Unde gravitaționale – descoperite! Undele gravitaționale: cel mai important lucru despre o descoperire colosală.

La o sută de ani după prezicerea teoretică, care, înăuntru teorie generală relativitatea a fost făcută de Albert Einstein, oamenii de știință au putut confirma existența undelor gravitaționale. Începe epoca unei metode fundamental noi de studiere a spațiului adânc – astronomia undelor gravitaționale.

Sunt descoperiri diferite. Sunt aleatorii, sunt comune în astronomie. Nu există unele în întregime accidentale, făcute ca urmare a „pieptănării cu grijă a zonei”, cum ar fi descoperirea lui Uranus de către William Herschel. Există serendipal - când căutau un lucru și găsiseră altul: de exemplu, au descoperit America. Dar descoperirile planificate ocupă un loc special în știință. Ele se bazează pe o predicție teoretică clară. Ceea ce se prezice este căutat în primul rând pentru a confirma teoria. Astfel de descoperiri includ descoperirea bosonului Higgs la Large Hadron Collider și detectarea undelor gravitaționale folosind interferometrul laser observatorul de unde gravitaționale LIGO. Dar pentru a înregistra un fenomen prezis de teorie, trebuie să înțelegeți destul de bine ce anume și unde să căutați, precum și ce instrumente sunt necesare pentru aceasta.

Undele gravitaționale sunt numite în mod tradițional o predicție a teoriei generale a relativității (GTR), și acest lucru este într-adevăr așa (deși acum astfel de unde există în toate modelele care sunt alternative sau complementare GTR). Apariția undelor este cauzată de caracterul finit al vitezei de propagare a interacțiunii gravitaționale (în relativitatea generală această viteză este exact egală cu viteza luminii). Astfel de unde sunt perturbări în spațiu-timp care se propagă de la o sursă. Pentru ca undele gravitaționale să apară, sursa trebuie să pulseze sau să se miște cu o rată accelerată, dar într-un anumit fel. Să presupunem că mișcările cu simetrie sferică sau cilindrică perfectă nu sunt potrivite. Există destul de multe astfel de surse, dar adesea au o masă mică, insuficientă pentru a genera un semnal puternic. La urma urmei, gravitația este cea mai slabă dintre cele patru interacțiuni fundamentale, deci este foarte dificil să înregistrezi un semnal gravitațional. În plus, pentru înregistrare este necesar ca semnalul să se schimbe rapid în timp, adică să aibă o frecvență suficient de mare. În caz contrar, nu îl vom putea înregistra, deoarece modificările vor fi prea lente. Aceasta înseamnă că și obiectele trebuie să fie compacte.

Inițial, un mare entuziasm a fost generat de exploziile de supernove care au loc în galaxii ca a noastră la fiecare câteva decenii. Aceasta înseamnă că dacă putem atinge o sensibilitate care să ne permită să vedem un semnal de la o distanță de câteva milioane de ani lumină, putem conta pe mai multe semnale pe an. Dar mai târziu s-a dovedit că estimările inițiale ale puterii de eliberare a energiei sub formă de unde gravitaționale în timpul exploziei unei supernove au fost prea optimiste și un semnal atât de slab ar putea fi detectat doar dacă o supernova ar fi izbucnit în galaxia noastră.

O altă opțiune pentru obiectele compacte masive care se mișcă rapid sunt stelele neutronice sau găurile negre. Putem vedea fie procesul formării lor, fie procesul de interacțiune unul cu celălalt. Ultimele etape ale prăbușirii nucleelor stelare, care conduc la formarea obiectelor compacte, precum și ultimele etape ale fuziunii stelelor neutronice și găurilor negre, au o durată de ordinul a câteva milisecunde (care corespunde unei frecvențe de sute de hertzi) - exact ceea ce este necesar. În acest caz, se eliberează multă energie, inclusiv (și uneori în principal) sub formă de unde gravitaționale, deoarece corpurile compacte masive fac anumite mișcări rapide. Acestea sunt sursele noastre ideale.

Adevărat, supernovele erup în Galaxie o dată la câteva decenii, fuziunile stelelor neutronice au loc o dată la câteva zeci de mii de ani, iar găurile negre se contopesc unele cu altele și mai rar. Dar semnalul este mult mai puternic, iar caracteristicile sale pot fi calculate destul de precis. Dar acum trebuie să putem vedea semnalul de la o distanță de câteva sute de milioane de ani lumină pentru a acoperi câteva zeci de mii de galaxii și a detecta mai multe semnale într-un an.

După ce ne-am hotărât sursele, vom începe să proiectăm detectorul. Pentru a face acest lucru, trebuie să înțelegeți ce face o undă gravitațională. Fără a intra în detalii, putem spune că trecerea unei unde gravitaționale provoacă o forță de maree (mareele lunare sau solare obișnuite sunt un fenomen separat, iar undele gravitaționale nu au nicio legătură cu asta). Deci, puteți lua, de exemplu, un cilindru metalic, îl puteți echipa cu senzori și puteți studia vibrațiile acestuia. Acest lucru nu este dificil, motiv pentru care astfel de instalații au început să fie realizate în urmă cu jumătate de secol (sunt disponibile și în Rusia; acum un detector îmbunătățit dezvoltat de echipa lui Valentin Rudenko de la SAI MSU este instalat în laboratorul subteran Baksan). Problema este că un astfel de dispozitiv va vedea semnalul fără unde gravitaționale. Există o mulțime de zgomote care sunt greu de tratat. Este posibil (și asta s-a făcut!) să instalați detectorul în subteran, să încercați să-l izolați, să-l răciți la temperaturi scăzute, dar totuși, pentru a depăși nivelul de zgomot, ar fi nevoie de un semnal de undă gravitațională foarte puternic. Dar semnalele puternice vin rar.

Prin urmare, alegerea a fost făcută în favoarea unei alte scheme, care a fost prezentată în 1962 de Vladislav Pustovoit și Mihail Herzenstein. Într-un articol publicat în JETP (Journal of Experimental and Theoretical Physics), ei au propus utilizarea unui interferometru Michelson pentru a detecta undele gravitaționale. Raza laser trece între oglinzile din cele două brațe ale interferometrului, apoi se adaugă fasciculele de la brațe diferite. Analizând rezultatul interferenței fasciculului, poate fi măsurată modificarea relativă a lungimii brațului. Acestea sunt măsurători foarte precise, așa că dacă bateți zgomotul, puteți obține o sensibilitate fantastică.

La începutul anilor 1990, s-a decis construirea mai multor detectoare folosind acest design. Primele care au intrat în funcțiune au fost instalațiile relativ mici, GEO600 în Europa și TAMA300 în Japonia (numerele corespund lungimii brațelor în metri) pentru a testa tehnologia. Însă principalii jucători urmau să fie instalațiile LIGO din SUA și VIRGO din Europa. Dimensiunea acestor instrumente este deja măsurată în kilometri, iar sensibilitatea finală planificată ar trebui să ne permită să vedem zeci, dacă nu sute de evenimente pe an.

