Valët gravitacionale janë shumë të gjata. A i parashikoi Ajnshtajni valët gravitacionale? A përbëhet hapësirë-koha nga vargjet kozmike?

Valët gravitacionale - Imazhi i artistit

Valët gravitacionale janë shqetësime të metrikës hapësirë-kohë që shkëputen nga burimi dhe përhapen si valë (të ashtuquajturat "rrjedhje hapësinore-kohë").

Në teorinë e përgjithshme të relativitetit dhe në shumicën e teorive të tjera moderne të gravitetit, valët gravitacionale krijohen nga lëvizja e trupave masivë me nxitim të ndryshueshëm. Valët gravitacionale përhapen lirshëm në hapësirë me shpejtësinë e dritës. Për shkak të dobësisë relative të forcave gravitacionale (krahasuar me të tjerat), këto valë kanë një madhësi shumë të vogël, e cila është e vështirë të regjistrohet.

Vala gravitacionale e polarizuar

Valët gravitacionale parashikohen nga teoria e përgjithshme e relativitetit (GR), shumë të tjera. Ata u zbuluan për herë të parë drejtpërdrejt në shtator 2015 nga dy detektorë binjakë, të cilët regjistruan valë gravitacionale, me gjasë që rezultojnë nga bashkimi i të dyve dhe formimi i një vrime të zezë rrotulluese më masive. Dëshmia indirekte e ekzistencës së tyre është e njohur që nga vitet 1970 - relativiteti i përgjithshëm parashikon shkallët e konvergjencës së sistemeve të afërta që përkojnë me vëzhgimet për shkak të humbjes së energjisë për emetimin e valëve gravitacionale. Regjistrimi i drejtpërdrejtë i valëve gravitacionale dhe përdorimi i tyre për të përcaktuar parametrat e proceseve astrofizike është një detyrë e rëndësishme e fizikës dhe astronomisë moderne.

Në kuadrin e relativitetit të përgjithshëm, valët gravitacionale përshkruhen nga zgjidhjet e ekuacioneve të Ajnshtajnit të tipit valë, të cilat përfaqësojnë një shqetësim të metrikës hapësirë-kohë që lëviz me shpejtësinë e dritës (në një përafrim linear). Manifestimi i këtij shqetësimi duhet të jetë, në veçanti, një ndryshim periodik në distancën midis dy masave testuese që bien lirisht (d.m.th., të paprekura nga asnjë forcë). Amplituda h Vala gravitacionale është një sasi pa dimension - një ndryshim relativ në distancë. Amplituda maksimale e parashikuar e valëve gravitacionale nga objektet astrofizike (për shembull, sistemet kompakte binare) dhe fenomenet (shpërthimet, bashkimet, kapjet nga vrimat e zeza, etj.) janë shumë të vogla kur maten në ( h=10 −18 -10 −23). Një valë gravitacionale e dobët (lineare), sipas teorisë së përgjithshme të relativitetit, mbart energji dhe moment, lëviz me shpejtësinë e dritës, është tërthore, katërpolëshe dhe përshkruhet nga dy komponentë të pavarur të vendosur në një kënd 45° me njëri-tjetrin. (ka dy drejtime polarizimi).

Teori të ndryshme parashikojnë shpejtësinë e përhapjes së valëve gravitacionale në mënyra të ndryshme. Në relativitetin e përgjithshëm, është e barabartë me shpejtësinë e dritës (në një përafrim linear). Në teori të tjera të gravitetit, ai mund të marrë çdo vlerë, duke përfshirë ad infinitum. Sipas të dhënave të regjistrimit të parë të valëve gravitacionale, shpërndarja e tyre rezultoi e pajtueshme me gravitonin pa masë dhe shpejtësia u vlerësua e barabartë me shpejtësinë e dritës.

Gjenerimi i valëve gravitacionale

Një sistem i dy yjeve neutron krijon valëzime në hapësirë-kohë

Një valë gravitacionale emetohet nga çdo lëndë që lëviz me nxitim asimetrik. Për shfaqjen e një vale me amplitudë të konsiderueshme, kërkohet një masë jashtëzakonisht e madhe e emetuesit ose / dhe përshpejtime të mëdha, amplituda e valës gravitacionale është drejtpërdrejt proporcionale me derivati i parë i nxitimit dhe masa e gjeneratorit, pra ~ . Sidoqoftë, nëse një objekt lëviz me një ritëm të përshpejtuar, atëherë kjo do të thotë se një forcë po vepron mbi të nga ana e një objekti tjetër. Nga ana tjetër, ky objekt tjetër përjeton veprimin e kundërt (sipas ligjit të 3-të të Njutonit), ndërsa rezulton se m 1 a 1 = − m 2 a 2 . Rezulton se dy objekte rrezatojnë valë gravitacionale vetëm në çifte, dhe si rezultat i ndërhyrjes ato shuhen reciprokisht pothuajse plotësisht. Prandaj, rrezatimi gravitacional në teorinë e përgjithshme të relativitetit ka gjithmonë karakterin e të paktën rrezatimit katërpolësh për sa i përket multipolaritetit. Përveç kësaj, për emetuesit jorelativistë, shprehja për intensitetin e rrezatimit përmban një parametër të vogël ku është rrezja gravitacionale e emetuesit, r- madhësia e tij karakteristike, T- periudha karakteristike e lëvizjes, cështë shpejtësia e dritës në vakum.

Burimet më të forta të valëve gravitacionale janë:

përplasje (masa gjigante, nxitime shumë të vogla),
kolapsi gravitacional i një sistemi binar të objekteve kompakte (përshpejtime kolosale me një masë mjaft të madhe). Si një rast i veçantë dhe më interesant - bashkimi i yjeve neutron. Në një sistem të tillë, shkëlqimi i valës gravitacionale është afër shkëlqimit më të lartë të mundshëm të Plankut në natyrë.

Valët gravitacionale të emetuara nga një sistem me dy trupa

Dy trupa që lëvizin në orbita rrethore rreth një qendre të përbashkët të masës

Dy trupa të lidhur në mënyrë gravitacionale me masa m 1 dhe m 2, duke lëvizur në mënyrë jorelativiste ( v << c) në orbita rrethore rreth qendrës së tyre të përbashkët të masës në një distancë r nga njëra-tjetra, rrezatojnë valë gravitacionale të energjisë së mëposhtme, mesatarisht gjatë periudhës:

Si rezultat, sistemi humbet energjinë, gjë që çon në konvergjencën e trupave, domethënë në një ulje të distancës midis tyre. Shpejtësia e afrimit të trupave:

Për sistemin diellor, për shembull, nënsistemi dhe prodhon rrezatimin më të madh gravitacional. Fuqia e këtij rrezatimi është afërsisht 5 kilovat. Kështu, energjia e humbur nga sistemi diellor ndaj rrezatimit gravitacional në vit është krejtësisht e papërfillshme në krahasim me energjinë karakteristike kinetike të trupave.

Kolapsi gravitacional i një sistemi binar

Çdo yll binar, kur përbërësit e tij rrotullohen rreth një qendre të përbashkët të masës, humbet energjinë (siç supozohet - për shkak të emetimit të valëve gravitacionale) dhe, në fund, bashkohet së bashku. Por për yjet e zakonshëm, jo kompakt, binar, ky proces kërkon një kohë shumë të gjatë, shumë më tepër se epoka aktuale. Nëse sistemi kompakt binar përbëhet nga një palë yje neutron, vrima të zeza ose një kombinim i të dyjave, atëherë bashkimi mund të ndodhë në disa milionë vjet. Së pari, objektet i afrohen njëri-tjetrit dhe periudha e tyre e revolucionit zvogëlohet. Pastaj në fazën përfundimtare ka një përplasje dhe një kolaps gravitacional asimetrik. Ky proces zgjat një pjesë të sekondës, dhe gjatë kësaj kohe, energjia humbet në rrezatim gravitacional, i cili, sipas disa vlerësimeve, është më shumë se 50% e masës së sistemit.

