Hari rasmi penemuan (pengesanan) gelombang graviti ialah 11 Februari 2016. Ketika itu, pada sidang akhbar di Washington, pemimpin kerjasama LIGO mengumumkan bahawa satu pasukan penyelidik telah berjaya merakam fenomena ini buat kali pertama dalam sejarah umat manusia.
Nubuatan Einstein yang hebat
Malah pada awal abad yang lalu (1916), Albert Einstein mencadangkan bahawa gelombang graviti wujud dalam kerangka Teori Umum Relativiti (GR) yang dirumuskan oleh beliau. Seseorang hanya boleh kagum dengan kebolehan cemerlang ahli fizik terkenal, yang, dengan data sebenar minimum, dapat membuat kesimpulan yang begitu jauh. Di antara banyak lagi fenomena fizikal yang diramalkan yang disahkan pada abad yang akan datang (memperlahankan aliran masa, mengubah arah sinaran elektromagnet dalam medan graviti, dll.), adalah tidak mungkin untuk mengesan kehadiran gelombang jenis ini secara praktikal. interaksi badan sehingga baru-baru ini.
Graviti ialah ilusi?
Secara umum, dalam cahayaTeori relativiti hampir tidak boleh memanggil graviti sebagai daya. Ini adalah akibat daripada gangguan atau kelengkungan kontinum ruang-masa. Contoh yang baik yang menggambarkan postulat ini ialah sehelai kain yang diregangkan. Di bawah berat objek besar yang diletakkan di atas permukaan sedemikian, ceruk terbentuk. Objek lain yang bergerak berhampiran anomali ini akan mengubah trajektori pergerakannya, seolah-olah "tertarik". Dan semakin besar berat objek (semakin besar diameter dan kedalaman kelengkungan), semakin tinggi "daya tarikan". Apabila ia bergerak melalui fabrik, anda boleh melihat rupa "riak" yang berbeza.
Sesuatu yang serupa berlaku di angkasa dunia. Sebarang jirim besar yang bergerak pantas adalah punca turun naik ketumpatan ruang dan masa. Gelombang graviti dengan amplitud yang ketara, dibentuk oleh jasad dengan jisim yang sangat besar atau apabila bergerak dengan pecutan yang besar.
Ciri fizikal
Turun naik metrik ruang-masa menunjukkan dirinya sebagai perubahan dalam medan graviti. Fenomena ini dipanggil riak ruang-masa. Gelombang graviti bertindak pada badan dan objek yang ditemui, memampatkan dan meregangkannya. Nilai ubah bentuk sangat kecil - kira-kira 10-21 daripada saiz asal. Keseluruhan kesukaran untuk mengesan fenomena ini ialah penyelidik perlu belajar bagaimana untuk mengukur dan merekodkan perubahan tersebut dengan bantuan peralatan yang sesuai. Kuasa sinaran graviti juga sangat kecil - untuk keseluruhan sistem suriabeberapa kilowatt.
Kelajuan perambatan gelombang graviti sedikit bergantung pada sifat medium pengalir. Amplitud ayunan berkurangan secara beransur-ansur dengan jarak dari sumber, tetapi tidak pernah mencapai sifar. Kekerapan terletak dalam julat dari beberapa puluh hingga ratusan hertz. Kelajuan gelombang graviti dalam medium antara bintang menghampiri kelajuan cahaya.
Bukti mengikut keadaan
Buat pertama kali, pengesahan teori tentang kewujudan gelombang graviti diperoleh oleh ahli astronomi Amerika Joseph Taylor dan pembantunya Russell Hulse pada tahun 1974. Mengkaji keluasan Alam Semesta menggunakan teleskop radio Balai Cerap Arecibo (Puerto Rico), para penyelidik menemui pulsar PSR B1913 + 16, iaitu sistem binari bintang neutron yang berputar mengelilingi pusat jisim yang sama dengan halaju sudut malar (kes yang agak jarang berlaku). Setiap tahun, tempoh revolusi, yang asalnya 3.75 jam, dikurangkan sebanyak 70 ms. Nilai ini agak konsisten dengan kesimpulan daripada persamaan GR yang meramalkan peningkatan dalam kelajuan putaran sistem sedemikian disebabkan oleh perbelanjaan tenaga untuk penjanaan gelombang graviti. Selepas itu, beberapa pulsar berganda dan kerdil putih dengan tingkah laku yang sama telah ditemui. Ahli astronomi radio D. Taylor dan R. Hulse telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1993 kerana menemui kemungkinan baharu untuk mengkaji medan graviti.
Gelombang graviti melarikan diri
Pernyataan pertama tentangpengesanan gelombang graviti datang dari saintis Universiti Maryland Joseph Weber (AS) pada tahun 1969. Untuk tujuan ini, dia menggunakan dua antena graviti reka bentuknya sendiri, dipisahkan dengan jarak dua kilometer. Pengesan resonan ialah silinder aluminium dua meter sekeping bergetar dengan baik yang dilengkapi dengan penderia piezoelektrik yang sensitif. Amplitud turun naik yang didakwa direkodkan oleh Weber ternyata lebih sejuta kali lebih tinggi daripada nilai yang dijangkakan. Percubaan saintis lain menggunakan peralatan sedemikian untuk mengulangi "kejayaan" ahli fizik Amerika itu tidak membawa hasil yang positif. Beberapa tahun kemudian, kerja Weber di kawasan ini diiktiraf sebagai tidak boleh dipertahankan, tetapi memberi dorongan kepada pembangunan "ledakan graviti" yang menarik ramai pakar ke bidang penyelidikan ini. By the way, Joseph Weber sendiri yakin sehingga akhir zamannya bahawa dia menerima gelombang graviti.
