promieniowania grawitacyjnego relikwia stanie mówić o pierwszych chwil naszego świata po Wielkim Wybuchu, wymagać będzie bardziej czułych instrumentów kosmicznych. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Ten projekt istnieje (Big Bang Observer), ale jego realizacja, zapewnień ekspertów, jest możliwe nie wcześniej niż 30-40 lat.