Ce este un val gravitațional?

Data oficială a deschiderii (detecție) a undelor gravitaționale este considerat a fi 11 februarie 2016. Acesta este apoi a avut loc la Washington, la conferința de presă, liderii de colaborare LIGO, a fost anunțat că echipa de cercetători a reușit pentru prima dată în istoria omenirii pentru a remedia acest fenomen.

Profețiile marelui Einstein

Faptul că există undele gravitaționale, chiar și la începutul secolului trecut (1916) a sugerat Albert Einstein formulate în cadrul relativitatii generale (GR). Se poate minuna numai la abilitățile ingenioase ale celebrului fizician, care a putut să facă astfel de concluzii de anvergură, cu un minim de date reale. Printre multe alte fenomene fizice a prezis că o confirmare găsit în secolul următor (încetinirea trecerea timpului, modificări ale radiației electromagnetice în direcția câmpurilor gravitaționale, etc.) detectează Aproape prezența acestui tip de val de interacțiune a organelor, până de curând nu a fost posibil.

Gravity - o iluzie?

În general, în lumina teoriei relativității gravitației cu greu o forță. Aceasta este o consecință a perturbațiilor sau curbura continuumului spațiu-timp. Un bun exemplu pentru a ilustra acest postulat poate fi întinsă bucată de pânză. Sub greutatea plasată pe o suprafață a unui obiect în vrac este format dintr-o degajare. Alte obiecte în mișcare în apropierea această anomalie va schimba traiectoria mișcării lor, așa cum au fost „atras“. Și cu atât mai mare greutatea obiectului (diametru și curbură mai adâncime), cu atât mai mare „forța de atracție.“ Când se deplasează peste material, puteți urmări apariția unor „valuri“ divergente.

Ceva similar se întâmplă în spațiul mondial. Orice materie solidă în mișcare rapidă este sursa de fluctuațiile în densitatea de spațiu și timp. Un val gravitațional, cu o amplitudine semnificativă, corpurile formate cu mase extrem de mari sau în cazul conducerii cu accelerații mari.

caietul de sarcini fizice

Fluctuațiile în metrica spațiu-timp se manifestă ca modificări în câmpul gravitațional. Acest fenomen este numit, de asemenea, valuri spațiu-timp. val gravitaționale afecteaza corpul si obiectele întâlnite, stoarcere și le întindere. Suma susa sunt foarte mici - de ordinul a 10 ^-21 din dimensiunea originală. Întreaga dificultate de detecție a acestui fenomen este faptul că cercetătorii au trebuit să învețe cum să măsoare și să înregistreze aceste modificări utilizând echipamentul adecvat. Puterea de radiație gravitațională este de asemenea extrem de redusă - pentru întregul sistem solar, este câțiva kilowați.

Viteza de propagare a undelor gravitaționale depinde ușor de proprietățile mediului conduce. Amplitudinea de oscilație cu distanța de la sursa scade treptat, dar niciodată nu ajunge la zero. Frecvența se află într-un interval de la câteva zeci la sute de hertzi. Viteza undelor gravitaționale în mediul interstelar se apropie de viteza luminii.

probe indirecte

Pentru prima dată, o confirmare teoretică a existenței undelor gravitaționale a reușit să obțină astronomul american Joseph Taylor și Russell Hulse asistentul său în 1974. Studiind Universul prin telescop observatoarele Arecibo (Puerto Rico), cercetatorii au descoperit pulsarului PSR B1913 + 16 care reprezintă un sistem binar de stele neutronice care se rotesc în jurul unui centru comun de masă, la o viteză unghiulară constantă (caz rar). În fiecare perioadă de tratament de ani este de 3,75 ore, inițial, redus la 70 ms. Această valoare este în concordanță cu concluziile ecuațiilor GTR care prezic creșterea vitezei de rotație a acestor sisteme, datorită consumului de energie pentru generarea undelor gravitaționale. Mai târziu, mai pulsarii duble si pitice albe cu un comportament similar a fost găsit. astronomie Radio D. Taylor și R. Hulse Premiul Nobel pentru Fizică pentru descoperirea de noi posibilități de a studia câmpuri gravitaționale a fost acordat în 1993.

Furt de undă gravitațională

Prima declarație de detectarea undelor gravitaționale primite de la Universitatea din Maryland om de știință Dzhozefa Vebera (SUA) în 1969. În acest scop, el a folosit cele două antene gravitaționale de design proprii, separate de o distanță de doi kilometri. Detectorul de rezonanță a fost un bun izolat vibrație bucată cilindru-picior de aluminiu, echipate cu traductoare piezoelectrice sensibile. Amplitudinea fluctuațiilor Weber ar fi fix sa dovedit a fi mai mult de un milion de ori mai mare decât era de așteptat. Încercările de alți cercetători care utilizează echipamente similare pentru a repeta „succesul“ fizicianului american rezultatele pozitive nu au cedat. După câțiva ani de muncă Weber în acest domeniu au fost recunoscute insolvabil, dar a dat un impuls pentru dezvoltarea de „boom-ul gravitaționale“ pentru apelarea în acest domeniu de studiu a multor experți. Apropo, Dzhozef Veber până la moartea sa a fost sigur de a lua unde gravitaționale.