De ce sunt necesare mai multe dispozitive? În primul rând pentru validare încrucișată, deoarece există zgomote locale (de exemplu, seismice). Detectarea simultană a semnalului în nord-vestul Statelor Unite și Italia ar fi o dovadă excelentă a originii sale externe. Dar există un al doilea motiv: detectoarele de unde gravitaționale sunt foarte slabe în a determina direcția către sursă. Dar dacă există mai mulți detectori distanțați unul de celălalt, va fi posibil să indicați direcția destul de precis.

Giganți laser

În forma lor originală, detectoarele LIGO au fost construite în 2002, iar detectoarele VIRGO în 2003. Conform planului, aceasta a fost doar prima etapă. Toate instalațiile au funcționat câțiva ani, iar în 2010-2011 au fost oprite pentru modificări, pentru a ajunge apoi la sensibilitatea ridicată planificată. Detectoarele LIGO au fost primele care au funcționat în septembrie 2015, VIRGO ar trebui să se alăture în a doua jumătate a anului 2016, iar din această etapă sensibilitatea ne permite să sperăm la înregistrarea a cel puțin mai multe evenimente pe an.

După ce LIGO a început să funcționeze, rata așteptată de explozii a fost de aproximativ un eveniment pe lună. Astrofizicienii au estimat în avans că primele evenimente așteptate ar fi fuziunile găurilor negre. Acest lucru se datorează faptului că găurile negre sunt de obicei de zece ori mai grele decât stelele neutronice, semnalul este mai puternic și este „vizibil” de la distanțe mari, ceea ce compensează mai mult decât rata mai scăzută a evenimentelor pe galaxie. Din fericire, nu a trebuit să așteptăm mult. Pe 14 septembrie 2015, ambele instalații au înregistrat un semnal aproape identic, denumit GW150914.

Cu o analiză destul de simplă, pot fi obținute date precum masele găurilor negre, puterea semnalului și distanța până la sursă. Masa și dimensiunea găurilor negre sunt legate într-un mod foarte simplu și binecunoscut, iar din frecvența semnalului se poate estima imediat dimensiunea regiunii de eliberare a energiei. În acest caz, dimensiunea a indicat că din două găuri cu o masă de 25-30 și 35-40 de mase solare s-a format o gaură neagră cu o masă de peste 60 de mase solare. Cunoscând aceste date, se poate obține energia totală a exploziei. Aproape trei mase solare au fost transformate în radiații gravitaționale. Aceasta corespunde luminozității a 1023 de luminozități solare - aproximativ aceeași ca în acest timp (sutemi de secundă) toate stelele din partea vizibilă a Universului emit. Și din energia și magnitudinea cunoscute a semnalului măsurat se obține distanța. Masa mare a corpurilor fuzionate a făcut posibilă înregistrarea unui eveniment care a avut loc într-o galaxie îndepărtată: semnalul a durat aproximativ 1,3 miliarde de ani pentru a ajunge la noi.

O analiză mai detaliată face posibilă clarificarea raportului de masă al găurilor negre și înțelegerea modului în care acestea s-au rotit în jurul axei lor, precum și determinarea altor parametri. În plus, semnalul de la două instalații face posibilă determinarea aproximativă a direcției exploziei. Din păcate, acuratețea aici nu este încă foarte mare, dar odată cu punerea în funcțiune a FECIOARĂ actualizată va crește. Și în câțiva ani, detectorul japonez KAGRA va începe să primească semnale. Apoi, unul dintre detectoarele LIGO (inițial erau trei, una dintre instalații era duală) va fi asamblat în India și este de așteptat ca multe zeci de evenimente să fie înregistrate pe an.

Era noii astronomii

Momentan cel mai mult rezultat important Lucrarea LIGO este o confirmare a existenței undelor gravitaționale. În plus, prima explozie a făcut posibilă îmbunătățirea restricțiilor asupra masei gravitonului (în relativitatea generală are masă zero), precum și limitarea mai puternică a diferenței dintre viteza de propagare a gravitației și viteza de aprinde. Dar oamenii de știință speră că deja în 2016 vor putea obține o mulțime de date astrofizice noi folosind LIGO și VIRGO.

În primul rând, datele de la observatoarele undelor gravitaționale oferă o nouă cale pentru studierea găurilor negre. Dacă anterior era posibil să se observe doar fluxurile de materie în vecinătatea acestor obiecte, acum puteți „vede” direct procesul de îmbinare și „calmare” a găurii negre rezultate, cum fluctuează orizontul său, luând forma finală ( determinată de rotaţie). Probabil, până la descoperirea evaporării găurilor negre Hawking (deocamdată acest proces rămâne o ipoteză), studiul fuziunilor va oferi informații directe mai bune despre acestea.

În al doilea rând, observațiile fuziunilor stelelor neutronice vor oferi o mulțime de informații noi, necesare urgent despre aceste obiecte. Pentru prima dată, vom putea studia stelele cu neutroni în modul în care fizicienii studiază particulele: urmărindu-le ciocnind pentru a înțelege cum funcționează în interior. Misterul structurii interioarelor stelelor neutronice îi îngrijorează atât pe astrofizicieni, cât și pe fizicieni. Înțelegerea noastră a fizicii nucleare și a comportamentului materiei la densități ultraînalte este incompletă fără a rezolva această problemă. Este probabil ca observațiile undelor gravitaționale să joace un rol cheie aici.

Se crede că fuziunile stelelor de neutroni sunt responsabile pentru exploziile cosmologice scurte de raze gamma. În cazuri rare, va fi posibil să se observe simultan un eveniment atât în domeniul gamma, cât și pe detectoarele de unde gravitaționale (raritatea se datorează faptului că, în primul rând, semnalul gamma este concentrat într-un fascicul foarte îngust și nu este întotdeauna îndreptată către noi, dar în al doilea rând, nu vom înregistra unde gravitaționale de la evenimente foarte îndepărtate). Aparent, va fi nevoie de câțiva ani de observație pentru a putea vedea acest lucru (deși, ca de obicei, s-ar putea să ai noroc și se va întâmpla astăzi). Apoi, printre altele, vom putea compara foarte precis viteza gravitației cu viteza luminii.

Astfel, interferometrele laser împreună vor funcționa ca un singur telescop cu undă gravitațională, aducând noi cunoștințe atât astrofizicienilor, cât și fizicienilor. Ei bine, mai devreme sau mai târziu va fi acordat un binemeritat premiu Nobel pentru descoperirea primelor explozii și analiza lor.

