1917년에 아인슈타인이 이론적으로 예측한 중력파는 여전히 발견자를 기다리고 있습니다.

1969년 말, 메릴랜드 대학의 물리학 교수인 Joseph Weber는 놀라운 발표를 했습니다. 그는 우주 깊은 곳에서 지구로 오는 중력파를 발견했다고 발표했습니다. 그때까지 단 한 명의 과학자도 그러한 주장을 한 사람이 없었고, 그러한 파동을 감지할 가능성 자체가 뻔한 것과는 거리가 멀다고 여겨졌습니다. 그러나 Weber는 그의 분야에서 권위자로 알려져 있었기 때문에 동료들은 그의 메시지를 완전히 진지하게 받아들였습니다.

그러나 곧 실망이 시작되었습니다. Weber가 기록한 것으로 추정되는 파동의 진폭은 이론적인 값보다 수백만 배 더 높았습니다. Weber는 이 파도가 먼지 구름으로 뒤덮인 우리 은하의 중심에서 왔다고 주장했는데 당시에는 이에 대해 거의 알려지지 않았습니다. 천체 물리학자들은 거기에 거대한 블랙홀이 숨어 있다고 제안했는데, 이 블랙홀은 매년 수천 개의 별을 집어삼키고 흡수된 에너지의 일부를 중력 복사의 형태로 내보냅니다. 천문학자들은 이 우주 식인 풍습의 더 명확한 흔적을 찾기 위해 헛된 검색을 해왔습니다. (이제 거기에 실제로 블랙홀이 있다는 것이 입증되었지만 꽤 괜찮은 수준으로 이어집니다.) 미국, 소련, 프랑스, ​​독일, 영국 및 이탈리아의 물리학자들은 동일한 유형의 검출기에 대한 실험을 시작했지만 아무 것도 달성하지 못했습니다.

과학자들은 Weber의 기기에 대한 이상한 판독값을 무엇 때문인지 아직 모릅니다. 그러나 중력파가 아직 발견되지 않았지만 그의 노력은 헛되지 않았습니다. 검색을 위한 여러 시설이 이미 건설되었거나 건설 중이며 10년 안에 그러한 탐지기도 우주로 발사될 것입니다. 그리 멀지 않은 미래에 중력 복사가 전자기 진동과 동일한 관찰 가능한 물리적 현실이 될 가능성이 매우 높습니다. 불행히도 Joseph Weber는 더 이상 이것을 알지 못할 것입니다. 그는 2000년 9월에 사망했습니다.

중력파란?

중력파는 중력장의 섭동이 우주에서 전파되는 현상이라고 흔히 말합니다. 이 정의는 정확하지만 불완전합니다. 일반 상대성 이론에 따르면 중력은 시공간 연속체의 곡률에서 발생합니다. 중력파는 시공간 메트릭의 변동이며 중력장의 변동으로 나타나므로 종종 비유적으로 시공간 파문이라고 합니다. 중력파는 1917년 Albert Einstein에 의해 이론적으로 예측되었습니다. 아무도 그들의 존재를 의심하지 않지만 중력파는 여전히 발견자를 기다리고 있습니다.

원천 중력파물질체의 모든 움직임으로 작용하여 주변 공간의 중력에 균일하지 않은 변화를 일으킵니다. 일정한 속도로 움직이는 물체는 중력장의 성질이 변하지 않기 때문에 아무 것도 방출하지 않습니다. 중력파를 방출하려면 가속이 필요하지만 전혀 그렇지 않습니다. 대칭축을 중심으로 회전하는 실린더는 가속을 경험하지만 중력장은 균일하게 유지되고 중력파는 발생하지 않습니다. 그러나 이 실린더를 다른 축을 중심으로 회전시키면 필드가 진동하고 중력파가 실린더에서 모든 방향으로 흐를 것입니다.

이 결론은 회전축에 대해 대칭이 아닌 모든 몸체(또는 몸체 시스템)에 적용됩니다(이러한 경우 몸체는 4중극자 모멘트를 갖는다고 함). 4중극자 모멘트가 시간에 따라 변하는 질량계는 항상 중력파를 방출합니다.

중력파의 기본 특성

천체 물리학자들은 거대한 펄서가 이웃 별의 물질을 흡수할 때 회전 속도를 제한하는 것은 에너지를 빼앗아 가는 중력파의 복사라고 제안합니다.

우주의 중력 표지

지상에서 오는 중력 복사는 매우 약합니다. 무게가 10,000톤인 강철 기둥이 수평면의 중심에 매달려 있고 최대 600rpm의 수직축을 중심으로 꼬이지 않고 약 10-24와트의 전력을 방출합니다. 따라서 중력파를 감지할 수 있는 유일한 희망은 중력 복사의 우주 소스를 찾는 것입니다.

이와 관련하여 가까운 쌍성 별은 매우 유망합니다. 그 이유는 간단합니다. 그러한 시스템의 중력 복사의 힘은 지름의 5승에 반비례하여 증가합니다. 별의 궤적이 강하게 늘어나면 사중극자 모멘트의 변화율이 증가하므로 더욱 좋습니다. 쌍성계가 중성자별이나 블랙홀로 구성되어 있으면 아주 좋습니다. 이러한 시스템은 우주의 중력 신호와 같습니다. 방사선은 주기적입니다.

우주에는 짧지만 매우 강력한 중력 버스트를 생성하는 "임펄스" 소스도 있습니다. 이것은 초신성 폭발 전에 거대한 별이 붕괴할 때 발생합니다. 그러나 별의 변형은 비대칭이어야 합니다. 그렇지 않으면 복사가 발생하지 않습니다. 붕괴하는 동안 중력파는 별 전체 에너지의 10%까지 운반할 수 있습니다! 이 경우 중력 복사의 힘은 약 10 50 W입니다. 중성자별이 합쳐지는 동안 더 많은 에너지가 방출되며 여기서 최대 전력은 10 52 와트에 이릅니다. 훌륭한 방사선 소스는 블랙홀의 충돌입니다. 블랙홀의 질량은 중성자별의 질량을 수십억 배 초과할 수 있습니다.

중력파의 또 다른 원인은 우주 팽창입니다. 빅뱅 직후 우주는 극도로 빠르게 팽창하기 시작했고 10-34초도 채 되지 않아 직경이 10-33cm에서 거시적인 크기로 증가했습니다. 이 과정은 시작되기 전에 존재했던 중력파를 측정할 수 없을 정도로 강화했으며, 그 후손은 오늘날까지 살아남았습니다.

간접 확인

중력파의 존재에 대한 첫 번째 증거는 미국 전파 천문학자 Joseph Taylor와 그의 학생 Russell Hulse의 연구에서 나왔습니다. 1974년에 그들은 궤도를 도는 한 쌍의 중성자별(무음 동반자와 함께 전파를 방출하는 펄서)을 발견했습니다. 펄서는 축을 중심으로 안정적인 각속도로 회전하므로(항상 그렇지는 않음) 매우 정확한 시계 역할을 했습니다. 이 기능을 통해 두 별의 질량을 측정하고 궤도 운동의 특성을 결정할 수 있었습니다. 이 바이너리 시스템의 회전 주기(약 3시간 45분)가 매년 70μs씩 감소하는 것으로 나타났습니다. 이 값은 에너지 손실을 설명하는 일반 상대성 이론의 해와 잘 일치합니다. 스타 커플, 중력 복사로 인해 (그러나이 별들의 충돌은 3 억년 후에 곧 일어나지 않을 것입니다). 1993년 Taylor와 Hulse는 이 발견으로 노벨상을 수상했습니다.

중력파 안테나

중력파를 실험적으로 감지하는 방법은 무엇입니까? Weber는 끝에 압전 센서가 있는 미터 길이의 단단한 알루미늄 실린더를 감지기로 사용합니다. 그들은 진공 챔버에서 외부 기계적 영향으로부터 최대한의 주의를 기울여 격리되었습니다. Weber는 메릴랜드 대학의 골프 코스 아래 벙커에 이 실린더 중 2개를 설치하고 아르곤 국립 연구소에 1개를 설치했습니다.

