Gravitatsion to'lqinlar. Eynshteyn haq edi: tortishish to'lqinlari mavjud. Ikki tanali tizim tomonidan chiqarilgan tortishish to'lqinlari

    Lekin meni ko'proq tortishish to'lqinlari yordamida qanday kutilmagan narsalarni ochish mumkinligi qiziqtiradi. Har safar odamlar koinotni yangicha kuzatganlarida, biz koinot haqidagi tushunchamizni tubdan o'zgartirgan ko'plab kutilmagan narsalarni kashf etdik. Men bularni topmoqchiman tortishish to'lqinlari va biz ilgari hech qanday tasavvurga ega bo'lmagan narsani kashf eting.

    Bu bizga haqiqiy warp diskini yaratishga yordam beradimi?

    Gravitatsion to'lqinlar materiya bilan zaif o'zaro ta'sir qilganligi sababli, ularni bu materiyani harakatlantirish uchun ishlatish qiyin. Agar imkoningiz bo'lsa ham, tortishish to'lqini faqat yorug'lik tezligida tarqaladi. Ular warp drive uchun mos emas. Bu zo'r bo'lardi.

    Gravitatsiyaga qarshi qurilmalar haqida nima deyish mumkin?

    Gravitatsiyaga qarshi qurilma yaratish uchun biz tortishish kuchini itarish kuchiga aylantirishimiz kerak. Va tortishish to'lqini tortishishdagi o'zgarishlarni targ'ib qilsa-da, o'zgarish hech qachon itaruvchi (yoki salbiy) bo'lmaydi.

    Gravitatsiya har doim o'ziga jalb qiladi, chunki salbiy massa mavjud emas. Axir, musbat va manfiy zaryad, shimoliy va janubiy magnit qutb bor, lekin faqat ijobiy massa. Nega? Agar manfiy massa mavjud bo'lsa, materiya to'pi pastga emas, balki yuqoriga tushadi. U Yerning musbat massasi tomonidan qaytariladi.

    Bu vaqtni sayohat qilish va teleportatsiya qilish qobiliyati uchun nimani anglatadi? Topa olamizmi amaliy foydalanish bu hodisa, bizning koinotimizni o'rganishdan tashqari?

    Hozir Eng yaxshi yo'l vaqt sayohati (va faqat kelajakka) yaqin yorug'lik tezligida sayohat qilish (Umumiy nisbiylikdagi egizak paradoksni eslang) yoki tortishish kuchaygan hududga borishni anglatadi (bu turdagi vaqt sayohati Interstellar'da namoyish etilgan). Gravitatsion to'lqin tortishish kuchidagi o'zgarishlarni targ'ib qilganligi sababli, u vaqt tezligida juda kichik tebranishlarni keltirib chiqaradi, ammo tortishish to'lqinlari tabiatan zaif bo'lgani uchun, vaqt tebranishlari ham shunday. Va men buni vaqt sayohatiga (yoki teleportatsiyaga) qo'llash mumkin deb o'ylamayman, lekin hech qachon hech qachon demang (menimcha, bu sizning nafasingizni olib tashladi).

    Biz Eynshteynni tasdiqlashni to'xtatib, yana g'alati narsalarni qidira boshlagan kun keladimi?

    Albatta! Gravitatsiya kuchlarning eng zaifi bo'lgani uchun u bilan tajriba qilish ham qiyin. Hozirgacha olimlar har safar umumiy nisbiylikni sinab ko'rganlarida, ular aniq bashorat qilingan natijalarni olishdi. Hatto gravitatsion to‘lqinlarning kashf etilishi ham Eynshteyn nazariyasini yana bir bor tasdiqladi. Ammo men ishonamanki, biz nazariyaning eng kichik tafsilotlarini (balki tortishish to'lqinlari bilan, balki boshqa narsa bilan) sinab ko'rishni boshlaganimizda, biz "kulgili" narsalarni topamiz, masalan, eksperimental natija bashoratga to'liq mos kelmaydi. Bu GTR noto'g'ri ekanligini anglatmaydi, faqat uning tafsilotlarini aniqlashtirish zarurati.

    Har safar tabiat haqidagi bitta savolga javob berganimizda, yangilari paydo bo'ladi. Oxir-oqibat, bizda umumiy nisbiylik nazariyasi beradigan javoblardan ko'ra sovuqroq savollar paydo bo'ladi.

    Ushbu kashfiyot birlashgan maydon nazariyasiga qanday ta'sir qilishi mumkinligini tushuntirib bera olasizmi? Biz buni tasdiqlashga yoki rad etishga yaqinroqmi?

    Endi bizning kashfiyotimiz natijalari asosan umumiy nisbiylikni sinab ko'rish va tasdiqlashga bag'ishlangan. Yagona maydon nazariyasi juda kichik (kvant mexanikasi) va juda katta (umumiy nisbiylik) fizikasini tushuntiruvchi nazariyani yaratishga intiladi. Endi bu ikki nazariyani biz yashayotgan dunyo ko'lamini tushuntirish uchun umumlashtirish mumkin, lekin bundan ortiq emas. Bizning kashfiyotimiz juda katta fizikaga qaratilganligi sababli, o'z-o'zidan bu bizni yagona nazariya sari olg'a siljitish uchun ozgina yordam beradi. Lekin bu savol emas. Gravitatsion to'lqinlar fizikasi sohasi endigina paydo bo'ldi. Ko'proq ma'lumotga ega bo'lsak, biz natijalarimizni yagona nazariya sohasiga kengaytiramiz. Lekin yugurishdan oldin yurish kerak.

    Endi biz tortishish to'lqinlarini tinglayapmiz, olimlar g'ishtni tom ma'noda puflash uchun nimani eshitishlari kerak? 1) G'ayritabiiy naqshlar/tuzilmalar? 2) Biz bo'sh deb o'ylagan hududlardan tortishish to'lqinlarining manbalari? 3) Rik Astli - Sizdan hech qachon taslim bo'lmaymanmi?

    Men sizning savolingizni o'qiganimda, men darhol "Contact" dagi radio teleskop naqshlarni tanlagan sahnani esladim. tub sonlar. Buni tabiatda topish dargumon (biz bilganimizcha). Shunday qilib, sizning variantingiz g'ayritabiiy naqsh yoki tuzilishga ega bo'lishi mumkin.

    Kosmosning ma'lum bir hududida bo'shliq borligiga hech qachon ishonch hosil qila olmaymiz deb o'ylayman. Oxir-oqibat, biz kashf etgan qora tuynuk tizimi izolyatsiya qilingan va mintaqadan yorug'lik kelmasdi, lekin biz u erda hali ham tortishish to'lqinlarini aniqladik.

    Musiqa haqida... Men gravitatsion to‘lqin signallarini biz doimo fonda o‘lchaydigan statik shovqindan ajratishga ixtisoslashganman. muhit. Agar men gravitatsion to‘lqinda musiqa topsam, ayniqsa, avval eshitgan musiqam, bu yolg‘on bo‘lardi. Ammo Yer yuzida hech qachon eshitilmagan musiqa ... Bu "Kontakt" dan oddiy holatlarga o'xshaydi.

    Tajriba ikki ob'ekt orasidagi masofani o'zgartirish orqali to'lqinlarni aniqlaganligi sababli, bir yo'nalishning amplitudasi ikkinchisidan kattaroqmi? Aks holda, o‘qilayotgan ma’lumotlar Koinot hajmi o‘zgarib borayotganini anglatmaydimi? Va agar shunday bo'lsa, bu kengayishni yoki kutilmagan narsalarni tasdiqlaydimi?

    Bu savolga javob berishdan oldin biz koinotning turli yo'nalishlaridan kelayotgan ko'plab tortishish to'lqinlarini ko'rishimiz kerak. Astronomiyada bu populyatsiya modelini yaratadi. Qancha turdagi narsalar mavjud? Bu asosiy savol. Agar biz juda ko'p kuzatuvlarga ega bo'lsak va kutilmagan naqshlarni ko'ra boshlasak, masalan, ma'lum turdagi tortishish to'lqinlari koinotning ma'lum bir qismidan kelib chiqadi va boshqa hech qanday joy yo'q, bu juda qiziqarli natija bo'ladi. Ba'zi naqshlar kengayishni (biz juda ishonamiz) yoki biz hali bilmagan boshqa hodisalarni tasdiqlashi mumkin. Ammo birinchi navbatda biz ko'proq tortishish to'lqinlarini ko'rishimiz kerak.

    Olimlar o'zlari o'lchagan to'lqinlar ikkita supermassiv qora tuynuklarga tegishli ekanligini qanday aniqlaganlari men uchun mutlaqo tushunarsiz. Bunday aniqlik bilan to'lqinlarning manbasini qanday aniqlash mumkin?