Zgjidhjet e sakta themelore të ekuacioneve të Ajnshtajnit për valët gravitacionale

Valët trupore të Bondi - Pirani - Robinson

Këto valë përshkruhen nga një metrikë e formës. Nëse prezantojmë një ndryshore dhe një funksion, atëherë nga ekuacionet GR marrim ekuacionin

Nuk ka metrikë

ka formën , -funksionet, plotësojnë të njëjtin ekuacion.

Rozen metrike

Ku kënaq

Metrikë Perez

Valët cilindrike të Einstein-Rosen

Në koordinatat cilindrike, valë të tilla kanë formën dhe plotësohen

Regjistrimi i valëve gravitacionale

Regjistrimi i valëve gravitacionale është mjaft i ndërlikuar për shkak të dobësisë së kësaj të fundit (shtrembërim i vogël i metrikës). Instrumentet për regjistrimin e tyre janë detektorë të valëve gravitacionale. Përpjekjet për të zbuluar valët gravitacionale janë bërë që nga fundi i viteve 1960. Valët gravitacionale me amplitudë të dallueshme prodhohen gjatë kolapsit të një binar. Ngjarje të ngjashme ndodhin në afërsi afërsisht një herë në dekadë.

Nga ana tjetër, relativiteti i përgjithshëm parashikon një përshpejtim të rrotullimit të ndërsjellë të yjeve binare për shkak të humbjes së energjisë për emetimin e valëve gravitacionale, dhe ky efekt është regjistruar në mënyrë të besueshme në disa sisteme të njohura të objekteve kompakte binare (në veçanti, pulsarët me shoqërues kompakt). Në vitin 1993, "për zbulimin e një lloji të ri pulsari që u dha mundësi të reja në studimin e gravitetit" zbuluesve të pulsarit të parë të dyfishtë PSR B1913+16, Russell Hulse dhe Joseph Taylor Jr. u nderua me Çmimin Nobel në Fizikë. Përshpejtimi i rrotullimit i vërejtur në këtë sistem përkon plotësisht me parashikimet e relativitetit të përgjithshëm për emetimin e valëve gravitacionale. I njëjti fenomen u regjistrua në disa raste të tjera: për pulsarët PSR J0737-3039, PSR J0437-4715, SDSS J065133.338+284423.37 (zakonisht shkurtuar J0651) dhe sistemin binar RX J0806. Për shembull, distanca midis dy komponentëve A dhe B të yllit të parë binar të dy pulsarëve PSR J0737-3039 zvogëlohet me rreth 2,5 inç (6,35 cm) në ditë për shkak të humbjes së energjisë ndaj valëve gravitacionale, dhe kjo ndodh në përputhje me relativiteti i përgjithshëm. Të gjitha këto të dhëna interpretohen si konfirmim indirekt i ekzistencës së valëve gravitacionale.

Sipas vlerësimeve, burimet më të forta dhe më të shpeshta të valëve gravitacionale për teleskopët dhe antenat gravitacionale janë katastrofat që lidhen me kolapsin e sistemeve binare në galaktikat e afërta. Pritet që në të ardhmen e afërt, detektorë gravitacional të avancuar të regjistrojnë disa ngjarje të tilla në vit, duke shtrembëruar metrikën në afërsi me 10 -21 -10 -23 . Vëzhgimet e para të sinjalit të rezonancës parametrike optiko-metrike, i cili bën të mundur zbulimin e efektit të valëve gravitacionale nga burimet periodike të tipit binar të ngushtë në rrezatimin e maserëve kozmikë, mund të jenë marrë në Observatorin e Radio Astronomisë së Rusisë. Akademia e Shkencave, Pushchino.

Një mundësi tjetër për zbulimin e sfondit të valëve gravitacionale që mbushin Universin është koha me saktësi të lartë të pulsarëve të largët - analiza e kohës së mbërritjes së pulseve të tyre, e cila ndryshon në mënyrë karakteristike nën veprimin e valëve gravitacionale që kalojnë nëpër hapësirën midis Tokës dhe pulsarit. Sipas vlerësimeve të vitit 2013, saktësia e kohës duhet të rritet me rreth një rend të madhësisë për të qenë në gjendje të zbulojë valët e sfondit nga burime të shumta në universin tonë dhe kjo detyrë mund të zgjidhet para fundit të dekadës.

Sipas koncepteve moderne, Universi ynë është i mbushur me valë gravitacionale relike që u shfaqën në momentet e para më pas. Regjistrimi i tyre do të japë informacion në lidhje me proceset në fillim të lindjes së Universit. Më 17 mars 2014 në orën 20:00 me kohën e Moskës në Qendrën Harvard-Smithsonian për Astrofizikën, një grup amerikan studiuesish që punonin në projektin BICEP 2 njoftuan zbulimin e perturbimeve të tensorit jo zero në Universin e hershëm nga polarizimi i CMB. që është edhe zbulimi i këtyre valëve relike gravitacionale . Megjithatë, pothuajse menjëherë ky rezultat u kundërshtua, pasi, siç doli, kontributi i . Një nga autorët, J. M. Kovats ( Kovac J.M.), pranoi se “me interpretimin dhe pasqyrimin e të dhënave të eksperimentit BICEP2, pjesëmarrësit në eksperiment dhe gazetarët e shkencës ishin pak të nxituar”.

Konfirmimi eksperimental i ekzistencës

Sinjali i parë i regjistruar i valës gravitacionale. Në të majtë, të dhëna nga detektori në Hanford (H1), në të djathtë, në Livingston (L1). Ora është e numëruar nga data 14 shtator 2015, ora 09:50:45 UTC. Për të vizualizuar sinjalin, ai u filtrua nga një filtër frekuencash me një gjerësi brezi prej 35-350 Hz për të shtypur luhatjet e mëdha jashtë gamës së ndjeshmërisë së lartë të detektorëve; filtrat e brezit u përdorën gjithashtu për të shtypur zhurmën e vetë instalimeve. Rreshti i sipërm: tensionet h në detektorë. GW150914 mbërriti fillimisht në L1 dhe 6 9 +0 5 −0 4 ms më vonë mbërriti në H1; për krahasim vizual, të dhënat nga H1 tregohen në grafikun L1 të përmbysur dhe të zhvendosur në kohë (për të marrë parasysh orientimin relativ të detektorëve). Rreshti i dytë: tensionet h nga sinjali i valës gravitacionale, të kaluar nëpër të njëjtin filtër brezkalimi 35-350 Hz. Vija e fortë është rezultat i relativitetit numerik për një sistem me parametra të përputhshëm me ato të gjetura në bazë të studimit të sinjalit GW150914, të marrë nga dy kode të pavarura me një përputhje rezultuese prej 99.9. Vijat e trasha gri janë intervalet e besueshmërisë 90% të formës valore të rikuperuar nga të dhënat e detektorit me dy metoda të ndryshme. Linja gri e errët modelon sinjalet e pritshme nga bashkimet e vrimave të zeza, vija gri e lehtë nuk përdor modele astrofizike, por përfaqëson sinjalin si një kombinim linear i valëve sinusoidale-gaussian. Rikonstruksionet mbivendosen me 94%. Rreshti i tretë: Gabimet e mbetura pas nxjerrjes së parashikimit të filtruar të sinjalit të relativitetit numerik nga sinjali i filtruar i detektorëve. Rreshti i poshtëm: paraqitja e hartës së frekuencës së tensionit që tregon rritjen e frekuencës dominuese të sinjalit me kalimin e kohës.

