امواج گرانشی. حق با انیشتین بود: امواج گرانشی وجود دارند. امواج گرانشی ساطع شده توسط یک سیستم دو جسمی

اما من بیشتر به این علاقه دارم که چه چیزهای غیرمنتظره ای را می توان با کمک امواج گرانشی تشخیص داد. هر بار که مردم جهان را به روشی جدید رصد کرده‌اند، چیزهای غیرمنتظره زیادی کشف کرده‌ایم که درک ما از جهان را وارونه کرده است. من می خواهم اینها را پیدا کنم امواج گرانشیو چیزی را کشف کنیم که قبلاً هیچ ایده ای در مورد آن نداشتیم.

آیا این به ما کمک می کند تا یک درایو Warp واقعی بسازیم؟

از آنجایی که امواج گرانشی برهمکنش ضعیفی با ماده دارند، به سختی می توان از آنها برای حرکت این ماده استفاده کرد. اما حتی اگر بتوانید، یک موج گرانشی فقط با سرعت نور حرکت می کند. آنها برای درایو Warp کار نمی کنند. هر چند باحال خواهد بود.

دستگاه های ضد جاذبه چطور؟

برای ایجاد یک دستگاه ضد جاذبه، باید نیروی جاذبه را به نیروی دافعه تبدیل کنیم. و اگرچه یک موج گرانشی تغییراتی را در گرانش منتشر می کند، این تغییر هرگز دافعه (یا منفی) نخواهد بود.

جاذبه همیشه جذب می شود زیرا جرم منفی به نظر نمی رسد وجود داشته باشد. از این گذشته، بار مثبت و منفی، قطب مغناطیسی شمال و جنوب وجود دارد، اما فقط جرم مثبت. چرا؟ اگر جرم منفی وجود داشت، توپ ماده به جای پایین افتادن به سمت بالا سقوط می کرد. توسط جرم مثبت زمین دفع می شود.

این برای امکان سفر در زمان و دوربری چه معنایی دارد؟ میتونیم پیدا کنیم استفاده عملیاین پدیده غیر از مطالعه جهان ماست؟

اکنون بهترین راهسفر در زمان (و فقط به آینده) سفر با سرعت نزدیک به نور است (پارادوکس دوقلو در نسبیت عام را به خاطر بسپارید) یا رفتن به منطقه ای با گرانش افزایش یافته (این نوع سفر در زمان در بین ستاره ای نشان داده شد). از آنجایی که یک موج گرانشی تغییرات گرانشی را منتشر می کند، نوسانات بسیار کمی در سرعت زمان وجود خواهد داشت، اما از آنجایی که امواج گرانشی ذاتا ضعیف هستند، نوسانات زمانی نیز ضعیف هستند. و در حالی که فکر نمی‌کنم بتوانید این را برای سفر در زمان (یا دوربری) اعمال کنید، هرگز نگویید هرگز (شرط می‌بندم که نفستان را بند آورده‌اید).

آیا روزی فرا می رسد که تایید انیشتین را متوقف کنیم و دوباره به دنبال چیزهای عجیب و غریب بگردیم؟

البته! از آنجایی که گرانش ضعیف ترین نیرو است، آزمایش با آن نیز دشوار است. تاکنون، هر بار که دانشمندان GR را مورد آزمایش قرار داده اند، دقیقاً نتایج پیش بینی شده ای را دریافت کرده اند. حتی کشف امواج گرانشی بار دیگر نظریه انیشتین را تایید کرد. اما حدس می‌زنم وقتی شروع به آزمایش کوچک‌ترین جزئیات این نظریه می‌کنیم (شاید با امواج گرانشی، شاید با دیگری)، چیزهای «خنده‌داری» پیدا می‌کنیم، مانند نتیجه آزمایش که دقیقاً با پیش‌بینی مطابقت ندارد. این به معنای اشتباه GR نیست، فقط نیاز به روشن شدن جزئیات آن است.

هر بار که به یک سوال در مورد طبیعت پاسخ می دهیم، سوالات جدیدی ظاهر می شوند. در پایان، ما سوالاتی خواهیم داشت که از پاسخ هایی که GR می تواند اجازه دهد، سردتر خواهد بود.

آیا می توانید توضیح دهید که چگونه این کشف ممکن است به نظریه میدان یکپارچه مرتبط باشد یا بر آن تأثیر بگذارد؟ آیا به تایید آن نزدیکتر هستیم یا رد آن؟

اکنون نتایج کشف ما عمدتاً به تأیید و تأیید نسبیت عام اختصاص دارد. نظریه میدان یکپارچه به دنبال راهی برای ایجاد نظریه ای است که فیزیک بسیار کوچک (مکانیک کوانتومی) و خیلی بزرگ (نسبیت عام) را توضیح دهد. اکنون این دو نظریه را می توان برای توضیح مقیاس جهانی که در آن زندگی می کنیم تعمیم داد، اما نه بیشتر. از آنجایی که اکتشاف ما بر روی فیزیک بسیار بزرگ متمرکز است، به خودی خود کمک چندانی به پیشبرد ما در جهت یک نظریه یکپارچه نخواهد کرد. اما موضوع این نیست. اکنون رشته فیزیک امواج گرانشی به تازگی متولد شده است. همانطور که بیشتر یاد می گیریم، مطمئناً نتایج خود را به حوزه یک نظریه یکپارچه تعمیم خواهیم داد. اما قبل از دویدن، باید راه بروید.

اکنون که ما به امواج گرانشی گوش می دهیم، دانشمندان برای لگد زدن به آجر چه چیزی باید بشنوند؟ 1) الگوها/ساختارهای غیر طبیعی؟ 2) منابع امواج گرانشی از مناطقی که ما آنها را خالی می دانستیم؟ 3) ریک استلی

وقتی سوال شما را خواندم، بلافاصله صحنه ای از "تماس" را به یاد آوردم که در آن تلسکوپ رادیویی الگوهایی را می گیرد. اعداد اول. بعید است که این را بتوان در طبیعت یافت (تا جایی که ما می دانیم). بنابراین نسخه شما با یک الگو یا ساختار غیر طبیعی محتمل ترین خواهد بود.

من فکر نمی‌کنم که ما هرگز از خالی بودن منطقه خاصی از فضا مطمئن نباشیم. به هر حال، سیستم سیاه چاله ای که ما پیدا کردیم، ایزوله بود و هیچ نوری از آن منطقه نمی آمد، اما هنوز امواج گرانشی را در آنجا پیدا کردیم.

در مورد موسیقی... من در جدا کردن سیگنال های امواج گرانشی از نویز ساکن که دائماً در پس زمینه محیط اندازه گیری می کنیم، تخصص دارم. اگر می توانستم موسیقی را در موج گرانشی پیدا کنم، به خصوص موجی که قبلاً شنیده بودم، این یک شوخی بود. اما موسیقی ای که هرگز روی زمین شنیده نشده است... مثل موارد ساده «تماس» است.

از آنجایی که آزمایش امواج را با تغییر فاصله بین دو جسم ثبت می کند، آیا دامنه یک جهت از جهت دیگر بیشتر است؟ در غیر این صورت، آیا خوانش ها به این معنی نیست که جهان در حال تغییر اندازه است؟ و اگر چنین است، آیا این گسترش تایید می کند یا چیز غیر منتظره ای؟

قبل از اینکه بتوانیم به این سوال پاسخ دهیم، باید امواج گرانشی زیادی را ببینیم که از جهات مختلف در جهان می آیند. در نجوم، این یک مدل جمعیت ایجاد می کند. چند نوع چیز مختلف وجود دارد؟ آی تی سوال اصلی. وقتی مشاهدات زیادی داشتیم و شروع به دیدن الگوهای غیرمنتظره کردیم، به عنوان مثال، امواج گرانشی از نوع خاصی از قسمت خاصی از کیهان و هیچ جای دیگر نمی آیند، این یک نتیجه بسیار جالب خواهد بود. برخی از الگوها می توانند گسترش (که ما بسیار مطمئن هستیم) یا سایر پدیده هایی که هنوز از آنها آگاه نیستیم را تأیید کنند. اما ابتدا باید امواج گرانشی بسیار بیشتری را ببینید.