Peningkatan peralatan penerimaan
Pada tahun 70-an, saintis Bill Fairbank (AS) membangunkan reka bentuk antena gelombang graviti yang disejukkan oleh helium cecair menggunakan SQUID - magnetometer supersensitif. Teknologi yang wujud pada masa itu tidak membenarkan pencipta melihat produknya, direalisasikan dalam "logam".
Pengesan graviti Auriga dibuat dengan cara ini di Makmal Legnard Kebangsaan (Padua, Itali). Reka bentuk ini berasaskan silinder aluminium-magnesium, panjang 3 meter dan diameter 0.6 m. Alat penerima seberat 2.3 tanterampai dalam ruang vakum terpencil yang disejukkan hampir kepada sifar mutlak. Resonator kilogram tambahan dan kompleks penyukat berasaskan komputer digunakan untuk menetapkan dan mengesan getaran. Kepekaan peralatan yang diisytiharkan 10-20.
Interferometer
Kendalian pengesan gangguan gelombang graviti adalah berdasarkan prinsip yang sama seperti interferometer Michelson. Pancaran laser yang dipancarkan oleh sumber dibahagikan kepada dua aliran. Selepas berbilang pantulan dan bergerak di sepanjang bahu peranti, strim sekali lagi disatukan, dan imej gangguan akhir digunakan untuk menilai sama ada sebarang gangguan (contohnya, gelombang graviti) menjejaskan perjalanan sinar. Peralatan serupa telah dibuat di banyak negara:
- GEO 600 (Hanover, Jerman). Panjang terowong vakum ialah 600 meter.
- TAMA (Jepun) 300m bahu
- VIRGO (Pisa, Itali) ialah projek bersama Perancis-Itali yang dilancarkan pada 2007 dengan terowong 3km.
- LIGO (AS, Pantai Pasifik), memburu gelombang graviti sejak 2002.
Yang terakhir patut dipertimbangkan dengan lebih terperinci.
LIGO Lanjutan
Projek ini dimulakan oleh saintis dari Massachusetts Institute of Technology dan California Institute of Technology. Termasuk dua balai cerap yang dipisahkan sejauh 3 ribu km, di negeri Louisiana dan Washington (bandar Livingston dan Hanford) dengan tiga interferometer yang sama. Panjang vakum berserenjangterowong adalah 4 ribu meter. Ini adalah struktur terbesar yang sedang beroperasi. Sehingga 2011, banyak percubaan untuk mengesan gelombang graviti tidak membawa sebarang hasil. Pemodenan ketara yang dijalankan (LIGO Lanjutan) meningkatkan sensitiviti peralatan dalam julat 300-500 Hz lebih daripada lima kali ganda, dan di rantau frekuensi rendah (sehingga 60 Hz) dengan hampir susunan magnitud, mencapai nilai yang diidamkan sebanyak 10-21. Projek dikemas kini bermula pada September 2015, dan usaha lebih seribu rakan usaha sama telah mendapat ganjaran dengan hasil.
Gelombang graviti dikesan
Pada 14 September 2015, pengesan LIGO canggih dengan selang 7 ms merekodkan gelombang graviti yang mencapai planet kita daripada fenomena terbesar yang berlaku di pinggir Alam Semesta yang boleh diperhatikan - penggabungan dua lubang hitam besar dengan jisim 29 dan 36 kali jisim Matahari. Semasa proses itu, yang berlaku lebih daripada 1.3 bilion tahun yang lalu, kira-kira tiga jisim suria bahan telah dibelanjakan untuk sinaran gelombang graviti dalam masa pecahan sesaat. Frekuensi awal gelombang graviti direkodkan sebagai 35 Hz, dan nilai puncak maksimum mencapai 250 Hz.
Keputusan yang diperoleh berulang kali tertakluk kepada pengesahan dan pemprosesan yang komprehensif, tafsiran alternatif bagi data yang diperolehi dipotong dengan teliti. Akhirnya, pada 11 Februari tahun lalu, pendaftaran langsung fenomena yang diramalkan oleh Einstein diumumkan kepada masyarakat dunia.
Fakta yang menggambarkan kerja raksasa penyelidik: amplitud turun naik dalam dimensi lengan interferometer ialah 10-19m - nilai ini adalah lebih kecil daripada diameter atom kerana ia lebih kecil daripada oren.
Prospek lanjut
Penemuan itu sekali lagi mengesahkan bahawa Teori Relativiti Umum bukan sekadar satu set formula abstrak, tetapi pandangan asas baharu pada intipati gelombang graviti dan graviti secara umum.
Dalam penyelidikan lanjut, saintis menaruh harapan tinggi untuk projek ELSA: penciptaan interferometer orbit gergasi dengan lengan kira-kira 5 juta km, mampu mengesan gangguan walaupun kecil medan graviti. Pengukuhan kerja ke arah ini boleh memberitahu banyak tentang peringkat utama dalam pembangunan Alam Semesta, tentang proses yang sukar atau mustahil untuk diperhatikan dalam jalur tradisional. Tidak dinafikan bahawa lubang hitam, yang gelombang gravitinya akan ditetapkan pada masa hadapan, akan memberitahu banyak perkara tentang sifatnya.
Untuk mengkaji sinaran graviti peninggalan, yang boleh memberitahu tentang detik pertama dunia kita selepas Big Bang, instrumen angkasa yang lebih sensitif akan diperlukan. Projek sedemikian wujud (Pemerhati Big Bang), tetapi pelaksanaannya, menurut pakar, mungkin tidak lebih awal daripada dalam 30-40 tahun.