실험의 아이디어는 간단합니다. 중력파의 작용으로 공간이 압축되고 늘어납니다. 이로 인해 실린더는 길이 방향으로 진동하여 중력파 안테나 역할을 하고 압전 결정은 진동을 전기 신호로 변환합니다. 우주 중력파의 통과는 실제로 수천 킬로미터 떨어진 감지기에 영향을 미치므로 다양한 종류의 소음에서 중력 충격을 필터링할 수 있습니다.

Weber 센서는 길이의 10 -15(이 경우 10 -13 cm)에 해당하는 실린더 끝의 변위를 감지할 수 있었습니다. 물리적 검토 편지. 이러한 결과를 재현하려는 모든 시도는 소용이 없었습니다. Weber의 데이터는 또한 이론과 모순되는데, 이는 실제로 10-18(및 10-20 미만의 값은 훨씬 더 가능성이 높음) 이상의 상대 이동을 기대하도록 허용하지 않습니다. Weber가 결과의 통계 처리에서 실수를 했을 가능성이 있습니다. 중력 복사를 실험적으로 감지하려는 첫 번째 시도는 실패로 끝났습니다.

미래에는 중력파 안테나가 크게 향상되었습니다. 1967년 미국 물리학자 Bill Fairbank는 액체 헬륨에서 냉각할 것을 제안했습니다. 이를 통해 대부분의 열 잡음을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 가장 정확한 초감도 자력계인 SQUID(초전도 양자 간섭계)를 사용할 수 있는 가능성이 열렸습니다. 이 아이디어의 구현에는 많은 기술적 어려움이 있었고 페어뱅크 자체는 그것을 보기 위해 살지 않았습니다. 1980년대 초까지 스탠포드 대학의 물리학자들은 감도가 10-18인 장치를 만들었지만 파동은 등록되지 않았습니다. 현재 많은 국가에서 절대 영도보다 1/10 및 100분의 1도 높은 온도에서 작동하는 극저온 진동 중력파 탐지기가 있습니다. 예를 들어 파도바의 AURIGA 공장이 그렇습니다. 안테나는 직경이 60cm이고 무게가 2.3톤인 알루미늄-마그네슘 합금으로 만들어진 3미터 실린더이며 0.1K로 냉각된 진공 챔버에 매달려 있습니다. 약 1000Hz)는 동일한 주파수로 진동하지만 훨씬 더 큰 진폭으로 진동하는 1kg의 질량을 가진 보조 공진기로 전송됩니다. 이러한 진동은 측정 장비에 의해 기록되고 컴퓨터에 의해 분석됩니다. AURIGA 복합체의 민감도는 약 10 -20 -10 -21 입니다.

간섭계

중력파를 감지하는 또 다른 방법은 광선을 선호하는 대규모 공진기를 거부하는 것입니다. 1962년 처음 제안 소비에트 물리학자 Mikhail Gertsenstein과 Vladislav Pustovoit, 그리고 2년 후 Weber. 1970년대 초반, 회사 연구소 직원 휴즈 항공기 Robert Forward(이전에는 Weber의 대학원생, 나중에는 매우 유명한 SF 작가)는 상당히 괜찮은 감도를 가진 최초의 탐지기를 만들었습니다. 동시에 MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 Rainer Weiss 교수는 광학 방법을 사용하여 중력파를 등록할 수 있는 가능성에 대해 매우 심층적인 이론적 분석을 수행했습니다.

이러한 방법은 125년 전 물리학자 Albert Michelson이 빛의 속도가 모든 방향에서 엄격하게 동일함을 증명한 장치의 유사체를 사용하는 것을 포함합니다. 이 설정에서 Michelson 간섭계인 광선은 반투명 판에 부딪치고 판에서 같은 거리에 있는 거울에서 반사되는 두 개의 상호 수직 광선으로 분할됩니다. 그런 다음 광선이 다시 병합되어 간섭 패턴이 나타나는 화면에 떨어집니다(밝고 어두운 줄무늬및 라인). 빛의 속도가 방향에 따라 달라지는 경우 전체 설치를 돌릴 때 이 그림이 변경되어야 하며 그렇지 않은 경우 이전과 동일하게 유지되어야 합니다.

간섭 중력파 탐지기는 비슷한 방식으로 작동합니다. 전송된 파동은 공간을 왜곡하고 간섭계의 각 암(빛이 스플리터에서 거울로 이동하는 경로)의 길이를 변경하여 한 팔은 늘리고 다른 팔은 압착합니다. 간섭 패턴이 변경되고 이를 등록할 수 있습니다. 그러나 이것은 쉽지 않습니다. 간섭계 암 길이의 예상 상대 변화가 10-20이면 장치의 데스크탑 치수(예: Michelson)에서 진폭이 10-18cm인 진동으로 바뀝니다. 비교를 위해: 가시광선의 파장은 10조 배 더 깁니다! 어깨 길이를 몇 킬로미터로 늘릴 수 있지만 문제는 여전히 남아 있습니다. 레이저 광원은 강력하고 주파수가 안정적이어야 하며, 거울은 완벽하게 평평하고 완벽하게 반사되어야 하며, 빛이 전파되는 파이프의 진공은 가능한 한 깊어야 하며, 전체 시스템의 기계적 안정화는 진정으로 이루어져야 합니다. 완벽한. 요컨대 중력파 간섭 검출기는 비싸고 부피가 큰 장치입니다.

오늘날 이러한 종류의 가장 큰 설비는 American LIGO 단지입니다. (광간섭계 중력파 관측소). 그것은 두 개의 전망대로 구성되어 있으며 그 중 하나는 미국 태평양 연안에 위치하고 다른 하나는 멕시코만. 측정은 팔 길이가 4km인 3개의 간섭계(워싱턴 주에 2개, 루이지애나에 1개)를 사용하여 이루어집니다. 설정에는 감도를 증가시키는 미러 광 축전지가 장착되어 있습니다. "2005년 11월부터 우리의 간섭계 3대가 모두 정상적으로 작동하고 있습니다."라고 Syracuse University의 LIGO 물리학 교수인 Peter Solson이 Popular Mechanics에 말했습니다. - 가장 강력한 초신성 폭발과 중성자별과 블랙홀의 합병으로 발생하는 수십, 수백 헤르츠의 중력파를 탐지하기 위해 다른 관측소와 지속적으로 데이터를 교환하고 있습니다. 이제 하노버에서 25km 떨어진 독일 간섭계 GEO 600(팔 길이 - 600m)이 작동 중입니다. 300m 일본 TAMA 악기는 현재 업그레이드 중입니다. 피사 근처에 있는 3km 거리의 ​​처녀자리 탐지기는 2007년 초에 이러한 노력에 동참할 것이며 50Hz 미만의 주파수에서는 LIGO보다 성능이 뛰어날 것입니다. 초저온 공진기를 사용한 설치는 감도가 여전히 우리보다 다소 떨어지지만 효율성이 증가하면서 작동합니다.

전망

가까운 장래에 중력파를 감지하는 방법은 무엇입니까? Rainer Weiss 교수는 이에 대해 Popular Mechanics에 다음과 같이 말했습니다. 이제 10 -21(100Hz 정도의 주파수에서)이며 현대화 후에는 10 -22를 초과합니다. 현대화 된 복합 단지 인 Advanced LIGO는 우주 침투 깊이를 15 배 증가시킵니다. 중력파 연구의 선구자 중 한 명인 모스크바 주립 대학 Vladimir Braginsky 교수가이 프로젝트에 적극적으로 참여합니다.