برای من کاملاً غیرقابل درک است که چگونه دانشمندان تشخیص دادند که امواجی که اندازه‌گیری کردند متعلق به دو سیاه‌چاله بزرگ است. چگونه می توان منبع امواج را با این دقت تعیین کرد؟

روش‌های تحلیل داده‌ها از فهرستی از سیگنال‌های امواج گرانشی پیش‌بینی‌شده برای مقایسه با داده‌های ما استفاده می‌کنند. اگر همبستگی قوی با یکی از این پیش‌بینی‌ها یا الگوها وجود داشته باشد، نه تنها می‌دانیم که این یک موج گرانشی است، بلکه می‌دانیم که کدام سیستم آن را ایجاد کرده است.

هر روشی برای ایجاد یک موج گرانشی، چه ادغام سیاه‌چاله‌ها، چرخش ستاره‌ها و چه در حال مرگ، همه امواج اشکال متفاوتی دارند. وقتی موج گرانشی را تشخیص می‌دهیم، همانطور که نسبیت عام پیش‌بینی کرده است، از این اشکال برای تعیین علت آنها استفاده می‌کنیم.

از کجا بفهمیم که این امواج از برخورد دو سیاهچاله به وجود آمده اند و نه رویداد دیگری؟ آیا می توان با هر درجه ای از دقت پیش بینی کرد که چنین رویدادی کجا و چه زمانی رخ داده است؟

هنگامی که بدانیم کدام سیستم موج گرانشی را تولید کرده است، می توانیم پیش بینی کنیم که موج گرانشی در نزدیکی محل تولدش چقدر قوی بوده است. با اندازه‌گیری قدرت آن هنگام رسیدن به زمین و مقایسه اندازه‌گیری‌هایمان با قدرت پیش‌بینی‌شده منبع، می‌توانیم محاسبه کنیم که منبع چقدر دور است. از آنجایی که امواج گرانشی با سرعت نور حرکت می کنند، می توانیم محاسبه کنیم که چقدر طول کشید تا امواج گرانشی به سمت زمین حرکت کنند.

در مورد سیستم سیاهچاله ای که کشف کردیم، ما حداکثر تغییر در طول بازوهای LIGO را به ازای 1/1000 قطر پروتون اندازه گیری کردیم. این سیستم در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری از ما قرار دارد. موج گرانشی که در ماه سپتامبر کشف شد و روز گذشته اعلام شد، 1.3 میلیارد سال است که به سمت ما حرکت می کند. این اتفاق قبل از تشکیل حیات حیوانی روی زمین، اما پس از ظهور موجودات چند سلولی رخ داد.

در زمان اعلام، گفته شد که آشکارسازهای دیگر به دنبال امواج با دوره طولانی تر خواهند بود - برخی از آنها کیهانی خواهند بود. در مورد این آشکارسازهای بزرگ چه چیزی می توانید به ما بگویید؟

یک آشکارساز فضایی واقعاً در حال توسعه است. LISA (آنتن فضایی تداخل سنج لیزری) نامیده می شود. از آنجایی که در فضا خواهد بود، بر خلاف آشکارسازهای زمینی، به دلیل ارتعاشات طبیعی زمین، نسبت به امواج گرانشی فرکانس پایین کاملاً حساس خواهد بود. دشوار خواهد بود، زیرا ماهواره‌ها باید دورتر از زمین قرار گیرند. اگر مشکلی پیش بیاید، نمی‌توانیم فضانوردان را برای تعمیر بفرستیم. برای آزمایش فناوری های مورد نیاز، . او تا کنون با تمام وظایف تعیین شده کنار آمده است، اما این ماموریت هنوز به پایان نرسیده است.

آیا امواج گرانشی را می توان به امواج صوتی تبدیل کرد؟ و اگر چنین است، چه شکلی خواهند بود؟

می توان. البته، شما فقط یک موج گرانشی را نخواهید شنید. اما اگر سیگنال را بگیرید و از بلندگوها عبور دهید، می توانید آن را بشنوید.

با این اطلاعات چه کنیم؟ آیا این امواج اجسام نجومی دیگری با جرم قابل توجهی را ساطع می کنند؟ آیا می توان از امواج برای جستجوی سیارات یا سیاهچاله های ساده استفاده کرد؟

وقتی به دنبال مقادیر گرانشی هستید، فقط جرم نیست که مهم است. همچنین شتابی که ذاتی جسم است. سیاهچاله هایی که پیدا کردیم با ادغام شدن با سرعت 60 درصد به دور یکدیگر می چرخیدند. بنابراین، ما توانستیم آنها را در طول ادغام شناسایی کنیم. اما اکنون آنها دیگر امواج گرانشی را دریافت نمی کنند، زیرا آنها در یک توده بی تحرک ادغام شده اند.

بنابراین هر چیزی که جرم زیادی دارد و بسیار سریع حرکت می کند، امواج گرانشی ایجاد می کند که می توانید آنها را بگیرید.

بعید است که سیارات فراخورشیدی جرم یا شتاب کافی برای ایجاد امواج گرانشی قابل تشخیص داشته باشند. (من نمی گویم که آنها را اصلا نمی سازند، فقط به این دلیل که به اندازه کافی قوی یا در فرکانس متفاوتی نخواهند بود). حتی اگر سیاره فراخورشیدی به اندازه کافی بزرگ باشد که امواج لازم را تولید کند، شتاب آن را از هم خواهد پاشید. فراموش نکنید که پرجرم ترین سیارات تمایل به غول های گازی دارند.

قیاس امواج در آب چقدر درست است؟ آیا می توانیم سوار بر این امواج شویم؟ آیا «قله‌های» گرانشی مانند «چاه‌های» از قبل شناخته شده وجود دارد؟

از آنجایی که امواج گرانشی می توانند در ماده حرکت کنند، هیچ راهی برای سوار شدن بر آنها یا استفاده از آنها برای حرکت وجود ندارد. بنابراین موج گرانشی موج سواری ندارد.

"قله ها" و "چاه ها" فوق العاده هستند. جاذبه همیشه جذب می شود زیرا جرم منفی وجود ندارد. ما نمی دانیم چرا، اما هرگز در آزمایشگاه یا در جهان مشاهده نشده است. بنابراین، گرانش معمولاً به عنوان یک "چاه" نشان داده می شود. توده ای که در امتداد این "چاه" حرکت می کند به سمت داخل سقوط می کند. جاذبه اینطوری کار میکنه اگر جرم منفی داشته باشید، دافعه و با آن یک "اوج" دریافت خواهید کرد. جرمی که در "قله" حرکت می کند از آن منحنی می شود. بنابراین "چاه" وجود دارد، اما "قله" وجود ندارد.

قیاس آب خوب است تا زمانی که در مورد این واقعیت صحبت کنیم که قدرت موج با مسافت طی شده از منبع کاهش می یابد. موج آب کوچک‌تر و کوچک‌تر می‌شود و موج جاذبه ضعیف‌تر و ضعیف‌تر می‌شود.

این کشف چگونه بر توصیف ما از دوره تورمی بیگ بنگ تأثیر خواهد گذاشت؟

در این لحظهاین کشف تاکنون عملاً تأثیری بر تورم نداشته است. برای بیان چنین اظهاراتی لازم است امواج گرانشی باقیمانده بیگ بنگ را مشاهده کنیم. پروژه BICEP2 معتقد بود که به طور غیرمستقیم این امواج گرانشی را مشاهده می کند، اما معلوم شد که غبار کیهانی مقصر است. اگر داده های درستی به دست آورد، وجود تورم کوتاه مدت کوتاهی پس از بیگ بنگ در کنار آن تایید می شود.

LIGO قادر خواهد بود مستقیماً این امواج گرانشی را ببیند (همچنین ضعیف ترین نوع امواج گرانشی است که امیدواریم بتوانیم آنها را شناسایی کنیم). اگر آنها را ببینیم، می‌توانیم عمیقاً به گذشته کیهان نگاه کنیم، همانطور که قبلاً نگاه نکرده‌ایم و تورم را از روی داده‌های به‌دست‌آمده قضاوت کنیم.

