Gelombang graviti, secara teorinya diramalkan oleh Einstein pada tahun 1917, masih menunggu penemunya.

Pada akhir 1969, profesor fizik Universiti Maryland Joseph Weber membuat pengumuman sensasi. Dia mengumumkan bahawa dia telah menemui gelombang graviti yang datang ke Bumi dari kedalaman angkasa. Sehingga masa itu, tiada seorang pun saintis membuat dakwaan sedemikian, dan kemungkinan mengesan gelombang sedemikian dianggap jauh dari jelas. Walau bagaimanapun, Weber dikenali sebagai pihak berkuasa dalam bidangnya, dan oleh itu rakan sekerja mengambil mesejnya dengan penuh kesungguhan.

Namun, kekecewaan segera melanda. Amplitud gelombang yang didakwa direkodkan oleh Weber adalah berjuta-juta kali lebih tinggi daripada nilai teori. Weber berhujah bahawa gelombang ini datang dari pusat Galaxy kita, ditutup dengan awan debu, yang sedikit diketahui pada masa itu. Ahli astrofizik telah mencadangkan bahawa terdapat lubang hitam gergasi yang bersembunyi di sana, yang setiap tahun memakan beribu-ribu bintang dan membuang sebahagian daripada tenaga yang diserap dalam bentuk sinaran graviti, dan ahli astronomi telah terlibat dalam pencarian sia-sia untuk kesan kanibalisme kosmik yang lebih jelas ini. (kini telah terbukti bahawa benar-benar terdapat lubang hitam di sana, tetapi ia memimpin dengan agak sopan). Ahli fizik dari Amerika Syarikat, USSR, Perancis, Jerman, England dan Itali memulakan eksperimen pada pengesan jenis yang sama - dan tidak mencapai apa-apa.

Para saintis masih tidak tahu untuk mengaitkan bacaan aneh instrumen Weber. Namun, usahanya tidak sia-sia, walaupun gelombang graviti masih belum ditemui. Beberapa pemasangan untuk pencarian mereka telah pun dibina atau sedang dibina, dan dalam sepuluh tahun pengesan sedemikian juga akan dilancarkan ke angkasa lepas. Adalah agak mungkin bahawa dalam masa yang tidak begitu jauh sinaran graviti masa depan akan menjadi realiti fizikal yang boleh dilihat sama seperti ayunan elektromagnet. Malangnya, Joseph Weber tidak lagi mengetahui perkara ini - dia meninggal dunia pada September 2000.

Apakah gelombang graviti

Selalunya dikatakan bahawa gelombang graviti adalah gangguan medan graviti yang merambat di angkasa. Takrifan ini betul, tetapi tidak lengkap. Menurut teori umum relativiti, graviti timbul daripada kelengkungan kontinum ruang-masa. Gelombang graviti ialah turun naik metrik ruang-masa, yang menampakkan diri sebagai turun naik dalam medan graviti, oleh itu ia sering secara kiasan dipanggil riak ruang-masa. Gelombang graviti secara teorinya diramalkan pada tahun 1917 oleh Albert Einstein. Tiada siapa yang meragui kewujudan mereka, tetapi gelombang graviti masih menunggu penemunya.

sumber gelombang graviti berfungsi sebagai sebarang pergerakan badan material, yang membawa kepada perubahan tidak seragam dalam daya graviti di ruang sekeliling. Jasad yang bergerak pada kelajuan tetap tidak memancarkan apa-apa, kerana sifat medan gravitinya tidak berubah. Untuk memancarkan gelombang graviti, pecutan diperlukan, tetapi tidak. Silinder yang berputar mengelilingi paksi simetrinya mengalami pecutan, tetapi medan gravitinya kekal seragam dan tiada gelombang graviti timbul. Tetapi jika anda memutar silinder ini mengelilingi paksi lain, medan akan berayun, dan gelombang graviti akan berjalan dari silinder ke semua arah.

Kesimpulan ini terpakai kepada mana-mana badan (atau sistem badan) yang tidak simetri tentang paksi putaran (dalam kes sedemikian, badan dikatakan mempunyai momen empat kali ganda). Sistem jisim yang momen empat kali ganda berubah mengikut masa sentiasa memancarkan gelombang graviti.

Sifat asas gelombang graviti

Ahli astrofizik mencadangkan bahawa sinaran gelombang graviti, mengambil tenaga, yang mengehadkan kelajuan putaran pulsar besar apabila ia menyerap jirim bintang jiran.

Suar graviti ruang

Sinaran graviti daripada sumber daratan adalah sangat lemah. Satu tiang keluli seberat 10,000 tan, digantung dari pusat dalam satah mendatar dan tidak berpusing di sekeliling paksi menegak sehingga 600 rpm, memancarkan kuasa kira-kira 10 -24 watt. Oleh itu, satu-satunya harapan untuk mengesan gelombang graviti adalah untuk mencari sumber sinaran graviti kosmik.

Dalam hal ini, bintang binari rapat sangat menjanjikan. Alasannya mudah: kuasa sinaran graviti sistem sedemikian berkembang dalam perkadaran songsang dengan kuasa kelima diameternya. Lebih baik lagi jika trajektori bintang-bintang sangat memanjang, kerana ini meningkatkan kadar perubahan dalam momen empat kali ganda. Agak bagus jika sistem binari terdiri daripada bintang neutron atau lohong hitam. Sistem sedemikian adalah seperti suar graviti di angkasa - sinaran mereka adalah berkala.

Di angkasa lepas, terdapat juga sumber "dorongan" yang menghasilkan letupan graviti yang pendek tetapi sangat kuat. Ini berlaku apabila bintang besar runtuh sebelum letupan supernova. Walau bagaimanapun, ubah bentuk bintang mestilah tidak simetri, jika tidak, sinaran tidak akan berlaku. Semasa keruntuhan, gelombang graviti boleh membawa pergi bersama mereka sehingga 10% daripada jumlah tenaga bintang! Kuasa sinaran graviti dalam kes ini adalah kira-kira 10 50 W. Lebih banyak tenaga dikeluarkan semasa penggabungan bintang neutron, di sini kuasa puncak mencapai 10 52 watt. Sumber sinaran yang sangat baik ialah perlanggaran lubang hitam: jisim mereka boleh melebihi jisim bintang neutron sebanyak berbilion kali.

Satu lagi sumber gelombang graviti ialah inflasi kosmologi. Sejurus selepas Letupan Besar, Alam Semesta mula mengembang dengan sangat cepat, dan dalam masa kurang daripada 10 -34 saat, diameternya meningkat daripada 10 -33 cm kepada saiz makroskopik. Proses ini secara tidak terkira menguatkan gelombang graviti yang wujud sebelum ia bermula, dan keturunan mereka telah bertahan hingga ke hari ini.

Pengesahan tidak langsung

Bukti pertama untuk kewujudan gelombang graviti berasal dari kerja ahli astronomi radio Amerika Joseph Taylor dan pelajarnya Russell Hulse. Pada tahun 1974, mereka menemui sepasang bintang neutron yang mengorbit (pulsar pemancar radio dengan teman senyap). Pulsar berputar mengelilingi paksinya dengan halaju sudut yang stabil (yang jauh daripada selalunya) dan oleh itu berfungsi sebagai jam yang sangat tepat. Ciri ini membolehkan untuk mengukur jisim kedua-dua bintang dan menentukan sifat gerakan orbitnya. Ternyata tempoh revolusi sistem binari ini (kira-kira 3 jam 45 min) dikurangkan sebanyak 70 μs setiap tahun. Nilai ini sesuai dengan penyelesaian persamaan relativiti am yang menerangkan kehilangan tenaga pasangan bintang, disebabkan oleh sinaran graviti (namun, perlanggaran bintang-bintang ini tidak akan berlaku tidak lama lagi, selepas 300 juta tahun). Pada tahun 1993, Taylor dan Hulse telah dianugerahkan Hadiah Nobel untuk penemuan ini.

Antena gelombang graviti

Bagaimana untuk mengesan gelombang graviti secara eksperimen? Weber digunakan sebagai pengesan silinder aluminium pepejal sepanjang meter dengan penderia piezo di hujungnya. Mereka telah diasingkan dengan penuh berhati-hati daripada pengaruh mekanikal luaran di dalam ruang vakum. Weber memasang dua silinder ini di dalam bunker di bawah padang golf di Universiti Maryland, dan satu di Makmal Kebangsaan Argonne.