LISA 우주 간섭계의 출시는 향후 10년 중반으로 예정되어 있습니다( 레이저 간섭계 우주 안테나) 어깨 길이가 500만 킬로미터인 이 탐사선은 NASA와 유럽 우주국(European Space Agency)의 공동 프로젝트입니다. 이 관측소의 감도는 지상 장비의 성능보다 수백 배 더 높을 것입니다. 주로 대기 및 지진 간섭으로 인해 지표면에서 포착할 수 없는 저주파(10 -4 -10 -1 Hz) 중력파를 검색하도록 설계되었습니다. 이러한 파동은 쌍성계에 의해 방출되는 우주의 전형적인 거주자입니다. LISA는 일반 별이 블랙홀에 의해 삼켜질 때 발생하는 중력파도 감지할 수 있다. 그러나 빅뱅 이후 첫 순간에 물질의 상태에 대한 정보를 전달하는 유물 중력파의 탐지를 위해서는 보다 발전된 우주 기기가 필요할 가능성이 가장 높습니다. 그런 설정 빅뱅 관찰자, 현재 논의 중이지만 30~40년 이내에 만들어지고 출시될 것 같지 않습니다."

2016년 2월 11일은 중력파의 공식 발견(검출)의 날로 간주됩니다. 그러던 중 워싱턴에서 열린 기자회견에서 LIGO 콜라보레이션 리더들이 한 팀의 연구팀이 인류 역사상 처음으로 이 현상을 기록하는 데 성공했다고 발표했다.

위대한 아인슈타인의 예언

중력파가 존재한다는 사실은 알베르트 아인슈타인이 자신이 공식화한 일반 상대성 이론(GR)의 틀 안에서 지난 세기(1916년) 초에 제안했습니다. 최소한의 실제 데이터로 그러한 광범위한 결론을 도출할 수 있었던 유명한 물리학자의 탁월한 능력에 감탄할 수밖에 없습니다. 다음 세기에 확인된 다른 많은 예측 물리적 현상(시간의 흐름을 늦추고, 중력장등) 최근까지 이러한 유형의 신체 파동 상호 작용의 존재를 실제로 감지하는 것이 불가능했습니다.

중력 - 환상?

일반적으로 상대성 이론에 비추어 볼 때 중력은 힘이라고 하기 어렵습니다. 시공간 연속체의 섭동 또는 곡률. 이 가정을 보여주는 좋은 예는 늘어진 천 조각입니다. 그러한 표면에 놓인 거대한 물체의 무게로 인해 홈이 형성됩니다. 이 변칙성 근처에서 움직이는 다른 물체는 마치 "끌어당긴" 것처럼 이동 궤적을 변경합니다. 그리고 물체의 무게가 클수록(곡률의 직경과 깊이가 클수록) "끌어당기는 힘"이 높아집니다. 그것이 직물을 통해 움직일 때, 발산되는 "파문"의 모양을 관찰할 수 있습니다.

세계 공간에서도 비슷한 일이 발생합니다. 빠르게 움직이는 모든 무거운 물질은 공간과 시간 밀도의 변동의 원인입니다. 상당한 진폭을 갖는 중력파는 질량이 매우 큰 물체나 엄청난 가속도로 움직일 때 형성됩니다.

물리적 특성

시공간 메트릭의 변동은 중력장의 변화로 나타납니다. 이 현상을 시공간 리플이라고 합니다. 중력파는 조우한 물체와 물체에 작용하여 압축하고 늘어납니다. 변형 값은 원래 크기의 약 10 -21로 매우 작습니다. 이 현상을 감지하는 데 있어 전체적인 어려움은 연구자들이 적절한 장비의 도움으로 그러한 변화를 측정하고 기록하는 방법을 배워야 한다는 것이었습니다. 중력 복사의 힘은 또한 매우 작습니다. 태양계몇 킬로와트입니다.

중력파의 전파 속도는 전도 매체의 특성에 따라 약간 다릅니다. 진동 진폭은 소스로부터의 거리에 따라 점진적으로 감소하지만 결코 0에 도달하지 않습니다. 주파수는 수십에서 수백 헤르츠 범위에 있습니다. 성간 매질에서 중력파의 속도는 빛의 속도에 근접합니다.

정황 증거

중력파의 존재에 대한 이론적인 확인은 1974년 미국 천문학자 Joseph Taylor와 그의 조수 Russell Hulse에 의해 처음으로 이루어졌습니다. 아레시보 천문대(푸에르토리코)의 전파 망원경을 사용하여 우주의 팽창을 연구하면서 연구원들은 일정한 각속도( 다소 드문 경우). 원래 3.75시간이었던 회전 주기는 매년 70ms씩 줄어듭니다. 이 값은 중력파 생성을 위한 에너지 소비로 인해 이러한 시스템의 회전 속도가 증가할 것으로 예측하는 GR 방정식의 결론과 매우 일치합니다. 그 후, 유사한 행동을 하는 여러 개의 이중 펄서와 백색 왜성이 발견되었습니다. 전파 천문학자 D. Taylor와 R. Hulse는 중력장 연구의 새로운 가능성을 발견한 공로로 1993년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

알 수 없는 중력파

중력파 감지에 대한 첫 번째 진술은 1969년 메릴랜드 대학의 과학자 Joseph Weber(미국)에서 나왔습니다. 이러한 목적을 위해 그는 2km의 거리로 분리된 자체 설계의 2개의 중력 안테나를 사용했습니다. 공진 검출기는 민감한 압전 센서가 장착된 잘 진동된 일체형 2미터 알루미늄 실린더였습니다. Weber가 기록한 것으로 추정되는 변동의 진폭은 예상 값보다 백만 배 이상 높은 것으로 나타났습니다. 미국 물리학자의 "성공"을 반복하기 위해 그러한 장비를 사용하는 다른 과학자들의 시도는 긍정적인 결과를 가져오지 못했습니다. 몇 년 후, 이 분야에서 Weber의 작업은 지지할 수 없는 것으로 인식되었지만 이 연구 분야에 많은 전문가를 끌어들인 "중력 붐"의 발전에 자극을 주었습니다. 그건 그렇고, Joseph Weber는 말년까지 자신이 중력파를 받았다고 확신했습니다.

수신 장비 개선

70년대에 과학자 Bill Fairbank(미국)는 초고감도 자력계인 SQUID를 사용하여 냉각되는 중력파 안테나의 설계를 개발했습니다. 그 당시 존재했던 기술은 발명가가 "금속"으로 실현된 자신의 제품을 볼 수 없도록 했습니다.

이 원리에 따라 Auriga 중력 검출기는 National Legnard Laboratory(Padua, Italy)에서 제작되었습니다. 이 디자인은 길이 3m, 지름 0.6m의 알루미늄-마그네슘 실린더를 기반으로 하며 무게 2.3톤의 수신 장치는 거의 절대 0도까지 냉각된 격리된 진공 챔버에 매달려 있습니다. 보조 킬로그램 공진기와 컴퓨터 기반 측정 복합기는 떨림을 고정하고 감지하는 데 사용됩니다. 장비의 선언된 감도는 10-20입니다.

간섭계

중력파 간섭 탐지기의 기능은 Michelson 간섭계가 작동하는 것과 동일한 원리를 기반으로 합니다. 소스에서 방출되는 레이저 빔은 두 개의 스트림으로 나뉩니다. 장치의 어깨를 따라 여러 번 반사되고 이동한 후 흐름이 다시 합쳐지고 마지막 흐름은 섭동(예: 중력파)이 광선의 경로에 영향을 미치는지 여부를 판단하는 데 사용됩니다. 많은 국가에서 유사한 장비가 만들어졌습니다.

• GEO 600(독일 하노버). 진공 터널의 길이는 600미터입니다.
• 어깨가 300m인 TAMA(일본).
• VIRGO(이탈리아 피사)는 3km 터널로 2007년에 시작된 프랑스-이탈리아 공동 프로젝트입니다.
• LIGO(미국, 태평양 연안), 2002년부터 중력파 사냥.

후자는 더 자세히 고려할 가치가 있습니다.