    Ma'lumotlarni tahlil qilish usullari bizning ma'lumotlarimiz bilan solishtirish uchun bashorat qilingan tortishish to'lqinlari signallari katalogidan foydalanadi. Agar ushbu bashorat yoki naqshlardan biri bilan kuchli bog'liqlik mavjud bo'lsa, biz nafaqat uning tortishish to'lqini ekanligini, balki uni qanday tizim yaratganini ham bilamiz.

    Gravitatsion to'lqin qanday paydo bo'lishidan qat'i nazar, qora tuynuklarning birlashishi, aylanayotgan yulduzlar yoki yulduzlarning o'lishi, to'lqinlarning barchasi har xil shaklga ega. Gravitatsion to'lqinni aniqlaganimizda, ularning sababini aniqlash uchun umumiy nisbiylik nazariyasi tomonidan bashorat qilinganidek, biz ushbu shakllardan foydalanamiz.

    Bu to'lqinlar boshqa hodisa emas, balki ikkita qora tuynukning to'qnashuvi natijasida paydo bo'lganligini qayerdan bilamiz? Bunday hodisa qayerda yoki qachon sodir bo'lganligini har qanday aniqlik bilan bashorat qilish mumkinmi?

    Qaysi tizim gravitatsiyaviy to'lqinni yaratganini bilganimizdan so'ng, biz tortishish to'lqini paydo bo'lgan joyga qanchalik yaqin ekanligini taxmin qilishimiz mumkin. Uning Yerga yetib borishi bilan kuchini o‘lchab, o‘lchovlarimizni manbaning bashorat qilingan kuchi bilan solishtirib, manba qanchalik uzoqda ekanligini hisoblashimiz mumkin. Gravitatsion to'lqinlar yorug'lik tezligida harakat qilganligi sababli, biz tortishish to'lqinlarining Yerga qancha vaqt ketishini ham hisoblashimiz mumkin.

    Biz kashf etgan qora tuynuk tizimida biz proton diametrining 1/1000 qismiga LIGO qo'llarining uzunligidagi maksimal o'zgarishni o'lchadik. Bu tizim bizdan 1,3 milliard yorug'lik yili uzoqlikda joylashgan. Sentyabr oyida kashf etilgan va yaqinda e'lon qilingan tortishish to'lqini biz tomon 1,3 milliard yil davomida harakat qilmoqda. Bu Yerda hayvonlar hayoti paydo bo'lishidan oldin, lekin ko'p hujayrali organizmlar paydo bo'lgandan keyin sodir bo'lgan.

    E'lon qilingan paytda, boshqa detektorlar uzoqroq davrlarga ega bo'lgan to'lqinlarni qidirishi aytilgan - ularning ba'zilari hatto kosmik. Ushbu yirik detektorlar haqida nima deya olasiz?

    Haqiqatan ham kosmik detektor ishlab chiqilmoqda. U LISA (Laser Interferometer Space Antenna) deb ataladi. U kosmosda bo'lganligi sababli, Yerning tabiiy tebranishlari tufayli yerga asoslangan detektorlardan farqli o'laroq, past chastotali tortishish to'lqinlariga juda sezgir bo'ladi. Bu qiyin bo'ladi, chunki sun'iy yo'ldoshlar Yerdan odamlarga qaraganda uzoqroqqa joylashtirilishi kerak. Agar biror narsa noto'g'ri bo'lsa, biz kosmonavtlarni ta'mirlashga yubora olmaymiz. Kerakli texnologiyalarni tekshirish uchun, . Hozirgacha u barcha vazifalarini bajardi, ammo missiya hali tugamaydi.

    Gravitatsion to'lqinlarni tovush to'lqinlariga aylantirish mumkinmi? Va agar shunday bo'lsa, ular qanday ko'rinishga ega bo'ladi?

    mumkin. Albatta, siz shunchaki tortishish to'lqinini eshitmaysiz. Ammo agar siz signalni qabul qilsangiz va uni karnaylardan o'tkazsangiz, uni eshitishingiz mumkin.

    Ushbu ma'lumot bilan nima qilishimiz kerak? Katta massaga ega bo'lgan boshqa astronomik ob'ektlar bu to'lqinlarni chiqaradimi? To'lqinlar sayyoralarni yoki oddiy qora tuynuklarni topish uchun ishlatilishi mumkinmi?

    Gravitatsion qiymatlarni qidirganda, bu faqat massa emas. Shuningdek, ob'ektga xos bo'lgan tezlashtirish. Biz kashf etgan qora tuynuklar birlashganda bir-birining atrofida yorug'lik tezligidan 60% tezlikda aylanardi. Shuning uchun biz ularni birlashish jarayonida aniqlay oldik. Ammo endi ulardan boshqa tortishish to'lqinlari yo'q, chunki ular bitta faol bo'lmagan massaga birlashgan.

    Shunday qilib, juda ko'p massaga ega va juda tez harakatlanadigan har qanday narsa aniqlanishi mumkin bo'lgan tortishish to'lqinlarini hosil qiladi.

    Ekzosayyoralarning aniqlanishi mumkin bo'lgan tortishish to'lqinlarini hosil qilish uchun etarli massa yoki tezlashuvga ega bo'lishi dargumon. (Men ularni umuman yaratmasliklarini aytmayapman, faqat ular etarlicha kuchli yoki boshqa chastotada bo'lmaydilar). Ekzosayyora kerakli to'lqinlarni hosil qilish uchun etarlicha katta bo'lsa ham, tezlashuv uni parchalab tashlaydi. Shuni unutmangki, eng katta sayyoralar gaz gigantlaridir.

    Suvdagi to'lqinlarning o'xshashligi qanchalik to'g'ri? Biz bu to'lqinlarga mina olamizmi? Ma'lum bo'lgan "quduqlar" kabi tortishish "cho'qqilari" mavjudmi?

    Gravitatsion to'lqinlar materiya bo'ylab harakatlanishi mumkinligi sababli, ularni minish yoki ularni harakatga keltirish uchun hech qanday yo'l yo'q. Shunday qilib, hech qanday tortishish to'lqini sörfing.

    "Chuqurlar" va "quduqlar" ajoyib. Gravitatsiya har doim o'ziga tortadi, chunki salbiy massa yo'q. Sababini bilmaymiz, lekin u hech qachon laboratoriyada ham, koinotda ham kuzatilmagan. Shuning uchun tortishish odatda "quduq" sifatida ifodalanadi. Ushbu "quduq" bo'ylab harakatlanadigan massa chuqurroq tushadi; Attraktsion shunday ishlaydi. Agar sizda salbiy massa bo'lsa, unda siz itarish va u bilan birga "cho'qqi" ga erishasiz. "Tepalikda" harakatlanadigan massa undan egilib ketadi. Shunday qilib, "quduqlar" mavjud, ammo "cho'qqilar" yo'q.

    To'lqinning kuchi manbadan bosib o'tgan masofa bilan kamayishi haqida gapiradigan bo'lsak, suv o'xshashligi yaxshi. Suv to'lqini kichikroq va kichikroq bo'ladi va tortishish to'lqini zaif va zaifroq bo'ladi.

    Ushbu kashfiyot Katta portlashning inflyatsiya davrini tavsiflashimizga qanday ta'sir qiladi?

    Yoniq bu daqiqa bu kashfiyot hozirgacha inflyatsiyaga deyarli ta'sir ko'rsatmagan. Bunday bayonotlar qilish uchun Katta portlashning relikt tortishish to'lqinlarini kuzatish kerak. BICEP2 loyihasi bu tortishish to'lqinlarini bilvosita kuzatgan deb o'ylagan, ammo buning uchun kosmik chang aybdor ekanligi ma'lum bo'ldi. Agar u to'g'ri ma'lumotga ega bo'lsa, u Katta portlashdan ko'p o'tmay qisqa muddatli inflyatsiya mavjudligini ham tasdiqlaydi.

    LIGO bu tortishish to‘lqinlarini to‘g‘ridan-to‘g‘ri ko‘rish imkoniyatiga ega bo‘ladi (bu biz aniqlamoqchi bo‘lgan gravitatsion to‘lqinlarning eng zaif turi ham bo‘ladi). Agar biz ularni ko'rsak, biz koinotning o'tmishiga ilgari qaramaganimizdek chuqur nazar tashlashimiz va olingan ma'lumotlar asosida inflyatsiyani baholashimiz mumkin.