اولین تشخیص مستقیم امواج گرانشی در 11 فوریه 2016 به جهان آشکار شد و سرفصل های سرتاسر جهان را ایجاد کرد. برای این کشف در سال 2017، فیزیکدانان جایزه نوبل را دریافت کردند و رسماً دوره جدیدی از نجوم گرانشی را آغاز کردند. اما تیمی از فیزیکدانان در موسسه نیلز بور در کپنهاگ، دانمارک، بر اساس تجزیه و تحلیل مستقل خود از داده‌های دو سال و نیم گذشته، این یافته را مورد تردید قرار دادند.

یکی از اسرارآمیزترین اجرام جهان، سیاهچاله ها، مرتباً جلب توجه می کند. ما می دانیم که آنها با هم برخورد می کنند، ادغام می شوند، روشنایی را تغییر می دهند و حتی تبخیر می شوند. و با این حال، در تئوری، سیاهچاله ها می توانند جهان ها را با استفاده از یکدیگر به یکدیگر متصل کنند. با این حال، تمام اطلاعات و فرضیات ما در مورد این اجرام عظیم ممکن است نادرست باشد. اخیرا در جامعه علمیشایعاتی وجود داشت مبنی بر اینکه دانشمندان سیگنالی را دریافت کردند که از یک سیاهچاله نشات می گرفت، اندازه و جرم آن به قدری عظیم است که وجود آن از نظر فیزیکی غیرممکن است.

اولین تشخیص مستقیم امواج گرانشی در 11 فوریه 2016 به جهان آشکار شد و سرفصل های سرتاسر جهان را ایجاد کرد. برای این کشف در سال 2017، فیزیکدانان جایزه نوبل را دریافت کردند و رسماً دوره جدیدی از نجوم گرانشی را آغاز کردند. اما گروهی از فیزیکدانان مؤسسه نیلز بور در کپنهاگ، بر اساس تجزیه و تحلیل مستقل خود از داده‌های دو سال و نیم گذشته، این یافته را مورد تردید قرار دادند.

اخترفیزیکدانان وجود امواج گرانشی را تایید کرده اند که وجود آنها توسط آلبرت اینشتین حدود 100 سال پیش پیش بینی شده بود. آنها با استفاده از آشکارسازهای رصدخانه امواج گرانشی LIGO، که در ایالات متحده قرار دارد، ثبت شدند.

برای اولین بار در تاریخ، بشریت امواج گرانشی را ثبت کرده است - نوسانات فضا-زمان که از برخورد دو سیاهچاله که در دوردست ها در کیهان رخ داده به زمین آمده است. دانشمندان روسی نیز در این کشف مشارکت دارند. روز پنجشنبه، محققان در مورد کشف خود در سراسر جهان - در واشنگتن، لندن، پاریس، برلین و سایر شهرها از جمله مسکو صحبت می کنند.

عکس تقلیدی از برخورد سیاهچاله ها را نشان می دهد

در یک کنفرانس مطبوعاتی در دفتر Rambler & Co، والری میتروفانوف، رئیس بخش روسی همکاری LIGO، کشف امواج گرانشی را اعلام کرد:

ما مفتخریم که در این پروژه شرکت کرده و نتایج را به شما ارائه دهیم. اکنون معنای کشف را به زبان روسی به شما خواهم گفت. تصاویر زیبایی از آشکارسازهای LIGO در آمریکا دیده ایم. فاصله بین آنها 3000 کیلومتر است. تحت تأثیر یک موج گرانشی، یکی از آشکارسازها جابجا شد و پس از آن ما آنها را کشف کردیم. در ابتدا، ما فقط نویز را در رایانه دیدیم و سپس تجمع جرم آشکارسازهای Hamford آغاز شد. پس از محاسبه داده های به دست آمده، توانستیم تشخیص دهیم که این سیاهچاله ها بودند که در فاصله 1.3 میلیاردی با هم برخورد کردند. سال نوری از اینجا سیگنال خیلی واضح بود، خیلی واضح از سر و صدا خارج شد. خیلی ها به ما گفتند که ما خوش شانس بودیم، اما طبیعت چنین هدیه ای به ما داد. امواج گرانشی کشف شده اند - این مطمئن است.

اخترفیزیکدانان شایعاتی مبنی بر اینکه با استفاده از آشکارسازهای رصدخانه امواج گرانشی LIGO توانسته اند امواج گرانشی را شناسایی کنند، تایید کرده اند. این کشف به بشریت این امکان را می دهد که پیشرفت قابل توجهی در درک نحوه عملکرد جهان داشته باشد.

این کشف در 14 سپتامبر 2015 به طور همزمان توسط دو آشکارساز در واشنگتن و لوئیزیانا انجام شد. این سیگنال در اثر برخورد دو سیاهچاله به آشکارسازها رسید. دانشمندان زمان زیادی را صرف کردند تا مطمئن شوند که امواج گرانشی محصول این برخورد هستند.

برخورد حفره ها با سرعتی در حدود نصف سرعت نور رخ داده است که تقریباً 150792458 متر بر ثانیه است.

گرانش نیوتنی در فضای مسطح توصیف شد و انیشتین آن را به صفحه زمان ترجمه کرد و پیشنهاد داد که آن را خم کند. برهم کنش گرانشی بسیار ضعیف است. در زمین، تجربه ایجاد امواج گرانشی غیرممکن است. آنها تنها پس از ادغام سیاهچاله ها توانستند آنها را شناسایی کنند. ردیاب، فقط تصور کنید، 10 تا 19- متر جابجا شده است. آن را با دستان خود لمس نکنید. فقط با کمک ابزارهای بسیار دقیق. چگونه انجامش بدهیم؟ پرتو لیزری که با آن جابجایی تشخیص داده شد ماهیت منحصر به فردی دارد. نسل دوم آنتن گرانشی لیزری LIGO در سال 2015 به بهره برداری رسید. حساسیت امکان ثبت اغتشاشات گرانشی را در حدود یک بار در ماه می دهد. این دنیای پیشرفته و علم آمریکاست، هیچ چیز دقیق تر در دنیا وجود ندارد. ما امیدواریم که بتواند بر حد استاندارد حساسیت کوانتومی غلبه کند.» این کشف توضیح داد. سرگئی ویاتچانین، کارمند دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی مسکو و همکاری LIGO.

حد استاندارد کوانتومی (SQL) در مکانیک کوانتومی محدودیتی است که بر دقت اندازه‌گیری پیوسته یا چند بار مکرر کمیتی توصیف شده توسط اپراتور که در زمان‌های مختلف با خودش رفت و آمد نمی‌کند، اعمال می‌شود. در سال 1967 توسط V. B. Braginsky پیش‌بینی شد و اصطلاح حد کوانتومی استاندارد (SQL) بعداً توسط تورن پیشنهاد شد. SQL ارتباط نزدیکی با رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ دارد.

در جمع بندی، والری میتروفانوف در مورد برنامه هایی برای تحقیقات بیشتر صحبت کرد:

"این کشف آغاز یک نجوم امواج گرانشی جدید است. از طریق کانال امواج گرانشی، انتظار داریم بیشتر در مورد کیهان بیاموزیم. ما ترکیب 5 درصد ماده را می دانیم، بقیه یک راز است. آشکارسازهای گرانشی به شما این امکان را می دهند که آسمان را در "امواج گرانشی" ببینید. در آینده امیدواریم که شروع همه چیز، یعنی پس‌زمینه مایکروویو کیهانی بیگ بنگ را ببینیم و بفهمیم که دقیقاً چه اتفاقی افتاد.»

برای اولین بار، امواج گرانشی توسط آلبرت اینشتین در سال 1916، یعنی تقریباً 100 سال پیش، پیشنهاد شد. معادله امواج نتیجه معادلات نظریه نسبیت است و به ساده ترین شکل به دست نمی آید.