Idea eksperimen adalah mudah. Ruang di bawah tindakan gelombang graviti dimampatkan dan diregangkan. Disebabkan ini, silinder bergetar dalam arah membujur, bertindak sebagai antena gelombang graviti, dan kristal piezoelektrik menterjemahkan getaran menjadi isyarat elektrik. Mana-mana laluan gelombang graviti kosmik secara praktikal serentak menjejaskan pengesan yang dipisahkan oleh seribu kilometer, yang memungkinkan untuk menapis impuls graviti daripada pelbagai jenis bunyi.

Penderia Weber dapat mengesan anjakan hujung silinder, sama dengan hanya 10 -15 panjangnya - dalam kes ini, 10 -13 cm. Surat Semakan Fizikal. Semua percubaan untuk meniru keputusan ini adalah sia-sia. Data Weber juga bercanggah dengan teori, yang secara praktikalnya tidak membenarkan seseorang menjangkakan anjakan relatif melebihi 10 -18 (dan nilai kurang daripada 10 -20 lebih berkemungkinan). Ada kemungkinan Weber melakukan kesilapan dalam pemprosesan statistik keputusan. Percubaan pertama untuk mengesan sinaran graviti secara eksperimen berakhir dengan kegagalan.

Pada masa hadapan, antena gelombang graviti telah dipertingkatkan dengan ketara. Pada tahun 1967, ahli fizik Amerika Bill Fairbank mencadangkan untuk menyejukkan mereka dalam helium cecair. Ini bukan sahaja membolehkan untuk menyingkirkan kebanyakan bunyi terma, tetapi juga membuka kemungkinan menggunakan SQUID (interferometer kuantum superkonduktor), magnetometer supersensitif yang paling tepat. Pelaksanaan idea ini penuh dengan banyak kesulitan teknikal, dan Fairbank sendiri tidak dapat melihatnya. Menjelang awal 1980-an, ahli fizik dari Universiti Stanford telah membina radas dengan sensitiviti 10 -18 , tetapi tiada gelombang didaftarkan. Kini di beberapa negara terdapat pengesan gelombang graviti getaran ultra-kriogenik yang beroperasi pada suhu hanya sepersepuluh dan perseratus darjah melebihi sifar mutlak. Begitulah, sebagai contoh, kilang AURIGA di Padua. Antena untuknya ialah silinder tiga meter yang diperbuat daripada aloi aluminium-magnesium, diameternya ialah 60 cm dan beratnya ialah 2.3 tan. Ia digantung di dalam ruang vakum yang disejukkan kepada 0.1 K. Getarannya (dengan frekuensi kira-kira 1000 Hz) dihantar ke resonator tambahan dengan jisim 1 kg, yang berayun dengan frekuensi yang sama, tetapi dengan amplitud yang lebih besar. Getaran ini direkodkan dengan mengukur peralatan dan dianalisis oleh komputer. Kepekaan kompleks AURIGA adalah kira-kira 10 -20 -10 -21 .

Interferometer

Satu lagi cara untuk mengesan gelombang graviti adalah berdasarkan penolakan resonator besar-besaran yang memihak kepada sinaran cahaya. Ia pertama kali dicadangkan pada tahun 1962 ahli fizik Soviet Mikhail Gertsenstein dan Vladislav Pustovoit, dan dua tahun kemudian Weber. Pada awal 1970-an, seorang pekerja makmal penyelidikan perbadanan Pesawat Hughes Robert Forward (dahulu pelajar siswazah Weber, kemudian seorang penulis fiksyen sains yang sangat terkenal) membina pengesan pertama sedemikian dengan sensitiviti yang agak baik. Pada masa yang sama, seorang profesor di Massachusetts Institute of Technology (MIT) Rainer Weiss melakukan analisis teori yang sangat mendalam tentang kemungkinan mendaftarkan gelombang graviti menggunakan kaedah optik.

Kaedah ini melibatkan penggunaan analog peranti yang 125 tahun yang lalu, ahli fizik Albert Michelson membuktikan bahawa kelajuan cahaya adalah sama dalam semua arah. Dalam persediaan ini, interferometer Michelson, pancaran cahaya mengenai plat lut sinar dan dipecahkan kepada dua rasuk saling berserenjang, yang dipantulkan dari cermin yang terletak pada jarak yang sama dari plat. Kemudian rasuk bergabung semula dan jatuh pada skrin, di mana corak gangguan muncul (terang dan jalur gelap dan garisan). Jika kelajuan cahaya bergantung pada arahnya, maka apabila anda menghidupkan keseluruhan pemasangan, gambar ini harus berubah, jika tidak, ia harus tetap sama seperti sebelumnya.

Pengesan gelombang graviti gangguan berfungsi dengan cara yang sama. Gelombang yang dihantar meledingkan ruang dan mengubah panjang setiap lengan interferometer (laluan cahaya bergerak dari pembahagi ke cermin), meregangkan satu lengan dan memerah yang lain. Corak gangguan berubah, dan ini boleh didaftarkan. Tetapi ini tidak mudah: jika perubahan relatif yang dijangkakan dalam panjang lengan interferometer ialah 10 -20, maka dengan dimensi desktop peranti (seperti Michelson) ia berubah menjadi ayunan dengan amplitud urutan 10 -18 cm Sebagai perbandingan: gelombang cahaya boleh dilihat adalah 10 trilion kali lebih lama! Anda boleh meningkatkan panjang bahu kepada beberapa kilometer, tetapi masalah masih akan kekal. Sumber cahaya laser mestilah kuat dan frekuensi yang stabil, cermin mestilah rata dan reflektif sempurna, vakum dalam paip yang melaluinya cahaya merambat mestilah sedalam mungkin, penstabilan mekanikal keseluruhan sistem mestilah benar-benar sempurna. Ringkasnya, pengesan gangguan gelombang graviti adalah peranti yang mahal dan besar.

Hari ini, pemasangan terbesar jenis ini ialah kompleks LIGO Amerika. (Balai Cerap Gelombang Graviti Interferometer Cahaya). Ia terdiri daripada dua balai cerap, satu daripadanya terletak di pantai Pasifik Amerika Syarikat, dan satu lagi tidak jauh dari Teluk Mexico. Pengukuran dibuat menggunakan tiga interferometer (dua di negeri Washington, satu di Louisiana) dengan lengan sepanjang 4 km. Persediaan dilengkapi dengan penumpuk cahaya cermin, yang meningkatkan sensitivitinya. "Sejak November 2005, ketiga-tiga interferometer kami telah beroperasi secara normal," kata Peter Solson, seorang profesor fizik di Universiti Syracuse, dari kompleks LIGO, kepada Popular Mechanics. - Kami sentiasa bertukar-tukar data dengan balai cerap lain yang cuba mengesan gelombang graviti dengan frekuensi puluhan dan ratusan hertz, yang telah timbul dalam letupan supernova paling kuat dan penggabungan bintang neutron dan lubang hitam. Kini interferometer Jerman GEO 600 (panjang lengan - 600 m), terletak 25 km dari Hannover, sedang beroperasi. Alat TAMA Jepun 300 meter kini sedang dinaik taraf. Pengesan Virgo tiga kilometer berhampiran Pisa akan menyertai usaha itu pada awal 2007, dan pada frekuensi di bawah 50 Hz ia akan dapat mengatasi LIGO. Pemasangan dengan resonator ultra-kriogenik beroperasi dengan kecekapan yang semakin meningkat, walaupun sensitiviti mereka masih agak kurang daripada kita.

prospek

Apakah kaedah yang menanti untuk mengesan gelombang graviti dalam masa terdekat? Profesor Rainer Weiss memberitahu Mekanik Popular tentang perkara ini: "Dalam beberapa tahun, laser yang lebih berkuasa dan pengesan yang lebih maju akan dipasang di balai cerap kompleks LIGO, yang akan membawa kepada peningkatan sensitiviti sebanyak 15 kali ganda. Sekarang ia adalah 10 -21 (pada frekuensi urutan 100 Hz), dan selepas pemodenan ia akan melebihi 10 -22. Kompleks yang dimodenkan, Advanced LIGO, akan meningkatkan kedalaman penembusan ke angkasa lepas sebanyak 15 kali ganda. Profesor Universiti Negeri Moscow Vladimir Braginsky, salah seorang perintis dalam kajian gelombang graviti, mengambil bahagian secara aktif dalam projek ini.