Gravitatsion to'lqinlarning birinchi to'g'ridan-to'g'ri aniqlanishi 2016 yil 11 fevralda dunyoga ma'lum bo'ldi va butun dunyo bo'ylab sarlavhalarni yaratdi. Ushbu kashfiyot uchun fiziklar 2017 yilda Nobel mukofotini olishdi va rasman gravitatsiyaviy astronomiyaning yangi davrini boshladilar. Ammo Daniyaning Kopengagen shahridagi Niels Bor instituti fiziklari guruhi so'nggi ikki yarim yil davomidagi ma'lumotlarni mustaqil tahlil qilish asosida topilmani shubha ostiga qo'yishadi.

Tarixdagi eng sirli ob'ektlardan biri - qora tuynuklar muntazam ravishda e'tiborni tortadi. Biz bilamizki, ular to'qnashadi, birlashadi, yorqinligini o'zgartiradi va hatto bug'lanadi. Bundan tashqari, nazariy jihatdan, qora tuynuklar yordamida olamlarni bir-biri bilan bog'lashi mumkin. Biroq, bu massiv jismlar haqidagi barcha bilimlarimiz va taxminlarimiz noto'g'ri bo'lib chiqishi mumkin. Yaqinda ichida ilmiy hamjamiyat Olimlar kattaligi va massasi shunchalik ulkanki, uning mavjudligi jismonan imkonsiz bo'lgan qora tuynukdan chiqadigan signalni olgani haqida mish-mishlar paydo bo'ldi.

Gravitatsion to'lqinlarning birinchi to'g'ridan-to'g'ri aniqlanishi 2016 yil 11 fevralda dunyoga ma'lum bo'ldi va butun dunyo bo'ylab sarlavhalarni yaratdi. Ushbu kashfiyot uchun fiziklar 2017 yilda Nobel mukofotini olishdi va rasman gravitatsiyaviy astronomiyaning yangi davrini boshladilar. Ammo Kopengagendagi Niels Bor instituti fiziklari jamoasi so‘nggi ikki yarim yil davomidagi ma’lumotlarning mustaqil tahliliga asoslanib, bu topilmani shubha ostiga qo‘ydi.

Astrofiziklar gravitatsion to‘lqinlar mavjudligini tasdiqladilar, ularning mavjudligini taxminan 100 yil avval Albert Eynshteyn bashorat qilgan edi. Ular AQShda joylashgan LIGO gravitatsion to‘lqinlar observatoriyasidagi detektorlar yordamida aniqlangan.

Tarixda birinchi marta insoniyat gravitatsion to'lqinlarni - koinotda uzoqda sodir bo'lgan ikkita qora tuynukning to'qnashuvi natijasida Yerga kelgan fazo-vaqt tebranishlarini qayd etdi. Bu kashfiyotga rus olimlari ham hissa qo'shdilar. Payshanba kuni tadqiqotchilar butun dunyo bo'ylab - Vashington, London, Parij, Berlin va boshqa shaharlarda, shu jumladan Moskvada kashfiyotlari haqida gapiradilar.

Suratda qora tuynuklarning to‘qnashuvi simulyatsiyasi ko‘rsatilgan

Rambler&Co ofisida bo'lib o'tgan matbuot anjumanida LIGO hamkorligining Rossiya qismi rahbari Valeriy Mitrofanov tortishish to'lqinlarining kashf etilishini e'lon qildi:

“Biz ushbu loyihada ishtirok etish va natijalarni sizlarga taqdim etish sharafiga muyassar bo'ldik. Endi men sizga rus tilida kashfiyotning ma'nosini aytib beraman. Biz AQShda LIGO detektorlarining chiroyli suratlarini ko'rdik. Ularning orasidagi masofa 3000 km. Gravitatsion to'lqin ta'sirida detektorlardan biri siljidi, shundan so'ng biz ularni topdik. Avvaliga biz kompyuterda shunchaki shovqinni ko'rdik, keyin Hamford detektorlarining massasi chayqalay boshladi. Olingan ma'lumotlarni hisoblab chiqqandan so'ng, biz 1,3 milliard masofada to'qnashgan qora tuynuklar ekanligini aniqlashga muvaffaq bo'ldik. yorug'lik yillari uzoqda. Signal juda aniq edi, shovqindan juda aniq chiqdi. Ko'pchilik bizga omadli ekanligini aytishdi, lekin tabiat bizga shunday sovg'a berdi. Gravitatsion to'lqinlar kashf qilindi, bu aniq."

Astrofiziklar LIGO gravitatsion to‘lqinlar observatoriyasidagi detektorlar yordamida gravitatsion to‘lqinlarni aniqlay olgani haqidagi mish-mishlarni tasdiqladi. Ushbu kashfiyot insoniyatga koinot qanday ishlashini tushunishda sezilarli yutuqlarga erishishga imkon beradi.

Bu kashfiyot 2015-yil 14-sentabrda Vashington va Luizianadagi ikkita detektor bilan bir vaqtda sodir bo‘lgan. Signal detektorlarga ikkita qora tuynukning to‘qnashuvi natijasida yetib keldi. To'qnashuv natijasida aynan tortishish to'lqinlari ekanligini tekshirish uchun olimlar shunchalik ko'p vaqt talab qildi.

Teshiklarning to'qnashuvi yorug'lik tezligining taxminan yarmi tezligida sodir bo'ldi, bu taxminan 150,792,458 m / s.

"Nyuton tortishish kuchi tekis fazoda tasvirlangan va Eynshteyn uni vaqt tekisligiga o'tkazgan va uni egishini taxmin qilgan. Gravitatsion o'zaro ta'sir juda zaif. Yerda tortishish to'lqinlarini yaratish bo'yicha tajribalar mumkin emas. Ular qora tuynuklar birlashgandan keyingina topilgan. Tasavvur qiling-a, detektor 10 dan -19 metrga siljidi. Siz buni qo'llaringiz bilan his qila olmaysiz. Faqat juda aniq asboblar yordamida. Buni qanday qilish kerak? O'zgarish qayd etilgan lazer nuri tabiatan noyob edi. LIGO ning ikkinchi avlod lazerli tortish antennasi 2015 yilda ishga tushdi. Sezuvchanlik gravitatsiyaviy buzilishlarni taxminan oyda bir marta aniqlash imkonini beradi. Bu ilg'or dunyo va Amerika fani dunyoda bundan aniqroq narsa yo'q; Umid qilamizki, u standart kvant sezuvchanlik chegarasini yengib chiqa oladi”, — deyiladi kashfiyotda. Sergey Vyatchanin, Moskva davlat universitetining fizika fakulteti xodimi va LIGO hamkorligi.

Kvant mexanikasidagi standart kvant chegarasi (SQL) operator tomonidan tasvirlangan har qanday miqdorni uzluksiz yoki qayta-qayta oʻlchash aniqligiga qoʻyiladigan cheklov boʻlib, u vaqtning turli lahzalarida oʻzi bilan oʻzgarmaydi. 1967 yilda V.B.Braginskiy tomonidan bashorat qilingan va standart kvant chegarasi (SQL) atamasi keyinroq Torn tomonidan taklif qilingan. SKP Heisenberg noaniqlik munosabati bilan chambarchas bog'liq.

Xulosa qilib, Valeriy Mitrofanov keyingi tadqiqotlar rejalari haqida gapirdi:

“Bu kashfiyot yangi gravitatsion to‘lqin astronomiyasining boshlanishi. Gravitatsion to'lqinlar kanali orqali biz koinot haqida ko'proq ma'lumot olishni kutamiz. Biz faqat 5% materiyaning tarkibini bilamiz, qolganlari sir. Gravitatsion detektorlar osmonni "gravitatsion to'lqinlar" shaklida ko'rishga imkon beradi. Kelajakda biz hamma narsaning boshlanishini, ya'ni Katta portlashning relikt nurlanishini ko'rishga va o'sha paytda nima sodir bo'lganini tushunishga umid qilamiz.

Gravitatsion to'lqinlar birinchi marta Albert Eynshteyn tomonidan 1916 yilda, deyarli roppa-rosa 100 yil oldin taklif qilingan. To'lqinlar uchun tenglama nisbiylik nazariyasi tenglamalarining natijasi bo'lib, eng oddiy tarzda chiqarilmaydi.

Kanadalik nazariy fizik Klifford Burgess avvalroq observatoriya 36 va 29 quyosh massali qora tuynuklardan iborat ikkilik sistemaning massasi 62 quyosh massasi boʻlgan obʼyektga qoʻshilishi natijasida paydo boʻlgan tortishish nurlanishini aniqlagani haqida xat eʼlon qilgan edi. To'qnashuv va assimetrik tortishish qulashi soniyalarning bir qismiga to'g'ri keladi va bu vaqt davomida tizim massasining 50 foizigacha bo'lgan energiya tortishish nurlanishiga - fazo-vaqtdagi to'lqinlarga yo'qoladi.