11 Shkurt 2016 nga bashkëpunimet LIGO dhe VIRGO. Sinjali i bashkimit të dy vrimave të zeza me një amplitudë në një maksimum prej rreth 10 −21 u zbulua më 14 shtator 2015 në orën 09:51 UTC nga dy detektorë LIGO në Hanford dhe Livingston 7 milisekonda larg njëri-tjetrit, në rajonin e sinjalit maksimal. amplituda (0.2 sekonda) e kombinuar, raporti sinjal-zhurmë ishte 24:1. Sinjali u emërua GW150914. Forma e sinjalit përputhet me parashikimin e relativitetit të përgjithshëm për bashkimin e dy vrimave të zeza me masa 36 dhe 29 masa diellore; vrima e zezë që rezulton duhet të ketë një masë prej 62 masash diellore dhe një parametër rrotullimi a= 0,67. Distanca nga burimi është rreth 1.3 miliardë, energjia e rrezatuar në të dhjetat e sekondës në bashkim është e barabartë me rreth 3 masa diellore.

Histori

Historia e vetë termit "valë gravitacionale", kërkimi teorik dhe eksperimental i këtyre valëve, si dhe përdorimi i tyre për të studiuar fenomene të paarritshme për metodat e tjera.

1900 - Lorentz sugjeroi se graviteti "... mund të përhapet me një shpejtësi jo më të madhe se shpejtësia e dritës";
1905 - Poincare fillimisht prezantoi termin valë gravitacionale (onde gravifique). Poincaré, në një nivel cilësor, hoqi kundërshtimet e vërtetuara mirë të Laplace dhe tregoi se korrigjimet e lidhura me valët gravitacionale ndaj ligjeve të pranuara përgjithësisht të gravitetit të Njutonit të rendit anulojnë, kështu që supozimi i ekzistencës së valëve gravitacionale nuk kundërshton vëzhgimet;
1916 - Ajnshtajni tregoi se, brenda kuadrit të GR, një sistem mekanik do të transferonte energji në valët gravitacionale dhe, përafërsisht, çdo rrotullim në lidhje me yjet fikse duhet të ndalet herët a vonë, megjithëse, natyrisht, në kushte normale, humbjet e energjisë së renditja është e papërfillshme dhe praktikisht nuk mund të matet (në këtë vepër, ai ende besonte gabimisht se një sistem mekanik që ruan vazhdimisht simetrinë sferike mund të rrezatojë valë gravitacionale);
1918 - Ajnshtajni nxori një formulë katërpolëshe në të cilën rrezatimi i valëve gravitacionale rezulton të jetë një efekt rendi, duke korrigjuar kështu gabimin në punën e tij të mëparshme (kishte një gabim në koeficient, energjia e valës është 2 herë më pak);
1923 - Eddington - vuri në dyshim realitetin fizik të valëve gravitacionale "... përhapen ... me shpejtësinë e mendimit". Në vitin 1934, kur përgatiti një përkthim rus të monografisë së tij Teoria e Relativitetit, Eddington shtoi disa kapituj, duke përfshirë kapituj me dy variante të llogaritjes së humbjeve të energjisë nga një shufër rrotulluese, por vuri në dukje se metodat e përdorura për llogaritjet e përafërta të relativitetit të përgjithshëm, në librin e tij. opinioni, nuk janë të zbatueshëm për sistemet e kombinuara gravitacionale, kështu që dyshimet mbeten;
1937 - Ajnshtajni, së bashku me Rosen, hetuan zgjidhjet e valëve cilindrike të ekuacioneve të sakta të fushës gravitacionale. Gjatë këtyre studimeve, ata kishin dyshime se valët gravitacionale mund të ishin një artefakt i zgjidhjeve të përafërta të ekuacioneve GR (ekziston një korrespondencë e njohur në lidhje me rishikimin e artikullit nga Ajnshtajni dhe Rosen "A ekzistojnë valët gravitacionale?"). Më vonë, ai gjeti një gabim në arsyetim, versioni përfundimtar i artikullit me redaktime themelore u botua tashmë në Journal of the Franklin Institute;
1957 - Herman Bondy dhe Richard Feynman propozuan një eksperiment mendimi "kallam me rruaza" në të cilin ata vërtetuan ekzistencën e pasojave fizike të valëve gravitacionale në relativitetin e përgjithshëm;
1962 - Vladislav Pustovoit dhe Mikhail Gertsenshtein përshkruan parimet e përdorimit të interferometrave për të zbuluar valët gravitacionale me gjatësi vale të gjatë;
1964 - Philip Peters dhe John Matthew përshkruan teorikisht valët gravitacionale të emetuara nga sistemet binare;
1969 - Joseph Weber, themeluesi i astronomisë së valëve gravitacionale, raporton zbulimin e valëve gravitacionale duke përdorur një detektor rezonant - një antenë mekanike gravitacionale. Këto raporte nxisin një rritje të shpejtë të punës në këtë drejtim, në veçanti, Rene Weiss, një nga themeluesit e projektit LIGO, filloi eksperimentet në atë kohë. Deri më sot (2015), askush nuk ka mundur të marrë konfirmim të besueshëm të këtyre ngjarjeve;
1978 - Joseph Taylor raportoi zbulimin e rrezatimit gravitacional në sistemin binar të pulsarit PSR B1913+16. Puna e Joseph Taylor dhe Russell Hulse fitoi Çmimin Nobel në Fizikë në vitin 1993. Në fillim të vitit 2015, tre parametra post-keplerian, përfshirë uljen e periudhës për shkak të emetimit të valëve gravitacionale, u matën për të paktën 8 sisteme të tilla;
2002 - Sergey Kopeikin dhe Edward Fomalont bënë matje dinamike të devijimit të dritës në fushën gravitacionale të Jupiterit duke përdorur interferometrinë e valëve të radios me një bazë shumë të gjatë, e cila për një klasë të caktuar të zgjerimeve hipotetike të relativitetit të përgjithshëm lejon vlerësimin e shpejtësisë së gravitetit - ndryshimi nga shpejtësia e dritës nuk duhet të kalojë 20% (ky interpretim nuk pranohet përgjithësisht);
2006 - ekipi ndërkombëtar i Martha Burgay (Observatori i Parqeve, Australi) raportoi një konfirmim shumë më të saktë të relativitetit të përgjithshëm dhe korrespondencën me të të madhësisë së emetimit të valëve gravitacionale në sistemin e dy pulsarëve PSR J0737-3039A/B;
2014 - Astronomët në Qendrën Harvard-Smithsonian për Astrofizikë (BICEP) raportuan zbulimin e valëve gravitacionale primordiale në matjet e luhatjeve të CMB. Për momentin (2016), luhatjet e zbuluara konsiderohen se nuk janë me origjinë relikte, por shpjegohen nga rrezatimi i pluhurit në Galaxy;
2016 - Ekipi ndërkombëtar LIGO njoftoi zbulimin e ngjarjes së kalimit të valëve gravitacionale GW150914. Për herë të parë, vëzhgimi i drejtpërdrejtë i trupave masivë ndërveprues në fusha gravitacionale super të forta me shpejtësi relative super të larta (< 1,2 × R s , v/c >0.5), i cili bëri të mundur verifikimin e korrektësisë së relativitetit të përgjithshëm me një saktësi të disa termave të rendit të lartë post-Njutonian. Shpërndarja e matur e valëve gravitacionale nuk bie ndesh me matjet e mëparshme të dispersionit dhe kufirit të sipërm të masës së gravitonit hipotetik (< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.

Dje, bota u trondit nga një ndjesi: shkencëtarët kanë zbuluar më në fund valët gravitacionale, ekzistencën e të cilave Ajnshtajni e parashikoi njëqind vjet më parë. Ky është një zbulim i madh. Shtrembërimi i hapësirë-kohës (këto janë valët gravitacionale - tani do të shpjegojmë se çfarë është) u zbulua në observatorin LIGO, dhe një nga themeluesit e tij është - kush do të mendonit? - Kip Thorne, autor i librit.