Pelancaran interferometer angkasa LISA dijadualkan pada pertengahan dekad akan datang ( Antena Ruang Interferometer Laser) dengan panjang bahu 5 juta kilometer, merupakan projek bersama antara NASA dan Agensi Angkasa Eropah. Kepekaan balai cerap ini akan beratus kali lebih tinggi daripada keupayaan instrumen berasaskan tanah. Ia direka terutamanya untuk mencari gelombang graviti frekuensi rendah (10 -4 -10 -1 Hz) yang tidak dapat ditangkap di permukaan Bumi akibat gangguan atmosfera dan seismik. Gelombang sedemikian dipancarkan oleh sistem bintang binari, penduduk yang agak tipikal di Kosmos. LISA juga akan dapat mengesan gelombang graviti yang dihasilkan apabila bintang biasa ditelan oleh lubang hitam. Tetapi untuk pengesanan gelombang graviti peninggalan yang membawa maklumat tentang keadaan jirim pada saat pertama selepas Big Bang, instrumen angkasa yang lebih maju kemungkinan besar diperlukan. Tetapan sedemikian Pemerhati Big Bang, kini sedang dibincangkan, tetapi tidak mungkin ia akan dibuat dan dilancarkan lebih awal daripada dalam 30-40 tahun.”

11 Februari 2016 dianggap sebagai hari rasmi penemuan (pengesanan) gelombang graviti. Ketika itu, pada sidang akhbar yang diadakan di Washington, para pemimpin kerjasama LIGO mengumumkan bahawa satu pasukan penyelidik telah berjaya merakam fenomena ini buat kali pertama dalam sejarah umat manusia.

Nubuatan Einstein yang agung

Fakta bahawa gelombang graviti wujud telah dicadangkan oleh Albert Einstein pada awal abad yang lalu (1916) dalam kerangka Teori Umum Relativiti (GR) yang dirumuskan olehnya. Seseorang hanya boleh kagum dengan kebolehan cemerlang ahli fizik terkenal, yang, dengan data sebenar minimum, dapat membuat kesimpulan yang begitu luas. Antara banyak lagi fenomena fizikal yang diramalkan yang disahkan pada abad yang akan datang (memperlahankan peredaran masa, mengubah arah sinaran elektromagnet dalam medan graviti dan lain-lain) sehingga baru-baru ini tidak mungkin untuk mengesan kehadiran jenis interaksi gelombang badan ini secara praktikal.

Graviti - ilusi?

Secara umum, berdasarkan Teori Relativiti, graviti hampir tidak boleh dipanggil daya. gangguan atau kelengkungan kontinum ruang-masa. Contoh yang baik yang menggambarkan postulat ini ialah sehelai kain yang diregangkan. Di bawah berat objek besar yang diletakkan di atas permukaan sedemikian, ceruk terbentuk. Objek lain yang bergerak berhampiran anomali ini akan mengubah trajektori pergerakannya, seolah-olah "tertarik". Dan semakin besar berat objek (semakin besar diameter dan kedalaman kelengkungan), semakin tinggi "daya tarikan". Apabila ia bergerak melalui fabrik, seseorang dapat melihat rupa "riak" yang berbeza.

Sesuatu yang serupa berlaku di angkasa dunia. Sebarang jirim besar yang bergerak pantas adalah punca turun naik dalam ketumpatan ruang dan masa. Gelombang graviti dengan amplitud yang ketara dibentuk oleh jasad dengan jisim yang sangat besar atau apabila bergerak dengan pecutan yang besar.

ciri fizikal

Turun naik metrik ruang-masa menampakkan diri sebagai perubahan dalam medan graviti. Fenomena ini dipanggil riak ruang-masa. Gelombang graviti bertindak ke atas jasad dan objek yang ditemui, memampatkan dan meregangkannya. Nilai ubah bentuk sangat kecil - kira-kira 10 -21 daripada saiz asal. Keseluruhan kesukaran untuk mengesan fenomena ini ialah penyelidik perlu belajar bagaimana untuk mengukur dan merekodkan perubahan tersebut dengan bantuan peralatan yang sesuai. Kuasa sinaran graviti juga sangat kecil - untuk keseluruhannya sistem suria ia adalah beberapa kilowatt.

Kelajuan perambatan gelombang graviti sedikit bergantung pada sifat medium pengalir. Amplitud ayunan berkurangan secara beransur-ansur dengan jarak dari sumber, tetapi tidak pernah mencapai sifar. Kekerapan terletak dalam julat dari beberapa puluh hingga ratusan hertz. Kelajuan gelombang graviti dalam medium antara bintang menghampiri kelajuan cahaya.

bukti keadaan

Buat pertama kalinya, pengesahan teori tentang kewujudan gelombang graviti diperoleh oleh ahli astronomi Amerika Joseph Taylor dan pembantunya Russell Hulse pada tahun 1974. Mengkaji keluasan Alam Semesta menggunakan teleskop radio Balai Cerap Arecibo (Puerto Rico), para penyelidik menemui pulsar PSR B1913 + 16, iaitu sistem binari bintang neutron yang berputar mengelilingi pusat jisim yang sama dengan halaju sudut malar ( kes yang agak jarang berlaku). Setiap tahun, tempoh revolusi, yang asalnya 3.75 jam, dikurangkan sebanyak 70 ms. Nilai ini agak konsisten dengan kesimpulan daripada persamaan GR yang meramalkan peningkatan dalam kelajuan putaran sistem sedemikian disebabkan oleh perbelanjaan tenaga untuk penjanaan gelombang graviti. Selepas itu, beberapa pulsar berganda dan kerdil putih dengan tingkah laku yang sama telah ditemui. Ahli astronomi radio D. Taylor dan R. Hulse telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1993 kerana menemui kemungkinan baru untuk mengkaji medan graviti.

Gelombang graviti yang sukar difahami

Kenyataan pertama tentang pengesanan gelombang graviti datang daripada saintis Universiti Maryland Joseph Weber (AS) pada tahun 1969. Untuk tujuan ini, dia menggunakan dua antena graviti reka bentuknya sendiri, dipisahkan dengan jarak dua kilometer. Pengesan resonan ialah silinder aluminium dua meter sekeping bergetar dengan baik yang dilengkapi dengan penderia piezoelektrik yang sensitif. Amplitud turun naik yang didakwa direkodkan oleh Weber ternyata lebih sejuta kali lebih tinggi daripada nilai yang dijangkakan. Percubaan saintis lain menggunakan peralatan sedemikian untuk mengulangi "kejayaan" ahli fizik Amerika itu tidak membawa hasil yang positif. Beberapa tahun kemudian, kerja Weber di kawasan ini diiktiraf sebagai tidak boleh dipertahankan, tetapi memberi dorongan kepada pembangunan "ledakan graviti" yang menarik ramai pakar ke bidang penyelidikan ini. By the way, Joseph Weber sendiri sehingga akhir zamannya yakin bahawa dia menerima gelombang graviti.

Penambahbaikan peralatan penerimaan

Pada tahun 70-an, saintis Bill Fairbank (AS) membangunkan reka bentuk antena gelombang graviti yang disejukkan menggunakan SQUID - magnetometer supersensitif. Teknologi yang wujud pada masa itu tidak membenarkan pencipta melihat produknya, direalisasikan dalam "logam".

Menurut prinsip ini, pengesan graviti Auriga dibuat di Makmal Legnard Kebangsaan (Padua, Itali). Reka bentuk adalah berdasarkan silinder aluminium-magnesium, 3 meter panjang dan 0.6 m diameter.Peranti penerima seberat 2.3 tan digantung dalam ruang vakum terpencil yang disejukkan hampir kepada sifar mutlak. Resonator kilogram tambahan dan kompleks penyukat berasaskan komputer digunakan untuk membetulkan dan mengesan gegaran. Kepekaan peralatan yang diisytiharkan ialah 10 -20 .