Gravitatsiya to'lqini tortishishning ko'pgina nazariyalarida o'zgaruvchan tezlanishga ega tortishish jismlarining harakati natijasida hosil bo'lgan tortishish to'lqinidir. Gravitatsion kuchlarning nisbiy zaifligi (boshqalarga nisbatan) tufayli bu to'lqinlar juda kichik kattalikka ega bo'lishi kerak, ro'yxatga olish qiyin. Ularning mavjudligi taxminan bir asr oldin Albert Eynshteyn tomonidan bashorat qilingan.

11-fevral, payshanba kuni LIGO Scientific Collaboration xalqaro loyihasining bir guruh olimlari 1916-yilda Albert Eynshteyn tomonidan bashorat qilingan muvaffaqiyatga erishganliklarini e’lon qilishdi. Tadqiqotchilarning so‘zlariga ko‘ra, 2015-yilning 14-sentabrida ular massasi Quyoshnikidan 29 va 36 baravar katta bo‘lgan ikkita qora tuynukning to‘qnashishi natijasida yuzaga kelgan tortishish to‘lqinini qayd etgan, shundan so‘ng ular bitta yirik qora tuynukga birlashgan. Ularning so'zlariga ko'ra, bu bizning galaktikamizdan 410 megaparsek masofada 1,3 milliard yil oldin sodir bo'lgan.

LIGA.net gravitatsion to‘lqinlar va keng ko‘lamli kashfiyot haqida batafsil gapirib berdi Bogdan Xnatik, ukrainalik olim, astrofizik, fizika-matematika fanlari doktori, Kiev astronomik observatoriyasining yetakchi ilmiy xodimi milliy universitet 2001 yildan 2004 yilgacha rasadxonani boshqargan Taras Shevchenko nomi bilan atalgan.

Oddiy so'zlar bilan nazariya

Fizika jismlarning oʻzaro taʼsirini oʻrganadi. Jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirning to'rt turi mavjudligi aniqlandi: elektromagnit, kuchli va zaif yadroviy o'zaro ta'sir va tortishish o'zaro ta'siri, biz buni hammamiz his qilamiz. Gravitatsion o'zaro ta'sir tufayli sayyoralar Quyosh atrofida aylanadi, jismlar og'irlik qiladi va erga tushadi. Odamlar doimo tortishish kuchi bilan o'zaro ta'sirga duch kelishadi.

1916 yilda, 100 yil oldin, Albert Eynshteyn Nyutonning tortishish nazariyasini takomillashtirgan tortishish nazariyasini yaratdi, uni matematik jihatdan to'g'ri qildi: u fizikaning barcha talablariga javob bera boshladi va tortishish juda katta tezlikda tarqalishini hisobga ola boshladi. yuqori, lekin cheklangan tezlik. Bu haqli ravishda Eynshteynning eng katta yutuqlaridan biridir, chunki u bugungi kunda biz kuzatayotgan fizikaning barcha hodisalariga mos keladigan tortishish nazariyasini yaratdi.

Bu nazariya ham mavjudligini taklif qildi tortishish to'lqinlari. Ushbu bashoratning asosi tortishish to'lqinlarining ikkita massiv jismning birlashishi natijasida yuzaga keladigan tortishish o'zaro ta'siri natijasida mavjudligi edi.

Gravitatsion to'lqin nima

Murakkab tilda bu fazo-vaqt metrikasining qo'zg'alishi. "Aytaylik, kosmosning ma'lum bir egiluvchanligi bor va to'lqinlar u orqali o'tishi mumkin. Bu biz toshni suvga tashlaganimizda va undan to'lqinlar tarqalib ketgandek bo'ladi", dedi fizika-matematika fanlari doktori LIGA.netga.

Olimlar koinotda xuddi shunday tebranish sodir bo'lganligini va tortishish to'lqini barcha yo'nalishlarda harakat qilganini tajriba orqali isbotlay oldilar. "Astrofizik jihatdan birinchi marta ikkilik tizimning bunday halokatli evolyutsiyasi hodisasi qayd etildi, bunda ikkita ob'ekt bitta ob'ektga qo'shiladi va bu qo'shilish tortishish energiyasining juda qizg'in chiqishiga olib keladi, keyinchalik u kosmosda shaklda tarqaladi. tortishish to'lqinlari, - deb tushuntirdi olim.


Bu qanday ko'rinishga ega (foto - EPA)

Ushbu tortishish to'lqinlari juda zaif va ular fazo-vaqtni silkitishi uchun juda katta va massiv jismlarning o'zaro ta'siri zarur, shunda kuchlanish kuchayadi. tortishish maydoni avlod nuqtasida katta edi. Ammo, ularning zaifligiga qaramay, kuzatuvchi ma'lum vaqtdan keyin (signal tezligiga bo'lingan shovqingacha bo'lgan masofaga teng) ushbu tortishish to'lqinini qayd qiladi.

Bir misol keltiramiz: agar Yer Quyoshga tushib qolsa, u holda tortishish kuchining o‘zaro ta’siri sodir bo‘lardi: tortishish energiyasi ajralib chiqadi, gravitatsion sferik simmetrik to‘lqin hosil bo‘ladi va kuzatuvchi uni qayd eta oladi. "Astrofizika nuqtai nazaridan o'xshash, ammo noyob hodisa bu erda sodir bo'ldi: ikkita katta jism to'qnashdi - ikkita qora tuynuk", dedi Gnatik.

Keling, nazariyaga qaytaylik

Qora tuynuk - bu Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasining yana bir bashorati bo'lib, u juda katta massaga ega bo'lgan, ammo bu massa kichik hajmda to'plangan jism, uning yopilishigacha atrofidagi bo'shliqni sezilarli darajada buzishga qodir. Ya'ni, bu jismning massasining kritik kontsentratsiyasiga erishilganda - tananing o'lchami tortishish radiusi deb ataladigan narsadan kichik bo'lsa, u holda bu jism atrofidagi bo'shliq yopiladi va uning topologiyasi bo'ladi deb taxmin qilingan. shunday bo'ladiki, undan hech qanday signal yopiq makondan tashqariga tarqalmaydi.

"Ya'ni, qora tuynuk, oddiy so'zlar bilan, juda og'ir bo'lgan massiv ob'ekt bo'lib, u o'z atrofida fazo-vaqtni yopadi, - deydi olim.

Va biz, uning so'zlariga ko'ra, bu ob'ektga har qanday signal yuborishimiz mumkin, lekin u ularni bizga yubora olmaydi. Ya'ni, hech qanday signal qora tuynukdan nariga o'ta olmaydi.

Qora tuynuk oddiy fizik qonunlar asosida yashaydi, lekin kuchli tortishish natijasida hech bir moddiy jism, hatto foton ham bu tanqidiy sirtdan tashqariga chiqa olmaydi. Qora tuynuklar oddiy yulduzlar evolyutsiyasi jarayonida, markaziy yadro parchalanib, yulduz materiyasining bir qismi qulab, qora tuynukga aylanganda, yulduzning boshqa qismi esa o'ta yangi yulduz qobig'i shaklida otilib chiqib, hosil bo'ladi. o'ta yangi yulduzning "portlashi" deb ataladigan narsa.

Biz tortishish to'lqinini qanday ko'rdik

Keling, misol keltiraylik. Suv yuzasida ikkita suzuvchi bo'lsa va suv tinch bo'lsa, ular orasidagi masofa doimiy bo'ladi. To'lqin kelganda, u bu suzuvchilarni siqib chiqaradi va suzuvchilar orasidagi masofa o'zgaradi. To'lqin o'tdi - va suzuvchilar avvalgi holatiga qaytadi va ular orasidagi masofa tiklanadi.

Gravitatsion to'lqin fazo-vaqtda xuddi shunday tarzda tarqaladi: u o'z yo'lida uchrashadigan jismlar va narsalarni siqib chiqaradi va cho'zadi. “Toʻlqin yoʻli boʻylab maʼlum bir jismga duch kelganda, u oʻz oʻqlari boʻylab deformatsiyalanadi va oʻtgandan keyin u oʻzining avvalgi shakliga qaytadi, tortishish toʻlqini taʼsirida barcha jismlar deformatsiyalanadi, lekin bu deformatsiyalar juda ahamiyatsiz, - deydi Gnatik.