2198

Joi, 11 februarie, un grup de oameni de știință din cadrul proiectului internațional LIGO Scientific Collaboration au anunțat că au reușit, a cărui existență a fost prezisă de Albert Einstein încă din 1916. Potrivit cercetătorilor, pe 14 septembrie 2015, aceștia au înregistrat o undă gravitațională care a fost cauzată de coliziunea a două găuri negre cu o greutate de 29 și 36 de ori mai mare decât masa Soarelui, după care s-au contopit într-o gaură neagră mare. Potrivit acestora, acest lucru se presupune că s-a întâmplat acum 1,3 miliarde de ani, la o distanță de 410 Megaparsecs de galaxia noastră.

LIGA.net a vorbit în detaliu despre undele gravitaționale și despre descoperirea pe scară largă Bogdan Hnatyk, om de știință ucrainean, astrofizician, doctor în științe fizice și matematice, cercetător principal la Observatorul Astronomic din Kiev universitate nationala numit după Taras Shevchenko, care a condus observatorul din 2001 până în 2004.

Teorie într-un limbaj simplu

Fizica studiază interacțiunea dintre corpuri. S-a stabilit că există patru tipuri de interacțiuni între corpuri: interacțiune electromagnetică, interacțiune nucleară puternică și slabă și interacțiune gravitațională, pe care le simțim cu toții. Datorită interacțiunii gravitaționale, planetele se învârt în jurul Soarelui, corpurile au greutate și cad la pământ. Oamenii se confruntă în mod constant cu interacțiuni gravitaționale.

În 1916, acum 100 de ani, Albert Einstein a construit o teorie a gravitației care a îmbunătățit teoria gravitației a lui Newton, a făcut-o corectă din punct de vedere matematic: a început să îndeplinească toate cerințele fizicii și a început să ia în considerare faptul că gravitația se propagă la un viteză mare, dar finită. Aceasta este pe bună dreptate una dintre cele mai mari realizări ale lui Einstein, deoarece el a construit o teorie a gravitației care corespunde tuturor fenomenelor fizicii pe care le observăm astăzi.

Această teorie a sugerat și existența unde gravitationale. Baza acestei predicții a fost că undele gravitaționale există ca rezultat al interacțiunii gravitaționale care are loc datorită fuziunii a două corpuri masive.

Ce este o undă gravitațională

În limbajul complex, aceasta este excitația metricii spațiu-timp. „Să zicem, spațiul are o anumită elasticitate și undele pot trece prin el este similar cu când aruncăm o pietricică în apă și undele se împrăștie din el”, a declarat doctorul în științe fizice și matematice pentru LIGA.net.

Oamenii de știință au reușit să demonstreze experimental că o oscilație similară a avut loc în Univers și o undă gravitațională a circulat în toate direcțiile. „Din punct de vedere astrofizic, pentru prima dată, a fost înregistrat fenomenul unei evoluții atât de catastrofale a unui sistem binar, când două obiecte se contopesc într-unul singur, iar această fuziune duce la o eliberare foarte intensă a energiei gravitaționale, care apoi se răspândește în spațiu sub forma a undelor gravitaționale”, a explicat omul de știință.

Cum arată (foto - EPA)

Aceste unde gravitaționale sunt foarte slabe și pentru ca ele să zdruncine spațiu-timp este necesară interacțiunea unor corpuri foarte mari și masive, astfel încât intensitatea câmpului gravitațional să fie mare în punctul de generare. Dar, în ciuda slăbiciunii lor, observatorul după un anumit timp (egal cu distanța până la interacțiune împărțită la viteza semnalului) va înregistra această undă gravitațională.

Să dăm un exemplu: dacă Pământul ar cădea asupra Soarelui, atunci ar avea loc interacțiunea gravitațională: s-ar elibera energia gravitațională, s-ar forma o undă gravitațională simetrică sferică și observatorul ar fi capabil să o înregistreze. „Un fenomen similar, dar unic, din punctul de vedere al astrofizicii, a avut loc aici: două corpuri masive s-au ciocnit - două găuri negre”, a remarcat Gnatyk.

Să revenim la teorie

O gaură neagră este o altă predicție a teoriei generale a relativității a lui Einstein, care prevede că un corp care are o masă enormă, dar această masă este concentrată într-un volum mic, este capabil să distorsioneze semnificativ spațiul din jurul său, până la închiderea sa. Adică, s-a presupus că atunci când se atinge o concentrație critică a masei acestui corp - astfel încât dimensiunea corpului să fie mai mică decât așa-numita rază gravitațională, atunci spațiul din jurul acestui corp va fi închis și topologia acestuia. va fi de așa natură încât niciun semnal de la acesta nu se va răspândi dincolo de spațiul închis nu poate.

„Adică o gaură neagră, în cuvinte simple, este un obiect masiv care este atât de greu încât închide spațiu-timp în jurul său”, spune omul de știință.

Iar noi, potrivit lui, putem trimite orice semnale acestui obiect, dar el nu ni le poate trimite. Adică, niciun semnal nu poate trece dincolo de gaura neagră.

O gaură neagră trăiește conform legilor fizice obișnuite, dar, ca urmare a gravitației puternice, nici un singur corp material, nici măcar un foton, nu este capabil să depășească această suprafață critică. Găurile negre se formează în timpul evoluției stelelor obișnuite, când nucleul central se prăbușește și o parte din materia stelei, prăbușindu-se, se transformă într-o gaură neagră, iar cealaltă parte a stelei este ejectată sub forma unei învelișuri de Supernova, transformându-se în așa-numita „explozie” a unei Supernove.

Cum am văzut unda gravitațională

Să dăm un exemplu. Când avem două plutitoare la suprafața apei și apa este calmă, distanța dintre ele este constantă. Când sosește un val, deplasează aceste flotoare și distanța dintre flotoare se va schimba. Valul a trecut - iar plutitoarele revin la pozițiile lor anterioare, iar distanța dintre ele este restabilită.

O undă gravitațională se propagă în spațiu-timp într-un mod similar: comprimă și întinde corpurile și obiectele care se întâlnesc pe calea sa. „Când un anumit obiect este întâlnit pe traseul unei unde, acesta este deformat de-a lungul axelor sale, iar după trecerea lui revine la forma anterioară Sub influența unei unde gravitaționale, toate corpurile sunt deformate, dar aceste deformații sunt foarte nesemnificativ”, spune Gnatyk.

Când valul pe care l-au înregistrat oamenii de știință a trecut, atunci dimensiune relativă corpurile din spațiu s-au schimbat cu o cantitate de ordinul a 1 ori 10 la puterea minus 21. De exemplu, dacă luați o riglă de metru, atunci aceasta s-a micșorat cu o sumă care este dimensiunea sa înmulțită cu 10 la puterea a 21-a minus. Aceasta este o cantitate foarte mică. Și problema era că oamenii de știință trebuiau să învețe cum să măsoare această distanță. Metodele convenționale au dat o precizie de ordinul 1 din 10 până la a 9-a putere de milioane, dar aici este nevoie de o precizie mult mai mare. În acest scop, au fost create așa-numitele antene gravitaționale (detectoare de unde gravitaționale).