Interferometer

Fungsi pengesan gangguan gelombang graviti adalah berdasarkan prinsip yang sama yang digunakan oleh interferometer Michelson. Pancaran laser yang dipancarkan oleh sumber dibahagikan kepada dua aliran. Selepas pantulan berbilang dan bergerak di sepanjang bahu peranti, aliran disatukan semula, dan yang terakhir digunakan untuk menilai sama ada sebarang gangguan (contohnya, gelombang graviti) menjejaskan perjalanan sinar. Peralatan serupa telah dicipta di banyak negara:

• GEO 600 (Hannover, Jerman). Panjang terowong vakum ialah 600 meter.
• TAMA (Jepun) dengan bahu 300 m.
• VIRGO (Pisa, Itali) ialah projek bersama Franco-Itali yang dilancarkan pada 2007 dengan terowong 3 km.
• LIGO (AS, Pantai Pasifik), memburu gelombang graviti sejak 2002.

Yang terakhir ini patut dipertimbangkan dengan lebih terperinci.

LIGO Lanjutan

Projek ini dibuat atas inisiatif saintis dari Massachusetts dan California Institutes of Technology. Termasuk dua balai cerap yang dipisahkan sejauh 3 ribu km, di dan Washington (bandar Livingston dan Hanford) dengan tiga interferometer yang sama. Panjang terowong vakum berserenjang ialah 4 ribu meter. Ini adalah struktur terbesar yang sedang beroperasi. Sehingga 2011, banyak percubaan untuk mengesan gelombang graviti tidak membuahkan hasil. Pemodenan ketara yang dijalankan (LIGO Lanjutan) meningkatkan sensitiviti peralatan dalam julat 300-500 Hz lebih daripada lima kali ganda, dan di rantau frekuensi rendah (sehingga 60 Hz) dengan hampir susunan magnitud, mencapai nilai yang diidamkan 10 -21 . Projek yang dikemas kini itu bermula pada September 2015, dan usaha lebih daripada seribu pekerja kerjasama itu telah diberi ganjaran dengan hasilnya.

Gelombang Graviti Dikesan

Pada 14 September 2015, pengesan LIGO canggih dengan selang 7 ms merekodkan gelombang graviti yang mencapai planet kita daripada fenomena terbesar yang berlaku di pinggir Alam Semesta yang boleh diperhatikan - penggabungan dua lubang hitam besar dengan jisim 29 dan 36 kali ganda. jisim Matahari. Semasa proses itu, yang berlaku lebih daripada 1.3 bilion tahun yang lalu, kira-kira tiga jisim suria bahan telah dibelanjakan untuk sinaran gelombang graviti dalam masa pecahan sesaat. Frekuensi awal tetap gelombang graviti ialah 35 Hz, dan nilai puncak maksimum mencapai 250 Hz.

Keputusan yang diperolehi berulang kali tertakluk kepada pengesahan dan pemprosesan yang komprehensif, dan tafsiran alternatif data yang diperolehi dipotong dengan teliti. Akhirnya, tahun lepas pendaftaran langsung fenomena yang diramalkan oleh Einstein diumumkan kepada masyarakat dunia.

Fakta yang menggambarkan kerja raksasa penyelidik: amplitud turun naik dalam dimensi lengan interferometer ialah 10 -19 m - nilai ini sama kurang daripada diameter atom kerana ia kurang daripada oren.

Prospek masa hadapan

Penemuan yang dibuat sekali lagi mengesahkan bahawa Teori Umum Relativiti bukan hanya satu set formula abstrak, tetapi pada asasnya Wajah Baru mengenai intipati gelombang graviti dan graviti secara umum.

Dalam penyelidikan lanjut, saintis mempunyai harapan yang tinggi untuk projek ELSA: penciptaan interferometer orbit gergasi dengan lengan kira-kira 5 juta km, mampu mengesan walaupun gangguan kecil medan graviti. Pengukuhan kerja ke arah ini boleh memberitahu banyak tentang peringkat utama dalam pembangunan Alam Semesta, tentang proses yang sukar atau mustahil untuk diperhatikan dalam jalur tradisional. Tidak dinafikan bahawa lubang hitam, yang gelombang gravitinya akan direkodkan pada masa hadapan, akan memberitahu banyak tentang sifat mereka.

Untuk mengkaji sinaran graviti peninggalan, yang boleh memberitahu tentang detik pertama dunia kita selepas Big Bang, instrumen angkasa yang lebih sensitif akan diperlukan. Projek sedemikian wujud Pemerhati Big Bang), tetapi pelaksanaannya, menurut pakar, mungkin tidak lebih awal daripada dalam 30-40 tahun.

Pengesanan langsung gelombang graviti pertama telah didedahkan kepada dunia pada 11 Februari 2016 dan menjana tajuk berita di seluruh dunia. Untuk penemuan ini pada 2017, ahli fizik menerima Hadiah Nobel dan secara rasmi melancarkan era baharu astronomi graviti. Tetapi sekumpulan ahli fizik di Institut Niels Bohr di Copenhagen, Denmark, meragui penemuan itu, berdasarkan analisis bebas mereka sendiri terhadap data sepanjang dua setengah tahun yang lalu.

Salah satu objek paling misteri di dunia, lubang hitam, selalu menarik perhatian. Kita tahu bahawa mereka berlanggar, bergabung, menukar kecerahan, dan juga menyejat. Namun, secara teori, lubang hitam boleh menghubungkan alam semesta antara satu sama lain menggunakan. Walau bagaimanapun, semua pengetahuan dan andaian kami tentang objek besar ini mungkin menjadi tidak tepat. Baru-baru ini dalam komuniti saintifik terdapat khabar angin bahawa saintis menerima isyarat yang terpancar dari lubang hitam, saiz dan jisimnya sangat besar sehingga kewujudannya secara fizikal mustahil.

Pengesanan langsung gelombang graviti pertama telah didedahkan kepada dunia pada 11 Februari 2016 dan menjana tajuk berita di seluruh dunia. Untuk penemuan ini pada 2017, ahli fizik menerima Hadiah Nobel dan secara rasmi melancarkan era baharu astronomi graviti. Tetapi sepasukan ahli fizik di Institut Niels Bohr di Copenhagen meragui penemuan itu, berdasarkan analisis bebas mereka sendiri terhadap data sepanjang dua setengah tahun yang lalu.

11 Februari 2016

Secara harfiah beberapa jam yang lalu, berita yang telah lama ditunggu-tunggu dalam dunia sains. Sekumpulan saintis dari beberapa negara, yang bekerja sebagai sebahagian daripada projek antarabangsa LIGO Scientific Collaboration, mengatakan bahawa dengan bantuan beberapa pemerhati-pengesan, mereka berjaya membetulkan gelombang graviti di makmal.

Mereka sedang menganalisis data daripada dua Balai Cerap Gelombang Graviti Laser Interferometer (LIGO) yang terletak di Louisiana dan Washington di Amerika Syarikat.

Seperti yang dinyatakan pada sidang akhbar projek LIGO, gelombang graviti telah didaftarkan pada 14 September 2015, pertama di satu balai cerap, dan kemudian selepas 7 milisaat pada yang lain.

Berdasarkan analisis data yang diperolehi yang dijalankan oleh saintis dari banyak negara termasuk dari Rusia, didapati gelombang graviti berpunca daripada perlanggaran dua lubang hitam berjisim 29 dan 36 kali ganda jisim matahari. Selepas itu, mereka bergabung menjadi satu lubang hitam yang besar.

Ini berlaku 1.3 bilion tahun dahulu. Isyarat datang ke Bumi dari buruj Awan Magellan.

Sergey Popov (ahli astrofizik di Sternberg State Astronomical Institute of Moscow State University) menerangkan apakah gelombang graviti dan mengapa ia sangat penting untuk mengukurnya.

Teori graviti moden ialah teori graviti geometri, lebih kurang segalanya daripada teori relativiti. Sifat geometri ruang mempengaruhi pergerakan jasad atau objek seperti pancaran cahaya. Dan sebaliknya - pengagihan tenaga (ini adalah sama seperti jisim dalam ruang) mempengaruhi sifat geometri angkasa lepas. Ini sangat keren, kerana ia mudah untuk digambarkan - semua satah anjal yang dibarisi dalam sel ini mempunyai makna fizikal tertentu, walaupun, sudah tentu, tidak semuanya begitu literal.