کلیفورد برگس، فیزیکدان نظری کانادایی، قبلاً نامه ای منتشر کرده بود که می گفت رصدخانه تابش گرانشی ناشی از ادغام یک سیستم دوتایی از سیاهچاله ها با جرم های 36 و 29 خورشیدی را در جسمی با جرم 62 جرم خورشیدی شناسایی کرده است. برخورد و فروپاشی گرانشی نامتقارن برای کسری از ثانیه طول می کشد و در این مدت، تا 50 درصد از جرم منظومه به تشعشعات گرانشی می رود - امواج فضا-زمان.

موج گرانشی یک موج گرانشی است که در اکثر نظریه های گرانش از حرکت اجسام گرانشی با شتاب متغیر ایجاد می شود. با توجه به ضعف نسبی نیروهای گرانشی (در مقایسه با سایر امواج)، این امواج باید قدر بسیار کمی داشته باشند که ثبت آن دشوار است. وجود آنها حدود یک قرن پیش توسط آلبرت اینشتین پیش بینی شده بود.

روز پنجشنبه 11 فوریه، گروهی از دانشمندان پروژه بین المللی همکاری علمی LIGO اعلام کردند که موفق شده اند، وجود آن توسط آلبرت اینشتین در سال 1916 پیش بینی شده بود. به گفته محققان، در 14 سپتامبر 2015، آنها یک موج گرانشی را ثبت کردند که ناشی از برخورد دو سیاهچاله با جرم 29 و 36 برابر خورشید بود و پس از آن آنها در یک سیاهچاله بزرگ ادغام شدند. . به گفته آنها، این اتفاق ظاهراً 1.3 میلیارد سال پیش در فاصله 410 مگاپارسکی از کهکشان ما رخ داده است.

LIGA.net با جزئیات در مورد امواج گرانشی و یک کشف در مقیاس بزرگ صحبت کرد بوهدان هناتیک، دانشمند اوکراینی، اخترفیزیکدان، دکترای علوم فیزیکی و ریاضی، محقق برجسته رصدخانه نجوم کیف دانشگاه ملیبه نام تاراس شوچنکو که از سال 2001 تا 2004 ریاست رصدخانه را برعهده داشت.

نظریه به زبان ساده

فیزیک تعامل بین اجسام را مطالعه می کند. ثابت شده است که چهار نوع تعامل بین اجسام وجود دارد: برهمکنش الکترومغناطیسی، برهمکنش هسته ای قوی و ضعیف و برهمکنش گرانشی که همه ما آن را احساس می کنیم. به دلیل تعامل گرانشی، سیارات به دور خورشید می چرخند، اجسام وزن دارند و به زمین می افتند. انسان دائماً با تعامل گرانشی مواجه است.

در سال 1916، 100 سال پیش، آلبرت انیشتین نظریه گرانش را ساخت که نظریه گرانش نیوتن را بهبود بخشید، آن را از نظر ریاضی درست کرد: شروع به برآورده کردن تمام الزامات فیزیک کرد، شروع به در نظر گرفتن این واقعیت کرد که گرانش با سرعت بسیار بالایی منتشر می شود. ، اما سرعت محدود. این به حق یکی از جاه طلبانه ترین دستاوردهای انیشتین است، زیرا او نظریه گرانش را ساخت که با تمام پدیده های فیزیک که امروز مشاهده می کنیم مطابقت دارد.

این نظریه نیز وجود را مطرح کرد امواج گرانشی. اساس این پیش بینی این بود که امواج گرانشی در نتیجه برهم کنش گرانشی که به دلیل ادغام دو جسم پرجرم رخ می دهد، وجود دارند.

موج گرانشی چیست

در یک زبان پیچیده، این برانگیختگی متریک فضا-زمان است. دکترای علوم فیزیک و ریاضی به LIGA.net گفت: "فرض کنید فضا خاصیت ارتجاعی خاصی دارد و امواج می توانند از آن عبور کنند. مانند زمانی است که ما یک سنگ ریزه را به داخل آب می اندازیم و امواج از آن پراکنده می شوند."

دانشمندان توانستند به طور تجربی ثابت کنند که چنین نوسانی در کیهان رخ داده است و یک موج گرانشی در همه جهات می چرخد. برای اولین بار، پدیده چنین تکامل فاجعه بار یک سیستم دوتایی با یک روش اخترفیزیکی ثبت شد، زمانی که دو جسم در یکی می‌شوند و این ادغام منجر به آزاد شدن بسیار شدید انرژی گرانشی می‌شود که سپس در فضا منتشر می‌شود. این دانشمند توضیح داد که شکل امواج گرانشی است.

به نظر می رسد (عکس - EPA)

این امواج گرانشی بسیار ضعیف هستند و برای اینکه فضا-زمان را تکان دهند، برهم کنش اجسام بسیار بزرگ و پرجرم لازم است تا کشش میدان گرانشیدر محل تولید بزرگ بود. اما، با وجود ضعف آنها، ناظر پس از مدت زمان معینی (برابر با فاصله تا برهمکنش تقسیم بر سرعت سیگنال) این موج گرانشی را ثبت می کند.

بیایید مثالی بزنیم: اگر زمین بر روی خورشید بیفتد، یک برهمکنش گرانشی رخ می دهد: انرژی گرانشی آزاد می شود، یک موج متقارن کروی گرانشی تشکیل می شود و ناظر می تواند آن را ثبت کند. گناتیک خاطرنشان کرد: در اینجا، یک پدیده مشابه، اما منحصر به فرد، از نقطه نظر اخترفیزیک، رخ داد: دو جسم عظیم - دو سیاهچاله - با هم برخورد کردند.

بازگشت به تئوری

سیاهچاله یکی دیگر از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام انیشتین است که بیان می‌کند جسمی که جرم عظیمی دارد، اما این جرم در حجم کمی متمرکز است، می‌تواند فضای اطراف خود را تا زمان بسته شدن به‌طور قابل توجهی منحرف کند. یعنی فرض بر این بود که وقتی به غلظت بحرانی جرم این جسم رسید - به طوری که اندازه جسم کمتر از شعاع گرانشی نامیده می شود، آنگاه فضا در اطراف این جسم بسته می شود و توپولوژی آن بسته می شود. به گونه ای باشد که هیچ سیگنالی از آن در خارج از فضای بسته پخش نشود.

"یعنی یک سیاهچاله، به زبان سادهدانشمند می گوید، یک جسم عظیم است که آنقدر سنگین است که فضا-زمان را به دور خود می بندد.

و ما، به گفته او، می توانیم هر سیگنالی را به این شی بفرستیم، اما او نمی تواند برای ما ارسال کند. یعنی هیچ سیگنالی نمی تواند فراتر از سیاهچاله برود.

یک سیاهچاله بر اساس قوانین فیزیکی معمول زندگی می کند، اما در نتیجه گرانش قوی، هیچ جسم مادی، حتی یک فوتون، قادر به فراتر رفتن از این سطح بحرانی نیست. سیاهچاله ها در طول تکامل ستارگان معمولی تشکیل می شوند، زمانی که هسته مرکزی فرو می ریزد و بخشی از ماده ستاره در حال فروپاشی به سیاهچاله تبدیل می شود و قسمت دیگر ستاره به شکل یک پوسته ابرنواختر به بیرون پرتاب می شود و به به اصطلاح "فلش" یک ابرنواختر.

چگونه موج گرانشی را دیدیم

بیایید یک مثال بزنیم. وقتی دو شناور روی سطح آب داریم و آب آرام است، فاصله بین آنها ثابت است. وقتی موجی می آید، این شناورها را جابه جا می کند و فاصله بین شناورها تغییر می کند. موج گذشته است - و شناورها به موقعیت قبلی خود باز می گردند و فاصله بین آنها بازیابی می شود.

یک موج گرانشی به روشی مشابه در فضا-زمان منتشر می شود: اجسام و اجسامی را که در مسیر خود به هم می رسند فشرده و کشیده می شود. زمانی که جسم خاصی در مسیر موج قرار می گیرد در محورهای خود تغییر شکل می دهد و پس از عبور به شکل قبلی خود باز می گردد و تحت تأثیر موج گرانشی همه اجسام تغییر شکل می دهند اما این تغییر شکل ها بسیار زیاد است. هناتیک می گوید: ناچیز است.