Observatorul LIGO (foto - EPA)

Antena care a înregistrat undele gravitaționale este construită astfel: sunt două conducte, de aproximativ 4 kilometri lungime, situate în forma literei „L”, dar cu aceleași brațe și în unghi drept. Când o undă gravitațională lovește un sistem, aceasta deformează aripile antenei, dar în funcție de orientarea acesteia, se deformează pe una mai mult și pe cealaltă mai puțin. Și apoi apare o diferență de cale, modelul de interferență al semnalului se schimbă - apare o amplitudine totală pozitivă sau negativă.

„Adică trecerea unei unde gravitaționale este asemănătoare cu o undă pe apă care trece între două plutitoare: dacă am măsura distanța dintre ele în timpul și după trecerea undei, am vedea că distanța s-ar modifica și apoi devine la fel, a spus el Gnatyk.

Aici se măsoară modificarea relativă a distanței celor două aripi ale interferometrului, fiecare având o lungime de aproximativ 4 kilometri. Și numai tehnologii și sisteme foarte precise pot măsura o astfel de deplasare microscopică a aripilor cauzată de o undă gravitațională.

La marginea Universului: de unde a venit valul?

Oamenii de știință au înregistrat semnalul folosind două detectoare, care se află în două state din Statele Unite: Louisiana și Washington, la o distanță de aproximativ 3 mii de kilometri. Oamenii de știință au reușit să estimeze de unde și de la ce distanță a venit acest semnal. Estimările arată că semnalul a venit de la o distanță de 410 Megaparsecs. Un megaparsec este distanța pe care o parcurge lumina în trei milioane de ani.

Pentru a fi mai ușor de imaginat: cea mai apropiată galaxie activă de noi, cu o gaură neagră supermasivă în centru este Centaurus A, care se află la o distanță de patru Megaparsecs de a noastră, în timp ce Nebuloasa Andromeda se află la o distanță de 0,7 Megaparsecs. „Adică, distanța de la care a venit semnalul undelor gravitaționale este atât de mare încât semnalul a călătorit pe Pământ timp de aproximativ 1,3 miliarde de ani. Acestea sunt distanțe cosmologice care ating aproximativ 10% din orizontul Universului nostru”, a spus omul de știință.

La această distanță, într-o galaxie îndepărtată, două găuri negre s-au contopit. Aceste găuri, pe de o parte, aveau dimensiuni relativ mici, iar pe de altă parte, amplitudinea mare a semnalului indică faptul că erau foarte grele. S-a stabilit că masele lor erau de 36, respectiv 29 de mase solare. Masa Soarelui, după cum se știe, este egală cu 2 ori 10 până la puterea a 30-a a unui kilogram. După fuziune, aceste două corpuri s-au unit și acum în locul lor s-a format o singură gaură neagră, care are o masă egală cu 62 de mase solare. În același timp, aproximativ trei mase ale Soarelui s-au împrăștiat sub formă de energie a undelor gravitaționale.

Cine a făcut descoperirea și când

Oamenii de știință din cadrul proiectului internațional LIGO au reușit să detecteze o undă gravitațională pe 14 septembrie 2015. LIGO (Observatorul de gravitație de interferometrie cu laser) este un proiect internațional la care participă o serie de state, cu o anumită contribuție financiară și științifică, în special SUA, Italia, Japonia, care sunt avansate în domeniul acestei cercetări.

Profesorii Rainer Weiss și Kip Thorne (foto - EPA)

A fost înregistrată următoarea imagine: aripile detectorului gravitațional s-au deplasat ca urmare a trecerii efective a unei unde gravitaționale prin planeta noastră și prin această instalație. Acest lucru nu a fost raportat atunci, deoarece semnalul trebuia procesat, „curățat”, amplitudinea lui a fost găsită și verificată. Aceasta este o procedură standard: de la descoperirea efectivă până la anunțarea descoperirii, este nevoie de câteva luni pentru a emite o declarație fundamentată. „Nimeni nu vrea să-și strice reputația Acestea sunt toate date secrete, înainte de publicare despre care nimeni nu știa despre ele, existau doar zvonuri”, a menționat Hnatyk.

Poveste

Undele gravitaționale au fost studiate încă din anii 70 ai secolului trecut. În acest timp, au fost create o serie de detectoare și o serie de cercetare de bază. În anii 80, omul de știință american Joseph Weber a construit prima antenă gravitațională sub forma unui cilindru de aluminiu, care avea o dimensiune de aproximativ câțiva metri, echipată cu senzori piezo care trebuiau să înregistreze trecerea unei unde gravitaționale.

Sensibilitatea acestui dispozitiv a fost de un milion de ori mai slabă decât detectoarele actuale. Și, desigur, atunci nu a putut detecta valul, deși Weber a declarat că a făcut-o: presa a scris despre asta și a avut loc un „boom gravitațional” - antene gravitaționale au fost imediat construite în întreaga lume. Weber a încurajat alți oameni de știință să studieze undele gravitaționale și să continue experimentele asupra acestui fenomen, ceea ce a făcut posibilă creșterea sensibilității detectorilor de un milion de ori.

Cu toate acestea, fenomenul undelor gravitaționale în sine a fost înregistrat în secolul trecut, când oamenii de știință au descoperit un pulsar dublu. Aceasta a fost o înregistrare indirectă a faptului că undele gravitaționale există, dovedită prin observații astronomice. Pulsarul a fost descoperit de Russell Hulse și Joseph Taylor în 1974 în timpul observațiilor cu radiotelescopul Observatorului Arecibo. Oamenii de știință au fost premiați Premiul Nobelîn 1993 „pentru descoperirea unui nou tip de pulsari, care a oferit noi oportunități în studiul gravitației”.

Cercetare în lume și în Ucraina

În Italia, un proiect similar numit Virgo se apropie de finalizare. De asemenea, Japonia intenționează să lanseze un detector similar într-un an, iar India pregătește și ea un astfel de experiment. Adică detectoare similare există în multe părți ale lumii, dar nu au ajuns încă la modul de sensibilitate, astfel încât să putem vorbi despre detectarea undelor gravitaționale.

„Oficial, Ucraina nu face parte din LIGO și nici nu participă la proiectele italiene și japoneze. Printre astfel de domenii fundamentale, Ucraina participă acum la proiectul LHC (Large Hadron Collider) și la CERN (vom deveni oficial doar un participant. după achitarea taxei de intrare)”, a declarat doctorul în științe fizice și matematice Bohdan Gnatyk pentru LIGA.net.

Potrivit acestuia, din 2015, Ucraina este membru cu drepturi depline al colaborarii internaționale CTA (Cerenkov Telescope Array), care construiește un multi telescop modern. TeV interval gamma lung (cu energii fotonice de până la 1014 eV). „Principalele surse ale unor astfel de fotoni sunt tocmai vecinătatea găurilor negre supermasive, a căror radiație gravitațională a fost înregistrată pentru prima dată de detectorul LIGO. Prin urmare, deschiderea de noi ferestre în astronomie - unde gravitaționale și multi TeV„Tehnologia electromagnetică nogo ne promite mult mai multe descoperiri în viitor”, adaugă omul de știință.

