Ang opisyal na araw ng pagtuklas (detection) ng gravitational waves ay Pebrero 11, 2016. Noon, sa isang press conference sa Washington, inanunsyo ng mga pinuno ng pakikipagtulungan ng LIGO na ang isang pangkat ng mga mananaliksik ay nagtagumpay sa pagtatala ng hindi pangkaraniwang bagay na ito sa unang pagkakataon sa kasaysayan ng sangkatauhan.
Mga hula ng dakilang Einstein
Kahit sa simula ng huling siglo (1916), iminungkahi ni Albert Einstein na ang mga gravitational wave ay umiiral sa loob ng balangkas ng General Theory of Relativity (GR) na binuo niya. Ang isang tao ay maaari lamang humanga sa makikinang na kakayahan ng sikat na pisiko, na, na may pinakamababang tunay na data, ay nakagawa ng napakalawak na mga konklusyon. Kabilang sa maraming iba pang hinulaang pisikal na phenomena na nakumpirma sa susunod na siglo (pagpapabagal ng daloy ng oras, pagbabago ng direksyon ng electromagnetic radiation sa mga gravitational field, atbp.), hindi posible na praktikal na makita ang pagkakaroon ng ganitong uri ng alon. pakikipag-ugnayan ng mga katawan hanggang kamakailan.
Ang gravity ay isang ilusyon?
Sa pangkalahatan, sa liwanagAng teorya ng relativity ay halos hindi matatawag na puwersa ang gravity. Ito ay bunga ng perturbation o curvature ng space-time continuum. Ang isang magandang halimbawa na naglalarawan ng postulate na ito ay isang nakaunat na piraso ng tela. Sa ilalim ng bigat ng isang napakalaking bagay na inilagay sa naturang ibabaw, isang recess ay nabuo. Iba pang mga bagay na gumagalaw malapit sa anomalyang ito ay magbabago sa tilapon ng kanilang paggalaw, na parang "naaakit". At mas malaki ang bigat ng bagay (mas malaki ang diameter at lalim ng curvature), mas mataas ang "force of attraction". Kapag gumagalaw ito sa tela, makikita mo ang hitsura ng magkaibang "ripple".
May katulad na nangyayari sa kalawakan ng mundo. Ang anumang mabilis na gumagalaw na malalaking bagay ay pinagmumulan ng mga pagbabago sa density ng espasyo at oras. Isang gravitational wave na may malaking amplitude, na nabuo ng mga katawan na may napakalaking masa o kapag gumagalaw nang may malalaking acceleration.
Mga katangiang pisikal
Ang mga pagbabagu-bago ng space-time metric ay nagpapakita ng kanilang mga sarili bilang mga pagbabago sa gravitational field. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na space-time ripples. Ang gravitational wave ay kumikilos sa mga nakatagpo na katawan at bagay, pinipiga at iniuunat ang mga ito. Napakaliit ng mga halaga ng deformation - mga 10-21 mula sa orihinal na laki. Ang buong kahirapan sa pagtuklas ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang mga mananaliksik ay kailangang matutunan kung paano sukatin at itala ang mga naturang pagbabago sa tulong ng naaangkop na kagamitan. Ang kapangyarihan ng gravitational radiation ay napakaliit din - para sa buong solar system itoilang kilowatts.
Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga gravitational wave ay bahagyang nakadepende sa mga katangian ng conducting medium. Ang amplitude ng oscillation ay unti-unting bumababa sa distansya mula sa pinagmulan, ngunit hindi umabot sa zero. Ang dalas ay nasa hanay mula sa ilang sampu hanggang daan-daang hertz. Ang bilis ng gravitational waves sa interstellar medium ay papalapit sa bilis ng liwanag.
