Спустя столетие после того, как Альберт Эйнштейн объяснил свою Общую теорию относительности, ученые должны объявить, что они Обнаружили гравитационные волны — рябь, созданную Столкновениями черных дыр.
В четверг экспериментаторы сообщат о первом обнаружении давно предсказанного явления: Всплесков гравитационных волн, генерируемых космическими столкновениями черных дыр.
Это изображение показывает концепцию художника, иллюстрирующую квазар, или кормящую черную дыру. Ученые намерены сделать 10 февраля 2016 года крупное объявление об усилиях по определению существования гравитационных волн или ряби пространства и времени, которые переносят энергию по всей вселенной. Сами волны никогда прежде не измерялись напрямую, хотя Альберт Эйнштейн сказал, что сто лет назад они были там, согласно его теории общей теории относительности. Считается, что они образуются вокруг массивных объектов, таких как черные дыры и нейтронные звезды, искривление пространства и времени. AFP / NASA / раздаточный материал / ОГРАНИЧЕНО ДЛЯ РЕДАКЦИОННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ — ОБЯЗАТЕЛЬНЫЙ КРЕДИТ «AFP PHOTO / NASA / ESA» / AFP / Getty Images
К сожалению, нет ничего удивительного в том, что раздутые научные утверждения были ошибочными или преувеличенными — заявления о том, что частицы движутся быстрее света, гравитационные волны от большого взрыва и так далее. Я считаю себя трудно убедить скептика. Но то, что заявлено, будет кульминацией буквально десятилетий усилий ученых и инженеров с высокими полномочиями, и на этот раз я надеюсь быть полностью убежденным.
Эта теория говорит нам, что сила тяжести лучше всего понимается как «искривление» самого пространства. И когда гравитирующие объекты движутся, они генерируют «рябь» в самом пространстве.
Когда такая рябь проходит через Землю, наше локальное пространство попеременно растягивается и сжимается, так как когда камень брошен в пруд, индуцированная волна, движущаяся наружу, заставляет воду в любой точке циклически подниматься и опускаться — но крошечное количество.
В детекторах LIGO (аббревиатура расшифровывается как лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) интенсивные лазерные лучи проецируются вдоль труб длиной 4 километра, из которых был удален воздух.
4-километровое вооружение обсерватории LIGO Hanford в штате Вашингтон, США. С его дочерним предприятием по всей стране в Луизиане он построен для обнаружения гравитационных волн. Фото: НАСА
Анализируя свет, отраженный от зеркал на каждом конце, можно обнаружить незначительные изменения расстояния между зеркалами. Когда проходит гравитационная волна, расстояние между зеркалами LIGO попеременно увеличивается и уменьшается по мере того, как «пространство» расширяется и сжимается.
Это чрезвычайно деликатный эксперимент: искомый эффект настолько мал, что он «трясет» зеркала на расстояние менее миллионной части размера одного атома. Вот почему так важно иметь два одинаковых детектора, разнесенных почти на 2000 миль — один в штате Вашингтон, другой в Луизиане — и искать события, которые обнаруживаются на обоих детекторах, тем самым исключая эффекты, вызванные локальными сейсмическими событиями, проезжая мимо грузовиков. , и так далее.
Питер Хиггс предсказал свою частицу 50 лет назад, но ее обнаружение — и определение его свойств — должно было ждать технологического прогресса. Требовалась огромная машина — Большой адронный коллайдер в Женеве.
Гравитационные волны были предсказаны еще раньше, но обнаружение было отложено, потому что квест включает в себя обнаружение очень неуловимого эффекта и снова требует крупномасштабных и дорогих инструментов — вызов для многих сотен инженеров и ученых, вовлеченных в это международное сотрудничество.
Почему эффект такой маленький и неуловимый? Это в основном потому, что сила тяжести такая слабая сила. Мы чувствуем его притяжение только потому, что находимся на планете Земля.
Гравитационное притяжение между повседневными объектами является крошечным. Если вы будете колебаться вокруг двух гантелей, вы будете излучать гравитационные волны — но с весьма бесконечно малой силой. Даже планеты, вращающиеся вокруг звезд или пары звезд, вращающиеся вокруг друг друга, не излучают на обнаруживаемом уровне.
Это обнаружение действительно имеет большое значение: одно из Величайших открытий десятилетия — обнаружение частицы Хиггса, которая два года назад вызвала огромный размазматаз.
Частица Хиггса была краеугольным камнем в так называемой стандартной модели физики элементарных частиц, разработанной в течение нескольких десятилетий. Точно так же гравитационные волны — колебания в ткани самого пространства — являются решающим и отличительным следствием теории общей теории относительности Эйнштейна.
В физике Гравитационные волны представляют собой пульсации в кривизне пространства-времени, которые распространяются в виде волн, распространяющихся наружу от источника. Предсказанный в 1916 году Альбертом Эйнштейном на основе его теории общей теории относительности, гравитационные волны переносят энергию как Гравитационное излучение . Существование гравитационных волн является возможным следствием лоренц-инвариантности общей теории относительности, поскольку она привносит концепцию предельной скорости распространения физических взаимодействий с ней. Напротив, гравитационные волны не могут существовать в ньютоновской теории гравитации, которая постулирует, что физические взаимодействия распространяются с бесконечной скоростью.
До непосредственного обнаружения гравитационных волн существовали косвенные доказательства их существования. Например, измерения двойной системы Халса – Тейлора позволяют предположить, что гравитационные волны — это больше, чем гипотетическая концепция. Потенциальные источники обнаруживаемых гравитационных волн включают двойные звездные системы, состоящие из белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр. По состоянию на 2016 год различные детекторы гравитационных волн находятся в стадии строительства или эксплуатации, такие как Advanced LIGO, который начал наблюдения в сентябре 2015 года.
Астрономы согласны с тем, что единственные источники, которые LIGO может обнаружить, должны включать гораздо более сильную гравитацию, чем у обычных звезд и планет. Объекты, где сила тяжести является самой сильной и наиболее быстро изменяющейся, являются наиболее мощными источниками гравитационных волн. Лучше всего, чтобы в событиях участвовали черные дыры.
Уже около 40 лет мы знаем, что существуют черные дыры: большинство из них — это остатки звезд, которые в двадцать и более раз массивнее Солнца. Эти звезды горят ярко, и в их взрывных смертельных муках (сигнализируемых сверхновой) их внутренняя часть разрушается до черной дыры.
Материал, из которого была сделана звезда, отрезается от остальной части вселенной, оставляя гравитационный отпечаток на оставленном ею пространстве.
Насильственное рождение черной дыры порождает импульс гравитационных волн. Но еще более сильный импульс появляется, если две дыры впоследствии сливаются.
Это редкое событие, которое происходит в нашей Галактике менее одного раза в миллион лет. Но такое событие дало бы сигнал LIGO, даже если бы оно произошло за миллиард световых лет — и миллионы галактик ближе, чем это.
В течение многих лет LIGO ничего не обнаруживал. Но он прошел модернизацию, полностью возобновив работу несколько месяцев назад. К счастью, теперь он оказался достаточно чувствительным, чтобы обнаружить импульсы гравитационных волн.
Источники: www. telegraph. co. uk & Wikipedia