هنگامی که موج عبور کرد که توسط دانشمندان ثبت شد، اندازه نسبی اجسام در فضا با مقداری از مرتبه 1 ضربدر 10 به توان منهای 21 تغییر کرد. به عنوان مثال، اگر یک خط کش متر را بگیرید، آنگاه به اندازه ای کوچک شد که اندازه آن بود، ضربدر 10 تا منهای 21 درجه. این مقدار بسیار کمی است. و مشکل این بود که دانشمندان باید یاد می گرفتند که چگونه این فاصله را اندازه گیری کنند. روش های مرسوم دقتی در حد 1 تا 10 تا توان 9 میلیون می دادند، اما در اینجا دقت بسیار بالاتری لازم است. برای انجام این کار، به اصطلاح آنتن های گرانشی (آشکارگرهای امواج گرانشی) ایجاد کردند.

رصدخانه LIGO (عکس - EPA)

آنتنی که امواج گرانشی را ثبت می کند به این صورت ساخته شده است: دو لوله به طول حدود 4 کیلومتر، به شکل حرف "L" اما با بازوهای یکسان و در زوایای قائم وجود دارد. هنگامی که یک موج گرانشی بر روی سیستم می افتد، بال های آنتن را تغییر شکل می دهد، اما بسته به جهت آن، یکی بیشتر و دیگری کمتر تغییر شکل می دهد. و سپس یک تفاوت مسیر وجود دارد، الگوی تداخل سیگنال تغییر می کند - دامنه کلی مثبت یا منفی وجود دارد.

«یعنی عبور یک موج گرانشی شبیه موجی است که روی آب از بین دو شناور می گذرد: اگر فاصله بین آنها را در طول و پس از عبور موج اندازه گیری کنیم، می بینیم که فاصله تغییر می کند و سپس تبدیل می شود. دوباره همینطور.» او گفت.

همچنین تغییر نسبی فاصله دو بال تداخل سنج را که هر کدام حدود 4 کیلومتر طول دارند اندازه گیری می کند. و تنها فن آوری ها و سیستم های بسیار دقیق می توانند چنین جابجایی میکروسکوپی بال ها را که توسط یک موج گرانشی ایجاد می شود، اندازه گیری کنند.

در لبه کیهان: موج از کجا آمده است

دانشمندان این سیگنال را با استفاده از دو آشکارساز ثبت کردند که در ایالات متحده در دو ایالت قرار دارند: لوئیزیانا و واشنگتن در فاصله حدود 3 هزار کیلومتر. دانشمندان توانستند تخمین بزنند که این سیگنال از کجا و از چه فاصله ای آمده است. تخمین ها نشان می دهد که سیگنال از فاصله 410 مگاپارسکی می آید. مگاپارسک مسافتی است که نور در سه میلیون سال طی می کند.

برای آسان‌تر تصور کردن: نزدیک‌ترین کهکشان فعال به ما با یک سیاه‌چاله فوق‌جرم در مرکز، قنطورس A است که چهار مگاپارسک از ما فاصله دارد، در حالی که سحابی آندرومدا در فاصله 0.7 مگاپارسکی قرار دارد. این دانشمند گفت: "یعنی فاصله ای که سیگنال موج گرانشی از آن می آید به قدری زیاد است که سیگنال برای حدود 1.3 میلیارد سال به زمین می رود. این فواصل کیهانی هستند که به حدود 10 درصد از افق کیهان ما می رسد."

در این فاصله، در یک کهکشان دور، دو سیاهچاله با هم ادغام شدند. این حفره ها از یک طرف اندازه نسبتاً کوچکی داشتند و از طرف دیگر دامنه زیاد سیگنال نشان دهنده سنگین بودن آنهاست. مشخص شد که جرم آنها به ترتیب 36 و 29 جرم خورشیدی است. جرم خورشید همانطور که می دانید مقداری است که برابر با 2 برابر 10 به توان 30 کیلوگرم است. پس از ادغام، این دو جسم با هم ادغام شدند و اکنون به جای آنها یک سیاهچاله منفرد تشکیل شده است که جرم آن برابر با 62 جرم خورشید است. در همان زمان، تقریباً سه جرم از خورشید به شکل انرژی موج گرانشی به بیرون پاشیده شد.

چه کسی و چه زمانی این کشف را انجام داد

دانشمندان پروژه بین المللی LIGO موفق به شناسایی یک موج گرانشی در 14 سپتامبر 2015 شدند. LIGO (رصدخانه گرانشی تداخل سنجی لیزری)یک پروژه بین المللی است که در آن تعدادی از کشورهایی که مشارکت مالی و علمی خاصی داشته اند، به ویژه ایالات متحده آمریکا، ایتالیا، ژاپن که در زمینه این مطالعات پیشرفت کرده اند، مشارکت دارند.

پروفسور راینر وایس و کیپ تورن (عکس - EPA)

تصویر زیر ثبت شده است: جابجایی بال های آشکارساز گرانشی، در نتیجه عبور واقعی یک موج گرانشی از سیاره ما و از طریق این تاسیسات. این در آن زمان گزارش نشد، زیرا سیگنال باید پردازش می شد، "تمیز می شد"، دامنه آن پیدا و بررسی می شد. این یک روش استاندارد است: از یک کشف واقعی تا اعلام یک کشف، چندین ماه طول می کشد تا یک ادعای معتبر صادر شود. هناتیک گفت: "هیچ کس نمی خواهد شهرت آنها را خراب کند. اینها همه داده های سری هستند که قبل از انتشار آنها - هیچ کس از آنها خبر نداشت، فقط شایعاتی وجود داشت."

داستان

امواج گرانشی از دهه 70 قرن گذشته مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مدت، تعدادی آشکارساز ایجاد شد و تعدادی از تحقیق بنیادی. در دهه 80، جوزف وبر، دانشمند آمریکایی، اولین آنتن گرانشی را به شکل استوانه آلومینیومی ساخت که اندازه آن در حد چند متر بود و مجهز به حسگرهای پیزو بود که قرار بود عبور موج گرانشی را ثبت کند.

حساسیت این ابزار یک میلیون بار بدتر از آشکارسازهای فعلی بود. و البته، او در آن زمان واقعاً نمی توانست موج را درست کند، اگرچه وبر گفت که او این کار را انجام داد: مطبوعات در مورد آن نوشتند و "رونق گرانشی" رخ داد - جهان بلافاصله شروع به ساخت آنتن های گرانشی کرد. وبر دانشمندان دیگر را به مطالعه امواج گرانشی و ادامه آزمایشات خود بر روی این پدیده تشویق کرد که امکان افزایش حساسیت آشکارسازها را میلیون ها برابر کرد.

با این حال، خود پدیده امواج گرانشی در قرن گذشته ثبت شد، زمانی که دانشمندان یک تپ اختر دوگانه را کشف کردند. این یک ثبت غیر مستقیم از وجود امواج گرانشی بود که از طریق مشاهدات نجومی ثابت شد. تپ اختر توسط راسل هالس و جوزف تیلور در سال 1974 هنگام رصد با تلسکوپ رادیویی رصدخانه آرسیبو کشف شد. به دانشمندان جایزه داده شده است جایزه نوبلدر سال 1993 "برای کشف نوع جدیدی از تپ اختر که امکانات جدیدی را برای مطالعه گرانش باز کرده است."

تحقیق در جهان و اوکراین

در ایتالیا نیز پروژه مشابهی به نام Virgo رو به اتمام است. ژاپن نیز قصد دارد یک آشکارساز مشابه را در یک سال آینده راه اندازی کند، هند نیز در حال آماده سازی چنین آزمایشی است. یعنی در بسیاری از نقاط جهان آشکارسازهای مشابهی وجود دارد، اما هنوز به آن حالت حساسیت نرسیده اند تا بتوانیم در مورد رفع امواج گرانشی صحبت کنیم.