Ne tregojmë pse zbulimi i valëve gravitacionale është kaq i rëndësishëm, çfarë tha Mark Zuckerberg dhe, natyrisht, ne e ndajmë historinë nga vetë i parë. Kip Thorne, si askush tjetër, e di se si funksionon projekti, çfarë e bën atë të pazakontë dhe çfarë rëndësie ka LIGO për njerëzimin. Po, po, gjithçka është kaq serioze.

Zbulimi i valëve gravitacionale

Bota shkencore do ta kujtojë përgjithmonë datën e 11 shkurtit 2016. Në këtë ditë, pjesëmarrësit e projektit LIGO njoftuan: pas kaq shumë përpjekjesh të kota, janë gjetur valë gravitacionale. Ky është realiteti. Në fakt, ato u zbuluan pak më herët: në shtator 2015, por dje zbulimi u njoh zyrtarisht. The Guardian beson se shkencëtarët me siguri do të marrin çmimin Nobel në Fizikë.

Shkaku i valëve gravitacionale është përplasja e dy vrimave të zeza, e cila ndodhi tashmë ... një miliard vjet dritë nga Toka. Imagjinoni sa i madh është universi ynë! Meqenëse vrimat e zeza janë trupa shumë masivë, ato valëzohen në hapësirë-kohë, duke e shtrembëruar pak atë. Kështu shfaqen valë, të ngjashme me ato që përhapen nga një gur i hedhur në ujë.

Kështu mund të imagjinoni valët gravitacionale që vijnë në Tokë, për shembull, nga një vrimë krimbi. Vizatim nga libri “Ndëryjor. Shkenca në prapaskenë"

Dridhjet që rezultuan u shndërruan në zë. Është interesante se sinjali nga valët gravitacionale vjen në të njëjtën frekuencë si fjalimi ynë. Pra, ne mund të dëgjojmë me veshët tanë se si vrimat e zeza përplasen. Dëgjoni se si tingëllojnë valët gravitacionale.

Dhe e dini çfarë? Kohët e fundit, vrimat e zeza janë rregulluar ndryshe nga sa mendohej më parë. Por në fund të fundit, nuk kishte fare prova se ato ekzistonin në parim. Dhe tani ka. Vrimat e zeza vërtetë "jetojnë" në Univers.

Pra, sipas shkencëtarëve, një katastrofë duket si - një bashkim i vrimave të zeza, -.

Më 11 shkurt u mbajt një konferencë madhështore, e cila mblodhi së bashku më shumë se një mijë shkencëtarë nga 15 vende. Të pranishëm ishin edhe shkencëtarët rusë. Dhe, sigurisht, jo pa Kip Thorne. "Ky zbulim është fillimi i një kërkimi të mahnitshëm, madhështor për njerëzit: kërkimi dhe eksplorimi i anës së lakuar të Universit - objekte dhe fenomene të krijuara nga hapësirë-koha e shtrembëruar. Përplasja e vrimave të zeza dhe valët gravitacionale janë mostrat tona të para të jashtëzakonshme”, tha Kip Thorne.

Kërkimi i valëve gravitacionale ka qenë një nga problemet kryesore të fizikës. Tani ata janë gjetur. Dhe gjenialiteti i Ajnshtajnit konfirmohet sërish.

Në tetor, ne intervistuam Sergei Popov, një astrofizikan rus dhe popullarizues i njohur i shkencës. Ai shikoi në ujë! Në vjeshtë: "Më duket se tani jemi në prag të zbulimeve të reja, gjë që është kryesisht për shkak të punës së detektorëve të valëve gravitacionale LIGO dhe VIRGO (Kip Thorne sapo dha një kontribut të madh në krijimin e projektit LIGO). ” E mahnitshme, apo jo?

Valët gravitacionale, detektorët e valëve dhe LIGO

Epo, tani për pak fizikë. Për ata që vërtet duan të kuptojnë se çfarë janë valët gravitacionale. Këtu është një paraqitje artistike e linjave tendex të dy vrimave të zeza që rrotullohen rreth njëra-tjetrës, në drejtim të kundërt të akrepave të orës dhe më pas duke u përplasur. Linjat Tendex gjenerojnë gravitetin e baticës. Shkoni përpara. Linjat që dalin nga dy pikat më të largëta në sipërfaqet e një çifti vrimash të zeza shtrijnë gjithçka në rrugën e tyre, përfshirë edhe mikun e artistit që hyri në vizatim. Linjat që dalin nga zona e përplasjes ngjeshin gjithçka.

Ndërsa vrimat rrotullohen njëra rreth tjetrës, ato ndjekin linjat e tyre tendex, të cilat janë si rryma uji nga një spërkatës lëndinë që rrotullohet. Foto nga libri Interstellar. Shkenca prapa skenave është një çift vrimash të zeza që përplasen, duke rrotulluar njëra rreth tjetrës në drejtim të kundërt të akrepave të orës dhe linjat e tyre tendeksi.

Vrimat e zeza bashkohen në një vrimë të madhe; deformohet dhe rrotullohet në drejtim të kundërt të akrepave të orës, duke tërhequr me vete linjat tendeksi. Një vëzhgues i palëvizshëm larg vrimës do të ndiejë dridhjet ndërsa linjat tendeksi kalojnë përmes saj: shtrirje, pastaj shtrydhje, pastaj shtrirje - linjat tendeksi bëhen një valë gravitacionale. Ndërsa valët përhapen, deformimi i vrimës së zezë gradualisht zvogëlohet, dhe valët gjithashtu dobësohen.

Kur këto valë arrijnë në Tokë, ato kanë formën e treguar në krye të figurës më poshtë. Ata shtrihen në një drejtim dhe ngjeshen në tjetrin. Shtrirjet dhe shtrëngimet luhaten (nga e kuqja djathtas-majtas, në blu djathtas-majtas, në të kuqe djathtas-majtas, etj.) ndërsa valët kalojnë përmes detektorit në fund të figurës.

Valët gravitacionale që kalojnë përmes detektorit LIGO.

Detektori përbëhet nga katër pasqyra të mëdha (40 kilogramë, 34 centimetra në diametër) që janë ngjitur në skajet e dy tubave pingul të quajtur krahë detektor. Linjat Tendex të valëve gravitacionale shtrihen njërën shpatull, ndërsa ngjeshin të dytën, dhe më pas, përkundrazi, ngjeshin të parën dhe zgjasin të dytën. Dhe kështu përsëri dhe përsëri. Duke ndryshuar periodikisht gjatësinë e krahëve, pasqyrat lëvizin në raport me njëra-tjetrën dhe këto zhvendosje gjurmohen duke përdorur rreze lazer në një mënyrë të quajtur interferometri. Prandaj emri LIGO: Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory.

Qendra e kontrollit LIGO, nga ku dërgojnë komanda në detektor dhe monitorojnë sinjalet e marra. Detektorët gravitacional të LIGO ndodhen në Hanford, Uashington dhe Livingston, Luiziana. Foto nga libri “Interstellar. Shkenca në prapaskenë"

Tani LIGO është një projekt ndërkombëtar që përfshin 900 shkencëtarë nga vende të ndryshme, me seli në Institutin e Teknologjisë në Kaliforni.

Ana e shtrembëruar e universit

Vrimat e zeza, vrimat e krimbave, singularitetet, anomalitë gravitacionale dhe dimensionet e rendit më të lartë lidhen me lakimin e hapësirës dhe kohës. Kjo është arsyeja pse Kip Thorne i quan ata "ana e lakuar e universit". Njerëzimi ka ende shumë pak të dhëna eksperimentale dhe vëzhguese nga ana e lakuar e universit. Kjo është arsyeja pse ne i kushtojmë kaq shumë vëmendje valëve gravitacionale: ato janë bërë nga hapësira e lakuar dhe ofrojnë mënyrën më të arritshme për ne për të eksploruar anën e lakuar.