Ce urmează și cum vor ajuta noile cunoștințe oamenii? Oamenii de știință nu sunt de acord. Unii spun că acesta este doar următorul pas în înțelegerea mecanismelor Universului. Alții văd acest lucru ca fiind primii pași către noile tehnologii de deplasare în timp și spațiu. Într-un fel sau altul - aceasta este o descoperire în încă o dată a dovedit cât de puțin înțelegem și cât mai rămâne de învățat.

, STATELE UNITE ALE AMERICII

Undele gravitaționale sunt în sfârșit descoperite

Știința Populară

Oscilațiile în spațiu-timp sunt descoperite la un secol după ce Einstein le-a prezis. Începe noua eraîn astronomie.

Oamenii de știință au descoperit fluctuații în spațiu-timp cauzate de fuziunea găurilor negre. Acest lucru s-a întâmplat la o sută de ani după ce Albert Einstein a prezis aceste „unde gravitaționale” în teoria sa generală a relativității și la o sută de ani după ce fizicienii au început să le caute.

Această descoperire emblematică a fost anunțată astăzi de cercetătorii de la Observatorul cu unde gravitaționale cu interferometru laser (LIGO). Ei au confirmat zvonuri care au înconjurat analiza primului set de date pe care l-au colectat de luni de zile. Astrofizicienii spun că descoperirea undelor gravitaționale oferă noi perspective asupra universului și capacitatea de a recunoaște evenimentele îndepărtate care nu pot fi văzute cu telescoapele optice, dar pot fi simțite și chiar auzite pe măsură ce vibrațiile lor slabe ajung la noi prin spațiu.

„Am detectat unde gravitaționale. Noi am făcut-o! „David Reitze, directorul executiv al echipei de cercetare de 1.000 de persoane, a anunțat astăzi la o conferință de presă la Washington la National Science Foundation.

Undele gravitaționale sunt poate cel mai evaziv fenomen al predicțiilor lui Einstein, iar omul de știință a dezbătut acest subiect cu contemporanii săi timp de decenii. Conform teoriei sale, spațiul și timpul formează materie extensibilă, care se îndoaie sub influența obiectelor grele. A simți gravitația înseamnă a cădea în curbele acestei materii. Dar poate acest spațiu-timp să tremure ca pielea unei tobe? Einstein era confuz, nu știa ce înseamnă ecuațiile lui. Și și-a schimbat de mai multe ori punctul de vedere. Dar chiar și cei mai convinși susținători ai teoriei sale credeau că undele gravitaționale erau în orice caz prea slabe pentru a fi observate. Ele cascadă în exterior după anumite cataclisme și, pe măsură ce se mișcă, se întind și comprimă alternativ spațiu-timp. Dar până când aceste valuri ajung pe Pământ, ele s-au întins și au comprimat fiecare kilometru de spațiu cu o mică parte din diametrul său. nucleul atomic.

Detectarea acestor unde a necesitat răbdare și prudență. Observatorul LIGO a tras raze laser înainte și înapoi de-a lungul brațelor înclinate de patru kilometri (4 kilometri) a două detectoare, unul în Hanford, Washington, și celălalt în Livingston, Louisiana. Acest lucru a fost făcut în căutarea unor expansiuni și contracții coincidente ale acestor sisteme în timpul trecerii undelor gravitaționale. Folosind stabilizatori de ultimă generație, instrumente de vid și mii de senzori, oamenii de știință au măsurat modificări ale lungimii acestor sisteme care au fost de până la o miime din dimensiunea unui proton. O asemenea sensibilitate a instrumentelor era de neconceput acum o sută de ani. De asemenea, părea incredibil în 1968, când Rainer Weiss de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts a conceput un experiment numit LIGO.

„Este un mare miracol că până la urmă au reușit. Au fost capabili să detecteze aceste vibrații minuscule!” – spuse fizician teoretic de la Universitatea din Arkansas, Daniel Kennefick, care a scris cartea din 2007 Traveling at the Speed of Thought: Einstein and the Quest for Gravitational Waves.

Această descoperire a marcat începutul unei noi ere a astronomiei undelor gravitaționale. Speranța este că vom înțelege mai bine formarea, compoziția și rolul galactic al găurilor negre - acele bile super-dense de masă care îndoaie spațiu-timp atât de dramatic încât nici măcar lumina nu poate scăpa. Când găurile negre se apropie una de cealaltă și se îmbină, ele produc un semnal de puls - oscilații spațiu-timp care cresc în amplitudine și ton înainte de a se termina brusc. Acele semnale pe care observatorul le poate înregistra sunt în domeniul audio - totuși, sunt prea slabe pentru a fi auzite de urechea goală. Puteți recrea acest sunet trecând degetele peste tastele pianului. „Începe cu nota cea mai joasă și mergi până la a treia octavă”, a spus Weiss. — Așa auzim.

Fizicienii sunt deja surprinși de numărul și puterea semnalelor care au fost înregistrate până acum. Aceasta înseamnă că există mai multe găuri negre în lume decât se credea anterior. „Am fost norocoși, dar am contat întotdeauna pe acest tip de noroc”, a spus astrofizicianul Kip Thorne, care lucrează la Institutul de Tehnologie din California și a creat LIGO împreună cu Weiss și Ronald Drever, tot la Caltech. „Acest lucru se întâmplă de obicei când se deschide o fereastră complet nouă în univers.”

Ascultând undele gravitaționale, ne putem forma idei complet diferite despre spațiu și poate descoperi fenomene cosmice de neimaginat.

„Pot compara asta cu prima dată când am îndreptat un telescop spre cer”, a spus astrofizicianul teoretic Janna Levin de la Colegiul Barnard, Universitatea Columbia. „Oamenii și-au dat seama că există ceva acolo și că se poate vedea, dar nu puteau prezice gama incredibilă de posibilități care există în univers.” De asemenea, a observat Levine, descoperirea undelor gravitaționale ar putea arăta că universul este „plin de materie întunecată pe care nu o putem detecta cu ușurință cu un telescop”.

Povestea descoperirii primei unde gravitaționale a început într-o dimineață de luni în septembrie și a început cu o bubuitură. Semnalul a fost atât de clar și de tare, încât Weiss s-a gândit: „Nu, asta e o prostie, nu va ieși nimic.”

Intensitatea pasiunilor

Acea primă undă gravitațională a străbătut detectoarele LIGO modernizate – mai întâi la Livingston și șapte milisecunde mai târziu la Hanford – în timpul unei simulări la începutul zilei de 14 septembrie, cu două zile înainte ca colectarea datelor să înceapă oficial.