Ahli fizik menggunakan perkataan "metrik". Metrik ialah perkara yang menerangkan sifat geometri ruang. Dan di sini kita mempunyai badan yang bergerak dengan pecutan. Perkara yang paling mudah ialah timun berputar. Adalah penting bahawa ia, sebagai contoh, bukan bola dan bukan cakera yang diratakan. Adalah mudah untuk membayangkan bahawa apabila timun seperti itu berputar pada satah anjal, riak akan berlari daripadanya. Bayangkan bahawa anda sedang berdiri di suatu tempat, dan timun sama ada akan memalingkan satu hujung ke arah anda, atau yang lain. Ia menjejaskan ruang dan masa dengan cara yang berbeza, gelombang graviti berjalan.

Jadi, gelombang graviti ialah riak yang berjalan di sepanjang metrik ruang-masa.

Manik di angkasa

Ini adalah sifat asas pemahaman asas kita tentang cara graviti berfungsi, dan orang ramai ingin mengujinya selama seratus tahun. Mereka ingin memastikan bahawa kesannya ada dan ia boleh dilihat di makmal. Secara semula jadi, ini telah dilihat kira-kira tiga dekad yang lalu. Bagaimanakah gelombang graviti harus menunjukkan dirinya dalam kehidupan seharian?

Cara paling mudah untuk menggambarkan ini adalah ini: jika anda melemparkan manik ke ruang angkasa supaya ia terletak dalam bulatan, dan apabila gelombang graviti berlalu berserenjang dengan satah mereka, ia akan mula bertukar menjadi elips, dimampatkan satu arah atau yang lain. Hakikatnya ialah ruang di sekeliling mereka akan terganggu, dan mereka akan merasakannya.

"G" di Bumi

Orang melakukan sesuatu seperti ini, hanya bukan di angkasa, tetapi di Bumi.

Pada jarak empat kilometer antara satu sama lain, cermin tergantung dalam bentuk huruf "g" [bermaksud balai cerap LIGO Amerika].

Rasuk laser berjalan - ini adalah interferometer, perkara yang difahami dengan baik. Teknologi moden membenarkan kesan yang sangat kecil untuk diukur. Saya masih tidak percaya, saya percaya, tetapi ia tidak sesuai di kepala saya - anjakan cermin yang tergantung pada jarak empat kilometer antara satu sama lain adalah kurang daripada saiz nukleus atom. Ini adalah kecil walaupun berbanding dengan panjang gelombang laser ini. Ini adalah tangkapan: graviti adalah daya paling lemah, dan oleh itu anjakan adalah sangat kecil.

Ia mengambil masa yang sangat lama, orang telah cuba melakukan ini sejak tahun 1970-an, mereka menghabiskan hidup mereka mencari gelombang graviti. Dan kini hanya keupayaan teknikal yang memungkinkan untuk mendapatkan pendaftaran gelombang graviti dalam keadaan makmal, iaitu, di sini ia datang, dan cermin beralih.

Arah

Dalam masa setahun, jika semuanya berjalan lancar, akan ada tiga pengesan di dunia. Tiga pengesan adalah sangat penting, kerana perkara ini sangat buruk dalam menentukan arah isyarat. Kira-kira cara yang sama seperti kita mendengar arah sumber dengan buruk. "Bunyi dari suatu tempat ke kanan" - pengesan ini merasakan sesuatu seperti ini. Tetapi jika tiga orang berdiri pada jarak antara satu sama lain, dan seorang mendengar bunyi di sebelah kanan, yang lain di sebelah kiri, dan yang ketiga di belakang, maka kita boleh menentukan arah bunyi dengan sangat tepat. Lebih banyak pengesan, lebih banyak ia bertaburan di seluruh dunia, lebih tepat kita boleh menentukan arah ke sumber, dan kemudian astronomi akan bermula.

Lagipun, tugas utama bukan sahaja untuk mengesahkan teori umum relativiti, tetapi juga untuk mendapatkan pengetahuan astronomi baru. Bayangkan bahawa terdapat satu lohong hitam seberat sepuluh kali ganda jisim Matahari. Dan ia berlanggar dengan satu lagi lubang hitam seberat sepuluh jisim suria. Perlanggaran berlaku pada kelajuan cahaya. Tenaga terobosan. Ini adalah benar. Terdapat jumlah yang hebat. Dan ia tidak… Ia hanya riak ruang dan masa. Saya akan mengatakan bahawa pengesanan penggabungan dua lubang hitam akan menjadi pengesahan yang paling boleh dipercayai untuk masa yang lama bahawa lubang hitam adalah mengenai lubang hitam yang kita fikirkan.

Mari kita lihat isu dan fenomena yang boleh didedahkan.

Adakah lubang hitam benar-benar wujud?

Isyarat yang dijangkakan daripada pengumuman LIGO mungkin dihasilkan oleh dua lubang hitam yang bergabung. Peristiwa sedemikian adalah yang paling bertenaga yang diketahui; kekuatan gelombang graviti yang dipancarkan oleh mereka secara ringkas dapat mengatasi semua bintang alam semesta yang boleh diperhatikan secara keseluruhan. Menggabungkan lubang hitam juga agak mudah untuk ditafsirkan dari segi gelombang graviti yang sangat tulen.

Penggabungan lubang hitam berlaku apabila dua lubang hitam berputar di sekeliling satu sama lain, memancarkan tenaga dalam bentuk gelombang graviti. Gelombang ini mempunyai ciri bunyi (kicauan) yang boleh digunakan untuk mengukur jisim kedua-dua objek ini. Selepas itu, lubang hitam biasanya bergabung.

“Bayangkan dua buih sabun yang rapat sehingga membentuk satu buih. Gelembung yang lebih besar berubah bentuk, "kata Tybalt Damour, ahli teori graviti di Institut Pengajian Lanjutan. kajian saintifik berhampiran Paris. Lubang hitam muktamad akan menjadi sempurna bentuk sfera, tetapi mesti terlebih dahulu mengeluarkan gelombang graviti daripada jenis yang boleh diramal.

Salah satu akibat saintifik yang paling penting daripada penemuan penggabungan lubang hitam adalah pengesahan kewujudan lubang hitam - sekurang-kurangnya objek bulat sempurna yang terdiri daripada ruang masa yang tulen, kosong, melengkung, seperti yang diramalkan oleh relativiti am. Akibat lain ialah penggabungan itu berjalan seperti yang diramalkan saintis. Ahli astronomi mempunyai banyak bukti tidak langsung untuk fenomena ini, tetapi setakat ini ini adalah pemerhatian bintang dan gas panas lampau yang mengorbit lubang hitam, bukan lubang hitam itu sendiri.

“Komuniti saintifik, termasuk saya sendiri, tidak suka lubang hitam. Kami menganggapnya begitu sahaja, kata Frans Pretorius, pakar simulasi relativiti am di Princeton University di New Jersey. "Tetapi apabila anda berfikir tentang ramalan yang menakjubkan ini, kami memerlukan bukti yang benar-benar menakjubkan."

Adakah gelombang graviti bergerak pada kelajuan cahaya?

Apabila saintis mula membandingkan pemerhatian LIGO dengan teleskop lain, perkara pertama yang mereka periksa ialah sama ada isyarat tiba pada masa yang sama. Ahli fizik percaya bahawa graviti dihantar oleh zarah yang dipanggil graviton, analog graviti foton. Jika, seperti foton, zarah ini tidak mempunyai jisim, maka gelombang graviti akan bergerak pada kelajuan cahaya, sepadan dengan ramalan kelajuan gelombang graviti dalam relativiti klasik. (Kelajuan mereka mungkin dipengaruhi oleh pengembangan alam semesta yang semakin pantas, tetapi ini sepatutnya muncul pada jarak yang jauh melebihi jarak yang diliputi oleh LIGO.)

Walau bagaimanapun, agak mungkin bahawa graviti mempunyai jisim yang kecil, yang bermaksud bahawa gelombang graviti akan bergerak pada kelajuan kurang daripada cahaya. Jadi, sebagai contoh, jika LIGO dan Virgo mengesan gelombang graviti dan mengetahui bahawa gelombang tiba di Bumi lebih lewat daripada sinar gamma yang dikaitkan dengan peristiwa kosmik, ini boleh membawa akibat yang mengubah kehidupan untuk fizik asas.

Adakah ruang-masa terdiri daripada rentetan kosmik?