Imagjinoni që ju është dashur të shihni oqeanin vetëm kur është i qetë. Ju nuk do të dinit për rrymat, vorbullat dhe valët e stuhisë. Kjo të kujton njohuritë tona aktuale për lakimin e hapësirës dhe kohës.

Ne nuk dimë pothuajse asgjë se si hapësira e deformuar dhe koha e deformuar sillen "në një stuhi" - kur forma e hapësirës luhatet dhunshëm dhe kur shpejtësia e rrjedhës së kohës luhatet. Ky është një kufi jashtëzakonisht tërheqës i dijes. Shkencëtari John Wheeler shpiku termin "gjeometridinamikë" për këto ndryshime.

Me interes të veçantë në fushën e gjeometridinamikës është përplasja e dy vrimave të zeza.

Përplasja e dy vrimave të zeza jo rrotulluese. Model nga libri "Ndëryjor. Shkenca në prapaskenë"

Figura e mësipërme tregon momentin kur dy vrima të zeza përplasen. Vetëm një ngjarje e tillë i lejoi shkencëtarët të regjistronin valët gravitacionale. Ky model është ndërtuar për vrima të zeza jo rrotulluese. Top: orbitat dhe hijet e vrimave, siç shihen nga universi ynë. Mesi: hapësira dhe koha e lakuar, e parë nga rreze (hiperhapësirë me dimensione të larta); shigjetat tregojnë se si hapësira tërhiqet në lëvizje, dhe ngjyrat në ndryshim tregojnë se si koha përkulet. Fundi: Forma e valëve gravitacionale të emetuara.

Valët gravitacionale nga Big Bengu

Fjalë për Kip Thorne. “Në vitin 1975, Leonid Grischuk, miku im i mirë nga Rusia, bëri një deklaratë të bujshme. Ai tha se në momentin e Big Bengut u ngritën shumë valë gravitacionale dhe mekanizmi i shfaqjes së tyre (i panjohur më parë) ishte si vijon: luhatjet kuantike (luhatje të rastësishme - red.) Fusha gravitacionale në Big Bengun u përforcua shumë nga zgjerimi fillestar i Universit dhe kështu u bënë valët gravitacionale origjinale. Këto valë, nëse mund të zbulohen, mund të na tregojnë se çfarë po ndodhte në momentin e lindjes së universit tonë.”

Nëse shkencëtarët gjejnë valët origjinale gravitacionale, ne do të dimë se si filloi universi.

Njerëzit kanë zbuluar deri në të gjitha misteret e universit. Ende përpara.

Në vitet pasuese, ndërsa kuptimi ynë për Big Bengun u përmirësua, u bë e qartë se këto valë fillestare duhet të jenë të forta në gjatësi vale në përpjesëtim me madhësinë e universit të dukshëm, domethënë në gjatësi prej miliarda vitesh dritë. Mund ta imagjinoni sa është? .. Dhe në gjatësitë e valëve që mbulojnë detektorët LIGO (qindra e mijëra kilometra), valët ka të ngjarë të jenë shumë të dobëta për t'i njohur ato.

Ekipi i Jamie Bock ndërtoi aparatin BICEP2, i cili gjeti një gjurmë të valëve gravitacionale primordiale. Artizanati i Polit të Veriut shfaqet këtu gjatë muzgut, i cili ndodh atje vetëm dy herë në vit.

aparat BICEP2. Imazhi nga libri "Ndëryjor. Shkenca në prapaskenë"

Ajo është e rrethuar nga mburoja që mbrojnë anijen nga rrezatimi nga shtresa e akullit përreth. Në këndin e sipërm të djathtë ka një gjurmë të gjetur në rrezatimin relikt - një model polarizimi. Linjat e fushës elektrike drejtohen përgjatë goditjeve të shkurtra të lehta.

Gjurma e fillimit të universit

Në fillim të viteve 1990, kozmologët kuptuan se këto valë gravitacionale të gjata miliarda vite dritë duhet të kenë lënë një gjurmë unike në valët elektromagnetike që mbushin universin - i ashtuquajturi sfond mikrovalor kozmik, ose CMB. Kjo shënoi fillimin e kërkimit për Graalin e Shenjtë. Në fund të fundit, nëse e gjeni këtë gjurmë dhe nxirrni prej saj vetitë e valëve gravitacionale origjinale, mund të zbuloni se si lindi Universi.

Në mars 2014, ndërsa Kip Thorne po shkruante këtë libër, ekipi i Jamie Bok, një kozmolog i Caltech, zyra e të cilit është pranë Thorne's, më në fund gjeti këtë gjurmë në CMB.

Ky është një zbulim absolutisht i mahnitshëm, por ka një pikë të diskutueshme: gjurma e gjetur nga ekipi i Jamie nuk mund të shkaktohet nga valët gravitacionale, por diçka tjetër.

Nëse vërtet gjendet një gjurmë valësh gravitacionale nga Big Bengu, atëherë ka pasur një zbulim kozmologjik të një niveli që ndodh, ndoshta, një herë në gjysmë shekulli. Ai jep një shans për të prekur ngjarjet që ndodhën një triliontë nga një triliontë nga një triliontë e sekondës pas lindjes së Universit.

Ky zbulim konfirmon teoritë se zgjerimi i universit në atë moment ishte jashtëzakonisht i shpejtë, në zhargonin e kozmologëve - shpejtësia inflacioniste. Dhe paralajmëron ardhjen e një epoke të re në kozmologji.

Valët gravitacionale dhe ndëryjore

Dje në një konferencë mbi zbulimin e valëve gravitacionale, Valery Mitrofanov, kreu i bashkëpunimit të shkencëtarëve LIGO në Moskë, i cili përfshin 8 shkencëtarë nga Universiteti Shtetëror i Moskës, vuri në dukje se komploti i filmit Interstellar, megjithëse fantastik, nuk është aq larg nga realiteti. . Dhe gjithçka sepse konsulenti shkencor ishte Kip Thorne. Vetë Thorne shprehu shpresën se ai beson në fluturimet e ardhshme me njerëz në një vrimë të zezë. Le të mos ndodhin sa më shpejt që do të donim, e megjithatë sot është shumë më reale se më parë.

Nuk është e largët dita kur njerëzit do të largohen nga kufijtë e galaktikës sonë.

Ngjarja tronditi mendjet e miliona njerëzve. Mark Zuckerberg ka shkruar: “Zbulimi i valëve gravitacionale është zbulimi më i madh në shkencën moderne. Albert Einstein është një nga heronjtë e mi, prandaj e mora kaq afër zbulimin. Një shekull më parë, në kuadrin e Teorisë së Përgjithshme të Relativitetit (GR), ai parashikoi ekzistencën e valëve gravitacionale. Por ato janë aq të vogla për t'u zbuluar saqë ka ardhur për t'i kërkuar në origjinën e ngjarjeve të tilla si Big Bengu, shpërthimet e yjeve dhe përplasjet e vrimave të zeza. Kur shkencëtarët analizojnë të dhënat e marra, një pamje krejtësisht e re e hapësirës do të hapet para nesh. Dhe, ndoshta, kjo do të hedhë dritë mbi origjinën e Universit, lindjen dhe zhvillimin e vrimave të zeza. Është shumë frymëzuese të mendosh se sa jetë dhe përpjekje janë bërë për të zbuluar këtë mister të universit. Ky zbulim u bë i mundur falë talentit të shkencëtarëve dhe inxhinierëve të shkëlqyer, njerëzve të kombësive të ndryshme, si dhe teknologjive më të fundit kompjuterike që janë shfaqur vetëm kohët e fundit. Urime të gjithë të përfshirëve. Ajnshtajni do të ishte krenar për ty”.

I tillë është fjalimi. Dhe ky është një njeri që është thjesht i interesuar për shkencën. Mund të imagjinohet se çfarë stuhie emocionesh përfshiu shkencëtarët që kontribuan në zbulimin. Duket se jemi dëshmitarë të një epoke të re, miq. Eshte e mrekullueshme.