Detectoarele au fost testate după o actualizare care a durat cinci ani și a costat 200 de milioane de dolari. Sunt echipate cu noi suspensii pentru oglinzi pentru reducerea zgomotului și un sistem de feedback activ pentru a suprima vibrațiile străine în timp real. Modernizarea a dat observatorului îmbunătățit mai mult nivel înalt sensibilitate în comparație cu vechiul LIGO, care între 2002 și 2010 a găsit „zero absolut și pur”, așa cum a spus Weiss.

Când semnalul puternic a sosit în septembrie, oamenii de știință din Europa, unde era dimineață în acel moment, au început să-și bombardeze în grabă colegii americani cu mesaje peste e-mail. Când restul grupului s-a trezit, vestea s-a răspândit foarte repede. Potrivit lui Weiss, aproape toți au fost sceptici, mai ales când au văzut semnalul. A fost un adevărat clasic manual, motiv pentru care unii oameni au crezut că este un fals.

Afirmații false în căutarea undelor gravitaționale au fost făcute în mod repetat de la sfârșitul anilor 1960, când Joseph Weber de la Universitatea din Maryland credea că a descoperit vibrații rezonante într-un cilindru de aluminiu care conține senzori ca răspuns la unde. În 2014, a avut loc un experiment numit BICEP2, ale cărui rezultate au anunțat descoperirea undelor gravitaționale primordiale - oscilații spațiu-timp din big bang, care acum s-au întins și sunt permanent înghețate în geometria universului. Oamenii de știință din echipa BICEP2 și-au anunțat descoperirea în mare furie, dar apoi rezultatele lor au fost supuse unei verificări independente, în timpul căreia s-a dovedit că au greșit și că semnalul a venit din praful cosmic.

Când cosmologul de la Universitatea de Stat din Arizona, Lawrence Krauss, a auzit despre descoperirea echipei LIGO, inițial a crezut că este o „înșelătorie oarbă”. În timpul funcționării vechiului observator, semnalele simulate au fost introduse pe ascuns în fluxurile de date pentru a testa răspunsul și cele mai multe Echipa nu știa despre asta. Când Krauss a aflat de la o sursă informată că de data aceasta nu a fost o „aruncare oarbă”, cu greu și-a putut stăpâni entuziasmul plin de bucurie.

Pe 25 septembrie, el le-a spus celor 200.000 de urmăritori pe Twitter: „Zvonuri despre o undă gravitațională detectată de detectorul LIGO. Uimitor dacă adevărat. Îți voi da detalii dacă nu este un fals.” Urmează o intrare din 11 ianuarie: „Zvonurile anterioare despre LIGO au fost confirmate de surse independente. Rămâneți pe fază pentru mai multe știri. Poate că au fost descoperite unde gravitaționale!”

Poziția oficială a oamenilor de știință a fost următoarea: nu vorbiți despre semnalul primit până nu există o certitudine sută la sută. Thorne, legat mâini și picioare de această obligație de a păstra secretul, nici măcar nu i-a spus nimic soției sale. „Am sărbătorit singur”, a spus el. Pentru început, oamenii de știință au decis să se întoarcă la început și să analizeze totul până la cel mai mic detaliu pentru a afla cum s-a propagat semnalul prin mii de canale de măsurare ale diverșilor detectoare și pentru a înțelege dacă era ceva ciudat la momentul în care semnalul a fost detectat. Nu au găsit nimic neobișnuit. De asemenea, au exclus hackerii, care ar fi avut cele mai bune cunoștințe despre miile de fluxuri de date din experiment. „Chiar și atunci când o echipă efectuează aruncări de la oarbă, nu sunt suficient de perfecte și lasă multe semne”, a spus Thorne. „Dar nu erau urme aici.”

În săptămânile următoare, au auzit un alt semnal, mai slab.

Oamenii de știință au analizat primele două semnale și au sosit din ce în ce mai multe semnale noi. Ei și-au prezentat cercetările în revista Physical Review Letters în ianuarie. Acest număr este publicat astăzi online. Conform estimărilor lor, semnificația statistică a primului și cel mai puternic semnal depășește 5-sigma, ceea ce înseamnă că cercetătorii au încredere în autenticitatea sa în proporție de 99,9999%.

Ascultând gravitația

Ecuațiile relativității generale ale lui Einstein sunt atât de complexe încât celor mai mulți fizicieni le-a luat 40 de ani să fie de acord că, da, undele gravitaționale există și pot fi detectate – chiar și teoretic.

La început, Einstein a crezut că obiectele nu pot elibera energie sub formă de radiație gravitațională, dar apoi și-a schimbat punctul de vedere. În lucrarea sa de referință scrisă în 1918, el a arătat ce obiecte ar putea face acest lucru: sisteme în formă de gantere care se rotesc pe două axe simultan, cum ar fi binare și supernove care explodează ca petarde. Ele pot genera valuri în spațiu-timp.

Dar Einstein și colegii săi au continuat să ezite. Unii fizicieni au susținut că, chiar dacă ar exista unde, lumea ar vibra odată cu ele și ar fi imposibil să le simțim. Abia în 1957 Richard Feynman a oprit problema demonstrând într-un experiment de gândire că dacă undele gravitaționale ar exista, ele ar putea fi teoretic detectate. Dar nimeni nu știa cât de comune sunt aceste sisteme în formă de gantere în spațiul cosmic sau cât de puternice sau slabe sunt undele rezultate. „În cele din urmă, întrebarea a fost: vom reuși vreodată să-i detectăm?” spuse Kennefick.

În 1968, Rainer Weiss era un tânăr profesor la MIT și a fost desemnat să predea un curs de relativitate generală. Fiind un experimentalist, știa puțin despre asta, dar dintr-o dată au apărut știri despre descoperirea undelor gravitaționale de către Weber. Weber a construit trei detectoare rezonante din aluminiu, de dimensiunea birouși le-a plasat în diferite state americane. Acum a raportat că toate cele trei detectoare au detectat „sunetul undelor gravitaționale”.

Elevii lui Weiss au fost rugați să explice natura undelor gravitaționale și să-și exprime părerea asupra mesajului. Studiind detaliile, a fost uimit de complexitatea calculelor matematice. „Nu am putut înțelege ce naiba făcea Weber, cum au interacționat senzorii cu unda gravitațională. Am stat mult timp și m-am întrebat: „Care este cel mai primitiv lucru pe care îl pot găsi, care va detecta undele gravitaționale?” Și apoi mi-a venit o idee pe care o numesc baza conceptuală a LIGO.

Imaginați-vă trei obiecte în spațiu-timp, să spunem oglinzi la colțurile unui triunghi. „Trimite un semnal luminos de la unul la altul”, a spus Weber. „Vedeți cât timp durează să treceți de la o masă la alta și verificați dacă timpul s-a schimbat.” Se pare, a remarcat omul de știință, acest lucru se poate face rapid. „Le-am atribuit asta studenților mei ca sarcină de cercetare. Literal, întregul grup a fost capabil să facă aceste calcule.”