Olimlar qayd etgan to'lqin o'tib ketganda, kosmosdagi jismlarning nisbiy o'lchami 1 marta 10 marta minus 21 darajaga o'zgardi. Misol uchun, agar siz metr o'lchagichni olsangiz, u holda uning o'lchami minus 21-chi kuchga 10 ga ko'paytiriladigan miqdorga qisqardi. Bu juda kichik miqdor. Va muammo shundaki, olimlar bu masofani qanday o'lchashni o'rganishlari kerak edi. An'anaviy usullar millionlarning 9-darajali darajasiga 10 dan 1 gacha aniqlikni berdi, ammo bu erda ancha yuqori aniqlik kerak. Shu maqsadda gravitatsion antennalar (gravitatsion to'lqin detektorlari) deb ataladigan narsalar yaratilgan.


LIGO rasadxonasi (foto - EPA)

Gravitatsion to'lqinlarni qayd qiluvchi antenna shu tarzda qurilgan: uzunligi taxminan 4 kilometr bo'lgan ikkita quvur mavjud, ular "L" harfi shaklida joylashgan, ammo bir xil qo'llar va to'g'ri burchak ostida. Gravitatsion to'lqin tizimga tushganda, u antennaning qanotlarini deformatsiya qiladi, lekin uning yo'nalishiga qarab, u birini ko'proq, ikkinchisini kamroq deformatsiya qiladi. Va keyin yo'l farqi paydo bo'ladi, signalning interferentsiya sxemasi o'zgaradi - umumiy ijobiy yoki salbiy amplituda paydo bo'ladi.

“Ya’ni, tortishish to‘lqinining o‘tishi ikki suzuvchi o‘rtasidan o‘tuvchi suv ustidagi to‘lqinga o‘xshaydi: agar biz to‘lqin o‘tish vaqtida va undan keyin ular orasidagi masofani o‘lchagan bo‘lsak, masofa o‘zgarib, keyin bo‘lishini ko‘rar edik. yana xuddi shunday, - dedi u Gnatik.

Bu erda har birining uzunligi taxminan 4 kilometr bo'lgan interferometrning ikki qanoti masofasining nisbiy o'zgarishi o'lchanadi. Va faqat juda aniq texnologiyalar va tizimlar tortishish to'lqini tufayli qanotlarning bunday mikroskopik siljishini o'lchashi mumkin.

Koinotning chekkasida: to'lqin qaerdan paydo bo'ldi?

Olimlar signalni AQShning ikki shtati: Luiziana va Vashingtonda, taxminan 3 ming kilometr masofada joylashgan ikkita detektor yordamida qayd etishdi. Olimlar bu signal qayerdan va qaysi masofadan kelganini taxmin qila oldilar. Hisob-kitoblarga ko‘ra, signal 410 megaparsek masofadan kelgan. Megaparsek - yorug'lik uch million yil ichida bosib o'tadigan masofa.

Tasavvur qilishni osonlashtirish uchun: markazida o'ta massiv qora tuynuk joylashgan bizga eng yaqin faol galaktika bu Centaurus A bo'lib, u biznikidan to'rt Megaparsek masofada joylashgan, Andromeda tumanligi esa 0,7 Megaparsek masofada joylashgan. "Ya'ni, tortishish to'lqini signali kelgan masofa shunchalik kattaki, signal Yerga taxminan 1,3 milliard yil davomida sayohat qilgan, bu bizning koinot ufqining taxminan 10 foizini tashkil etadigan kosmologik masofalardir", dedi olim.

Bu masofada, qandaydir uzoq galaktikada ikkita qora tuynuk birlashdi. Bu teshiklar, bir tomondan, nisbatan kichik hajmda bo'lsa, ikkinchi tomondan, katta signal amplitudasi ularning juda og'irligini ko'rsatadi. Ularning massalari mos ravishda 36 va 29 quyosh massasi ekanligi aniqlandi. Quyoshning massasi, ma'lumki, kilogrammning 30 kuchiga 2 marta 10 ga teng. Birlashgandan keyin bu ikki jism birlashdi va endi ularning o'rnida 62 quyosh massasiga teng massaga ega bo'lgan yagona qora tuynuk paydo bo'ldi. Shu bilan birga, Quyoshning taxminan uchta massasi tortishish to'lqini energiyasi shaklida otilib chiqdi.

Kim va qachon kashfiyot qilgan

Xalqaro LIGO loyihasi olimlari 2015-yil 14-sentabrda tortishish to‘lqinini aniqlashga muvaffaq bo‘ldi. LIGO (Lazer Interferometriya Gravitatsiya Observatoriyasi) xalqaro loyiha boʻlib, unda bir qator davlatlar maʼlum moliyaviy va ilmiy hissa qoʻshgan, xususan, ushbu tadqiqot sohasida ilgʻor AQSh, Italiya, Yaponiya ishtirok etadi.


Professorlar Rayner Vayss va Kip Torn (surat - EPA)

Quyidagi rasm qayd etildi: tortishish detektorining qanotlari gravitatsion to'lqinning bizning sayyoramiz orqali va ushbu o'rnatish orqali haqiqiy o'tishi natijasida siljidi. O'shanda bu haqda xabar berilmagan, chunki signalni qayta ishlash, "tozalash", uning amplitudasini topish va tekshirish kerak edi. Bu standart protsedura: haqiqiy kashfiyotdan to kashfiyot to'g'risida e'lon qilishgacha, asosli bayonot berish uchun bir necha oy kerak bo'ladi. "Hech kim o'z obro'sini buzishni xohlamaydi, bularning barchasi nashr etilishidan oldin hech kim bilmagan, faqat mish-mishlar bo'lgan", dedi Xnatyk.

Hikoya

Gravitatsion to‘lqinlar o‘tgan asrning 70-yillaridan boshlab o‘rganila boshlandi. Shu vaqt ichida bir qator detektorlar yaratildi va bir qator asosiy tadqiqot. 80-yillarda amerikalik olim Jozef Veber gravitatsion to'lqinning o'tishini qayd etishi kerak bo'lgan piezo datchiklar bilan jihozlangan, o'lchami taxminan bir necha metr bo'lgan alyuminiy silindr shaklida birinchi gravitatsion antennani qurdi.

Ushbu qurilmaning sezgirligi joriy detektorlardan million marta yomonroq edi. Va, albatta, u o'sha paytda to'lqinni aniqlay olmadi, garchi Veber buni qilganini e'lon qilgan bo'lsa ham: matbuot bu haqda yozgan va "gravitatsiyaviy bum" sodir bo'lgan - dunyo darhol tortishish antennalarini qurishni boshladi. Veber boshqa olimlarni tortishish to'lqinlarini olishga va ushbu hodisa bo'yicha tajribalarni davom ettirishga undadi, bu esa detektorlarning sezgirligini million marta oshirishga imkon berdi.

Biroq, tortishish to'lqinlari hodisasining o'zi o'tgan asrda, olimlar qo'sh pulsarni kashf etganda qayd etilgan. Bu astronomik kuzatishlar orqali isbotlangan gravitatsion to'lqinlar mavjudligini bilvosita qayd etish edi. Pulsar Rassel Xulse va Jozef Teylor tomonidan 1974 yilda Aresibo observatoriyasi radioteleskopida kuzatuvlar paytida kashf etilgan. Olimlar taqdirlandi Nobel mukofoti 1993 yilda "gravitatsiyani o'rganishda yangi imkoniyatlar yaratgan pulsarlarning yangi turini kashf etgani uchun".

Dunyo va Ukrainadagi tadqiqotlar

Italiyada Virgo deb nomlangan shunga o'xshash loyiha yakunlanish arafasida. Yaponiya ham bir yildan keyin shunday detektorni ishga tushirish niyatida, Hindiston ham shunday tajriba tayyorlamoqda. Ya'ni, shunga o'xshash detektorlar dunyoning ko'p joylarida mavjud, ammo ular hali gravitatsiyaviy to'lqinlarni aniqlash haqida gapirishimiz uchun sezgirlik rejimiga etib bormagan.

“Rasman Ukraina LIGO tarkibiga kirmaydi, shuningdek, Italiya va Yaponiya loyihalarida ishtirok etmaydi Bunday fundamental sohalar qatorida Ukraina hozirda LHC (Katta adron kollayderi) loyihasida va CERNda ishtirok etadi (biz rasman faqat ishtirokchi bo‘lamiz. kirish to'lovini to'lagandan keyin) ", dedi fizika-matematika fanlari doktori Bogdan Gnatik LIGA.netga.

Uning soʻzlariga koʻra, 2015 yildan beri Ukraina zamonaviy multiteleskop qurayotgan CTA (Cerenkov Telescope Array) xalqaro hamkorligining toʻlaqonli aʼzosi hisoblanadi. TeV uzoq gamma diapazoni (1014 eV gacha foton energiyasi bilan). “Bunday fotonlarning asosiy manbalari aynan supermassiv qora tuynuklarning yaqinligi bo'lib, ularning tortishish nurlanishi birinchi marta LIGO detektori tomonidan qayd etilgan TeV"Nogo elektromagnit texnologiyasi bizga kelajakda ko'plab kashfiyotlar va'da qiladi", deb qo'shimcha qiladi olim.