P.S. Ju pëlqeu? Regjistrohu në buletinin tonë rreth horizontit. Një herë në javë dërgojmë letra edukative dhe bëjmë zbritje në librat MIF.

Më 11 shkurt 2016, një grup ndërkombëtar shkencëtarësh, përfshirë edhe nga Rusia, në një konferencë shtypi në Uashington njoftoi një zbulim që herët a vonë do të ndryshojë zhvillimin e qytetërimit. Ishte e mundur në praktikë të vërtetoheshin valët gravitacionale ose valët e hapësirë-kohës. Ekzistenca e tyre ishte parashikuar 100 vjet më parë nga Albert Einstein në librin e tij.

Askush nuk dyshon se këtij zbulimi do t'i jepet çmimi Nobel. Shkencëtarët nuk po nxitojnë të flasin për zbatimin e tij praktik. Por ata kujtojnë se deri vonë, njerëzimi gjithashtu nuk dinte saktësisht se çfarë të bënte me valët elektromagnetike, të cilat përfundimisht çuan në një revolucion të vërtetë shkencor dhe teknologjik.

Çfarë janë valët gravitacionale në terma të thjeshtë

Graviteti dhe graviteti universal janë një dhe e njëjta gjë. Valët gravitacionale janë një nga zgjidhjet OTS. Ata duhet të përhapen me shpejtësinë e dritës. Ai lëshohet nga çdo trup që lëviz me nxitim të ndryshueshëm.

Për shembull, ai rrotullohet në orbitën e tij me nxitim të ndryshueshëm të drejtuar drejt yllit. Dhe ky përshpejtim po ndryshon vazhdimisht. Sistemi diellor rrezaton energji në rendin e disa kilovateve në valë gravitacionale. Kjo është një sasi e vogël, e krahasueshme me 3 televizorë të vjetër me ngjyra.

Një tjetër gjë janë dy pulsarë (yje neutron) që rrotullohen rreth njëri-tjetrit. Ata lëvizin në orbita shumë të ngushta. Një “çift” i tillë u zbulua nga astrofizikanët dhe është vëzhguar për një kohë të gjatë. Objektet ishin gati të binin mbi njëri-tjetrin, gjë që indirekt tregonte se pulsarët rrezatojnë valë hapësirë-kohë, domethënë energji në fushën e tyre.

Graviteti është forca e tërheqjes. Ne jemi tërhequr në tokë. Dhe thelbi i një valë gravitacionale është një ndryshim në këtë fushë, jashtëzakonisht i dobët kur bëhet fjalë për ne. Për shembull, merrni nivelin e ujit në një rezervuar. Intensiteti i fushës gravitacionale është përshpejtimi i rënies së lirë në një pikë të caktuar. Një valë po kalon nëpër rezervuarin tonë dhe befas përshpejtimi i rënies së lirë ndryshon, vetëm pak.

Eksperimente të tilla filluan në vitet '60 të shekullit të kaluar. Në atë kohë, ata dolën me këtë: ata varën një cilindër të madh alumini, të ftohur për të shmangur luhatjet e brendshme termike. Dhe ata prisnin që një valë nga një përplasje, për shembull, e dy vrimave të zeza masive për të arritur papritur tek ne. Studiuesit ishin entuziastë dhe thanë se i gjithë globi mund të ndikohej nga një valë gravitacionale që vinte nga hapësira e jashtme. Planeti do të fillojë të lëkundet dhe këto valë sizmike (kompresuese, prerëse dhe sipërfaqësore) mund të studiohen.

Një artikull i rëndësishëm për pajisjen në gjuhë të thjeshtë dhe se si amerikanët dhe LIGO vodhën idenë e shkencëtarëve sovjetikë dhe ndërtuan introferometrat që lejuan zbulimin. Askush nuk flet për këtë, të gjithë heshtin!

Nga rruga, rrezatimi gravitacional është më interesant nga pikëpamja e rrezatimit relikt, të cilin ata përpiqen ta gjejnë duke ndryshuar spektrin e rrezatimit elektromagnetik. Rrezatimi relikt dhe elektromagnetik u shfaq 700 mijë vjet pas Big Bengut, më pas në procesin e zgjerimit të universit të mbushur me gaz të nxehtë me valë tronditëse udhëtuese, të cilat më vonë u shndërruan në galaktika. Në këtë rast, sigurisht, një numër gjigant, befasues i valëve hapësirë-kohë duhet të ishte emetuar, duke ndikuar në gjatësinë e valës së rrezatimit kozmik të sfondit mikrovalor, i cili në atë kohë ishte ende optik. Astrofizikani vendas Sazhin shkruan dhe boton rregullisht artikuj mbi këtë temë.

Keqinterpretim i zbulimit të valëve gravitacionale

“Një pasqyrë varet, një valë gravitacionale vepron mbi të dhe ajo fillon të lëkundet. Dhe madje edhe luhatjet më të vogla me një amplitudë më të vogël se madhësia e një bërthame atomike vërehen nga instrumentet "- një interpretim i tillë i pasaktë, për shembull, përdoret në artikullin e Wikipedia. Mos u bëni dembel, gjeni një artikull nga shkencëtarët sovjetikë në 1962.

Së pari, pasqyra duhet të jetë masive në mënyrë që të ndjehen "grumbujt". Së dyti, duhet të ftohet pothuajse në zero absolute (Kelvin) për të shmangur luhatjet e veta termike. Me shumë mundësi, jo vetëm në shekullin e 21-të, por në përgjithësi nuk do të jetë kurrë e mundur të zbulohet një grimcë elementare - bartësi i valëve gravitacionale:

Njëqind vjet pas parashikimit teorik që bëri Albert Ajnshtajni në kuadrin e teorisë së përgjithshme të relativitetit, shkencëtarët arritën të konfirmojnë ekzistencën e valëve gravitacionale. Fillon epoka e një metode thelbësisht të re të studimit të hapësirës së thellë - astronomisë me valë gravitacionale.

Zbulimet janë të ndryshme. Ka të rastësishme, në astronomi ato janë të zakonshme. Nuk janë krejtësisht të rastësishme, të bëra si rezultat i "krehjes së zonës" të kujdesshme, siç është zbulimi i Uranit nga William Herschel. Ka serendipalë - kur ata kërkonin një gjë, por gjetën një tjetër: për shembull, ata zbuluan Amerikën. Por një vend të veçantë në shkencë zënë zbulimet e planifikuara. Ato bazohen në një parashikim të qartë teorik. Parashikohet para së gjithash për të konfirmuar teorinë. Këto zbulime përfshijnë zbulimin e bozonit Higgs në Përplasësin e Madh të Hadronit dhe zbulimin e valëve gravitacionale duke përdorur vëzhguesin lazer-interferometrik të valëve gravitacionale LIGO. Por për të regjistruar ndonjë fenomen të parashikuar nga teoria, duhet të kuptoni mjaft mirë se çfarë saktësisht dhe ku të kërkoni, si dhe cilat mjete nevojiten për këtë.

Valët gravitacionale quhen tradicionalisht një parashikim i teorisë së përgjithshme të relativitetit (GR), dhe kjo është me të vërtetë rasti (edhe pse tani valë të tilla ekzistojnë në të gjitha modelet që janë alternative ose plotësuese të GR). Kufizimi i shpejtësisë së përhapjes së bashkëveprimit gravitacional çon në shfaqjen e valëve (në relativitetin e përgjithshëm kjo shpejtësi është saktësisht e barabartë me shpejtësinë e dritës). Valë të tilla janë shqetësime të hapësirë-kohës që përhapen nga një burim. Për shfaqjen e valëve gravitacionale, është e nevojshme që burimi të pulsojë ose të lëvizë me shpejtësi, por në një mënyrë të caktuar. Le të themi se lëvizjet me simetri të përsosur sferike ose cilindrike nuk janë të përshtatshme. Ka shumë burime të tilla, por shpesh ato kanë një masë të vogël, të pamjaftueshme për të gjeneruar një sinjal të fuqishëm. Në fund të fundit, graviteti është më i dobëti nga katër ndërveprimet themelore, kështu që regjistrimi i një sinjali gravitacional është shumë i vështirë. Përveç kësaj, për regjistrim, është e nevojshme që sinjali të ndryshojë me shpejtësi në kohë, domethënë të ketë një frekuencë mjaft të lartë. Përndryshe, nuk do të mund ta regjistrojmë, pasi ndryshimet do të jenë shumë të ngadalta. Kjo do të thotë që objektet duhet të jenë gjithashtu kompakte.