라이고 어드밴스드

이 프로젝트는 매사추세츠와 캘리포니아 공과 대학의 과학자들의 주도로 만들어졌습니다. 3개의 동일한 간섭계가 있는 워싱턴(리빙스턴 및 핸포드 시)에서 3,000km 떨어진 두 개의 관측소를 포함합니다. 수직 진공 터널의 길이는 4,000미터입니다. 이들은 현재 운영 중인 가장 큰 구조입니다. 2011년까지 중력파를 감지하려는 수많은 시도는 결과를 가져오지 못했습니다. 수행된 상당한 현대화(Advanced LIGO)는 300-500Hz 범위에서 장비의 감도를 5배 이상 증가시켰고 저주파 영역(최대 60Hz)에서 거의 10배 가까이 증가했습니다. 10 -21 의 탐나는 가치 . 업데이트된 프로젝트는 2015년 9월에 시작되었으며 1000명 이상의 협업 직원의 노력이 결과로 나타났습니다.

중력파 감지

2015년 9월 14일, 7ms 간격의 고급 LIGO 감지기가 관측 가능한 우주의 외곽에서 발생한 가장 큰 현상인 29배와 36배의 질량을 가진 두 개의 큰 블랙홀의 합병에서 우리 행성에 도달한 중력파를 기록했습니다. 태양의 질량. 13억 년 이상 전에 일어난 이 과정에서 약 3 태양질량의 물질이 1초 미만의 찰나의 순간에 중력파의 복사에 사용되었습니다. 중력파의 고정 초기 주파수는 35Hz이고 최대 피크 값은 250Hz에 도달했습니다.

얻은 결과는 반복적으로 종합적인 검증과 처리를 거쳤으며, 얻은 데이터에 대한 대체 해석은 신중하게 차단되었습니다. 마침내 작년에 아인슈타인이 예측한 현상의 직접 등록이 세계 커뮤니티에 발표되었습니다.

연구자들의 거대한 작업을 보여주는 사실: 간섭계 암의 치수 변동의 진폭은 10-19m입니다. 이 값은 원자의 직경보다 훨씬 작으며 주황색보다 작습니다.

미래 전망

이 발견은 일반 상대성 이론이 추상적인 공식의 집합이 아니라 근본적으로 새로운 모습일반적으로 중력파와 중력의 본질에 대해.

추가 연구에서 과학자들은 ELSA 프로젝트에 대한 높은 희망을 가지고 있습니다. 약 5백만 km의 팔을 가진 거대한 궤도 간섭계를 만들고 중력장의 작은 섭동도 감지할 수 있습니다. 이 방향으로 작업을 강화하면 우주 발전의 주요 단계, 기존 밴드에서 관찰하기 어렵거나 불가능한 과정에 대해 많은 것을 알 수 있습니다. 미래에 중력파가 기록될 블랙홀이 그 본질에 대해 많은 것을 말해 줄 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다.

빅뱅 이후 우리 세계의 첫 순간을 알려줄 수 있는 유물 중력 복사를 연구하려면 더 민감한 우주 기기가 필요할 것입니다. 그런 프로젝트가 존재한다 빅뱅 관찰자) 그러나 전문가에 따르면 30-40 년 이내에 구현이 가능합니다.

2016년 2월 11일 중력파를 직접 감지한 최초의 기술이 세상에 밝혀져 전 세계 헤드라인을 장식했습니다. 2017년 이 발견으로 물리학자들은 노벨상을 받았고 공식적으로 중력 천문학의 새 시대를 열었습니다. 그러나 덴마크 코펜하겐에 있는 닐스 보어 연구소(Niels Bohr Institute)의 물리학자 팀은 지난 2년 반 동안의 데이터를 자체적으로 분석한 결과 이 ​​발견에 의문을 제기했습니다.

세계에서 가장 신비한 물체 중 하나인 블랙홀은 정기적으로 관심을 끌고 있습니다. 우리는 그것들이 충돌하고, 합쳐지고, 밝기가 바뀌고, 심지어 증발한다는 것을 압니다. 그러나 이론적으로 블랙홀은 우주를 서로 연결할 수 있습니다. 그러나 이 거대한 물체에 대한 우리의 모든 지식과 가정은 부정확한 것으로 판명될 수 있습니다. 최근에 과학 공동체과학자들이 블랙홀에서 나오는 신호를 받았다는 소문이 있었는데, 그 크기와 질량이 너무 커서 존재가 물리적으로 불가능합니다.

2016년 2월 11일 중력파를 직접 감지한 최초의 기술이 세상에 밝혀져 전 세계 헤드라인을 장식했습니다. 2017년 이 발견으로 물리학자들은 노벨상을 받았고 공식적으로 중력 천문학의 새 시대를 열었습니다. 그러나 코펜하겐의 닐스 보어 연구소(Niels Bohr Institute)의 물리학자 팀은 지난 2년 반 동안의 데이터를 자체적으로 분석한 결과 이 ​​발견에 의문을 제기했습니다.

2016년 2월 11일

말 그대로 몇 시간 전에 과학계에서 오랫동안 기다려온 소식이 왔습니다. 국제 프로젝트 LIGO Scientific Collaboration의 일환으로 일하는 여러 국가의 과학자 그룹은 여러 관측소-검출기의 도움으로 실험실에서 중력파를 고정할 수 있었다고 말합니다.

그들은 미국의 루이지애나와 워싱턴에 위치한 두 개의 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)의 데이터를 분석하고 있습니다.

LIGO 프로젝트 기자간담회에서 밝힌 바와 같이 중력파는 2015년 9월 14일 한 관측소에서 처음 등록된 후 다른 관측소에서 7밀리초 후에 등록되었습니다.

러시아를 비롯한 많은 국가의 과학자들이 얻은 데이터를 분석한 결과 중력파는 질량이 29배와 36배인 두 블랙홀의 충돌로 인해 발생했다는 사실이 밝혀졌다. 태양. 그 후 그들은 하나의 큰 블랙홀로 합쳐졌습니다.

이것은 13억 년 전에 일어난 일입니다. 신호는 마젤란 성운에서 지구로 왔습니다.

Sergey Popov(모스크바 주립 대학의 Sternberg State Astronomical Institute의 천체 물리학자)는 중력파가 무엇인지와 중력파를 측정하는 것이 왜 그렇게 중요한지 설명했습니다.

현대의 중력 이론은 상대성 이론의 거의 모든 것인 기하학적 중력 이론입니다. 공간의 기하학적 속성은 광선과 같은 물체나 물체의 움직임에 영향을 줍니다. 그리고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 에너지 분포(이것은 공간의 질량과 동일)에 영향을 미칩니다. 기하학적 특성우주. 이것은 시각화하기 쉽기 때문에 매우 멋집니다. 물론 모든 것이 문자 그대로는 아니지만 세포에 늘어선 이 모든 탄성 평면은 특정 물리적 의미를 가지고 있습니다.

물리학자들은 "미터법"이라는 단어를 사용합니다. 메트릭은 공간의 기하학적 속성을 설명하는 것입니다. 그리고 여기에 가속으로 움직이는 몸체가 있습니다. 가장 간단한 것은 오이가 회전한다는 것입니다. 예를 들어 볼이 아니고 평평한 디스크가 아니라는 것이 중요합니다. 그러한 오이가 탄성 평면에서 회전하면 잔물결이 뛸 것이라고 상상하기 쉽습니다. 당신이 어딘가에 서 있고 오이가 한쪽 끝을 당신쪽으로 돌리거나 다른 쪽 끝을 돌릴 것이라고 상상해보십시오. 중력파는 다른 방식으로 공간과 시간에 영향을 미칩니다.

따라서 중력파는 시공간을 따라 흐르는 물결입니다.

우주의 구슬

이것은 중력이 어떻게 작용하는지에 대한 기본적인 이해의 기본 속성이며, 사람들은 수백 년 동안 그것을 테스트하기를 원했습니다. 그들은 효과가 거기에 있고 실험실에서 볼 수 있는지 확인하기를 원합니다. 자연적으로 이것은 이미 약 30년 전에 나타났습니다. 중력파는 일상생활에서 어떻게 나타나야 할까요?