Keyingi nima va yangi bilim odamlarga qanday yordam beradi? Olimlar bunga rozi emas. Ba'zilarning aytishicha, bu koinot mexanizmlarini tushunishdagi navbatdagi qadamdir. Boshqalar buni vaqt va makonda harakatlanish uchun yangi texnologiyalar sari birinchi qadamlar deb bilishadi. Qanday bo'lmasin, bu kashfiyot biz qanchalik oz narsani tushunganimizni va qancha narsani o'rganishimiz kerakligini yana bir bor isbotladi.

Gravitatsion to'lqinlar - rassomning renderi

Gravitatsion to'lqinlar - bu manbadan ajralib chiqadigan va to'lqinlar kabi tarqaladigan fazo-vaqt metrikasidagi buzilishlar ("fazo-vaqt to'lqinlari" deb ataladi).

Umuman nisbiylik nazariyasi va boshqalar zamonaviy nazariyalar Gravitatsiyada tortishish to'lqinlari o'zgaruvchan tezlanishga ega bo'lgan massiv jismlarning harakati natijasida hosil bo'ladi. Gravitatsion to'lqinlar yorug'lik tezligida kosmosda erkin tarqaladi. Gravitatsion kuchlarning nisbiy zaifligi (boshqalarga nisbatan) tufayli bu to'lqinlar juda kichik kattalikka ega, ularni ro'yxatga olish qiyin.

Polarizatsiyalangan tortishish to'lqini

Gravitatsion to'lqinlar umumiy nisbiylik nazariyasi (GR) va boshqalar tomonidan bashorat qilinadi. Ular birinchi marta 2015-yil sentabr oyida ikkita egizak detektor tomonidan to‘g‘ridan-to‘g‘ri aniqlangan bo‘lib, ular ikkitasining qo‘shilishi natijasida paydo bo‘ladigan tortishish to‘lqinlarini aniqlagan va bitta, kattaroq, aylanuvchi qora tuynuk hosil qilgan. Ularning mavjudligining bilvosita dalillari 1970-yillardan beri ma'lum - "Umumiy nisbiylik" kuzatishlar bilan mos keladigan tortishish to'lqinlarining emissiyasi tufayli energiya yo'qolishi tufayli yaqin tizimlarning yaqinlashish tezligini bashorat qiladi. Gravitatsion to‘lqinlarni bevosita ro‘yxatga olish va ulardan astrofizik jarayonlarning parametrlarini aniqlashda foydalanish zamonaviy fizika va astronomiya fanining muhim vazifasi hisoblanadi.

Umumiy nisbiylik doirasida tortishish to'lqinlari yorug'lik tezligida (chiziqli yaqinlashishda) harakatlanuvchi fazo-vaqt metrikasining buzilishini ifodalovchi to'lqin tipidagi Eynshteyn tenglamalari yechimlari bilan tavsiflanadi. Ushbu buzilishning namoyon bo'lishi, xususan, ikkita erkin tushadigan (ya'ni hech qanday kuchlar ta'sirida bo'lmagan) sinov massalari orasidagi masofaning davriy o'zgarishi bo'lishi kerak. Amplituda h tortishish to'lqini o'lchovsiz miqdor - masofaning nisbiy o'zgarishi. Astrofizik ob'ektlardan (masalan, ixcham ikkilik tizimlar) va hodisalardan (portlashlar, qo'shilishlar, qora tuynuklarning tutilishi va boshqalar) tortishish to'lqinlarining taxmin qilingan maksimal amplitudalari o'lchanganida juda kichik ( h=10 −18 -10 −23). Zaif (chiziqli) tortishish to'lqini, umumiy nisbiylik nazariyasiga ko'ra, energiya va impulsni uzatadi, yorug'lik tezligida harakat qiladi, ko'ndalang, to'rt kutupli va bir-biriga 45 ° burchak ostida joylashgan ikkita mustaqil komponent bilan tavsiflanadi ( qutblanishning ikki yo'nalishiga ega).

Turli nazariyalar tortishish to'lqinlarining tarqalish tezligini turlicha bashorat qiladi. Umumiy nisbiylik nazariyasida u yorug'lik tezligiga teng (chiziqli yaqinlashishda). Boshqa tortishish nazariyalarida u har qanday qiymatni, shu jumladan cheksizlikni ham qabul qilishi mumkin. Gravitatsion to'lqinlarning birinchi ro'yxatga olinishiga ko'ra, ularning tarqalishi massasiz gravitonga mos keldi va tezligi quyidagicha baholandi. tezligiga teng Sveta.

Gravitatsion to'lqinlarning paydo bo'lishi

Ikki neytron yulduz tizimi fazo-vaqtda to'lqinlar hosil qiladi

Gravitatsion to'lqin assimetrik tezlanish bilan harakatlanayotgan har qanday materiya tomonidan chiqariladi. Muhim amplitudali to'lqin paydo bo'lishi uchun emitentning juda katta massasi va / yoki katta tezlashuvlar gravitatsiyaviy to'lqinning amplitudasi to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir; tezlanishning birinchi hosilasi va generatorning massasi, ya'ni ~ . Biroq, agar jism tezlashtirilgan tezlikda harakatlanayotgan bo'lsa, bu boshqa jismdan unga qandaydir kuch ta'sir qilishini anglatadi. O'z navbatida, bu boshqa ob'ekt teskari ta'sirni boshdan kechiradi (Nyutonning 3-qonuniga ko'ra) va ma'lum bo'lishicha, m 1 a 1 = − m 2 a 2 . Ma'lum bo'lishicha, ikkita ob'ekt tortishish to'lqinlarini faqat juftlik bilan chiqaradi va interferensiya natijasida ular o'zaro deyarli butunlay bekor qilinadi. Shuning uchun umumiy nisbiylik nazariyasidagi tortishish nurlanishi har doim kamida to'rt kutupli nurlanishning ko'p qutbli xususiyatiga ega. Bundan tashqari, relyativistik bo'lmagan emitentlar uchun nurlanish intensivligi ifodasida kichik parametr mavjud, bu erda emitentning tortishish radiusi, r- uning xarakterli hajmi, T- harakatning xarakterli davri; c- vakuumdagi yorug'lik tezligi.

Gravitatsion to'lqinlarning eng kuchli manbalari:

  • to'qnashuv (gigant massalar, juda kichik tezlashuvlar),
  • ixcham ob'ektlarning ikkilik tizimining gravitatsion qulashi (juda katta massaga ega bo'lgan ulkan tezlashuvlar). Maxsus va eng qiziqarli holat sifatida - neytron yulduzlarining birlashishi. Bunday tizimda tortishish to'lqinining yorqinligi tabiatda mumkin bo'lgan maksimal Plank yorqinligiga yaqin.

Ikki tanali tizim tomonidan chiqarilgan tortishish to'lqinlari

Ikki jism umumiy massa markazi atrofida aylana orbita bo'ylab harakatlanadi

Massalari bilan gravitatsiyaviy bog'langan ikkita jism m 1 va m 2, nisbiy bo'lmagan harakat ( v << c) masofadagi umumiy massa markazi atrofida aylana orbitalarda r bir-biridan o'rtacha davr davomida quyidagi energiyaning tortishish to'lqinlarini chiqaradi:

Natijada, tizim energiyani yo'qotadi, bu jismlarning yaqinlashishiga, ya'ni ular orasidagi masofaning qisqarishiga olib keladi. Jismlarning yaqinlashish tezligi:

Masalan, Quyosh tizimi uchun eng katta gravitatsion nurlanish va quyi tizim tomonidan ishlab chiqariladi. Ushbu nurlanishning kuchi taxminan 5 kilovattni tashkil qiladi. Shunday qilib, Quyosh tizimi tomonidan yiliga tortishish nurlanishiga yo'qolgan energiya jismlarning xarakterli kinetik energiyasiga nisbatan mutlaqo ahamiyatsiz.