"به طور رسمی، اوکراین عضو LIGO نیست و همچنین در پروژه های ایتالیایی و ژاپنی شرکت نمی کند. در میان چنین حوزه های اساسی، اوکراین اکنون در پروژه LHC (LHC - برخورد دهنده بزرگ هادرون) و در CERN شرکت می کند" (ما به طور رسمی شرکت می کنیم. فقط پس از پرداخت هزینه ورودی عضو شوید) "، - بوگدان گناتیک، دکترای علوم فیزیک و ریاضی به LIGA.net گفت.

به گفته وی، از سال 2015 اوکراین عضو کامل همکاری بین المللی CTA (آرایه تلسکوپ MchT-Cherenkov) بوده است که در حال ساخت یک تلسکوپ مدرن چندگانه است. تلویزیونمحدوده وسیع گاما (با انرژی فوتون تا 1014 eV). "منبع اصلی چنین فوتون هایی دقیقاً در مجاورت سیاهچاله های بسیار پرجرم است که تابش گرانشی آنها برای اولین بار توسط آشکارساز LIGO ثبت شد. بنابراین، باز شدن پنجره های جدید در نجوم - موج گرانشی و چندگانه تلویزیوناین دانشمند می افزاید: میدان الکترومغناطیسی جدید نوید اکتشافات بسیار بیشتری را در آینده به ما می دهد.

آینده چیست و دانش جدید چگونه به مردم کمک خواهد کرد؟ علما مخالفند. برخی می گویند که این فقط یک گام دیگر در درک مکانیسم های جهان است. برخی دیگر این را اولین قدم به سوی فناوری های جدید برای حرکت در زمان و مکان می دانند. به هر طریقی، این کشف بار دیگر ثابت کرد که ما چقدر کم می‌فهمیم و چقدر باید یاد بگیریم.

امواج گرانشی - تصویر هنرمند

امواج گرانشی آشفتگی های متریک فضا-زمان هستند که از منبع جدا می شوند و مانند امواج منتشر می شوند (به اصطلاح "موج های فضا-زمان").

در نسبیت عام و در بسیاری از موارد دیگر نظریه های مدرنامواج گرانشی گرانشی از حرکت اجسام عظیم با شتاب متغیر ایجاد می شوند. امواج گرانشی آزادانه در فضا با سرعت نور منتشر می شوند. به دلیل ضعف نسبی نیروهای گرانشی (در مقایسه با سایر امواج)، این امواج دارای قدر بسیار کمی هستند که ثبت آن دشوار است.

موج گرانشی قطبی شده

امواج گرانشی توسط نظریه نسبیت عام (GR) و بسیاری دیگر پیش بینی می شوند. آنها برای اولین بار مستقیماً در سپتامبر 2015 توسط دو آشکارساز دوقلو شناسایی شدند که امواج گرانشی را ثبت کردند که احتمالاً از ادغام این دو و تشکیل یک سیاهچاله چرخان عظیم‌تر حاصل شده است. شواهد غیرمستقیم وجود آنها از دهه 1970 شناخته شده است - نسبیت عام میزان همگرایی سیستم های نزدیک را که همزمان با مشاهدات به دلیل از دست دادن انرژی برای انتشار امواج گرانشی است، پیش بینی می کند. ثبت مستقیم امواج گرانشی و استفاده از آنها برای تعیین پارامترهای فرآیندهای اخترفیزیکی از وظایف مهم فیزیک و نجوم مدرن است.

در چارچوب نسبیت عام، امواج گرانشی با حل معادلات اینشتین از نوع موجی توصیف می‌شوند که نشان‌دهنده اختلال در متریک فضا-زمان است که با سرعت نور (در یک تقریب خطی) حرکت می‌کند. تظاهر این اغتشاش باید به ویژه تغییر دوره ای در فاصله بین دو توده آزمایشی در حال سقوط آزاد (یعنی تحت تأثیر هیچ نیرویی قرار نگیرد) باشد. دامنه ساعتموج گرانشی یک کمیت بدون بعد است - یک تغییر نسبی در فاصله. حداکثر دامنه پیش‌بینی‌شده امواج گرانشی از اجرام اخترفیزیکی (به عنوان مثال، سیستم‌های دوتایی فشرده) و پدیده‌ها (انفجار، ادغام، گرفتن توسط سیاه‌چاله‌ها، و غیره) بسیار کوچک است که در (( ساعت=10-18 -10-23). یک موج گرانشی ضعیف (خطی) بر اساس نظریه نسبیت عام، حامل انرژی و تکانه است، با سرعت نور حرکت می کند، عرضی، چهار قطبی است و توسط دو جزء مستقل که در زاویه 45 درجه نسبت به یکدیگر قرار دارند توصیف می شود. (دارای دو جهت قطبی شدن).

تئوری های مختلف سرعت انتشار امواج گرانشی را به روش های مختلف پیش بینی می کنند. در نسبیت عام، برابر است با سرعت نور (در یک تقریب خطی). در سایر نظریه های گرانش، می تواند هر ارزشی را به خود بگیرد، از جمله تا بی نهایت. با توجه به داده های اولین ثبت امواج گرانشی، پراکندگی آنها با گراویتون بدون جرم سازگار است و سرعت آن به صورت تخمین زده شد. برابر با سرعتسوتا.

تولید امواج گرانشی

منظومه ای متشکل از دو ستاره نوترونی موج هایی در فضا-زمان ایجاد می کند

یک موج گرانشی از هر ماده ای که با شتاب نامتقارن حرکت می کند منتشر می شود. برای ظهور موجی با دامنه قابل توجه، جرم بسیار زیادی از ساطع کننده یا / و شتاب های عظیم مورد نیاز است، دامنه موج گرانشی به طور مستقیم با اولین مشتق شتابو جرم مولد، یعنی ~ . با این حال، اگر جسمی با سرعتی شتاب در حال حرکت باشد، به این معنی است که نیرویی از سمت جسم دیگری بر آن اثر می‌کند. به نوبه خود، این شی دیگر عمل معکوس را تجربه می کند (طبق قانون 3 نیوتن)، در حالی که معلوم می شود که متر 1 آ 1 = − متر 2 آ 2 . به نظر می رسد که دو جسم امواج گرانشی را فقط به صورت جفت ساطع می کنند و در نتیجه تداخل آنها تقریباً به طور کامل متقابلاً خاموش می شوند. بنابراین، تابش گرانشی در نظریه نسبیت عام، همیشه از نظر چندقطبی دارای ویژگی حداقل تابش چهار قطبی است. علاوه بر این، برای ساطع کننده های غیرنسبیتی، عبارت شدت تابش شامل یک پارامتر کوچک است که در آن شعاع گرانشی ساطع کننده است. r- اندازه مشخصه آن، تی- دوره مشخص حرکت، جسرعت نور در خلاء است.

قوی ترین منابع امواج گرانشی عبارتند از:

• برخورد (توده های غول پیکر، شتاب های بسیار کوچک)،
• فروپاشی گرانشی یک سیستم دوتایی از اجرام فشرده (شتاب های عظیم با جرم نسبتاً زیاد). به عنوان یک مورد خاص و جالب - ادغام ستاره های نوترونی. در چنین سیستمی، درخشندگی موج گرانشی نزدیک به بالاترین درخشندگی پلانک ممکن در طبیعت است.

امواج گرانشی ساطع شده توسط یک سیستم دو جسمی

دو جسم که در مدارهای دایره ای به دور یک مرکز جرم مشترک حرکت می کنند

دو جسم متصل به گرانش با جرم متر 1 و متر 2، حرکت غیرنسبیتی ( v << ج) در مدارهای دایره ای به دور مرکز جرم مشترک خود در فاصله rاز یکدیگر، امواج گرانشی انرژی زیر را به طور متوسط ​​در طول دوره تابش می کنند:

در نتیجه سیستم انرژی خود را از دست می دهد که منجر به همگرایی اجسام یعنی کاهش فاصله بین آنها می شود. سرعت نزدیک شدن اجسام:

برای منظومه شمسی، برای مثال، زیرسیستم و بیشترین تابش گرانشی را تولید می کند. قدرت این تابش تقریباً 5 کیلووات است. بنابراین، انرژی از دست رفته توسط منظومه شمسی برای تابش گرانشی در سال در مقایسه با انرژی جنبشی مشخص اجسام کاملا ناچیز است.