Penemuan yang lebih aneh boleh berlaku jika letupan gelombang graviti dikesan datang daripada "tali kosmik". Kecacatan hipotesis dalam kelengkungan ruang-masa ini, yang mungkin dikaitkan dengan teori rentetan atau tidak, harus sangat nipis, tetapi meregangkan jarak kosmik. Para saintis meramalkan bahawa rentetan kosmik, jika wujud, secara tidak sengaja boleh berkedut; jika rentetan berkerut, ia akan menyebabkan lonjakan graviti yang boleh diukur oleh pengesan seperti LIGO atau Virgo.

Bolehkah bintang neutron bergerigi?

Bintang neutron ialah saki-baki bintang besar yang runtuh di bawah beratnya sendiri dan menjadi sangat padat sehingga elektron dan proton mula bergabung menjadi neutron. Para saintis mempunyai sedikit pemahaman tentang fizik lubang neutron, tetapi gelombang graviti boleh memberitahu banyak tentang mereka. Sebagai contoh, graviti sengit pada permukaannya menyebabkan bintang neutron menjadi hampir sfera sempurna. Tetapi sesetengah saintis telah mencadangkan bahawa mereka mungkin juga mempunyai "gunung" - beberapa milimeter tinggi - yang menjadikan objek padat ini berdiameter 10 kilometer, tidak lebih, sedikit tidak simetri. Bintang neutron biasanya berputar dengan sangat pantas, jadi taburan jisim yang tidak simetri akan meledingkan ruang masa dan menghasilkan isyarat gelombang graviti yang berterusan dalam bentuk gelombang sinus, memperlahankan putaran bintang dan memancarkan tenaga.

Pasangan bintang neutron yang mengorbit antara satu sama lain juga menghasilkan isyarat yang berterusan. Seperti lubang hitam, bintang-bintang ini berputar dan akhirnya bergabung dengan bunyi ciri. Tetapi spesifiknya berbeza dengan spesifik bunyi lubang hitam.

Mengapa bintang meletup?

Lohong hitam dan bintang neutron terbentuk apabila bintang besar berhenti bersinar dan runtuh ke dalam diri mereka sendiri. Ahli astrofizik berpendapat proses ini mendasari semua jenis biasa letupan supernova Jenis II. Simulasi supernova sebegini belum lagi menunjukkan mengapa ia menyala, tetapi mendengar letupan gelombang graviti yang dipancarkan oleh supernova sebenar dianggap memberikan jawapannya. Bergantung pada rupa gelombang letupan, seberapa kuatnya, kekerapan ia berlaku, dan cara ia berkait dengan supernova yang dipantau oleh teleskop elektromagnet, data ini boleh membantu menolak sekumpulan model sedia ada.

Seberapa pantas alam semesta mengembang?

Pengembangan alam semesta bermakna objek jauh yang surut dari galaksi kita kelihatan lebih merah daripada yang sebenar, kerana cahaya yang dipancarkan diregangkan semasa mereka bergerak. Ahli kosmologi menganggarkan kadar pengembangan alam semesta dengan membandingkan anjakan merah galaksi dengan jaraknya dari kita. Tetapi jarak ini biasanya dianggarkan daripada kecerahan supernova Jenis Ia, dan teknik ini meninggalkan banyak ketidakpastian.

Jika beberapa pengesan gelombang graviti di seluruh dunia mengesan isyarat daripada penggabungan bintang neutron yang sama, bersama-sama mereka boleh menganggarkan kenyaringan isyarat dengan tepat, dan dengan itu jarak di mana penggabungan itu berlaku. Mereka juga akan dapat menganggarkan arah, dan dengan itu, mengenal pasti galaksi di mana peristiwa itu berlaku. Dengan membandingkan anjakan merah galaksi ini dengan jarak ke bintang yang bergabung, kadar pengembangan kosmik bebas boleh diperolehi, mungkin lebih tepat daripada yang dibenarkan oleh kaedah semasa.

sumber

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

http://cont.ws/post/199519

Di sini kami entah bagaimana mengetahui, tetapi apa itu dan. Lihat bagaimana rupanya Artikel asal ada di laman web InfoGlaz.rf Pautan ke artikel dari mana salinan ini dibuat -, USA
© REUTERS, Edaran

Gelombang graviti akhirnya ditemui

Sains Popular

Ayunan dalam ruang-masa ditemui satu abad selepas ia diramalkan oleh Einstein. Era baru dalam astronomi bermula.

Para saintis telah dapat mengesan turun naik dalam ruang-masa yang disebabkan oleh penggabungan lubang hitam. Ini berlaku seratus tahun selepas Albert Einstein meramalkan "gelombang graviti" ini dalam teori relativiti amnya, dan seratus tahun selepas ahli fizik mula mencarinya.

Penemuan mercu tanda itu dilaporkan hari ini oleh penyelidik di Balai Cerap Gelombang Gravitasional Interferometrik Laser LIGO. Mereka mengesahkan khabar angin yang telah mengelilingi analisis set pertama data yang mereka kumpulkan selama beberapa bulan. Ahli astrofizik berkata penemuan gelombang graviti menyediakan cara baharu untuk melihat alam semesta dan memungkinkan untuk mengenali peristiwa jauh yang tidak dapat dilihat dalam teleskop optik, tetapi anda boleh merasakan dan juga mendengar gegarannya yang lemah sampai ke angkasa.

“Kami telah mengesan gelombang graviti. Kita berjaya!" David Reitze, pengarah eksekutif pasukan penyelidikan 1,000 ahli, mengumumkan pada sidang akhbar di Washington DC di Yayasan Sains Kebangsaan hari ini.

Gelombang graviti mungkin fenomena yang paling sukar difahami dalam ramalan Einstein, saintis membincangkan topik ini dengan rakan seangkatannya selama beberapa dekad. Menurut teorinya, ruang dan masa membentuk bahan regangan yang melengkung di bawah pengaruh objek berat. Untuk merasakan graviti bermakna jatuh ke dalam selekoh perkara ini. Tetapi adakah ruang masa ini boleh bergetar seperti kulit gendang? Einstein keliru, dia tidak tahu apa maksud persamaannya. Dan berulang kali mengubah pandangannya. Tetapi walaupun penyokong paling teguh teorinya percaya bahawa gelombang graviti terlalu lemah untuk diperhatikan. Mereka mengalir keluar selepas bencana tertentu, dan meregang dan memampatkan ruang-masa secara bergantian semasa ia bergerak. Tetapi apabila gelombang ini sampai ke Bumi, ia meregang dan memampatkan setiap kilometer ruang dengan pecahan kecil diameter nukleus atom.

© REUTERS, pengesan balai cerap LIGO Hangout di Hanford, Washington

Untuk mengesan gelombang ini, ia memerlukan kesabaran dan berhati-hati. Balai cerap LIGO melepaskan pancaran laser ke sana ke mari sepanjang empat kilometer, lutut sudut kanan dua pengesan, satu di Hanford, Washington, dan satu lagi di Livingston, Louisiana. Ini dilakukan untuk mencari padanan pengembangan dan pengecutan sistem ini semasa laluan gelombang graviti. Menggunakan penstabil terkini, instrumen vakum dan beribu-ribu penderia, saintis mengukur perubahan dalam panjang sistem ini, sekecil seperseribu saiz proton. Sensitiviti instrumen sedemikian tidak dapat difikirkan seratus tahun yang lalu. Ia kelihatan luar biasa pada tahun 1968, apabila Rainer Weiss dari Massachusetts Institute of Technology mencipta eksperimen yang dipanggil LIGO.

“Ia adalah satu keajaiban besar bahawa akhirnya mereka berjaya. Mereka dapat menangkap getaran kecil itu!” kata ahli fizik teori Universiti Arkansas, Daniel Kennefick, yang menulis buku 2007 Traveling at the Speed ​​​​of Thought: Einstein and the Quest for Gravitational Waves.

Penemuan ini menandakan permulaan era baru dalam astronomi gelombang graviti. Diharapkan kita akan mempunyai idea yang lebih tepat tentang pembentukan, komposisi dan peranan galaksi lubang hitam - bola jisim superpadat yang meledingkan ruang-masa dengan begitu mendadak sehingga cahaya pun tidak dapat melarikan diri daripadanya. Apabila lubang hitam menghampiri satu sama lain dan bergabung, ia menghasilkan isyarat impuls - turun naik ruang-masa yang meningkat dalam amplitud dan ton, dan kemudian berakhir secara tiba-tiba. Isyarat yang boleh dikesan oleh balai cerap berada dalam julat audio - namun, ia terlalu lemah untuk didengari oleh telinga kasar. Anda boleh mencipta semula bunyi ini dengan menggerakkan jari anda ke atas kekunci piano. "Mulakan pada nota terendah dan naik ke oktaf ketiga," kata Weiss. "Itu yang kita dengar."