이것을 설명하는 가장 쉬운 방법은 다음과 같습니다. 공간에 구슬을 던져 원 안에 놓이고 중력파가 평면에 수직으로 지날 때 어떤 방향으로든 압축된 타원으로 변하기 시작할 것입니다. 사실은 그들 주변의 공간이 동요할 것이고, 그들은 그것을 느낄 것입니다.

지구상의 "G"

사람들은 우주에서만이 아니라 지구에서 이와 같은 일을 합니다.

4km 떨어진 곳에 거울이 'g'(미국 LIGO 천문대를 의미) 형태로 매달려 있습니다.

레이저 빔이 작동합니다. 이것은 잘 알려진 간섭계입니다. 현대 기술환상적으로 작은 효과를 측정할 수 있습니다. 나는 여전히 그것을 믿지 않지만, 그것은 내 머리에 맞지 않습니다. 서로 4km 떨어진 거리에 매달려있는 거울의 변위는 원자핵의 크기보다 작습니다. 이것은 이 레이저의 파장에 비하면 작은 것이다. 이것이 캐치였습니다. 중력은 가장 약한 힘이므로 변위가 매우 작습니다.

아주 오랜 시간이 걸렸습니다. 사람들은 1970년대부터 이것을 시도했고, 중력파를 찾는 데 일생을 보냈습니다. 그리고 이제 기술적 인 능력 만이 실험실 조건에서 중력파의 등록을 가능하게합니다. 즉, 여기에 와서 거울이 이동했습니다.

방향

1년 안에 모든 것이 순조롭게 진행된다면 세계에 3개의 탐지기가 생길 것입니다. 세 개의 감지기는 신호의 방향을 결정하는 데 매우 좋지 않기 때문에 매우 중요합니다. 우리가 소스의 방향을 잘 못 듣는 것과 거의 같은 방식입니다. "어딘가에서 오른쪽에서 나는 소리" - 이 감지기는 이런 느낌입니다. 그러나 세 사람이 서로 멀리 떨어져 서서 한 사람은 오른쪽, 다른 한 사람은 왼쪽, 세 번째 뒤에 있는 소리를 들으면 소리의 방향을 매우 정확하게 결정할 수 있습니다. 탐지기가 많을수록 지구 전체에 더 많이 흩어져 있을수록 더 정확하게 근원의 방향을 결정할 수 있고 그러면 천문학이 시작됩니다.

결국 최종 과제는 일반 상대성 이론을 확인하는 것뿐만 아니라 새로운 천문학 지식을 얻는 것입니다. 태양 질량의 10배에 달하는 블랙홀이 있다고 상상해 보십시오. 그리고 그것은 10 태양 질량의 또 다른 블랙홀과 충돌합니다. 충돌은 빛의 속도로 발생합니다. 획기적인 에너지. 이것은 사실입니다. 환상적인 양이 있습니다. 그리고 그렇지 않습니다... 그것은 단지 공간과 시간의 파문일 뿐입니다. 블랙홀이 우리가 생각하는 블랙홀에 관한 것이라는 사실은 두 블랙홀의 병합 감지가 가장 신뢰할 수 있는 확인이 될 것이라고 말씀드리고 싶습니다.

밝혀낼 수 있는 이슈와 현상을 살펴보자.

블랙홀은 실제로 존재합니까?

LIGO 발표에서 예상되는 신호는 두 개의 병합 블랙홀에 의해 생성되었을 수 있습니다. 그러한 사건은 알려진 것 중 가장 정력적입니다. 그들에 의해 방출되는 중력파의 강도는 관측 가능한 우주의 모든 별을 전체적으로 일시적으로 능가할 수 있습니다. 병합 블랙홀은 또한 매우 순수한 중력파의 관점에서 해석하기가 매우 쉽습니다.

블랙홀 병합은 두 개의 블랙홀이 서로 소용돌이 치면서 중력파 형태의 에너지를 방출할 때 발생합니다. 이 파동에는 두 물체의 질량을 측정하는 데 사용할 수 있는 특징적인 소리(짹짹)가 있습니다. 그 후 블랙홀은 일반적으로 병합됩니다.

“비눗방울 두 개가 너무 가까워서 하나의 거품을 형성한다고 상상해 보세요. 더 큰 거품이 변형되고 있습니다.”라고 Institute for Advanced Studies의 중력 이론가인 Tybalt Damour는 말합니다. 과학적 연구파리 근처. 궁극의 블랙홀은 완벽할 것이다 구형, 그러나 먼저 예측 가능한 유형의 중력파를 방출해야 합니다.

블랙홀 병합 발견의 가장 중요한 과학적 결과 중 하나는 블랙홀의 존재를 확인하는 것입니다. 즉, 일반 상대성 이론에 의해 예측된 바와 같이 순수하고 비어 있으며 구부러진 시공간으로 구성된 완전한 둥근 물체입니다. 또 다른 결과는 과학자들이 예측한 대로 합병이 진행된다는 것입니다. 천문학자들은 이 현상에 대한 간접적인 증거를 많이 가지고 있지만, 지금까지는 블랙홀 자체가 아니라 별과 블랙홀 주위를 도는 과열 가스에 대한 관측이었습니다.

“저를 포함한 과학계는 블랙홀을 좋아하지 않습니다. 뉴저지 프린스턴 대학의 일반 상대성 시뮬레이션 전문가인 Frans Pretorius는 이를 당연하게 여깁니다. "하지만 이것이 얼마나 놀라운 예측인지 생각할 때 우리는 진정으로 놀라운 증거가 필요합니다."

중력파는 빛의 속도로 이동합니까?

과학자들이 LIGO 관측을 다른 망원경의 관측과 비교하기 시작할 때 가장 먼저 확인하는 것은 신호가 동시에 도착했는지 여부입니다. 물리학자들은 중력이 광자의 중력 유사체인 중력자(graviton)라고 불리는 입자에 의해 전달된다고 믿습니다. 광자와 마찬가지로 이 입자에 질량이 없으면 중력파는 빛의 속도로 이동하여 고전 상대성 이론의 중력파 속도 예측과 일치합니다. (그들의 속도는 우주의 가속 팽창에 의해 영향을 받을 수 있지만, 이것은 LIGO가 커버하는 것보다 훨씬 더 먼 거리에서 나타나야 합니다.)

그러나 중력자는 질량이 작을 가능성이 매우 높으며, 이는 중력파가 빛보다 느린 속도로 이동할 것임을 의미합니다. 예를 들어, LIGO와 Virgo가 중력파를 감지하고 그 파동이 우주 사건과 관련된 감마선보다 늦게 지구에 도착했다는 사실을 알게 된다면, 이는 기초 물리학에 삶을 변화시키는 결과를 초래할 수 있습니다.

시공간은 우주의 끈으로 이루어져 있습니까?

"우주 끈"에서 나오는 중력파 폭발이 감지되면 훨씬 더 이상한 발견이 발생할 수 있습니다. 끈 이론과 연관되거나 연관되지 않을 수 있는 시공간의 곡률에 대한 이러한 가상의 결함은 무한히 얇지만 우주적 거리에 걸쳐 확장되어야 합니다. 과학자들은 우주의 끈이 존재한다면 실수로 꼬일 수 있다고 예측합니다. 끈이 꼬이면 LIGO 또는 Virgo와 같은 감지기가 측정할 수 있는 중력 서지가 발생합니다.

중성자별이 들쭉날쭉할 수 있습니까?