Fillimisht, një entuziazëm i madh u shkaktua nga shpërthimet e supernovës që ndodhin në galaktika si e jona çdo disa dekada. Pra, nëse mund të arrini një ndjeshmëri që ju lejon të shihni një sinjal nga një distancë prej disa milionë vitesh dritë, mund të mbështeteni në disa sinjale në vit. Por më vonë doli se vlerësimet fillestare të fuqisë së çlirimit të energjisë në formën e valëve gravitacionale gjatë një shpërthimi supernova ishin shumë optimiste dhe do të ishte e mundur të regjistrohej një sinjal kaq i dobët vetëm nëse një supernova shpërtheu në galaktikën tonë.

Një variant tjetër i objekteve masive dhe kompakte që lëvizin shpejt janë yjet neutron ose vrimat e zeza. Ne mund të shohim ose procesin e formimit të tyre, ose procesin e ndërveprimit me njëri-tjetrin. Fazat e fundit të kolapsit të bërthamave yjore, që çojnë në formimin e objekteve kompakte, si dhe fazat e fundit të bashkimit të yjeve neutron dhe vrimave të zeza, kanë një kohëzgjatje të rendit disa milisekonda (që korrespondon me një frekuencë prej qindra herc) - vetëm ajo që na nevojitet. Në këtë rast, lëshohet shumë energji, duke përfshirë (dhe nganjëherë kryesisht) në formën e valëve gravitacionale, pasi trupat masivë kompaktë bëjnë lëvizje të caktuara të shpejta. Këto janë burimet tona ideale.

Vërtetë, supernova ndizet në galaktikë një herë në disa dekada, bashkimet e yjeve neutron ndodhin një herë në dy dhjetëra mijëra vjet dhe vrimat e zeza bashkohen me njëra-tjetrën edhe më rrallë. Por sinjali është shumë më i fuqishëm, dhe karakteristikat e tij mund të llogariten mjaft saktë. Por tani duhet të mësojmë se si ta shohim sinjalin nga një distancë prej disa qindra milionë vitesh dritë në mënyrë që të mbulojmë disa dhjetëra mijëra galaktika dhe të zbulojmë disa sinjale në një vit.

Pasi të kemi vendosur për burimet, le të fillojmë dizajnimin e detektorit. Për ta bërë këtë, ju duhet të kuptoni se çfarë bën një valë gravitacionale. Pa hyrë në detaje, mund të themi se kalimi i një valë gravitacionale shkakton një forcë baticore (batica e zakonshme hënore ose diellore janë një fenomen më vete dhe valët gravitacionale nuk kanë të bëjnë me të). Kështu që ju mund të merrni, për shembull, një cilindër metalik, ta pajisni atë me sensorë dhe të studioni dridhjet e tij. Kjo nuk është e vështirë, kështu që instalime të tilla filluan të bëhen gjysmë shekulli më parë (ato janë gjithashtu në Rusi, tani një detektor i përmirësuar i zhvilluar nga ekipi i Valentin Rudenko nga SAI MSU) po instalohet në laboratorin nëntokësor Baksan. Problemi është se një pajisje e tillë do të shohë sinjalin pa asnjë valë gravitacionale. Ka shumë zhurma që janë të vështira për t'u përballuar. Është e mundur (dhe është bërë!) të instaloni detektorin nën tokë, të përpiqeni ta izoloni, ta ftohni në temperatura të ulëta, por megjithatë, për të tejkaluar nivelin e zhurmës, nevojitet një sinjal shumë i fuqishëm i valëve gravitacionale. Dhe sinjalet e forta janë të rralla.

Prandaj, u bë një zgjedhje në favor të një skeme tjetër, e cila u parashtrua në 1962 nga Vladislav Pustovoit dhe Mikhail Gertsenshtein. Në një artikull të botuar në ZhETF (Journal of Experimental and Theoretical Physics), ata propozuan përdorimin e një interferometër Michelson për të zbuluar valët gravitacionale. Rrezja lazer kalon midis pasqyrave në dy krahët e interferometrit dhe më pas shtohen rrezet nga krahët e ndryshëm. Duke analizuar rezultatin e ndërhyrjes së trarëve, është e mundur të matet ndryshimi relativ në gjatësinë e krahëve. Këto janë matje shumë të sakta, kështu që nëse e mposhtni zhurmën, mund të arrini ndjeshmëri fantastike.

Në fillim të viteve 1990, u vendos që të ndërtohen disa detektorë sipas kësaj skeme. Instalimet relativisht të vogla, GEO600 në Evropë dhe TAMA300 në Japoni (numrat korrespondojnë me gjatësinë e krahëve në metra) do të viheshin në punë fillimisht për të testuar teknologjinë. Por lojtarët kryesorë do të ishin LIGO në SHBA dhe VIRGO në Evropë. Madhësia e këtyre pajisjeve tashmë matet në kilometra, dhe ndjeshmëria përfundimtare e planifikuar duhet të lejojë shikimin e dhjetëra, nëse jo qindra ngjarjeve në vit.

Pse nevojiten pajisje të shumta? Kryesisht për verifikim të kryqëzuar, pasi ka zhurma lokale (p.sh. sizmike). Regjistrimi i njëkohshëm i një sinjali në veriperëndim të SHBA dhe në Itali do të ishte një dëshmi e shkëlqyer e origjinës së tij të jashtme. Por ka një arsye të dytë: detektorët e valëve gravitacionale përcaktojnë shumë keq drejtimin drejt burimit. Por nëse ka disa detektorë të ndarë, do të jetë e mundur të tregohet drejtimi mjaft saktë.

Gjigantë lazer

Në formën e tij origjinale, detektorët LIGO u ndërtuan në 2002, dhe VIRGO në 2003. Sipas planit, kjo ishte vetëm faza e parë. Të gjitha instalimet punuan për disa vite dhe në 2010-2011 u ndërprenë për rishikim, për të arritur ndjeshmërinë e lartë të planifikuar. Detektorët LIGO ishin të parët që filluan të punojnë në shtator 2015, VIRGO duhet të bashkohet në gjysmën e dytë të 2016 dhe duke filluar nga kjo fazë, ndjeshmëria na lejon të shpresojmë të regjistrojmë të paktën disa ngjarje në vit.

Pas fillimit të LIGO, shkalla e pritshme e shpërthimeve ishte rreth një ngjarje në muaj. Astrofizikanët kanë vlerësuar paraprakisht se ngjarjet e para të pritshme duhet të jenë bashkimet e vrimave të zeza. Kjo për faktin se vrimat e zeza janë zakonisht dhjetë herë më të rënda se yjet neutron, sinjali është më i fuqishëm dhe "shihet" nga distanca të mëdha, gjë që më shumë se kompenson shkallën më të ngadaltë të ngjarjeve për galaktikë. Fatmirësisht nuk na u desh të prisnim gjatë. Më 14 shtator 2015, të dy instalimet regjistruan një sinjal pothuajse identik, i cili u quajt GW150914.