Ahli fizik sudah terkejut dengan bilangan dan kekuatan isyarat yang direkodkan masa ini. Ini bermakna terdapat lebih banyak lubang hitam di dunia daripada yang disangkakan sebelum ini. "Kami bernasib baik, tetapi saya sentiasa mengira nasib seperti ini," kata ahli astrofizik Caltech, Kip Thorne, yang mencipta LIGO bersama Weiss dan Ronald Drever, juga dari Caltech. "Ia biasanya berlaku apabila tetingkap baharu terbuka di alam semesta."

Dengan mendengar gelombang graviti, kita boleh membentuk idea yang sama sekali berbeza tentang ruang, dan mungkin menemui fenomena kosmik yang tidak dapat dibayangkan.

"Saya boleh membandingkannya dengan kali pertama kami menghalakan teleskop ke langit," kata ahli astrofizik teori Janna Levin dari Kolej Barnard Universiti Columbia. "Orang ramai memahami bahawa ada sesuatu di luar sana, dan anda boleh melihatnya, tetapi mereka tidak dapat meramalkan pelbagai kemungkinan yang luar biasa yang wujud di alam semesta." Begitu juga, Levin menyatakan, penemuan gelombang graviti boleh menunjukkan bahawa alam semesta "penuh dengan jirim gelap yang kita tidak boleh hanya mengesan dengan teleskop."

Kisah penemuan gelombang graviti pertama bermula pada pagi Isnin pada bulan September, dan ia bermula dengan kapas. Isyarat itu sangat jelas dan kuat sehingga Weiss berfikir: "Tidak, ini karut, tiada apa yang akan berlaku."

Keamatan emosi

Gelombang graviti pertama ini menyapu pengesan LIGO yang dinaik taraf—pertama di Livingston dan tujuh milisaat kemudian di Hanford—semasa simulasi dijalankan pada awal pagi 14 September, dua hari sebelum permulaan pengumpulan data secara rasmi.

Pengesan itu "berjalan masuk" selepas pemodenan, yang berlangsung selama lima tahun dan menelan belanja 200 juta dolar. Mereka dilengkapi dengan penggantungan cermin baharu untuk pengurangan hingar dan aktif maklum balas untuk menyekat getaran luar dalam masa nyata. Naik taraf itu memberikan balai cerap yang dinaik taraf tahap sensitiviti yang lebih tinggi daripada LIGO lama, yang menemui "sifar mutlak dan tulen" antara 2002 dan 2010, seperti yang Weiss katakan.

Apabila isyarat kuat datang pada bulan September, saintis di Eropah, di mana pada waktu itu pagi, mula tergesa-gesa mengebom rakan-rakan Amerika mereka dengan mesej pada e-mel. Apabila seluruh kumpulan itu bangun, berita itu tersebar dengan cepat. Hampir semua orang ragu-ragu, kata Weiss, terutamanya apabila mereka melihat isyarat itu. Ia adalah klasik buku teks sebenar, dan oleh itu sesetengah orang menganggap ia palsu.

Dakwaan palsu dalam pencarian gelombang graviti telah dibuat berkali-kali sejak akhir 1960-an, apabila Joseph Weber dari University of Maryland menyangka dia telah mengesan ayunan resonan dalam silinder aluminium dengan sensor sebagai tindak balas kepada gelombang. Pada tahun 2014, satu eksperimen yang dipanggil BICEP2 telah berlaku, yang mengakibatkan pengumuman penemuan gelombang graviti primordial - turun naik ruang-masa daripada Big Bang, yang kini telah meregang dan membeku secara kekal dalam geometri alam semesta. Para saintis dari kumpulan BICEP2 mengumumkan penemuan mereka dengan gembira, tetapi kemudian keputusan mereka disahkan secara bebas, di mana ternyata ia salah, dan isyarat ini datang dari habuk kosmik.

Apabila ahli kosmologi Universiti Negeri Arizona Lawrence Krauss mendengar tentang penemuan pasukan LIGO, dia pada mulanya menyangka ia adalah "penipuan buta". Semasa operasi balai cerap lama, isyarat simulasi secara diam-diam dimasukkan ke dalam aliran data untuk menguji tindak balas, dan kebanyakan daripada Pasukan itu tidak tahu mengenainya. Apabila Krauss mengetahui daripada sumber yang berpengetahuan bahawa kali ini ia bukan "pemadat buta", dia hampir tidak dapat menahan kegembiraannya.

Pada 25 September, dia menulis tweet kepada 200,000 pengikutnya: “Khabar angin tentang pengesanan gelombang graviti di pengesan LIGO. Hebat jika benar. Saya akan memberitahu anda butiran jika ia tidak palsu. Ini diikuti dengan entri dari 11 Januari: “Dulu khabar angin mengenai LIGO disahkan oleh sumber bebas. Ikuti berita. Mungkin gelombang graviti telah ditemui!”

Kedudukan rasmi saintis adalah ini: jangan bercakap tentang isyarat yang diterima sehingga ada kepastian seratus peratus. Thorne, tangan dan kaki terikat oleh kewajipan untuk merahsiakan ini, tidak berkata apa-apa kepada isterinya. "Saya meraikan seorang diri," katanya. Sebagai permulaan, saintis memutuskan untuk kembali ke permulaan dan menganalisis segala-galanya kepada perincian terkecil untuk mengetahui bagaimana isyarat itu disebarkan melalui beribu-ribu saluran pengukuran pelbagai pengesan, dan untuk memahami sama ada terdapat sesuatu yang aneh pada masa itu. isyarat itu dikesan. Mereka tidak menemui apa-apa yang luar biasa. Mereka juga menolak penggodam, yang sepatutnya lebih mengetahui tentang beribu-ribu aliran data semasa percubaan. "Walaupun pasukan itu membuat balingan buta, mereka tidak cukup sempurna dan meninggalkan banyak kesan di belakang mereka," kata Thorn. "Tetapi tiada kesan."

Dalam minggu-minggu berikutnya, mereka mendengar isyarat lain yang lebih lemah.

Para saintis menganalisis dua isyarat pertama, dan mereka menerima lebih banyak isyarat baharu. Pada bulan Januari, mereka membentangkan penyelidikan mereka dalam jurnal Physical Review Letters. Isu ini sedang dalam talian hari ini. Menurut anggaran mereka, kepentingan statistik isyarat pertama yang paling berkuasa melebihi "5-sigma", yang bermaksud bahawa para penyelidik 99.9999% pasti akan kesahihannya.

mendengar graviti

Persamaan relativiti am Einstein adalah sangat kompleks sehingga kebanyakan ahli fizik mengambil masa 40 tahun untuk bersetuju bahawa ya, gelombang graviti wujud dan boleh dikesan—walaupun secara teori.

Pada mulanya, Einstein berpendapat bahawa objek tidak dapat melepaskan tenaga dalam bentuk sinaran graviti, tetapi kemudian dia mengubah fikirannya. Dalam karya sejarahnya, yang ditulis pada tahun 1918, dia menunjukkan jenis objek yang boleh melakukan ini: sistem berbentuk dumbbell yang berputar serentak di sekitar dua paksi, seperti bintang binari dan supernova yang meletup seperti mercun. Mereka boleh menjana gelombang dalam ruang-masa.

© REUTERS, Edaran Model komputer yang menggambarkan sifat gelombang graviti dalam sistem suria

Tetapi Einstein dan rakan-rakannya terus goyah. Sesetengah ahli fizik berpendapat bahawa walaupun gelombang wujud, dunia akan berayun dengannya, dan mustahil untuk merasakannya. Ia tidak sehingga tahun 1957 bahawa Richard Feynman menutup soalan dengan menunjukkan dalam eksperimen pemikiran bahawa jika gelombang graviti wujud, ia secara teorinya boleh dikesan. Tetapi tiada siapa yang tahu betapa biasa sistem berbentuk dumbbell ini berada di angkasa lepas, dan betapa kuat atau lemahnya gelombang yang terhasil. "Akhirnya, persoalannya ialah: adakah kita akan menemui mereka?" Kennefick berkata.