În anii următori, pe măsură ce alți cercetători au încercat să reproducă rezultatele experimentului cu detector de rezonanță al lui Weber, dar au eșuat continuu (nu este clar ce a observat, dar nu au fost unde gravitaționale), Weiss a început să pregătească un experiment mult mai precis și mai ambițios: un experiment gravitațional. interferometru cu undă. Raza laser este reflectată de trei oglinzi instalate în forma literei „L” și formează două fascicule. Intervalul dintre vârfurile și jgheaburile undelor luminoase indică cu precizie lungimea picioarelor literei „L”, care creează axele X și Y ale spațiu-timpului. Când scara este staționară, cele două unde luminoase sunt reflectate din colțuri și se anulează reciproc. Semnalul din detector este zero. Dar dacă o undă gravitațională trece prin Pământ, aceasta întinde lungimea unui braț al literei „L” și comprimă lungimea celuilalt (și invers, la rândul său). Nepotrivirea celor două fascicule de lumină creează un semnal în detector, indicând ușoare fluctuații în spațiu-timp.

La început, colegii fizicieni și-au exprimat scepticismul, dar experimentul a câștigat în curând sprijinul lui Thorne, a cărui echipă de teoreticieni de la Caltech studia găurile negre și alte surse potențiale de unde gravitaționale, precum și semnalele pe care le generează. Thorne a fost inspirat de experimentul lui Weber și de eforturi similare ale oamenilor de știință ruși. După ce am vorbit cu Weiss la o conferință în 1975, „Am început să cred că detectarea undelor gravitaționale va avea succes”, a spus Thorne. „Și am vrut ca și Caltech să facă parte din el.” El a aranjat ca institutul să angajeze un experimentalist scoțian Ronald Dreaver, care a spus, de asemenea, că va construi un interferometru cu unde gravitaționale. De-a lungul timpului, Thorne, Driver și Weiss au început să lucreze în echipă, fiecare rezolvându-și partea din nenumăratele probleme în pregătirea experimentului practic. Acest trio a creat LIGO în 1984 și când au fost construite prototipuriși a început să colaboreze în cadrul unei echipe în continuă expansiune, primind 100 de milioane de dolari în finanțare de la National Science Foundation la începutul anilor 1990. Au fost întocmite planuri pentru a construi o pereche de detectoare gigantice. în formă de L. Un deceniu mai târziu, detectoarele au început să funcționeze.

La Hanford și Livingston, în centrul fiecăruia dintre brațele detectoarelor de patru kilometri există un vid, datorită căruia laserul, fasciculul și oglinzile sale sunt izolate maxim de vibrațiile constante ale planetei. Pentru a-și acoperi mai mult pariurile, oamenii de știință de la LIGO își monitorizează detectoarele în timp ce funcționează cu mii de instrumente, măsurând tot ce pot: activitatea seismică, presiunea barometrică, fulgere, raze cosmice, vibrația echipamentului, sunete în vecinătatea razei laser și așa mai departe. . Apoi își filtrează datele din acest zgomot de fond străin. Poate că principalul lucru este că au doi detectoare, iar acest lucru le permite să compare datele primite, verificându-le pentru prezența semnalelor potrivite.

Context

Unde gravitaționale: au completat ceea ce a început Einstein la Berna

SwissInfo 13.02.2016

Cum mor găurile negre

Mediu 19.10.2014
În interiorul vidului creat, chiar și atunci când laserele și oglinzile sunt complet izolate și stabilizate, „lucruri ciudate se întâmplă tot timpul”, spune Marco Cavaglià, secretar de presă adjunct al proiectului LIGO. Oamenii de știință trebuie să urmărească acești „pești de aur”, „fantome”, „monstri marini obscuri” și alte fenomene vibraționale străine, aflându-le sursa pentru a o elimina. Unul carcasă tare au avut loc în timpul fazei de testare, a spus cercetătorul LIGO Jessica McIver, care studiază astfel de semnale străine și interferențe. Printre date au apărut adesea o serie de zgomote periodice cu o singură frecvență. Când ea și colegii ei au transformat vibrațiile de la oglinzi în fișiere audio, „telefonul se putea auzi clar sunând”, a spus McIver. „S-a dovedit că agenții de publicitate de telecomunicații au făcut apeluri telefonice în camera laserului.”

În următorii doi ani, oamenii de știință vor continua să îmbunătățească sensibilitatea detectoarelor LIGO actualizate de la Observatorul cu unde gravitaționale cu interferometru laser. Și în Italia, un al treilea interferometru numit Advanced Virgo va începe să funcționeze. Unul dintre răspunsurile pe care datele le vor ajuta este modul în care se formează găurile negre. Sunt ele un produs al prăbușirii celor mai timpurii stele masive sau sunt create de coliziuni în cadrul unor grupuri de stele dense? „Acestea sunt doar două presupuneri, cred că vor fi mai multe când toată lumea se va calma”, spune Weiss. Pe măsură ce activitatea viitoare a LIGO începe să acumuleze noi statistici, oamenii de știință vor începe să asculte poveștile pe care cosmosul le șoptește despre originile găurilor negre.

Judecând după forma și mărimea sa, primul puls, cel mai puternic, a apărut la 1,3 miliarde de ani lumină de unde, după o eternitate de dans lent, două găuri negre, fiecare de aproximativ 30 de ori masa soarelui, s-au contopit în cele din urmă sub influența gravitației reciproce. atracţie. Găurile negre se învârteau din ce în ce mai repede, ca un vârtej, apropiindu-se treptat. Apoi a avut loc fuziunea și într-o clipită au eliberat unde gravitaționale cu o energie comparabilă cu cea a trei Sori. Această fuziune a fost cel mai puternic fenomen energetic înregistrat vreodată.

„Este ca și cum n-am fi văzut niciodată oceanul în timpul unei furtuni”, a spus Thorne. El a așteptat această furtună în spațiu-timp încă din anii 1960. Sentimentul pe care l-a simțit Thorne în timp ce acele valuri au intrat nu a fost tocmai emoție, spune el. Era altceva: un sentiment de profundă satisfacție.

Materialele InoSMI conțin evaluări exclusiv din mass-media străină și nu reflectă poziția personalului editorial InoSMI.

Pe 11 februarie 2016, un grup internațional de oameni de știință, inclusiv din Rusia, la o conferință de presă la Washington a anunțat o descoperire care mai devreme sau mai târziu va schimba dezvoltarea civilizației. S-a putut dovedi în practică undele gravitaționale sau undele spațiu-timp. Existența lor a fost prezisă acum 100 de ani de Albert Einstein în a lui.

Nimeni nu se îndoiește că această descoperire va primi Premiul Nobel. Oamenii de știință nu se grăbesc să vorbească despre asta aplicare practică. Dar ei ne amintesc că până de curând nici omenirea nu știa cu ce să facă unde electromagnetice, care a dus în cele din urmă la o adevărată revoluție științifică și tehnologică.