중성자 별은 자체 무게로 붕괴되고 너무 조밀 해져서 전자와 양성자가 중성자로 융합되기 시작한 큰 별의 잔해입니다. 과학자들은 중성자 구멍의 물리학에 대해 거의 이해하지 못하지만 중력파는 이에 대해 많은 것을 말해 줄 수 있습니다. 예를 들어, 표면의 강한 중력으로 인해 중성자별은 거의 완벽하게 구형이 됩니다. 그러나 일부 과학자들은 이 조밀한 물체를 직경 10km, 더 이상 약간 비대칭으로 만드는 "산"(수 밀리미터 높이)을 가질 수도 있다고 제안했습니다. 중성자 별은 일반적으로 매우 빠르게 회전하므로 비대칭 질량 분포는 시공간을 왜곡하고 사인파 모양의 일정한 중력파 신호를 생성하여 별의 회전을 늦추고 에너지를 방출합니다.

서로 공전하는 중성자별 쌍도 일정한 신호를 생성합니다. 블랙홀처럼 이 별들은 나선형으로 회전하다가 결국에는 독특한 소리와 합쳐집니다. 그러나 그 특성은 블랙홀 소리의 특성과 다릅니다.

별은 왜 폭발합니까?

블랙홀과 중성자별은 무거운 별이 빛을 멈추고 스스로 붕괴할 때 형성됩니다. 천체 물리학자들은 이 과정이 모든 일반적인 유형의 II형 초신성 폭발의 기초가 된다고 생각합니다. 그러한 초신성의 시뮬레이션은 아직 그들이 발화하는 이유를 보여주지 않았지만 실제 초신성에서 방출되는 중력파 폭발을 듣는 것이 답을 제공할 것으로 생각됩니다. 폭발파가 어떻게 생겼는지, 얼마나 큰지, 얼마나 자주 발생하는지, 전자기 망원경으로 모니터링되는 초신성과 어떻게 관련되는지에 따라 이 데이터는 기존 모델을 배제하는 데 도움이 될 수 있습니다.

우주는 얼마나 빨리 팽창하고 있습니까?

우주가 팽창한다는 것은 우리 은하에서 멀어지는 물체가 이동하면서 방출하는 빛이 늘어나기 때문에 실제보다 더 붉게 보인다는 것을 의미합니다. 우주론자들은 은하의 적색편이를 우리로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지 비교하여 우주의 팽창 속도를 추정합니다. 그러나 이 거리는 일반적으로 Ia형 초신성의 밝기로 추정되며 이 기술은 많은 불확실성을 남깁니다.

전 세계의 여러 중력파 탐지기가 동일한 중성자별 병합에서 신호를 감지하면 함께 신호의 크기와 병합이 발생한 거리를 정확하게 추정할 수 있습니다. 그들은 또한 방향을 추정할 수 있을 것이며, 그것으로 사건이 발생한 은하를 식별할 수 있을 것입니다. 이 은하의 적색편이를 병합하는 별까지의 거리와 비교함으로써, 우주 팽창의 독립적인 비율을 얻을 수 있으며, 아마도 현재의 방법이 허용하는 것보다 더 정확할 것입니다.

출처

http://www.bbc.com/russian/science/2016/02/160211_gravitational_waves

http://cont.ws/post/199519

여기에서 우리는 어떻게 든 알아 냈지만 무엇입니까? 어떻게 생겼는지보십시오 원본 기사는 웹 사이트에 있습니다. InfoGlaz.rf이 사본이 만들어진 기사에 대한 링크 -, 미국
© REUTERS, 유인물

마침내 발견된 중력파

대중과학

시공간의 진동은 아인슈타인이 예측한 지 한 세기 후에 발견되었습니다. 천문학의 새로운 시대가 시작됩니다.

과학자들은 블랙홀 합병으로 인한 시공간의 변동을 감지할 수 있었습니다. 이것은 알버트 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 이러한 "중력파"를 예측한 지 100년 후, 그리고 물리학자들이 그것들을 찾기 시작한 지 100년 후에 일어났습니다.

획기적인 발견은 오늘 LIGO 레이저 간섭계 중력파 관측소의 연구원들에 의해 보고되었습니다. 그들은 몇 달 동안 수집한 첫 번째 데이터 세트의 분석을 둘러싼 소문을 확인했습니다. 천체 물리학자들은 중력파의 발견이 우주를 보는 새로운 방식을 제공하고 광학 망원경으로 볼 수 없는 먼 거리의 사건을 인식할 수 있게 해주었지만 우주를 통해 우리에게 도달하는 희미한 떨림을 느끼고 심지어 들을 수 있다고 말합니다.

“우리는 중력파를 감지했습니다. 우리는 해냈다!" 1,000명으로 구성된 연구팀의 전무이사인 David Reitze는 오늘 워싱턴 DC에서 열린 국립과학재단(National Science Foundation)의 기자회견에서 발표했습니다.

중력파는 아마도 아인슈타인의 예측에서 가장 파악하기 어려운 현상일 것입니다. 과학자는 수십 년 동안 동시대 사람들과 이 주제에 대해 논의했습니다. 그의 이론에 따르면, 공간과 시간은 무거운 물체의 영향으로 구부러지는 신축 물질을 형성합니다. 중력을 느낀다는 것은 이 문제의 굴곡에 빠지는 것을 의미합니다. 그러나 이 시공이 북의 피부처럼 떨릴 수 있습니까? 아인슈타인은 혼란스러워서 그의 방정식이 무엇을 의미하는지 몰랐습니다. 그리고 그의 관점을 반복적으로 바꾸었습니다. 그러나 그의 이론을 가장 확고하게 지지하는 사람들조차도 중력파가 너무 약해서 어쨌든 관측할 수 없다고 믿었습니다. 그들은 특정 대격변 후에 바깥쪽으로 계단식으로 흐르고 이동하면서 시공간을 교대로 늘리고 압축합니다. 그러나 이 파동이 지구에 도달할 때쯤이면 원자핵 직경의 아주 작은 부분만큼 공간의 모든 킬로미터를 늘리고 압축합니다.

© REUTERS, 행아웃 LIGO 천문대 탐지기(워싱턴주 핸포드 소재)

이러한 파도를 감지하려면 인내와 주의가 필요했습니다. LIGO 천문대는 워싱턴주 핸포드와 루이지애나주 리빙스턴에 있는 두 탐지기의 4km 길이의 직각 무릎을 따라 앞뒤로 레이저 빔을 발사했습니다. 이것은 중력파가 통과하는 동안 이러한 시스템의 일치하는 팽창 및 수축을 찾기 위해 수행되었습니다. 과학자들은 최첨단 안정기, 진공 기기 및 수천 개의 센서를 사용하여 양성자 크기의 1/1000에 불과한 이러한 시스템의 길이 변화를 측정했습니다. 이러한 악기의 감도는 100년 전에는 상상도 할 수 없는 일이었습니다. 1968년 Massachusetts Institute of Technology의 Rainer Weiss가 LIGO라는 실험을 고안했을 때 놀라운 일처럼 보였습니다.

“결국 그들이 성공했다는 것은 큰 기적입니다. 그들은 그 작은 진동을 감지할 수 있었습니다!” 2007년 책 생각의 속도로 여행하기: 아인슈타인과 중력파 탐구를 저술한 아칸소 대학의 이론 물리학자 다니엘 케네픽(Daniel Kennefick)은 말했습니다.

이 발견은 중력파 천문학의 새로운 시대를 열었습니다. 우리는 블랙홀의 형성, 구성 및 은하적 역할에 대해 더 정확한 아이디어를 얻을 수 있기를 바랍니다. 블랙홀이 서로 접근하여 합쳐지면 진폭과 톤이 증가하고 갑자기 끝나는 시공간 변동인 임펄스 신호를 생성합니다. 천문대가 감지할 수 있는 신호는 가청 범위에 있지만 육안으로 듣기에는 너무 약합니다. 피아노 건반 위로 손가락을 움직여 이 소리를 재현할 수 있습니다. Weiss는 "가장 낮은 음에서 시작하여 세 번째 옥타브까지 작업합니다."라고 말했습니다. "그게 우리가 들은 얘기야."