Pada tahun 1968, Rainer Weiss adalah seorang profesor muda di MIT dan telah ditugaskan untuk mengajar kursus dalam relativiti am. Sebagai seorang penguji, dia tahu sedikit tentangnya, tetapi tiba-tiba terdapat berita tentang penemuan gelombang graviti Weber. Weber membina tiga pengesan resonans bersaiz meja daripada aluminium dan meletakkannya di pelbagai negeri Amerika. Sekarang dia berkata bahawa ketiga-tiga pengesan merekodkan "bunyi gelombang graviti."

Pelajar Weiss diminta menerangkan sifat gelombang graviti dan menyatakan pendapat mereka tentang mesej tersebut. Mempelajari butirannya, dia terkejut dengan kerumitan pengiraan matematik. “Saya tidak dapat mengetahui apa yang Weber lakukan, bagaimana penderia berinteraksi dengan gelombang graviti. Saya duduk lama dan bertanya kepada diri sendiri: "Apakah perkara paling primitif yang saya boleh fikirkan yang mengesan gelombang graviti?" Dan kemudian idea muncul di fikiran saya, yang saya panggil asas konsep LIGO.

Bayangkan tiga objek dalam ruang-masa, katakan cermin di bucu segitiga. "Hantar isyarat cahaya dari satu ke yang lain," kata Weber. "Lihat berapa lama masa yang diperlukan untuk pergi dari satu jisim ke jisim yang lain, dan lihat jika masa telah berubah." Ternyata, saintis menyatakan, ini boleh dilakukan dengan cepat. “Saya mengamanahkan ini kepada pelajar saya sebagai tugasan saintifik. Secara harfiah seluruh kumpulan dapat membuat pengiraan ini.”

Pada tahun-tahun berikutnya, apabila penyelidik lain cuba meniru keputusan percubaan pengesan resonan Weber tetapi terus gagal (tidak jelas apa yang dia perhatikan, tetapi ia bukan gelombang graviti), Weiss mula menyediakan eksperimen yang lebih tepat dan bercita-cita tinggi. : interferometer gelombang graviti. Pancaran laser dipantulkan daripada tiga cermin yang dipasang dalam bentuk huruf "L" dan membentuk dua pancaran. Selang puncak dan penurunan gelombang cahaya dengan tepat menunjukkan panjang selekoh huruf "G", yang mencipta paksi x dan y ruang-masa. Apabila skala pegun, dua gelombang cahaya melantun dari sudut dan membatalkan satu sama lain. Isyarat dalam pengesan adalah sifar. Tetapi jika gelombang graviti melalui Bumi, ia meregangkan panjang satu lengan huruf "G" dan memampatkan panjang yang lain (dan sebaliknya secara bergantian). Ketidakpadanan kedua-dua pancaran cahaya menghasilkan isyarat dalam pengesan, menunjukkan sedikit turun naik dalam ruang-masa.

Pada mulanya, ahli fizik yang lain ragu-ragu, tetapi eksperimen itu tidak lama kemudian mendapat sokongan di Thorne, yang kumpulan ahli teori Caltechnya sedang menyiasat lubang hitam dan sumber potensi gelombang graviti lain, serta isyarat yang dihasilkannya. Thorne telah diilhamkan oleh eksperimen Weber dan usaha serupa oleh saintis Rusia. Selepas bercakap pada persidangan dengan Weiss pada tahun 1975, "Saya mula percaya bahawa pengesanan gelombang graviti akan berjaya," kata Thorne. "Dan saya mahu Caltech juga menjadi sebahagian daripadanya." Dia mengatur dengan institut untuk mengupah penguji Scotland Ronald Driver, yang juga mendakwa membina interferometer gelombang graviti. Lama kelamaan, Thorne, Pemandu, dan Weiss mula bekerja sebagai satu pasukan, masing-masing menyelesaikan bahagian mereka dalam banyak masalah sebagai persediaan untuk percubaan praktikal. Ketiga-tiga mereka membentuk LIGO pada tahun 1984, dan apabila prototaip dibina dan kerjasama bermula sebagai sebahagian daripada pasukan yang sentiasa berkembang, mereka menerima pembiayaan $100 juta daripada Yayasan Sains Kebangsaan pada awal 1990-an. Lukisan telah disediakan untuk pembinaan sepasang pengesan berbentuk L gergasi. Sedekad kemudian, pengesan mula berfungsi.

Di Hunford dan Livingston, di tengah-tengah setiap lutut empat kilometer pengesan, terdapat vakum, berkat laser, pancaran dan cerminnya diasingkan secara maksimum daripada ayunan berterusan planet ini. Untuk berada di bahagian yang selamat, saintis LIGO memantau pengesan mereka semasa mereka beroperasi dengan beribu-ribu instrumen, mengukur segala yang mereka boleh: aktiviti seismik, tekanan barometrik, kilat, sinar kosmik, getaran peralatan, bunyi di sekeliling pancaran laser dan sebagainya. Mereka kemudiannya menapis data mereka untuk bunyi latar belakang luar ini. Mungkin perkara utama ialah mereka mempunyai dua pengesan, dan ini membolehkan anda membandingkan data yang diterima, memeriksanya untuk kehadiran isyarat yang sepadan.

Konteks

Gelombang graviti: menyelesaikan apa yang Einstein mulakan di Bern

SwissInfo 13.02.2016

Bagaimana lubang hitam mati

Sederhana 19/10/2014
Di dalam vakum yang dicipta, walaupun dengan laser dan cermin diasingkan sepenuhnya dan stabil, "perkara pelik berlaku sepanjang masa," kata Marco Cavaglià, timbalan jurucakap projek LIGO. Para saintis mesti menjejaki "ikan emas", "hantu", "raksasa laut pelik" dan fenomena getaran luar yang lain, mencari sumbernya untuk menghapuskannya. satu kes keras berlaku semasa fasa pengesahan, kata penyelidik LIGO Jessica McIver, yang mengkaji isyarat dan gangguan luar seperti itu. Satu siri bunyi frekuensi tunggal berkala sering muncul di antara data. Apabila dia dan rakan sekerjanya menukarkan getaran cermin kepada fail audio, "deringan telefon menjadi jelas kedengaran," kata McIver. "Ternyata pengiklan komunikasi yang membuat panggilan telefon di dalam bilik laser."

Dalam dua tahun akan datang, saintis akan terus meningkatkan sensitiviti pengesan Balai Cerap Gelombang Gravitasional Interferometrik Laser LIGO yang dinaik taraf. Dan di Itali, interferometer ketiga yang dipanggil Advanced Virgo akan mula beroperasi. Satu jawapan yang akan membantu penemuan adalah bagaimana lubang hitam terbentuk. Adakah ia hasil daripada keruntuhan bintang besar terawal, atau adakah ia hasil daripada perlanggaran dalam gugusan bintang yang padat? "Ini hanya dua tekaan, saya percaya akan ada lagi apabila keadaan menjadi tenang," kata Weiss. Apabila LIGO mula mengumpul statistik baharu dalam proses kerjanya yang akan datang, saintis akan mula mendengar cerita tentang asal usul lubang hitam yang dibisikkan kepada mereka oleh angkasa.

Berdasarkan bentuk dan saiz, isyarat nadi yang pertama dan paling kuat berlaku 1.3 bilion tahun cahaya dari tempat di mana, selepas keabadian tarian perlahan di bawah pengaruh tarikan graviti bersama, dua lubang hitam, setiap satu kira-kira 30 kali jisim matahari, akhirnya bergabung. Lubang hitam itu berputar semakin laju, seperti pusaran air, semakin menghampiri. Kemudian berlaku penggabungan, dan dalam sekelip mata mereka melepaskan gelombang graviti dengan tenaga yang setanding dengan tenaga tiga Matahari. Penggabungan ini merupakan fenomena tenaga paling berkuasa yang pernah direkodkan.

"Ia seperti kita tidak pernah melihat lautan dalam ribut," kata Thorn. Dia telah menunggu ribut ini dalam ruang-masa sejak tahun 1960-an. Perasaan yang dialami Thorn ketika ombak ini bergolek tidak boleh dipanggil keseronokan, katanya. Ia adalah sesuatu yang lain: perasaan kepuasan yang mendalam.

Bahan InoSMI hanya mengandungi penilaian media asing dan tidak menggambarkan kedudukan editor InoSMI.