Hva er en gravitasjonsbølge?

Den offisielle datoen for åpningen (deteksjon) av gravitasjonsbølger er ansett for å være 11.2.2016. Det er da holdt i Washington på pressekonferansen, lederne av samarbeid LIGO, ble det annonsert at team av forskere lyktes for første gang i menneskehetens historie for å fikse dette fenomenet.

Profetiene i den store Einstein

Det faktum at gravitasjonsbølger finnes, selv i begynnelsen av forrige århundre (1916) foreslo Albert Einstein formulert innenfor rammen av generelle relativitets (GR). Man kan bare beundre den geniale evner av den berømte fysikeren, som var i stand til å gjøre slike vidtrekkende konklusjoner med et minimum av faktiske data. Blant de mange andre fysiske fenomener spådd at fant bekreftelse på det neste tallet (sakker tidens gang, endringer i elektromagnetisk stråling i retning av gravitasjonsfelt, etc.) Nesten detektere tilstedeværelsen av denne bølgetype interaksjon mellom legemene, inntil nylig var det ikke mulig.

Gravity - en illusjon?

Vanligvis i lys av relativitetsteorien gravitasjons knapt en kraft. Dette er en konsekvens av den forstyrrelse eller krumningen av den rom-tid kontinuum. Et godt eksempel for å illustrere dette postulat kan strekkes stykke tøy. Under vekten plassert på en overflate av et bulk gjenstand er dannet en utsparing. Andre objekter i bevegelse i nærheten av dette avviket vil endre banen deres bevegelse, da det var "tiltrukket". Og jo større vekten av gjenstanden (lengre diameter og krumning dybde), jo større er "magnetisk tiltrekningskraft". Når den beveger seg over stoffet, kan du se fremveksten av avvikende "krusninger".

Noe lignende skjer i verden plass. Enhver hurtig bevegelige faste stoffer er kilden til svingninger i tettheten av rom og tid. En gravitasjonsbølge med en betydelig amplitude, legemer med ekstremt store masser eller ved kjøring med store akselerasjoner.

fysiske spesifikasjoner

Svingninger i rom-tid-metrisk manifestere seg som endringer i gravitasjonsfeltet. Dette fenomenet kalles også rom-tid krusninger. Gravitasjonsbølge påvirker kroppen og objekter oppstått, klemme og strekke dem. Stamme mengde er meget liten - av størrelsesorden 10 ^-21 av den opprinnelige størrelse. Hele vanskeligheter for påvisning av dette fenomenet er at forskerne måtte lære å måle og registrere disse endringene med riktig utstyr. Kraften av gravitasjons stråling er også ekstremt lav - for hele solcellesystemet, er det noen få kilowatt.

Forplantningshastigheten for de bølger er noe avhengig av egenskapene til det ledende medium. Svingningsamplituden med avstand fra kilden avtar gradvis men aldri når null. Den frekvens ligger i området fra flere titalls til flere hundre hertz. Hastigheten på gravitasjonsbølger i det interstellare mediet nærmer seg lysets hastighet.

indisier

For første gang en teoretisk bekreftelse på eksistensen av gravitasjonsbølger klarte å få den amerikanske astronomen Joseph Taylor og Russell Hulse hans assistent i 1974. Studerer universet via teleskop observatorier Arecibo (Puerto Rico), forskere oppdaget pulsarens PSR 1913 + 16 representerer et binært system av neutron stjerner som roterer rundt en felles massesentrum ved en konstant vinkelhastighet (sjelden tilfelle). Hvert år behandlingsperioden er 3,75 timer i utgangspunktet, redusert til 70 ms. Denne verdien er i tråd med konklusjonene fra GTR ligninger som forutsier økning i rotasjonshastigheten av disse systemene på grunn av energiforbruket for generering av gravitasjonsbølger. Senere flere doble pulsarer og hvite dverger med en lignende oppførsel ble funnet. Radio astronomi D. Taylor og R. Hulse Nobelprisen i fysikk for oppdagelsen av nye muligheter for å studere gravitasjonsfelt ble tildelt i 1993.

Stjele gravitasjonsbølge

Den første setningen til å oppdage gravitasjonsbølger mottatt fra University of Maryland vitenskaps Dzhozefa Vebera (USA) i 1969. For dette formålet brukte han de to gravitasjons antenner av sin egen design, atskilt med en avstand på to kilometer. Resonans Detektoren var en god vibrasjonsisolert sylinder fotstykke av aluminium, som er utstyrt med piezoelektriske transdusere følsomme. Amplitude av angivelig løst svingninger Weber viste seg å være mer enn en million ganger høyere enn forventet. Forsøk fra andre forskere som bruker lignende utstyr for å gjenta "suksess" av den amerikanske fysikeren positive resultatene har ikke gitt. Etter noen års arbeid Weber i dette området har blitt anerkjent insolvent, men ga støtet til utviklingen av "gravitasjons boom" for å ringe i dette området av studier av mange eksperter. Forresten, Dzhozef Veber til sin død var sikker på å ta gravitasjonsbølger.