물리학자들은 이미 기록된 신호의 수와 강도에 놀랐습니다. 이 순간. 이것은 세계에 이전에 생각했던 것보다 더 많은 블랙홀이 있음을 의미합니다. "우리는 운이 좋았지만 저는 항상 이런 종류의 운에 의존했습니다."라고 Caltech의 Weiss 및 Ronald Drever와 함께 LIGO를 공동 제작한 Caltech 천체 물리학자 Kip Thorne이 말했습니다. "일반적으로 우주에서 완전히 새로운 창이 열릴 때 발생합니다."

중력파를 들음으로써 우리는 우주에 대한 완전히 다른 생각을 형성할 수 있고 아마도 상상할 수 없는 우주 현상을 발견할 수 있습니다.

컬럼비아 대학교 버나드 칼리지의 이론 천체 물리학자인 잔나 레빈은 “망원경을 처음으로 하늘을 가리켰을 때와 비교할 수 있다”고 말했다. "사람들은 저 너머에 무언가가 있다는 것을 이해했고 여러분도 그것을 볼 수 있지만 우주에 존재하는 놀라운 가능성을 예측할 수는 없었습니다." 마찬가지로, Levin은 중력파의 발견이 우주가 "망원경으로 감지할 수 없는 암흑 물질로 가득 차 있음"을 보여줄 수 있다고 지적했습니다.

첫 번째 중력파 발견의 이야기는 9월 월요일 아침에 시작되었고, 그 시작은 면화였습니다. 신호가 너무 명확하고 시끄러워서 Weiss는 "아니, 말도 안되는 소리야. 아무 일도 일어나지 않을 거야."

감정의 강도

이 첫 번째 중력파는 공식 데이터 수집이 시작되기 이틀 전인 9월 14일 이른 시간에 시뮬레이션을 실행하는 동안 업그레이드된 LIGO의 감지기를 휩쓸었습니다. 처음에는 Livingston에서, 7밀리초 후에 Hanford에서 실행되었습니다.

탐지기는 5년 동안 지속되었고 2억 달러의 비용이 드는 현대화 이후에 "실행 중"이었습니다. 그들은 소음 감소 및 능동형 미러 서스펜션을 장착했습니다. 피드백외부 진동을 실시간으로 억제합니다. 업그레이드는 업그레이드된 천문대에 Weiss가 말했듯이 2002년에서 2010년 사이에 "절대적이고 순수한 0"을 발견한 이전 LIGO보다 높은 수준의 감도를 제공했습니다.

9월에 강력한 신호가 왔을 때 당시 아침이었던 유럽의 과학자들은 서둘러 미국 동료들에게 다음과 같은 메시지를 퍼붓기 시작했습니다. 이메일. 나머지 그룹이 깨어 났을 때 소식은 매우 빠르게 퍼졌습니다. Weiss는 특히 신호를 보았을 때 거의 모든 사람이 회의적이었다고 말했습니다. 진짜 교과서적인 고전이라 어떤 사람들은 그것이 가짜라고 생각했습니다.

중력파 탐색에 대한 잘못된 주장은 1960년대 후반 메릴랜드 대학의 Joseph Weber가 파동에 대한 응답으로 센서가 있는 알루미늄 실린더에서 공명 진동을 감지했다고 생각한 이후 여러 번 제기되었습니다. 2014년에 BICEP2라는 실험이 진행되어 우주의 기하학에서 지금까지 늘어나고 영구적으로 얼어붙은 빅뱅의 시공간 변동인 원시 중력파의 발견이 발표되었습니다. BICEP2 그룹의 과학자들은 그들의 발견을 대단한 팡파르와 함께 발표했지만 그 결과는 독립적으로 검증되었으며 그 동안 그들이 틀렸고 이 신호는 우주 먼지에서 왔다는 것이 밝혀졌습니다.

Arizona State University의 우주론자인 Lawrence Krauss는 LIGO 팀의 발견에 대해 들었을 때 처음에는 그것이 "맹목적인 사기"라고 생각했습니다. 오래된 천문대를 운영하는 동안 시뮬레이션된 신호를 데이터 스트림에 은밀히 삽입하여 응답을 테스트했으며, 대부분의팀은 그것에 대해 알지 못했습니다. Krauss는 지식이 풍부한 출처로부터 이번에는 "맹목적인 스터핑"이 아니라는 것을 알았을 때 즐거운 흥분을 참을 수 없었습니다.

9월 25일 그는 자신의 20만 팔로워에게 "LIGO 탐지기에서 중력파가 감지되었다는 소문이 있다. 사실이라면 놀랍습니다. 허위사실이 아니라면 자세히 알려드리겠습니다. 이어서 1월 11일의 항목이 있습니다. 뉴스를 팔로우하세요. 아마도 중력파가 발견되었을 것입니다!”

과학자들의 공식 입장은 다음과 같습니다. 100% 확실해질 때까지 수신된 신호에 대해 이야기하지 마십시오. 이 비밀에 대한 의무로 손발이 묶인 손은 아내에게 아무 말도 하지 않았습니다. 그는 “혼자 축하했다. 우선 과학자들은 다양한 검출기의 수천 개의 측정 채널을 통해 신호가 전파되는 방식을 알아내고 당시에 이상한 점이 있었는지 이해하기 위해 처음으로 돌아가 모든 것을 가장 세세한 부분까지 분석하기로 결정했습니다. 신호가 감지되었습니다. 그들은 평범하지 않은 것을 찾지 못했습니다. 그들은 또한 실험 과정에서 수천 개의 데이터 스트림에 대해 가장 잘 알고 있어야 하는 해커를 배제했습니다. 손은 “팀이 블라인드 드로를 해도 완벽하지 않고 많은 흔적을 남깁니다. "하지만 흔적은 없었습니다."

그 후 몇 주 동안 그들은 또 다른 약한 신호를 들었습니다.

과학자들은 처음 두 신호를 분석했고 점점 더 많은 새로운 신호를 받았습니다. 1월에 그들은 Physical Review Letters 저널에 연구를 발표했습니다. 이 문제는 오늘 온라인에 올라갑니다. 그들의 추정에 따르면 가장 강력한 첫 번째 신호의 통계적 유의성은 "5-시그마"를 초과합니다.

중력을 듣고

아인슈타인의 일반 상대성 방정식은 너무 복잡해서 대부분의 물리학자들이 이론상으로도 중력파가 존재하고 감지할 수 있다는 데 동의하는 데 40년이 걸렸습니다.

처음에 아인슈타인은 물체가 중력 복사의 형태로 에너지를 방출할 수 없다고 생각했지만 생각을 바꿨습니다. 1918년에 작성된 그의 역사적 저작에서 그는 어떤 종류의 물체가 이를 수행할 수 있는지 보여주었습니다. 즉, 폭죽처럼 폭발하는 쌍성 및 초신성 별과 같이 두 축을 중심으로 동시에 회전하는 아령 모양의 시스템입니다. 그들은 시공간에 파동을 생성할 수 있습니다.

© REUTERS, 유인물 태양계 중력파의 특성을 보여주는 컴퓨터 모델

그러나 아인슈타인과 그의 동료들은 계속 흔들렸다. 일부 물리학자들은 파동이 존재하더라도 세상은 파동과 함께 진동할 것이며, 파동을 느끼는 것은 불가능할 것이라고 주장했습니다. 1957년이 되어서야 Richard Feynman은 사고 실험에서 중력파가 존재하면 이론적으로 감지할 수 있음을 보여줌으로써 질문을 마무리했습니다. 그러나 아무도 이 아령 모양의 시스템이 우주 공간에서 얼마나 흔한지, 그리고 그 결과 파도가 얼마나 강하거나 약했는지 알지 못했습니다. “궁극적으로 문제는 우리가 그것들을 찾을 수 있을까요?”였습니다. 케네픽이 말했다.

1968년 Rainer Weiss는 MIT의 젊은 교수였으며 일반 상대성 이론을 가르치는 임무를 받았습니다. 실험자로서 그는 그것에 대해 거의 알지 못했지만 갑자기 Weber가 중력파를 발견했다는 소식이 있었습니다. Weber는 알루미늄으로 책상 크기의 공진 감지기 3개를 제작하여 미국의 여러 주에 배치했습니다. 이제 그는 세 탐지기 모두 "중력파의 소리"를 기록했다고 말했습니다.