Ikkilik tizimning gravitatsion qulashi

Har qanday qo'sh yulduz, uning tarkibiy qismlari umumiy massa markazi atrofida aylanganda, energiyani yo'qotadi (taxmin qilinganidek - tortishish to'lqinlarining chiqishi tufayli) va oxirida birlashadi. Ammo oddiy, ixcham bo'lmagan, qo'sh yulduzlar uchun bu jarayon juda uzoq vaqtni oladi, hozirgi davrga qaraganda ancha uzoqroq. Agar ixcham ikkilik tizim bir juft neytron yulduzlari, qora tuynuklar yoki ularning kombinatsiyasidan iborat bo'lsa, unda birlashish bir necha million yil ichida sodir bo'lishi mumkin. Birinchidan, ob'ektlar bir-biriga yaqinlashadi va ularning aylanish davri kamayadi. Keyin, oxirgi bosqichda, to'qnashuv va assimetrik tortishish qulashi sodir bo'ladi. Bu jarayon soniyaning bir qismi davom etadi va bu vaqt davomida energiya tortishish nurlanishiga yo'qoladi, ba'zi ma'lumotlarga ko'ra, bu tizim massasining 50% dan ortig'ini tashkil qiladi.

Gravitatsion to'lqinlar uchun Eynshteyn tenglamalarining asosiy aniq yechimlari

Bondi-Pirani-Robinson tana to'lqinlari

Ushbu to'lqinlar shaklning metrikasi bilan tavsiflanadi. Agar biz o'zgaruvchi va funktsiyani kiritsak, u holda umumiy nisbiylik tenglamalaridan biz tenglamani olamiz

Takeno metrikasi

, -funksiyalari bir xil tenglamani qanoatlantiradigan shaklga ega.

Rosen metrikasi

Qaerda qondirish kerak

Peres ko'rsatkichi

Qayerda

Silindrsimon Eynshteyn-Rozen to'lqinlari

Silindrsimon koordinatalarda bunday to'lqinlar shaklga ega va bajariladi

Gravitatsion to'lqinlarni ro'yxatga olish

Gravitatsion to'lqinlarni ro'yxatga olish ikkinchisining zaifligi (metrikaning kichik buzilishi) tufayli juda qiyin. Ularni ro'yxatga olish uchun asboblar tortishish to'lqinlari detektorlaridir. Gravitatsion to'lqinlarni aniqlashga urinishlar 1960-yillarning oxiridan boshlab amalga oshirildi. Aniqlanadigan amplitudali tortishish to'lqinlari binarning qulashi paytida tug'iladi. Atrofda shunga o'xshash hodisalar taxminan o'n yilda bir marta sodir bo'ladi.

Boshqa tomondan, umumiy nisbiylik nazariyasi tortishish to'lqinlarining chiqarilishida energiya yo'qolishi tufayli qo'shaloq yulduzlarning o'zaro aylanishining tezlashishini bashorat qiladi va bu ta'sir bir nechta ma'lum bo'lgan ikkilik ixcham ob'ektlar tizimlarida (xususan) ishonchli tarzda qayd etilgan. , ixcham hamrohlari bo'lgan pulsarlar). 1993 yilda birinchi qo'sh pulsar PSR B1913+16 ning kashfiyotchilari Rassel Xulse va kichik Jozef Teylorga "gravitatsiyani o'rganishda yangi imkoniyatlar yaratgan pulsarning yangi turini kashf etgani uchun". fizika bo‘yicha Nobel mukofotiga sazovor bo‘ldi. Ushbu tizimda kuzatilgan aylanishning tezlashishi tortishish to'lqinlarining emissiyasi bo'yicha umumiy nisbiylik nazariyasining bashoratlari bilan to'liq mos keladi. Xuddi shu hodisa bir qancha boshqa holatlarda ham qayd etilgan: PSR J0737-3039, PSR J0437-4715, SDSS J065133.338+284423.37 (odatda qisqartirilgan J0651) pulsarlari va J0806 ikkilik RX tizimi. Masalan, PSR J0737-3039 ikkita pulsarning birinchi qo'shaloq yulduzining ikkita komponenti A va B o'rtasidagi masofa tortishish to'lqinlarining energiya yo'qolishi tufayli kuniga taxminan 2,5 dyuymga (6,35 sm) kamayadi va bu bilan kelishilgan holda sodir bo'ladi. umumiy nisbiylik. Bu ma'lumotlarning barchasi gravitatsiyaviy to'lqinlar mavjudligini bilvosita tasdiqlash sifatida talqin etiladi.

Hisob-kitoblarga ko'ra, gravitatsion teleskoplar va antennalar uchun tortishish to'lqinlarining eng kuchli va tez-tez uchraydigan manbalari yaqin atrofdagi galaktikalardagi ikkilik tizimlarning qulashi bilan bog'liq halokatlardir. Yaqin kelajakda takomillashtirilgan gravitatsion detektorlarda yiliga bir nechta shunga o'xshash hodisalar qayd etilishi kutilmoqda, bu esa yaqin atrofdagi metrikani 10 −21 -10 −23 ga buzadi. Koinot maserlarining nurlanishiga yaqin binar kabi davriy manbalardan tortishish to'lqinlarining ta'sirini aniqlashga imkon beruvchi optik-metrik parametrik rezonans signalining birinchi kuzatuvlari Rossiya radioastronomik rasadxonasida olingan bo'lishi mumkin. Fanlar akademiyasi, Pushchino.

Koinotni to'ldiruvchi tortishish to'lqinlarining fonini aniqlashning yana bir imkoniyati uzoq pulsarlarning yuqori aniqlikdagi vaqtini aniqlash - ularning impulslarining kelish vaqtini tahlil qilish, bu Yer va pulsar orasidagi bo'shliqdan o'tadigan tortishish to'lqinlari ta'sirida xarakterli o'zgaradi. 2013 yil uchun hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, bizning koinotimizdagi bir nechta manbalardan fon to'lqinlarini aniqlash uchun vaqtni aniqlashning aniqligini taxminan bir darajaga oshirish kerak, bu vazifa o'n yil oxirigacha bajarilishi mumkin.

Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, bizning koinotimiz keyingi dastlabki daqiqalarda paydo bo'lgan relikt tortishish to'lqinlari bilan to'ldirilgan. Ularning ro'yxatga olinishi Koinotning tug'ilishining boshlanishidagi jarayonlar haqida ma'lumot olish imkonini beradi. 2014 yil 17 mart kuni Moskva vaqti bilan soat 20:00 da Garvard-Smitson astrofizika markazida BICEP 2 loyihasida ishlaydigan amerikalik tadqiqotchilar guruhi kosmik qutblanish orqali erta koinotda nolga teng bo'lmagan tenzor buzilishlarini aniqlashni e'lon qildi. mikroto'lqinli fon radiatsiyasi, bu ham ushbu relikt tortishish to'lqinlarining kashfiyotidir. Biroq, deyarli darhol bu natija bahslashdi, chunki ma'lum bo'lishicha, hissa to'g'ri hisobga olinmagan. Mualliflardan biri J. M. Kovats ( Kovac J. M.), "ishtirokchilar va fan jurnalistlari BICEP2 eksperimenti ma'lumotlarini sharhlash va hisobot berishda biroz shoshqaloqlik qilishdi" deb tan oldi.

Mavjudligini eksperimental tasdiqlash

Birinchi qayd etilgan gravitatsion to'lqin signali. Chap tomonda Xanforddagi detektordan olingan ma'lumotlar (H1), o'ngda - Livingstonda (L1). Vaqt 2015-yil 14-sentabr, UTC 09:50:45 dan boshlab hisoblanadi. Signalni ko'rish uchun u detektorlarning yuqori sezuvchanlik diapazonidan tashqaridagi katta tebranishlarni bostirish uchun 35-350 Gerts chastotali filtr bilan filtrlanadi; Yuqori qator: detektorlardagi kuchlanishlar h. GW150914 birinchi marta L1 ga va 6 9 +0 5 −0 4 ms keyin H1 ga yetib keldi; Vizual taqqoslash uchun H1 dan olingan ma'lumotlar L1 grafigida teskari va vaqt o'zgarishi shaklida ko'rsatilgan (detektorlarning nisbiy yo'nalishini hisobga olish uchun). Ikkinchi qator: tortishish to'lqini signalidan h kuchlanishlari, bir xil 35-350 Hz tarmoqli filtri orqali o'tadi. Qattiq chiziq GW150914 signalini o'rganish asosida topilgan parametrlarga mos keladigan tizim uchun raqamli nisbiylik natijasi bo'lib, natijada 99,9 ga teng bo'lgan ikkita mustaqil kod orqali olingan. Kulrang qalin chiziqlar detektor ma'lumotlaridan ikki xil usulda qayta tiklangan to'lqin shaklining 90% ishonchli hududlari. To'q kulrang chiziq qora tuynuklarning birlashishidan kutilgan signallarni modellashtiradi, ochiq kulrang chiziq astrofizik modellardan foydalanmaydi, lekin signalni sinusoidal-Gauss to'lqinlarining chiziqli birikmasi sifatida ifodalaydi. Qayta qurish ishlari 94% ga to'g'ri keladi. Uchinchi qator: detektorlarning filtrlangan signalidan raqamli nisbiylik signalining filtrlangan bashoratini olishdan keyin qoldiq xatolar. Pastki qator: vaqt o'tishi bilan signalning dominant chastotasining oshishini ko'rsatadigan kuchlanish chastotasi xaritasining tasviri.