Forbedre mottaket utstyr

I 70s forskeren Bill Feyrbank (USA) har utviklet en konstruksjon av gravitasjonsbølge-antenne, avkjøles ved hjelp av flytende helium, med bruk av Squids - supermagnetometer. Eksisterende på den tiden teknologien ikke er lov til å se oppfinneren av produktet, realisert i "metal".

Ifølge dette prinsippet er laget Auriga gravitasjonsdetektor i lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italia). Grunnlaget struktur av aluminium-magnesium-sylinder og en lengde på 3 meter og en diameter på 0,6 m. Mottakeren enhetsvekt på 2,3 tonn er opphengt i en isolert, avkjølt til nær det absolutte nullpunkt vakuumkammeret. For fiksering og riste detektering av hjelpe kilogram resonator og et målesystem basert på datamaskiner. Den angitte følsomhet av utstyret 10 ^-20.

interferometre

Grunnlaget for funksjonen av interferensgravitasjonsbølgedetektorer innlemmet de samme prinsipper som benyttes ved Michelson-interferometer. Som utsendes av kilden til laserstrålen blir delt i to strømmer. Etter flere refleksjoner og for på skuld enheter strømmene føres sammen igjen, og den endelige dommer interferensbilde blir påvirket dersom løpet av strålene noen forstyrrelser (for eksempel gravitasjonsbølge). Slikt utstyr er opprettet i mange land:

• GEO 600 (Hannover, Tyskland). Lengden av vakuum tunnelen 600 meter.
• TAMA (Japan) med skuldre ved 300 m.
• Jomfruen (Pisa, Italia) - et felles fransk-italiensk-prosjektet, som ble lansert i 2007 med en tre-kilometer lange tunneler.
• LIGO (USA, Stillehavskysten), som fører jakten på gravitasjonsbølger i 2002.

Siste verdt å vurdere nærmere.

LIGO Avansert

Prosjektet ble initiert av forskere ved Massachusetts og California Institute of Technology. Inkluderer to observatorier atskilt av 3000. Km, Louisiana og Washington (byen Livingston og Hanford) med tre identiske interferometerene. Lengden av vinkel vakuum tunnelen er 4 tusen. Meter. Dette er den største hittil eksisterende lignende strukturer. Inntil 2011, til mange forsøk oppdage gravitasjonsbølger har ikke gitt noen resultater. En betydelig oppgradering (Advanced LIGO) økte følsomheten av utstyr i området 300-500 Hz mer enn fem ganger, og i det lavfrekvente område (opptil 60 Hz) er nesten en størrelsesorden, og nådde en verdi slik ettertraktet 10 ^-21. Den oppdaterte prosjektet startet i september 2015 og innsatsen til mer enn tusen ansatte i samarbeidet har blitt belønnet med resultatene.

Gravitasjonsbølger er funnet

14 september 2015 avanserte LIGO- detektorer i 7 ms intervall registrert komme ned til vår planets gravitasjonsbølger fra de største hendelsene som fant sted i utkanten av det observerbare universet - en fusjon av to store svarte hull med masser av 29 og 36 ganger større enn solens masse. Under rettssaken, som fant sted i løpet av 1,3 Ga siden, i løpet av noen sekunder til gravitasjonsbølge stråling brukt det omtrent tre solmasser av saken. Innledende fast frekvens gravitasjonsbølger på 35 Hz, og den maksimale toppverdi av nivået nås på 250 Hz.

De oppnådde ble gjentatte ganger underkastet omfattende testing og behandling resultater, forsiktig kuttes alternativ tolkning av dataene. Til slutt, den 11. februar i fjor på direkte påvisning av fenomenet spådd av Einstein, ble det annonsert til verdenssamfunnet.

Faktisk viser en gigan verk av forskere: amplituden av svingningen arm av størrelsen er 10 ^-19 m - denne verdi så mange ganger mindre enn diameteren av et atom, hvor mye han har mindre oransje.

fremtidsutsikter

Denne oppdagelsen igjen bekrefter at generelle relativitetsteorien - er ikke bare et sett av abstrakte formler, og et helt nytt utseende på essensen av gravitasjonsbølger og tyngdekraften som en helhet.

I videre studier, forskere har store forhåpninger om ELSA-prosjektet: etablering av en gigantisk bane rundt interferometer med skuldre ca 5 millioner km, i stand til å oppdage selv små forstyrrelser av gravitasjonsfelt. Revitalisering av arbeidet i denne retningen er i stand til å fortelle mye om de grunnleggende stadier av utviklingen av universet, prosessene, den observasjon at i tradisjonelle band er vanskelig eller umulig. Det er ingen tvil om at svarte hull, gravitasjonsbølger, som vil bli løst i fremtiden, mye snakk om naturen.

For studiet av relikvie gravitasjons stråling, i stand til å snakke om det første øyeblikk av vår verden etter Big Bang, vil kreve mer følsomme plass instrumenter. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Dette prosjektet finnes (Big Bang Observer), men gjennomføringen, forsikringer av eksperter, er det mulig ikke tidligere enn 30-40 år.