Što je gravitacijski val?

Službeni dan otkrića (otkrivanja) gravitacijskih valova je 11. veljače 2016. godine. Zatim se održava u Washingtonu na konferenciji za novinare, čelnici suradnje Ligo, objavljeno je da je tim istraživača uspio po prvi puta u povijesti čovječanstva bi se riješili ovaj fenomen.

Proročanstva velikog Einsteina

Činjenica da postoje gravitacijske valove, čak i na početku prošlog stoljeća (1916.) predložio Albert Einstein je formulirao u okviru opće relativnosti (GR). One mogu samo diviti genijalnim sposobnostima poznatog fizičara, koji je bio u stanju napraviti tako dalekosežne zaključke s najmanje stvarnim podacima. Među mnogim drugim fizičke pojave predvidio da naći potvrdu u sljedećem stoljeću (usporavaju protok vremena, promjene u elektromagnetskom zračenju u smjeru gravitacijskim poljima, itd) Gotovo otkriti prisutnost ove vrste valova interakcije tijela, do nedavno nije bilo moguće.

Gravitacija je iluzija?

Općenito, u svjetlu Teorije relativnosti, teško je teško nazvati silu. Ovo je posljedica perturbacija ili zakrivljenost prostorno-vremenskog kontinuuma. Dobar primjer koji ilustrira ovaj postulat može poslužiti kao rastegnuti komad tkanine. Pod težinom masivnog predmeta postavljenog na takvu površinu stvara se udubina. Ostali objekti koji se kreću blizu ove anomalije mijenjat će putanju njihovog kretanja, kao da "privlači". Što je više težine objekta (veći promjer i dubina zakrivljenosti), to je veća "snaga privlačnosti". Kada se kreće kroz tkaninu, možete promatrati pojavu divergentnih "ripples".

Nešto slično događa se u svijetu prostoru. Svaka ubrzana pokretna masivna materija je izvor fluktuacija gustoće prostora i vremena. Gravitacijski val s značajnom amplitudom formiraju se tijela s izuzetno velikim masama ili kad se kreću s ogromnim ubrzanjima.

Fizičke značajke

Oscilacije prostorno-vremenskog mjerenja očituju se kao promjene u gravitacijskom polju. Taj se fenomen naziva i vremenskim promjenama. Gravitacijski val utječe na tijela i objekte koji se susreću, stiskaju i istezaju. Vrijednosti deformacije su vrlo male - oko 10^-21 od izvorne veličine. Cijeli poteškoća otkrivanje tog fenomena je da su istraživači morali naučiti kako mjeriti i zabilježiti te promjene pomoću odgovarajuće opreme. Snaga gravitacijskog zračenja je vrlo niska - za cijeli Sunčev sustav, to je nekoliko kilovata.

Brzina širenja gravitacijskih valova beznačajno ovisi o svojstvima medija koji vodi. Amplituda oscilacija s udaljenosti od izvora postupno se smanjuje, ali nikada ne doseže nulu. Frekvencija se kreće u rasponu od nekoliko desetaka do stotina hercera. Brzina gravitacijskih valova u međuzvjezdanom mediju približava se brzini svjetlosti.

Neizravni dokazi

Po prvi put teorijska potvrda postojanja gravitacijskih valova uspio američki astronom Joseph Taylor i Russell Hulse njegov pomoćnik u 1974. Proučavajući svemir putem teleskopa zvjezdarnice Arecibo (Portoriko), istraživači su otkrili pulsar PSR B1913 + 16 predstavlja binarni sustav neutronskih zvijezda koje rotiraju oko zajedničkog centra mase pri konstantnoj kutnoj brzini (rijedak slučaj). Godišnje, razdoblje cirkulacije, koje je u početku 3,75 sati, smanjeno je za 70 ms. Ova vrijednost je u skladu sa zaključcima o regeneraciji jednadžbi koje predviđaju povećanje brzine vrtnje tih sustava s obzirom na potrošnju energije za proizvodnju gravitacijskih valova. Kasnije su otkrivena nekoliko dvostrukih pulsara i bijelih patuljaka s sličnim ponašanjem. Radio astronomija D. Taylor i R. Hulse Nobelovu nagradu za fiziku za otkriće novih mogućnosti studiranja gravitacijskim poljima je nagrađen u 1993.

Izbacujući gravitirajući val

Prva izjava o otkrivanju gravitacijskih valova dolazila je 1969. godine od znanstvenika Maryland University, Joseph Weber (USA). U tu je svrhu upotrijebio dvije gravitacijske antene vlastitog dizajna, razmaknute od dva kilometra. Rezonantni detektor bio je vibro izolirani jedan metar dvometarski cilindar od aluminija opremljen osjetljivim piezoelektričnim senzorima. Amplituda navodno fiksirana Weberovim oscilacijama bila je više od milijun puta veća od očekivane vrijednosti. Pokušaji drugih znanstvenika koji koriste takvu opremu da bi ponovili "uspjeh" američkog fizičara nisu donijeli pozitivne rezultate. Nakon nekoliko godina radnog Weber u ovom području su prepoznate insolventan, ali je dao poticaj za razvoj „gravitacijske bum” za pozivanje u ovom području proučavanja mnogih stručnjaka. Usput, Joseph Weber do kraja njegovih dana bio je siguran da uzima gravitacijske valove.