فروپاشی گرانشی یک سیستم دوتایی

هر ستاره دوتایی، هنگامی که اجزای آن به دور یک مرکز جرم می‌چرخند، انرژی خود را از دست می‌دهد (همانطور که فرض می‌شود - به دلیل انتشار امواج گرانشی) و در پایان با هم ادغام می‌شوند. اما برای ستارگان دوتایی معمولی، غیر فشرده، این فرآیند زمان بسیار طولانی، بسیار بیشتر از عصر حاضر، طول می کشد. اگر سیستم فشرده دوتایی از یک جفت ستاره نوترونی، سیاهچاله یا ترکیبی از هر دو تشکیل شده باشد، آنگاه ادغام می تواند در چند میلیون سال اتفاق بیفتد. ابتدا اشیا به یکدیگر نزدیک می شوند و دوره انقلاب آنها کاهش می یابد. سپس در مرحله نهایی یک برخورد و یک فروپاشی گرانشی نامتقارن وجود دارد. این فرآیند کسری از ثانیه طول می کشد و در این مدت انرژی در تشعشعات گرانشی از بین می رود که طبق برخی برآوردها بیش از 50 درصد جرم سیستم است.

راه حل های دقیق اصلی معادلات انیشتین برای امواج گرانشی

امواج بدن باندی - پیرانی - رابینسون

این امواج با یک متریک شکل توصیف می شوند. اگر یک متغیر و یک تابع معرفی کنیم، از معادلات GR معادله را بدست می آوریم

متریک Takeno

دارای شکل , -functions, ارضای همان معادله است.

متریک روزن

جایی که راضی کند

متریک پرز

که در آن

امواج استوانه ای انیشتین-رزن

در مختصات استوانه ای، چنین امواجی شکل دارند و برآورده می شوند

ثبت امواج گرانشی

ثبت امواج گرانشی به دلیل ضعف دومی (تحریف کوچک متریک) نسبتاً پیچیده است. ابزار ثبت آنها آشکارسازهای امواج گرانشی است. از اواخر دهه 1960 تلاش هایی برای شناسایی امواج گرانشی انجام شد. امواج گرانشی با دامنه قابل تشخیص در هنگام فروپاشی یک باینری تولید می شوند. رویدادهای مشابه تقریباً هر دهه یک بار در این حوالی اتفاق می‌افتد.

از سوی دیگر، نسبیت عام شتاب چرخش متقابل ستارگان دوتایی را به دلیل از دست دادن انرژی برای انتشار امواج گرانشی پیش‌بینی می‌کند و این اثر به طور قابل اعتماد در چندین سیستم شناخته شده از اجرام فشرده دوتایی (به ویژه تپ اخترها) ثبت شده است. با همراهان فشرده). در سال 1993، "برای کشف نوع جدیدی از تپ اختر که امکانات جدیدی در مطالعه گرانش می دهد" به کاشفان اولین تپ اختر دوگانه PSR B1913+16، راسل هالس و جوزف تیلور جونیور. جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد. شتاب چرخش مشاهده شده در این سیستم کاملاً با پیش بینی های نسبیت عام برای انتشار امواج گرانشی مطابقت دارد. همین پدیده در چندین مورد دیگر نیز ثبت شد: برای تپ اخترهای PSR J0737-3039، PSR J0437-4715، SDSS J065133.338+284423.37 (معمولاً به اختصار J0651) و سیستم باینری RX J0806. به عنوان مثال، فاصله بین دو جزء A و B اولین ستاره دوتایی دو تپ اختر PSR J0737-3039 به دلیل از دست دادن انرژی در امواج گرانشی حدود 2.5 اینچ (6.35 سانتی متر) در روز کاهش می یابد و این اتفاق مطابق با نسبیت عام . همه این داده ها به عنوان تایید غیرمستقیم وجود امواج گرانشی تفسیر می شوند.

بر اساس تخمین ها، قوی ترین و متداول ترین منابع امواج گرانشی برای تلسکوپ ها و آنتن های گرانشی، فجایع مرتبط با فروپاشی سیستم های دوتایی در کهکشان های مجاور هستند. انتظار می‌رود که در آینده نزدیک، آشکارسازهای گرانشی پیشرفته چندین چنین رویدادی را در سال ثبت کنند و متریک را در مجاورت 10-21-10-23 تغییر دهند. اولین مشاهدات سیگنال رزونانس پارامتریک نوری متریک، که امکان تشخیص اثر امواج گرانشی از منابع تناوبی از نوع دودویی نزدیک را بر تابش میزرهای کیهانی ممکن می‌سازد، ممکن است در رصدخانه رادیویی نجوم روسیه به دست آمده باشد. آکادمی علوم، پوشچینو.

امکان دیگر برای تشخیص پس‌زمینه امواج گرانشی پرکننده جهان، زمان‌بندی دقیق تپ‌اخترهای دوردست است - تجزیه و تحلیل زمان رسیدن پالس‌های آنها، که مشخصاً تحت تأثیر امواج گرانشی که از فضای بین زمین و تپ اختر عبور می‌کنند تغییر می‌کند. بر اساس برآوردهای انجام شده در سال 2013، دقت زمان‌بندی باید حدود یک مرتبه قدر افزایش یابد تا بتوان امواج پس‌زمینه را از منابع متعدد در جهان ما تشخیص داد و این مشکل را می‌توان قبل از پایان دهه حل کرد.

بر اساس مفاهیم مدرن، جهان ما پر از امواج گرانشی است که در اولین لحظات پس از آن ظاهر شدند. ثبت آنها اطلاعاتی در مورد فرآیندهای آغاز تولد کیهان ارائه می دهد. در 17 مارس 2014 در ساعت 20:00 به وقت مسکو در مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان، یک گروه آمریکایی از محققان که بر روی پروژه BICEP 2 کار می کردند، تشخیص آشفتگی های تانسور غیر صفر در کیهان اولیه توسط قطبش CMB را اعلام کردند. که کشف این امواج گرانشی نیز هست. با این حال، تقریبا بلافاصله این نتیجه مورد مناقشه قرار گرفت، زیرا، همانطور که معلوم شد، سهم . یکی از نویسندگان، J. M. Kovats ( کواچ جی.ام.) اذعان داشت که "با تفسیر و پوشش داده های آزمایش BICEP2، شرکت کنندگان در آزمایش و روزنامه نگاران علمی کمی عجله داشتند."

تایید تجربی وجود

اولین سیگنال موج گرانشی ثبت شده در سمت چپ، داده‌های آشکارساز در Hanford (H1)، در سمت راست، در Livingston (L1). زمان از 14 سپتامبر 2015، 09:50:45 UTC شمارش شده است. برای تجسم سیگنال، توسط یک فیلتر فرکانس با پهنای باند 35-350 هرتز برای سرکوب نوسانات بزرگ خارج از محدوده حساسیت بالای آشکارسازها فیلتر شد؛ همچنین از فیلترهای باند گذر برای سرکوب نویز خود تاسیسات استفاده شد. ردیف بالا: ولتاژ h در آشکارسازها. GW150914 ابتدا به L1 رسید و بعد از 6 9 + 0 5 -0 4 ms در H1. برای مقایسه بصری، داده های H1 در نمودار L1 معکوس و تغییر زمان (برای در نظر گرفتن جهت گیری نسبی آشکارسازها) نشان داده شده است. ردیف دوم: ولتاژ h از سیگنال موج گرانشی، از همان فیلتر باند گذر 35-350 هرتز عبور می کند. خط جامد نتیجه نسبیت عددی برای یک سیستم با پارامترهای سازگار با پارامترهای یافت شده بر اساس مطالعه سیگنال GW150914 است که توسط دو کد مستقل با تطابق 99.9 به دست آمده است. خطوط ضخیم خاکستری فواصل اطمینان 90 درصدی شکل موج هستند که با دو روش مختلف از داده های آشکارساز بازیابی می شوند. خط خاکستری تیره سیگنال های مورد انتظار از ادغام سیاهچاله ها را مدل می کند، خط خاکستری روشن از مدل های اخترفیزیکی استفاده نمی کند، اما سیگنال را به عنوان ترکیبی خطی از موجک های سینوسی-گاوسی نشان می دهد. بازسازی ها تا 94 درصد همپوشانی دارند. ردیف سوم: خطاهای باقیمانده پس از استخراج پیش بینی فیلتر شده سیگنال نسبیت عددی از سیگنال فیلتر شده آشکارسازها. ردیف پایین: نمایش نقشه فرکانس ولتاژ که افزایش فرکانس غالب سیگنال را در طول زمان نشان می دهد.