Circumstantial evidence
Sa unang pagkakataon, nakuha ng American astronomer na si Joseph Taylor at ng kanyang assistant na si Russell Hulse ang theoretical confirmation ng pagkakaroon ng gravity waves noong 1974. Sa pag-aaral ng mga kalawakan ng Uniberso gamit ang radio teleskopyo ng Arecibo Observatory (Puerto Rico), natuklasan ng mga mananaliksik ang pulsar PSR B1913 + 16, na isang binary system ng mga neutron star na umiikot sa isang karaniwang sentro ng masa na may pare-pareho ang angular na bilis (isang medyo bihirang kaso). Bawat taon, ang panahon ng rebolusyon, na orihinal na 3.75 oras, ay nababawasan ng 70 ms. Ang halagang ito ay medyo pare-pareho sa mga konklusyon mula sa mga equation ng GR na hinuhulaan ang pagtaas sa bilis ng pag-ikot ng mga naturang sistema dahil sa paggasta ng enerhiya para sa pagbuo ng mga gravitational wave. Kasunod nito, natuklasan ang ilang double pulsar at white dwarf na may katulad na pag-uugali. Ang mga astronomo sa radyo na sina D. Taylor at R. Hulse ay ginawaran ng Nobel Prize sa Physics noong 1993 para sa pagtuklas ng mga bagong posibilidad para sa pag-aaral ng gravitational field.
Escaped gravity wave
Unang pahayag tungkol saAng pagtuklas ng mga gravity wave ay nagmula sa scientist ng University of Maryland na si Joseph Weber (USA) noong 1969. Para sa mga layuning ito, gumamit siya ng dalawang gravitational antenna ng kanyang sariling disenyo, na pinaghihiwalay ng layo na dalawang kilometro. Ang resonant detector ay isang well-vibrated one-piece two-meter aluminum cylinder na nilagyan ng mga sensitibong piezoelectric sensor. Ang amplitude ng mga pagbabagu-bago na sinasabing naitala ni Weber ay naging higit sa isang milyong beses na mas mataas kaysa sa inaasahang halaga. Ang mga pagtatangka ng ibang mga siyentipiko na gumamit ng naturang kagamitan upang ulitin ang "tagumpay" ng Amerikanong pisiko ay hindi nagdulot ng mga positibong resulta. Pagkalipas ng ilang taon, ang gawain ni Weber sa lugar na ito ay kinikilala bilang hindi mapanghawakan, ngunit nagbigay ng lakas sa pagbuo ng isang "gravitational boom" na umaakit sa maraming mga espesyalista sa lugar na ito ng pananaliksik. Siyanga pala, si Joseph Weber mismo ay sigurado hanggang sa katapusan ng kanyang mga araw na nakatanggap siya ng mga gravitational wave.
Pagpapabuti ng kagamitan sa pagtanggap
Noong 70s, binuo ng scientist na si Bill Fairbank (USA) ang disenyo ng gravitational wave antenna na pinalamig ng liquid helium gamit ang SQUIDs - supersensitive magnetometers. Ang mga teknolohiyang umiral noong panahong iyon ay hindi nagpapahintulot sa imbentor na makita ang kanyang produkto, na natanto sa "metal".
Ang gravitational detector na Auriga ay ginawa sa ganitong paraan sa National Legnard Laboratory (Padua, Italy). Ang disenyo ay batay sa isang aluminum-magnesium cylinder, 3 metro ang haba at 0.6 m ang lapad. Isang receiving device na tumitimbang ng 2.3 toneladasinuspinde sa isang nakahiwalay na silid ng vacuum na pinalamig halos sa ganap na zero. Ginagamit ang auxiliary kilogram resonator at isang computing-based na measuring complex para sa pag-aayos at pag-detect ng mga vibrations. Idineklara ang sensitivity ng kagamitan 10-20.
Interferometer
Ang operasyon ng mga interference detector ng gravitational waves ay nakabatay sa parehong mga prinsipyo gaya ng Michelson interferometer. Ang laser beam na ibinubuga ng pinagmulan ay nahahati sa dalawang stream. Pagkatapos ng maraming pagmuni-muni at paglalakbay sa mga balikat ng device, ang mga stream ay muling pinagsasama-sama, at ang panghuling interference na imahe ay ginagamit upang hatulan kung ang anumang mga perturbation (halimbawa, isang gravitational wave) ay nakaapekto sa kurso ng mga sinag. Nagawa ang mga katulad na kagamitan sa maraming bansa:
- GEO 600 (Hanover, Germany). Ang haba ng mga vacuum tunnel ay 600 metro.
- TAMA (Japan) 300m shoulders
- VIRGO (Pisa, Italy) ay isang joint Franco-Italian project na inilunsad noong 2007 na may 3km tunnels.
- LIGO (USA, Pacific Coast), pangangaso para sa mga gravity wave mula noong 2002.