Poboljšanje prijemne opreme

U sedamdesetima, znanstvenik Bill Fairbank (USA) razvio je dizajn antenske gravitacijske antene ohlađene tekućeg helija s upotrebom SQUID - super-osjetljivih magnetometara. Postojeće tehnologije u to vrijeme nisu dopustile da izumitelj vidi svoj proizvod realiziran u "metalu".

Prema tom principu je napravljen Auriga gravitacijska detektor u lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italija). Osnova Struktura aluminij-magnezij cilindra i duljine 3 m, a promjer od 0,6 m. Jedinica prijemnika težina 2,3 tona suspendira u izoliranom, ohladi do gotovo apsolutna nula vakuumskoj komori. Za fiksiranje i trešnje detektira pomoćni kilograma rezonator i sustav mjerenja se temelji na računalima. Procjena osjetljivosti opreme 10^-20.

interferometers

Temelj za rad detektora smetnji gravitacijskih valova su iste principe na kojima djeluje Michelsonov interferometar. Laserska zraka emitirana od strane izvora podijeljena je u dvije struje. Nakon višestrukih refleksija i putova uz rame uređaja, tokovi se ponovno spajaju, a ukupno interferencijska slika suditi je li perturbacija utjecala na tijek zraka (na primjer, gravitacijski val). Slična je oprema stvorena u mnogim zemljama:

• GEO 600 (Hannover, Njemačka). Dužina vakuumskih tunela je 600 metara.
• TAMA (Japan) s ramena na 300 m.
• Djevica (Pisa, Italija) - zajednički francusko-talijanski projekt, koji je pokrenut 2007. godine s tri kilometrima dugim tunelima.
• LIGO (SAD, Pacifička obala), koji vodi lov na gravitacijske valove od 2002. godine.

Potonje treba detaljnije razmotriti.

LIGO Advanced

Projekt je nastao na inicijativu znanstvenika iz tehnoloških instituta iz Massachusettsa i Kalifornije. Uključuje dva opservatorija, odvojena za 3 tisuće kilometara, u stanja Louisiane i Washington (gradovi Livingston i Hanford) s tri identična interferometra. Duljina okomitih vakuumskih tunela je 4 tisuće metara. To su trenutno najveće postojeće takve strukture. Do 2011. brojni pokušaji otkrivanja gravitacijskih valova nisu imali nikakvih rezultata. Znatan nadogradnja (Advanced Ligo) povećava osjetljivost uređaja u rasponu od 300-500 Hz više od pet puta, a u niskofrekventnog području (do 60 Hz) je gotovo za red veličine, dostižući vrijednost kao željeti 10^-21. Obnovljeni projekt pokrenut je u rujnu 2015., a napori više od tisuću suradnika bili su nagrađeni rezultatima.

Gravitacijski valovi se otkrivaju

14. rujna 2015 napredno Ligo detektore u 7 ms.Prijevod intervalu snimljenih došao do gravitacijskih valova našeg planeta od najvećih događaja koji su se dogodili na rubu promatrane svemira - spajanje dvaju velikih crnih rupa s masama od 29 i 36 puta veći od Sunčevog mase. Tijekom suđenja, koji se dogodio na 1.3 Ga prije, u roku od nekoliko sekundi do gravitacijskog zračenje je proveo oko tri solarne mase tvari. Fiksna početna frekvencija gravitacijskih valova bila je 35 Hz, a maksimalna vrijednost vrha dostigla je 250 Hz.

Dobiveni rezultati su višekratno podvrgnuti sveobuhvatnoj verifikaciji i obradi, alternativnim tumačenjima dobivenih podataka pažljivo su odrezani. konačno, 11. veljače Prošle godine, izravna registracija fenomena predviđenom od strane Einsteina najavljena je svjetskoj zajednici.

Činjenica koja ilustrira titanski rad istraživača: amplituda oscilacija dimenzija oružja interferometara bila je 10^-19m - ta je vrijednost jednako manja od promjera atoma, kada je manja od naranče.

Daljnje perspektive

Ovo otkriće još jednom potvrđuje da Opća teorija relativnosti nije samo zbirka apstraktnih formula, nego temeljno nov pogled na bit gravitacijskih valova i gravitacije u cjelini.

U daljnjim istraživanjima, znanstvenici imaju velike nade o projektu ELSA: stvaranje divovskog orbiti interferometra s ramena oko 5 milijuna KM, sposoban za otkrivanje čak i manje perturbacija gravitacijskim poljima. Revitalizacija rada u tom smjeru može reći puno o osnovnim fazama razvoja svemira, procesima, promatranja da u tradicionalnim bendova je teško ili nemoguće. Bez sumnje, crne rupe, čiji će gravitacijski valovi biti fiksirani u budućnosti, puno će reći o svojoj prirodi.

Za proučavanje reliktnog gravitacijskog zračenja koji se može prepoznati o prvim trenucima našeg svijeta nakon Velikog praska, potreban je osjetljivi prostorni instrumenti. Takav projekt postoji (Big Bang promatrač), ali je njegova provedba, prema stručnjacima, moguća ne prije 30-40 godina.