Ce sunt undele gravitaționale în termeni simpli

Gravitația și gravitația universală sunt unul și același lucru. Undele gravitaționale sunt una dintre soluțiile pentru GPV. Ele trebuie să se răspândească cu viteza luminii. Este emis de orice corp care se deplasează cu accelerație variabilă.

De exemplu, se rotește pe orbita sa cu o accelerație variabilă îndreptată spre stea. Și această accelerație este în continuă schimbare. Sistemul solar emite energie de ordinul mai multor kilowați în unde gravitaționale. Aceasta este o sumă nesemnificativă, comparabilă cu 3 televizoare color vechi.

Un alt lucru sunt doi pulsari (stele neutroni) care orbitează unul în jurul celuilalt. Se rotesc pe orbite foarte apropiate. Un astfel de „cuplu” a fost descoperit de astrofizicieni și observat mult timp. Obiectele erau gata să cadă unele peste altele, ceea ce indica indirect că pulsarii emit unde spațio-temporale, adică energie în câmpul lor.

Gravitația este forța gravitației. Suntem atrași de pământ. Iar esența unei unde gravitaționale este o schimbare în acest câmp, care este extrem de slab când ajunge la noi. De exemplu, luați nivelul apei într-un rezervor. Intensitatea câmpului gravitațional - accelerație cădere liberă la un punct anume. Un val străbate iazul nostru și brusc accelerația căderii libere se schimbă, doar puțin.

Astfel de experimente au început în anii 60 ai secolului trecut. La acea vreme, au venit cu asta: au atârnat un cilindru uriaș de aluminiu, răcit pentru a evita fluctuațiile termice interne. Și au așteptat ca un val de la o coliziune, de exemplu, a două găuri negre masive să ajungă brusc la noi. Cercetătorii au fost plini de entuziasm și au spus că întregul glob ar putea fi afectat de o undă gravitațională care vine din spațiul cosmic. Planeta va începe să vibreze, iar aceste unde seismice (compresie, forfecare și unde de suprafață) pot fi studiate.

Un articol important despre dispozitiv în termeni simpli și despre modul în care americanii și LIGO au furat ideea oamenilor de știință sovietici și au construit introferometre care au făcut posibilă descoperirea. Nimeni nu vorbeste despre asta, toata lumea tace!

Apropo, radiația gravitațională este mai interesantă din poziția radiației cosmice de fond cu microunde, pe care încearcă să o găsească schimbând spectrul radiației electromagnetice. CMB și radiația electromagnetică au apărut la 700 de mii de ani după Big Bang, apoi în timpul expansiunii universului, umplute cu gaz fierbinte cu unde de șoc care călătoresc, care mai târziu s-au transformat în galaxii. În acest caz, în mod natural, ar fi trebuit să fie emis un număr gigantic, uluitor de unde spațiu-timp, care să afecteze lungimea de undă a radiației cosmice de fond cu microunde, care la acea vreme era încă optică. Astrofizicianul rus Sazhin scrie și publică în mod regulat articole pe această temă.

Interpretarea greșită a descoperirii undelor gravitaționale

„O oglindă atârnă, o undă gravitațională acționează asupra ei și începe să oscileze. Și chiar și cele mai nesemnificative fluctuații de amplitudine dimensiune mai mică nucleele atomice sunt observate de instrumente” - o astfel de interpretare incorectă, de exemplu, este folosită în articolul Wikipedia. Nu fi leneș, găsește un articol al oamenilor de știință sovietici din 1962.

În primul rând, oglinda trebuie să fie masivă pentru a simți „undulurile”. În al doilea rând, trebuie să fie răcit aproape zero absolut(în Kelvin) pentru a evita propriile fluctuații termice. Cel mai probabil, nu numai în secolul 21, dar în general nu va fi niciodată posibil să fie detectat particulă elementară- purtător de unde gravitaționale:

Undele gravitaționale sunt modificări ale câmpului gravitațional care se propagă ca undele. Ele sunt emise de mase în mișcare, dar după radiație sunt separate de ele și există independent de aceste mase. Este legat din punct de vedere matematic de perturbarea metricii spațiu-timp și poate fi descris ca „unduri spațiu-timp”.
În relativitatea generală și majoritatea celorlalți teorii moderneÎn gravitație, undele gravitaționale sunt generate de mișcarea corpurilor masive cu accelerație variabilă. Undele gravitaționale se propagă liber în spațiu cu viteza luminii. Datorită slăbiciunii relative a forțelor gravitaționale (comparativ cu altele), aceste unde au o magnitudine foarte mică, care este greu de înregistrat.
Undele gravitaționale sunt prezise de teoria generală a relativității (GR) și de multe alte teorii ale gravitației. Ele au fost descoperite pentru prima dată direct în septembrie 2015 de detectoarele gemene LIGO, care au detectat unde gravitaționale probabil rezultate din fuziunea a două găuri negre pentru a forma o gaură neagră rotativă mai masivă. gaura neagra. Dovezile indirecte ale existenței lor sunt cunoscute încă din anii 1970 – Relativitatea Generală prezice rate de convergență ale sistemelor apropiate de stele duble care coincid cu observațiile din cauza pierderii de energie din cauza emisiei undelor gravitaționale. Înregistrarea directă a undelor gravitaționale și utilizarea lor pentru a determina parametrii proceselor astrofizice este o sarcină importantă a fizicii și astronomiei moderne.
În cadrul relativității generale, undele gravitaționale sunt descrise prin soluții ale ecuațiilor Einstein de tip val, care reprezintă o perturbare a metricii spațiu-timp care se mișcă la viteza luminii (în aproximația liniară). Manifestarea acestei perturbări ar trebui să fie, în special, o modificare periodică a distanței dintre două mase de testare care căde liber (adică nu sunt influențate de nicio forță). Amplitudinea h a unei unde gravitaționale este o mărime adimensională - o modificare relativă a distanței. Amplitudinile maxime prezise ale undelor gravitaționale de la obiecte astrofizice (de exemplu, sisteme binare compacte) și fenomene (explozii de supernove, fuziuni de stele neutroni, capturi de stele de către găurile negre etc.) atunci când sunt măsurate în Sistemul Solar sunt foarte mici (h = 10). −18-10 −23). O undă gravitațională slabă (liniară), conform teoriei generale a relativității, transferă energie și impuls, se mișcă cu viteza luminii, este transversală, cvadrupol și este descrisă de două componente independente situate la un unghi de 45° una față de cealaltă ( are două direcții de polarizare).
Diferite teorii prezic viteza de propagare a undelor gravitaționale în mod diferit. În relativitatea generală, este egală cu viteza luminii (în aproximarea liniară). În alte teorii ale gravitației, poate lua orice valoare, inclusiv infinitul. Conform primei înregistrări a undelor gravitaționale, dispersia lor s-a dovedit a fi compatibilă cu un graviton fără masă, iar viteza a fost estimată a fi egală cu viteza luminii.