2016 yil 11 fevral, LIGO va VIRGO hamkorligi. Maksimal amplitudasi taxminan 10 −21 bo‘lgan ikkita qora tuynukning qo‘shilish signali 2015-yil 14-sentyabr kuni soat 9:51 UTC da Xanford va Livingston shaharlarida bir-biridan 7 millisekundlik masofada, maksimal signal amplitudasi mintaqasida ikkita LIGO detektori tomonidan qayd etilgan ( 0,2 soniya) kombinatsiyalangan signal-shovqin nisbati 24:1 edi. Signal GW150914 deb belgilandi. Signalning shakli 36 va 29 quyosh massasi bo'lgan ikkita qora tuynukning birlashishi uchun umumiy nisbiylik bashoratiga mos keladi; olingan qora tuynuk 62 quyosh massasi va aylanish parametriga ega bo'lishi kerak a= 0,67. Manbagacha bo'lgan masofa taxminan 1,3 milliardni tashkil etadi, qo'shilishda soniyaning o'ndan bir qismida chiqariladigan energiya taxminan 3 quyosh massasiga teng.

Hikoya

"Gravitatsion to'lqin" atamasining o'zi tarixi, bu to'lqinlarni nazariy va eksperimental izlash, shuningdek, boshqa usullar uchun mavjud bo'lmagan hodisalarni o'rganish uchun ulardan foydalanish.

  • 1900 yil - Lorentz tortishish kuchi "...yorug'lik tezligidan katta bo'lmagan tezlikda tarqalishi mumkin" deb taklif qildi;
  • 1905 yil - Puankare birinchi marta tortishish to'lqini (onde gravifique) atamasini kiritdi. Puankare, sifat darajasida, Laplasning o'rnatilgan e'tirozlarini olib tashladi va tortishish to'lqinlari bilan bog'liq bo'lgan tartibning Nyutonning umumiy qabul qilingan tortishish qonunlariga bog'liq tuzatishlar bekor qilinishini ko'rsatdi, shuning uchun tortishish to'lqinlarining mavjudligi haqidagi taxmin kuzatuvlarga zid emas;
  • 1916 yil - Eynshteyn, umumiy nisbiylik doirasida mexanik tizim energiyani tortishish to'lqinlariga o'tkazishini va taxminan aytganda, qo'zg'almas yulduzlarga nisbatan har qanday aylanish ertami-kechmi to'xtashi kerakligini ko'rsatdi, garchi, albatta, normal sharoitlarda energiya yo'qotishlari. kattalik tartibini ahamiyatsiz va amalda o'lchash mumkin emas (bu ishda u sferik simmetriyani doimiy ravishda ushlab turadigan mexanik tizim tortishish to'lqinlarini chiqarishi mumkin deb xato deb hisoblagan);
  • 1918 yil - Eynshteyn gravitatsion to'lqinlarning emissiyasi tartibning ta'siri bo'lib chiqadigan to'rt kutupli formulani oldi , shu bilan uning oldingi ishidagi xatoni tuzatdi (koeffitsientda xatolik qoldi, to'lqin energiyasi 2 barobar kamroq);
  • 1923 yil - Eddington - "...fikr tezligida... tarqaladigan" tortishish to'lqinlarining jismoniy haqiqatiga shubha qildi. 1934 yilda Eddington o'zining "Nisbiylik nazariyasi" monografiyasining rus tiliga tarjimasini tayyorlayotganda, bir nechta boblarni, shu jumladan aylanadigan novda tomonidan energiya yo'qotishlarini hisoblashning ikkita varianti bo'lgan boblarni qo'shdi, ammo umumiy nisbiylik nazariyasini taxminiy hisoblash uchun qo'llaniladigan usullarni ta'kidladi. uning fikricha, gravitatsiyaviy bog'langan tizimlar uchun qo'llanilmaydi, shuning uchun shubhalar qoladi;
  • 1937 yil - Eynshteyn Rosen bilan birgalikda tortishish maydonining aniq tenglamalari uchun silindrsimon to'lqin echimlarini o'rgandi. Ushbu tadqiqotlar davomida ular tortishish to'lqinlari umumiy nisbiylik tenglamalarining taxminiy yechimlari artefakti bo'lishi mumkinligiga shubha qila boshladilar (Eynshteyn va Rozenning "Gravitatsion to'lqinlar mavjudmi?" Maqolasining sharhiga oid yozishmalar ma'lum). Keyinchalik, u o'z fikrlashlarida xato topdi;
  • 1957 yil - Herman Bondi va Richard Feynman "munchoqli qamish" fikrlash tajribasini taklif qilishdi, unda ular umumiy nisbiylik nuqtai nazaridan tortishish to'lqinlarining jismoniy oqibatlari mavjudligini asoslashdi;
  • 1962 yil - Vladislav Pustovoit va Mixail Gerzenshteyn uzun to'lqinli tortishish to'lqinlarini aniqlash uchun interferometrlardan foydalanish tamoyillarini tasvirlab berdi;
  • 1964 yil - Filipp Peters va Jon Metyu ikkilik tizimlar chiqaradigan tortishish to'lqinlarini nazariy jihatdan tavsifladilar;
  • 1969 yil - Gravitatsion to'lqin astronomiyasi asoschisi Jozef Veber rezonans detektori - mexanik tortishish antennasi yordamida tortishish to'lqinlarini aniqlash haqida xabar beradi. Ushbu hisobotlar ushbu yo'nalishdagi ishlarning tez o'sishiga sabab bo'ladi, xususan, LIGO loyihasi asoschilaridan biri Rainier Vays o'sha paytda tajribalarni boshlagan. Bugungi kunga qadar (2015 yil) hech kim ushbu hodisalarning ishonchli tasdig'ini ololmadi;
  • 1978 yil - Jozef Teylor PSR B1913+16 binar pulsar tizimida gravitatsion nurlanish aniqlangani haqida xabar berdi. Jozef Teylor va Rassell Xulsening tadqiqotlari 1993 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi. 2015 yil boshidan boshlab kamida 8 ta shunday tizim uchun Keplerdan keyingi uchta parametr, jumladan, tortishish to'lqinlarining emissiyasi tufayli davrning qisqarishi o'lchandi;
  • 2002 yil - Sergey Kopeikin va Edvard Fomalont dinamikada Yupiterning tortishish maydonidagi yorug'likning og'ishini o'lchash uchun ultra-uzun bazaviy radioto'lqinli interferometriyadan foydalanganlar, bu umumiy nisbiylikning ma'lum bir gipotetik kengaytmalari uchun tezlikni baholashga imkon beradi. tortishish - yorug'lik tezligidan farq 20% dan oshmasligi kerak (bu talqin umuman qabul qilinmaydi);
  • 2006 yil - Marta Burgayning xalqaro jamoasi (Parks rasadxonasi, Avstraliya) umumiy nisbiylik nazariyasi va uning ikkita PSR J0737-3039A/B pulsarlari tizimidagi tortishish to'lqini nurlanishining kattaligiga mos kelishini sezilarli darajada aniqroq tasdiqladi;
  • 2014 yil - Garvard-Smitson astrofizika markazi (BICEP) astronomlari kosmik mikroto'lqinli fon radiatsiyasidagi tebranishlarni o'lchashda birlamchi tortishish to'lqinlarini aniqlash haqida xabar berishdi. Hozirgi vaqtda (2016 yil) aniqlangan tebranishlar relikt kelib chiqishi emas, balki Galaktikadagi changning chiqishi bilan izohlanadi;
  • 2016 yil - xalqaro LIGO jamoasi GW150914 gravitatsion to'lqin tranzit hodisasi aniqlanganligi haqida xabar berdi. Birinchi marta o'ta yuqori nisbiy tezlikli o'ta kuchli tortishish maydonlarida o'zaro ta'sir qiluvchi massiv jismlarni bevosita kuzatish (< 1,2 × R s , v/c >0,5), bu umumiy nisbiylik nazariyasining to'g'riligini Nyutondan keyingi bir necha yuqori tartibli atamalarning aniqligi bilan tekshirishga imkon berdi. Gravitatsion to'lqinlarning o'lchangan dispersiyasi gipotetik gravitonning massasi bo'yicha dispersiya va yuqori chegaraning ilgari o'tkazilgan o'lchovlariga zid kelmaydi (< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.