Ang
Ang huli ay dapat isaalang-alang nang mas detalyado.
LIGO Advanced
Ang proyekto ay pinasimulan ng mga siyentipiko mula sa Massachusetts Institute of Technology at California Institute of Technology. May kasamang dalawang obserbatoryo na pinaghihiwalay ng 3 libong km, sa mga estado ng Louisiana at Washington (mga lungsod ng Livingston at Hanford) na may tatlong magkaparehong interferometer. Haba ng perpendicular vacuumtunnels ay 4 na libong metro. Ito ang pinakamalalaking istrukturang kasalukuyang gumagana. Hanggang sa 2011, maraming mga pagtatangka upang makita ang mga gravity wave ay hindi nagdala ng anumang mga resulta. Ang makabuluhang modernisasyon na isinagawa (Advanced LIGO) ay nadagdagan ang sensitivity ng kagamitan sa hanay ng 300-500 Hz ng higit sa limang beses, at sa mababang frequency na rehiyon (hanggang sa 60 Hz) ng halos isang order ng magnitude, na umaabot sa tulad ng gustong halaga na 10-21. Nagsimula ang na-update na proyekto noong Setyembre 2015, at ang mga pagsusumikap ng higit sa isang libong mga collaborator ay ginantimpalaan ng mga resulta.
Natukoy ang mga gravity wave
Noong Setyembre 14, 2015, ang mga advanced na LIGO detector na may pagitan na 7 ms ay nagtala ng mga gravitational wave na umabot sa ating planeta mula sa pinakamalaking phenomenon na naganap sa labas ng nakikitang Uniberso - ang pagsasama ng dalawang malalaking black hole na may masa. 29 at 36 beses ang mass ng Araw. Sa panahon ng proseso, na naganap higit sa 1.3 bilyong taon na ang nakalilipas, humigit-kumulang tatlong solar masa ng bagay ang ginugol sa radiation ng gravity waves sa isang bagay ng mga fraction ng isang segundo. Ang paunang dalas ng mga gravitational wave ay naitala bilang 35 Hz, at ang maximum na peak value ay umabot sa 250 Hz.
Ang mga resultang nakuha ay paulit-ulit na sumailalim sa komprehensibong pag-verify at pagproseso, ang mga alternatibong interpretasyon ng data na nakuha ay maingat na pinutol. Sa wakas, noong Pebrero 11 noong nakaraang taon, ang direktang pagpaparehistro ng phenomenon na hinulaan ni Einstein ay inihayag sa komunidad ng mundo.
Katotohanan na naglalarawan sa napakalaking gawain ng mga mananaliksik: ang amplitude ng mga pagbabago sa mga sukat ng mga interferometer arm ay 10-19m - ang halagang ito ay mas maliit kaysa sa diameter ng isang atom dahil mas maliit ito kaysa sa isang orange.
Mga karagdagang prospect
Muling kinumpirma ng pagtuklas na ang General Theory of Relativity ay hindi lamang isang set ng abstract formula, ngunit isang panimula na bagong pagtingin sa esensya ng gravitational waves at gravity sa pangkalahatan.
Sa karagdagang pananaliksik, ang mga siyentipiko ay may mataas na pag-asa para sa proyekto ng ELSA: ang paglikha ng isang higanteng orbital interferometer na may mga armas na humigit-kumulang 5 milyong km, na may kakayahang tumukoy ng kahit na maliliit na kaguluhan sa mga larangan ng gravitational. Ang pagtindi ng trabaho sa direksyon na ito ay maaaring sabihin ng maraming tungkol sa mga pangunahing yugto sa pag-unlad ng Uniberso, tungkol sa mga proseso na mahirap o imposibleng obserbahan sa mga tradisyonal na banda. Walang alinlangan na ang mga black hole, na ang mga gravitational wave ay maaayos sa hinaharap, ay magsasabi ng maraming tungkol sa kanilang kalikasan.
Upang pag-aralan ang relic gravitational radiation, na makapagsasabi tungkol sa mga unang sandali ng ating mundo pagkatapos ng Big Bang, kakailanganin ang mas sensitibong mga instrumento sa espasyo. Ang ganitong proyekto ay umiiral (Big Bang Observer), ngunit ang pagpapatupad nito, ayon sa mga eksperto, ay posible nang hindi mas maaga kaysa sa 30-40 taon.