Me një analizë mjaft të thjeshtë, mund të merren të dhëna si masat e vrimave të zeza, forca e sinjalit dhe distanca nga burimi. Masa dhe madhësia e vrimave të zeza janë të lidhura në një mënyrë shumë të thjeshtë dhe të njohur, dhe nga frekuenca e sinjalit mund të vlerësohet menjëherë madhësia e rajonit të çlirimit të energjisë. Në këtë rast, madhësia tregonte se dy vrima me një masë prej 25-30 dhe 35-40 masa diellore formuan një vrimë të zezë me një masë prej më shumë se 60 masa diellore. Duke ditur këto të dhëna, mund të merret edhe energjia totale e shpërthimit. Pothuajse tre masa diellore kanë kaluar në rrezatim gravitacional. Kjo korrespondon me shkëlqimin e 1023 shkëlqimeve të Diellit - afërsisht i njëjtë me atë që gjatë kësaj kohe (të qindtat e sekondës) rrezatojnë të gjithë yjet në pjesën e dukshme të Universit. Dhe nga energjia e njohur dhe madhësia e sinjalit të matur, merret distanca. Një masë e madhe trupash të bashkuar bëri të mundur regjistrimin e një ngjarjeje që ndodhi në një galaktikë të largët: sinjali shkoi tek ne për rreth 1.3 miliardë vjet.

Një analizë më e detajuar na lejon të përsosim raportin e masës së vrimave të zeza dhe të kuptojmë se si ato rrotulloheshin rreth boshtit të tyre, si dhe të përcaktojmë disa parametra të tjerë. Për më tepër, sinjali nga dy instalime bën të mundur përcaktimin e përafërt të drejtimit të shpërthimit. Fatkeqësisht, deri më tani saktësia këtu nuk është shumë e lartë, por me vënien në punë të VIRGO-s së përditësuar, ajo do të rritet. Dhe pas disa vitesh, detektori japonez KAGRA do të fillojë të marrë sinjale. Më pas një nga detektorët LIGO (fillimisht ishin tre, një nga instalimet ishte i dyfishtë) do të montohet në Indi dhe pritet që më pas të regjistrohen dhjetëra ngjarje në vit.

Epoka e astronomisë së re

Për momentin, rezultati më i rëndësishëm i punës së LIGO është konfirmimi i ekzistencës së valëve gravitacionale. Përveç kësaj, tashmë shpërthimi i parë bëri të mundur përmirësimin e kufizimeve në masën e gravitonit (në relativitetin e përgjithshëm ai ka masë zero), si dhe të kufizojë më fort ndryshimin midis shpejtësisë së përhapjes së gravitetit dhe shpejtësisë së dritë. Por shkencëtarët shpresojnë që tashmë në vitin 2016 ata do të jenë në gjendje të marrin shumë të dhëna të reja astrofizike me ndihmën e LIGO dhe VIRGO.

Së pari, të dhënat nga observatorët e valëve gravitacionale janë një kanal i ri për studimin e vrimave të zeza. Nëse më parë ishte e mundur vetëm të vëzhgoheshin rrjedhat e materies në afërsi të këtyre objekteve, tani mund të "shihni" drejtpërdrejt procesin e bashkimit dhe "qetësimit" të vrimës së zezë formuese, si luhatet horizonti i saj, duke marrë formën e tij përfundimtare (përcaktuar me rrotullim). Ndoshta, deri në zbulimin e avullimit të Hawking të vrimave të zeza (deri tani ky proces mbetet një hipotezë), studimi i bashkimeve do të japë informacionin më të mirë të drejtpërdrejtë rreth tyre.

Çfarë do të thotë për ne zbulimi i valëve gravitacionale.

Unë mendoj se të gjithë tashmë janë të vetëdijshëm se disa ditë më parë, shkencëtarët njoftuan për herë të parë zbulimin e valëve gravitacionale. Kishte shumë lajme për të, në TV, në faqet e lajmeve dhe në përgjithësi kudo. Megjithatë, në të njëjtën kohë, askush nuk e kishte të vështirë të shpjegonte në një gjuhë të arritshme se çfarë na jep ky zbulim në aspektin praktik.

Në fakt, gjithçka është e thjeshtë, mjafton të vizatoni një analogji me një nëndetëse:

Burimi:

Zbulimi i nëndetëseve është detyra e parë dhe kryesore në luftën kundër tyre. Si çdo objekt, edhe varka me praninë e saj ndikon në mjedis. Me fjalë të tjera, varka ka fushat e veta fizike. Fushat fizike më të njohura të një nëndetëse përfshijnë hidroakustike, magnetike, hidrodinamike, elektrike, elektromagnetike me frekuencë të ulët, si dhe termike, optike. Zgjedhja e fushave fizike të varkës në sfondin e fushave të oqeanit (detit) qëndron në themel të metodave kryesore të zbulimit.
Metodat për zbulimin e nëndetëseve ndahen sipas llojit të fushave fizike: Akustike, Magnetometrike, Radare, Gazore, Termike etj.

Me hapësirë të njëjtat plehra. Ne i shikojmë yjet përmes teleskopëve, bëjmë fotografi të Marsit, kapim rrezatim dhe në përgjithësi përpiqemi të njohim qiejt në të gjitha mënyrat e disponueshme. Dhe tani, pasi këto valë janë rregulluar, është shtuar një metodë tjetër studimi - gravitacionale. Ne do të jemi në gjendje të shikojmë hapësirën bazuar në këto luhatje.

Kjo do të thotë, ashtu si një nëndetëse kaloi përmes detit dhe la pas një "gjurmë" me të cilën mund të llogaritet, në të njëjtën mënyrë trupat qiellorë tani mund të studiohen nga një kënd tjetër për një pamje më të plotë. Në të ardhmen, ne do të jemi në gjendje të shohim se si valët gravitacionale rrotullohen rreth ndriçuesve të ndryshëm, galaktikave, planetëve, do të mësojmë se si të llogarisim trajektoret kozmike të objekteve edhe më mirë (Dhe ndoshta edhe të njohim dhe parashikojmë afrimin e meteoritëve paraprakisht), ne do të shohim sjelljen e valëve në kushte të veçanta, mirë, dhe gjithçka.

Çfarë do të japë?

Nuk është ende e qartë. Por me kalimin e kohës, pajisjet do të bëhen më të sakta dhe më të ndjeshme dhe materiali i pasur do të mblidhet rreth valëve gravitacionale. Bazuar në këto materiale, mendjet kureshtare do të fillojnë të gjejnë të gjitha llojet e anomalive, gjëegjëzave dhe modeleve. Këto rregullsi dhe anomali, nga ana tjetër, do të shërbejnë ose si një përgënjeshtrim ose si një konfirmim i teorive të vjetra. Do të krijohen formula matematikore shtesë, hipoteza interesante (shkencëtarët britanikë kanë zbuluar se pëllumbat e gjejnë rrugën e tyre në shtëpi nga valët gravitacionale!) dhe shumë më tepër. Dhe shtypi i verdhë do të nisë patjetër një lloj miti, siç është "Cunami i gravitetit", i cili një ditë do të vijë, do të mbulojë sistemin tonë diellor dhe të gjitha gjallesat do të shkelmohen. Dhe Wang do të tërhiqet përsëri. Me pak fjalë, do të jetë argëtuese:]

Dhe cili është rezultati?

Si rezultat, ne do të marrim një fushë më të përsosur të shkencës, e cila do të jetë në gjendje të japë një pamje më të saktë dhe më të gjerë të botës sonë. Dhe nëse jeni me fat dhe shkencëtarët hasin në ndonjë efekt të mahnitshëm... (P.sh., nëse dy valë gravitacionale në një hënë të plotë "përplasen" me njëra-tjetrën në një kënd të caktuar me shpejtësinë e duhur, atëherë ndodh një fokus lokal i antigravitetit, oh-pa!)... atëherë mund të shpresojmë për përparim serioz shkencor.

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Karakteristikat e elementit të karbonit dhe vetitë kimike