11 فوریه 2016 توسط همکاری های LIGO و VIRGO. سیگنال ادغام دو سیاهچاله با دامنه حداکثر در حدود 10-21 در 14 سپتامبر 2015 در ساعت 09:51 UTC توسط دو آشکارساز LIGO در هانفورد و لیوینگستون با فاصله 7 میلی ثانیه از هم، در منطقه حداکثر سیگنال شناسایی شد. دامنه (0.2 ثانیه) ترکیبی از نسبت سیگنال به نویز 24:1 بود. سیگنال GW150914 تعیین شد. شکل سیگنال با پیش‌بینی نسبیت عام برای ادغام دو سیاهچاله با جرم‌های 36 و 29 خورشیدی مطابقت دارد. سیاهچاله حاصل باید جرمی برابر با 62 جرم خورشیدی و پارامتر چرخش داشته باشد آ= 0.67. فاصله تا منبع حدود 1.3 میلیارد است، انرژی تابیده شده در یک دهم ثانیه در ادغام معادل حدود 3 جرم خورشید است.

داستان

تاریخچه خود اصطلاح "موج گرانشی"، جستجوی نظری و تجربی برای این امواج و همچنین استفاده از آنها برای مطالعه پدیده های غیرقابل دسترس برای روش های دیگر.

• 1900 - لورنتس پیشنهاد کرد که گرانش "... می تواند با سرعتی بیشتر از سرعت نور منتشر شود".
• 1905 - پوانکراولین بار اصطلاح موج گرانشی (onde gravifique) را معرفی کرد. پوانکاره، در سطح کیفی، ایرادات ثابت شده لاپلاس را حذف کرد و نشان داد که اصلاحات مربوط به امواج گرانشی به قوانین عمومی پذیرفته شده نیوتن در مورد گرانش نظم لغو می شود، بنابراین فرض وجود امواج گرانشی با مشاهدات مغایرتی ندارد.
• 1916 - انیشتین نشان داد که در چارچوب GR، یک سیستم مکانیکی انرژی را به امواج گرانشی منتقل می کند و به طور کلی، هر چرخشی نسبت به ستارگان ثابت باید دیر یا زود متوقف شود، اگرچه، البته، در شرایط عادی، تلفات انرژی ترتیب ناچیز است و عملاً قابل اندازه گیری نیست (در این کار او هنوز به اشتباه معتقد بود که یک سیستم مکانیکی که دائماً تقارن کروی را حفظ می کند می تواند امواج گرانشی را ساطع کند).
• 1918 - انیشتینفرمول چهار قطبی را به دست آورد که در آن تابش امواج گرانشی به عنوان یک اثر مرتبه معلوم می شود، در نتیجه خطای کار قبلی خود را تصحیح می کند (خطایی در ضریب وجود دارد، انرژی موج 2 برابر کمتر است).
• 1923 - ادینگتون - واقعیت فیزیکی امواج گرانشی را زیر سوال برد "... با سرعت فکر منتشر می شود." در سال 1934، هنگام تهیه ترجمه روسی از کتاب تئوری نسبیت، ادینگتون چندین فصل را اضافه کرد، از جمله فصل هایی با دو نوع محاسبه تلفات انرژی توسط یک میله دوار، اما اشاره کرد که روش های مورد استفاده برای محاسبات تقریبی نسبیت عام در کتاب خود. نظر، برای سیستم های جفت شده گرانشی قابل استفاده نیستند.
• 1937 - انیشتین به همراه روزن راه حل های موج استوانه ای معادلات دقیق میدان گرانشی را بررسی کردند. در طول این مطالعات، آنها شک داشتند که امواج گرانشی ممکن است مصنوع از راه حل های تقریبی معادلات GR باشند (مطابقات شناخته شده ای در مورد بررسی مقاله انیشتین و روزن وجود دارد "آیا امواج گرانشی وجود دارند؟"). بعداً او خطایی در استدلال پیدا کرد، نسخه نهایی مقاله با ویرایش های اساسی قبلاً در مجله موسسه فرانکلین منتشر شده بود.
• 1957 - هرمان باندی و ریچارد فاینمن آزمایش فکری "عصا با مهره ها" را پیشنهاد کردند که در آن وجود پیامدهای فیزیکی امواج گرانشی در نسبیت عام را اثبات کردند.
• 1962 - ولادیسلاو پوستوویت و میخائیل گرتسنشتاین اصول استفاده از تداخل سنج ها را برای تشخیص امواج گرانشی با طول موج بلند شرح دادند.
• 1964 - فیلیپ پیترز و جان متیو به طور نظری امواج گرانشی ساطع شده توسط سیستم های دوتایی را توصیف کردند.
• 1969 - جوزف وبر، بنیانگذار نجوم امواج گرانشی، تشخیص امواج گرانشی را با استفاده از آشکارساز تشدید - یک آنتن گرانشی مکانیکی گزارش کرد. این گزارش ها باعث رشد سریع کار در این راستا می شود، به ویژه، رنه وایس، یکی از بنیانگذاران پروژه LIGO، آزمایشات خود را در آن زمان آغاز کرد. تا به امروز (2015)، هیچ کس نتوانسته است تأیید قابل اعتمادی از این رویدادها به دست آورد.
• 1978 - جوزف تیلورکشف تابش گرانشی در سیستم دوتایی تپ اختر PSR B1913+16 را گزارش کرد. آثار جوزف تیلور و راسل هالس در سال 1993 جایزه نوبل فیزیک را به خود اختصاص دادند. در ابتدای سال 2015، سه پارامتر پس از کپلری، از جمله کاهش دوره به دلیل انتشار امواج گرانشی، برای حداقل 8 سیستم اندازه‌گیری شد.
• 2002 - سرگئی کوپیکین و ادوارد فومالونت با استفاده از تداخل سنجی امواج رادیویی با خط پایه بسیار طولانی، اندازه گیری های دینامیکی انحراف نور را در میدان گرانشی مشتری انجام دادند، که برای کلاس خاصی از گسترش های فرضی نسبیت عام امکان تخمین سرعت گرانش - تفاوت از سرعت نور نباید از 20٪ تجاوز کند (این تفسیر به طور کلی پذیرفته نمی شود).
• 2006 - تیم بین‌المللی مارتا بورگای (رصدخانه پارک‌ها، استرالیا) تأیید بسیار دقیق‌تری از نسبیت عام و مطابقت آن با بزرگی تابش موج گرانشی در منظومه دو تپ‌اختر PSR J0737-3039A/B را گزارش کرد.
• 2014 - ستاره شناسان در مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان (BICEP) تشخیص امواج گرانشی اولیه را در اندازه گیری نوسانات CMB گزارش کردند. در حال حاضر (2016)، نوسانات شناسایی شده منشأ باقیمانده در نظر گرفته نمی شوند، اما با تابش غبار در کهکشان توضیح داده می شوند.
• 2016 - تیم بین المللی LIGOاز کشف رویداد عبور امواج گرانشی GW150914 خبر داد. برای اولین بار، مشاهده مستقیم اجسام عظیم در حال تعامل در میدان های گرانشی فوق قوی با سرعت نسبی فوق العاده بالا (< 1,2 × R s , v/c >0.5)، که امکان تأیید صحت نسبیت عام را با دقت چندین عبارت مرتبه بالا پس از نیوتنی فراهم کرد. پراکندگی اندازه گیری شده امواج گرانشی با اندازه گیری های قبلی پراکندگی و حد بالایی جرم گرانش فرضی مغایرتی ندارد.< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.