Weiss의 학생들은 중력파의 특성을 설명하고 메시지에 대한 의견을 표현하도록 요청받았습니다. 세부 사항을 연구하면서 그는 수학 계산의 복잡성에 충격을 받았습니다. “나는 Weber가 무엇을 하고 있는지, 센서가 중력파와 어떻게 상호작용하는지 이해할 수 없었습니다. 나는 오랫동안 앉아 "중력파를 감지하는 가장 원시적인 것이 무엇이라고 생각할 수 있을까?"라는 질문을 던졌습니다. 그러던 중 LIGO의 개념적 기초라고 부르는 아이디어가 떠올랐습니다.

삼각형의 모서리에 있는 거울과 같이 시공간의 세 물체를 상상해 보십시오. Weber는 "한 곳에서 다른 곳으로 빛 신호를 보내십시오. “한 덩어리에서 다른 덩어리로 이동하는 데 시간이 얼마나 걸리는지 살펴보고 시간이 변경되었는지 확인하십시오.” 과학자는 이것이 빠르게 수행될 수 있다고 지적했습니다. “나는 이것을 과학 과제로 학생들에게 맡겼습니다. 말 그대로 전체 그룹이 이러한 계산을 할 수 있었습니다.”

그 후 몇 년 동안 다른 연구자들이 Weber의 공명 탐지기 실험 결과를 복제하려고 시도했지만 계속 실패했을 때(그가 관찰한 것이 명확하지 않지만 중력파는 아니었음) Weiss는 훨씬 더 정확하고 야심찬 실험을 준비하기 시작했습니다. : 중력파 간섭계. 레이저빔은 L자 모양으로 설치된 3개의 거울에서 반사되어 2개의 빔을 형성합니다. 광파의 피크와 딥의 간격은 시공간의 x 및 y 축을 만드는 문자 "G"의 굽힘 길이를 정확하게 나타냅니다. 저울이 고정되어 있으면 두 개의 광파가 모서리에서 반사되어 서로 상쇄됩니다. 검출기의 신호는 0입니다. 그러나 중력파가 지구를 통과하면 문자 "G"의 한 쪽 팔의 길이를 늘리고 다른 쪽의 길이를 압축합니다(반대의 경우도 마찬가지). 두 광선의 불일치는 감지기에서 신호를 생성하여 시공간의 약간의 변동을 보여줍니다.

처음에 동료 물리학자들은 회의적이었지만, 그 실험은 곧 칼텍의 이론가 그룹인 Thorne에서 지지를 찾았습니다. 그의 Caltech 그룹은 블랙홀과 중력파의 다른 잠재적인 소스와 이들이 생성한 신호를 조사하고 있었습니다. Thorne은 Weber 실험과 러시아 과학자들의 유사한 노력에서 영감을 받았습니다. 1975년 Weiss와의 회의에서 연설한 후, "나는 중력파의 탐지가 성공할 것이라고 믿기 시작했습니다."라고 Thorn은 말했습니다. "그리고 저는 Caltech도 그 일부가 되기를 바랐습니다." 그는 중력파 간섭계를 구축했다고 주장한 스코틀랜드의 실험가 Ronald Driver를 고용하기 위해 연구소와 협의했습니다. 시간이 지남에 따라 Thorne, Driver 및 Weiss는 실제 실험을 준비하기 위해 각자의 몫의 셀 수 없이 많은 문제를 해결하는 팀으로 작업하기 시작했습니다. 이 세 사람은 1984년에 LIGO를 결성했으며 프로토타입이 만들어지고 계속 성장하는 팀의 일부로 협업이 시작되었을 때 1990년대 초에 국립과학재단으로부터 1억 달러의 자금을 지원받았습니다. 한 쌍의 거대한 L 자형 탐지기의 구성을 위해 도면이 작성되었습니다. 10년 후, 탐지기가 작동하기 시작했습니다.

Hunford와 Livingston에서는 탐지기의 각 4km 무릎 중앙에 진공이 있어 레이저, 빔 및 거울이 행성의 일정한 진동으로부터 최대한 격리됩니다. 안전을 위해 LIGO 과학자들은 지진 활동, 기압, 번개, 우주선, 장비 진동, 레이저 빔 주변의 소리 등 가능한 모든 것을 측정하면서 수천 개의 기기로 작동할 때 탐지기를 모니터링합니다. 그런 다음 이러한 관련 없는 배경 소음에 대해 데이터를 필터링합니다. 아마도 가장 중요한 것은 두 개의 감지기가 있다는 것이므로 수신된 데이터를 비교하여 일치하는 신호가 있는지 확인할 수 있습니다.

문맥

중력파: 아인슈타인이 베른에서 시작한 것을 완료

SwissInfo 13.02.2016

블랙홀이 죽는 방법

중간 2014년 10월 19일
LIGO 프로젝트의 대변인인 Marco Cavaglià는 레이저와 거울이 완전히 격리되고 안정화된 상태에서도 진공 상태가 만들어지면 "항상 이상한 일이 발생합니다."라고 말합니다. 과학자들은 이러한 "금붕어", "유령", "이상한 바다 괴물" 및 기타 외부 진동 현상을 추적하고 원인을 찾아 제거해야 합니다. 하나 어려운 경우이러한 외부 신호와 간섭을 연구하는 LIGO 연구원 Jessica McIver는 검증 단계에서 발생했다고 말했습니다. 일련의 주기적인 단일 주파수 노이즈가 데이터 사이에 자주 나타났습니다. 그녀와 그녀의 동료들이 거울의 진동을 오디오 파일로 변환했을 때 "전화 벨소리가 뚜렷하게 들렸습니다"라고 McIver는 말했습니다. "레이저실 안에서 전화를 걸고 있던 건 통신사 광고주들이었음이 밝혀졌다."

향후 2년 동안 과학자들은 업그레이드된 레이저 간섭계 중력파 관측소 LIGO의 탐지기 감도를 계속 개선할 것입니다. 그리고 이탈리아에서는 Advanced Virgo라는 세 번째 간섭계가 작동하기 시작할 것입니다. 이번 발견이 도움이 될 한 가지 답은 블랙홀이 형성되는 방식입니다. 그것들은 가장 오래된 무거운 별의 붕괴의 산물입니까, 아니면 밀도가 높은 성단 내 충돌의 결과입니까? Weiss는 "이것은 단지 두 가지 추측일 뿐이며 상황이 진정되면 더 있을 것이라고 믿습니다."라고 말합니다. LIGO가 다가오는 작업 과정에서 새로운 통계를 축적하기 시작하면서 과학자들은 우주가 그들에게 속삭이는 블랙홀의 기원에 대한 이야기를 듣기 시작할 것입니다.

모양과 크기로 판단하면, 가장 큰 최초의 펄스 신호는 상호 중력의 영향으로 영원히 느린 춤을 추다가 각각 질량의 약 30배인 두 개의 블랙홀이 있는 곳에서 13억 광년 떨어진 곳에서 발생했습니다. 태양, 마침내 합병. 블랙홀은 소용돌이처럼 점점 더 빠르게 돌며 점차 다가오고 있다. 그리고 합병이 일어나 눈 깜짝할 사이에 태양 3개의 에너지에 필적하는 에너지를 가진 중력파를 방출했습니다. 이 합병은 지금까지 기록된 가장 강력한 에너지 현상이었습니다.

"우리는 폭풍우 속에서 바다를 본 적이 없는 것과 같습니다."라고 Thorne이 말했습니다. 그는 1960년대부터 시공간에서 이 폭풍을 기다리고 있다. 이 파도가 밀려오는 순간 가시가 느꼈던 감정은 설렘이라고 할 수 없다고 그는 말한다. 그것은 다른 것이었습니다: 깊은 만족감.

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