Îmbunătățirea dotării cu echipamente de recepție

In savantul '70 Bill Feyrbank (USA) a dezvoltat un design de antena gravitaționale undei, răcit cu heliu lichid, cu utilizarea calmari - magnetometru bolnăvicios. Existente la momentul în care tehnologia nu este permis să vadă inventatorul produsului, realizat în „metal“.

Conform acestui principiu se face Auriga detectorul gravitațional în lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italia). Structura bază de aluminiu cilindru-magneziu și o lungime de 3 metri și un diametru de 0,6 m. Greutatea unitate receptor de 2,3 tone este suspendat într-un izolat, răcită la camera de vid aproape zero absolut. Pentru fixarea și se agită detectarea rezonator kilogram auxiliar și un sistem de măsurare bazat pe computere. Sensibilitatea declarată a echipamentului 10 ^-20.

interferometre

Baza funcționării detectoarelor interferometrice undelor gravitaționale încorporate aceleași principii care sunt folosite la interferometrului Michelson. Emise de sursă a fasciculului laser este împărțit în două fluxuri. După mai multe reflecții și să călătorească pe fluxurile umeri dispozitivele sunt aduse din nou împreună, iar imaginea finală de interferență judecător este afectată în cazul în care cursul razelor orice perturbare (de exemplu, unda gravitațională). Un astfel de echipament este creat în multe țări:

• GEO 600 (Hannover, Germania). Lungimea tunelului de vid la 600 de metri.
• TAMA (Japonia) cu umeri la 300 m.
• FECIOARA (Pisa, Italia) - un proiect franco-italian comun, lansat în 2007, cu o perioadă de trei kilometru tuneluri lungi.
• LIGO (Statele Unite ale Americii, Pacific Coast), ceea ce duce la vânătoare de unde gravitaționale în 2002.

Ultima valoare considerare mai detaliat.

LIGO avansată

Proiectul a fost inițiat de oamenii de stiinta de la Massachusetts Institute of Technology si California. Include două observatoare separate de 3 mii. Km, Louisiana și Washington (oraș Livingston și Hanford) cu trei interferometre identice. Lungimea tunelului de vid perpendicular este de 4 mii. Contoare. Aceasta este cea mai mare până în prezent structuri similare existente. Până în 2011, multe încercări de a detecta undele gravitaționale nu au dat nici un rezultat. O modernizare substanțială (Advanced LIGO) a crescut sensibilitatea echipamentului în intervalul 300-500 Hz mai mult de cinci ori, iar în regiunea de joasă frecvență (până la 60 Hz) este de aproape un ordin de mărime, atingând o valoare astfel râvnit 10 ^-21. Proiectul a fost actualizat a început în septembrie 2015, iar eforturile depuse de mai mult de o mie de angajați ai colaborării a fost recompensată cu rezultatele.

unde gravitaționale sunt găsite

14 septembrie 2015 avansate detectoare LIGO în 7 ms interval înregistrate ajuns până la undele gravitaționale ale planetei noastre din cele mai mari evenimente care au avut loc la marginea universului observabil - o fuziune a două găuri negre mari, cu mase de 29 și de 36 de ori mai mare decât masa solară. In timpul procesului, care a avut loc peste 1,3 Ga în urmă, într-o chestiune de secunde până la radiații val gravitaționale cheltuit aproximativ trei mase solare de materie. frecvență fixă valuri inițiale gravitaționale la 35 Hz, iar valoarea maximă de vârf a nivelului atins în 250 Hz.

Rezultatele obținute au fost supuse în mod repetat, la testarea cuprinzătoare și tratament, cu atenție tăiat interpretări alternative ale datelor. În cele din urmă, la 11 februarie anul trecut , pe detectarea directă a fenomenului prezis de Einstein, a fost anunțată pentru comunitatea mondială.

Fapt care ilustrează o munca titanica de cercetători: amplitudinea de oscilație a brațului de dimensiunea este de 10 ^-19 m - această valoare cât de multe ori mai mici decât diametrul unui atom, cât de mult el are mai puțin de portocale.

perspective

Această descoperire confirmă încă o dată faptul că teoria generală a relativității - nu este doar un set de formule abstracte, și un aspect complet nou la esența undelor gravitaționale și gravitatea în ansamblu.

In alte studii, oamenii de știință au speranțe mari cu privire la proiectul ELSA: crearea unui interferometru gigant care orbitează cu umerii aproximativ 5 milioane de km, capabile să detecteze chiar perturbatii minore ale câmpurilor gravitaționale. Revitalizarea lucrărilor în această direcție este capabil de a spune multe despre etapele de bază de dezvoltare a universului, procesele, observația că, în benzile tradiționale este dificilă sau imposibilă. Nu există nici o îndoială că găurile negre, unde gravitaționale, care vor fi stabilite în viitor, mult despre natura.

Pentru studiul de radiații gravitaționale relicvă, capabil de a vorbi despre primele momente ale lumii noastre dupa Big Bang, va necesita instrumente spațiale mai sensibile. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Acest proiect există (Big Bang Observer), dar punerea sa în aplicare, asigurările de experți, este posibil să nu mai devreme de 30-40 de ani.