Wat is 'n swaartekrag golf?

Die amptelike datum van opening (opsporing) van gravitasiegolwe word beskou as 11 Februarie 2016 wees. Dit is dan gehou in Washington op die perskonferensie, die leiers van samewerking ligo, is aangekondig dat die span navorsers daarin geslaag om vir die eerste keer in die geskiedenis van die mensdom om hierdie verskynsel te los.

Die profesieë van die groot Einstein

Die feit dat gravitasiegolwe bestaan, selfs aan die begin van die vorige eeu (1916) voorgestel Albert Einstein geformuleer binne die raamwerk van die Algemene Relatiwiteit (GR). Mens kan maar net verwonder aan die vernuftige vermoëns van die beroemde fisikus, wat in staat was om so 'n verreikende gevolgtrekkings te maak met 'n minimum van werklike data was. Onder die talle ander fisiese verskynsels voorspel dat gevind bevestiging in die volgende eeu (stadiger die verloop van tyd, veranderinge in elektromagnetiese straling in die rigting van gravitasie velde, ens) Byna spoor die teenwoordigheid van hierdie tipe golf interaksie van liggame, tot onlangs was dit nie moontlik nie.

Gravity - 'n illusie?

Oor die algemeen, in die lig van die relatiwiteitsteorie swaartekrag skaars 'n krag. Dit is 'n gevolg van die verwoesting of kromming van die ruimte-tyd kontinuum. 'N Goeie voorbeeld van hierdie postulaat te illustreer kan gerek word stuk lap. Onder die gewig geplaas op 'n oppervlak van 'n grootmaat voorwerp gevorm n reses. Ander voorwerpe in beweging naby hierdie anomalie sal die trajek van hul beweging te verander, as dit was "gelok". En hoe groter is die gewig van die voorwerp (langer deursnee en kromming diepte), hoe groter is die "aantrekkingskrag." Wanneer dit beweeg oor die stof, kan jy die opkoms van uiteenlopende "rimpelings" kyk.

Iets soortgelyks gebeur in die wêreld ruimte. Enige vinnig bewegende vaste stowwe is die bron van skommelinge in die digtheid van die ruimte en tyd. A swaartekrag golf met 'n beduidende amplitude, gevorm liggame met uiters groot massas of wanneer jy ry met 'n groot versnellings.

fisiese spesifikasies

Skommelinge in die ruimte-tyd metrieke manifesteer as veranderings in die gravitasieveld. Hierdie verskynsel is ook bekend as ruimte-tyd rimpelings. Swaartekrag golf invloed op die liggaam en voorwerpe teëgekom, smaller en hulle strek. Stremming bedrag is baie klein - van die orde van 10 ^-21 van die oorspronklike grootte. Die hele probleem van die opsporing van hierdie verskynsel is dat die navorsers het om te leer hoe om te meet en hierdie veranderinge met behulp van die toepaslike toerusting aan te teken. Die krag van swaartekrag bestraling is ook baie laag - vir die hele sonnestelsel, dit is 'n paar kilowatt.

Die voortplanting spoed van die gravitasiegolwe effens hang af van die eienskappe van die uitvoer van medium. Die ossillasie amplitude met afstand vanaf die bron verminder geleidelik maar nooit bereik nul. Die frekwensie lê in 'n reeks van 'n paar dekades tot honderde hertz. Die spoed van gravitasiegolwe in die interstellêre medium benaderings die spoed van lig.

omstandigheidsgetuienis

Vir die eerste keer 'n teoretiese bevestiging van die bestaan van gravitasiegolwe daarin geslaag om die Amerikaanse sterrekundige Joseph Taylor en Russell Hulse sy assistent in 1974 kry. Die bestudering van die heelal via teleskoop sterrewagte Arecibo (Puerto Rico), navorsers ontdek die pulsar PSR B1913 + 16 wat 'n binêre stelsel van neutronsterre wat draai rondom 'n gemeenskaplike swaartepunt teen 'n konstante hoeksnelheid (rare geval). Elke jaar behandeling tydperk is 3,75 uur aanvanklik, verminder tot 70 ms. Hierdie waarde is in ooreenstemming met die gevolgtrekkings van die GTR vergelykings wat die toename in spoed van rotasie van hierdie stelsels te voorspel as gevolg van die energieverbruik vir die opwekking van gravitasiegolwe. Later meer dubbel pulsars en wit dwerge met 'n soortgelyke gedrag is gevind. Radio-astronomie D. Taylor en R. Hulse die Nobelprys vir Fisika vir die ontdekking van nuwe moontlikhede van die bestudering van gravitasie velde toegeken in 1993.

Steel swaartekrag golf

Die eerste verklaring van die opsporing van gravitasiegolwe wat ontvang is van die Universiteit van Maryland wetenskaplike Dzhozefa Vebera (VSA) in 1969. Vir hierdie doel het hy die twee gravitasie antennas van hul eie ontwerp, geskei deur 'n afstand van twee kilometer. Die resonante detector was 'n goeie-vibrasie geïsoleer silinder-voet stuk van aluminium, toegerus met piëzo opnemers sensitief. Die amplitude van die bewering vaste skommelinge Weber bewys om meer as 'n miljoen keer hoër as wat verwag is. Pogings deur ander navorsers met behulp van soortgelyke toerusting om die "sukses" van die Amerikaanse fisikus positiewe resultate te herhaal nie opgelewer. Na 'n paar jaar van werk Weber in hierdie gebied is erken insolvent, maar het stukrag aan die ontwikkeling van "gravitasie boom" vir 'n beroep in hierdie studieveld van baie kenners. By the way, Dzhozef Veber tot sy dood was seker om gravitasiegolwe neem.

Die verbetering van die ontvangs toerusting

In die 70s wetenskaplike Bill Feyrbank (VSA) het 'n ontwerp van gravitasie-golf antenna ontwikkel, afgekoel deur vloeibare helium, met die gebruik van SQUID - supersensitiewe magnetometer. Bestaande ten tye van die tegnologie is nie toegelaat om die uitvinder van jou produk, besef in die "metaal" sien.

Volgens hierdie beginsel word Auriga die gravitasie detector in lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italië). Die basis struktuur van aluminium-magnesium silinder en 'n lengte van 3 meter en 'n deursnee van 0,6 m. Die ontvanger eenheid gewig van 2,3 ton is opgeskort in 'n geïsoleerde, afgekoel tot naby die absolute nulpunt vakuum kamer. Vir bevestiging en skud die opsporing van die hulp kilogram resonator en 'n meting stelsel wat gebaseer is op rekenaars. Die gestelde sensitiwiteit van die toerusting 10 ^-20.

interferometers

Die basis van die funksionering van die interferometric swaartekrag golf toerusting opgeneem dieselfde beginsels wat gebruik word by die Michelson-interferometer. Uitgestraal word deur die bron van die laserstraal is verdeel in twee strome. Na verskeie refleksies en reis op die skouers toestelle vloei weer bymekaar gebring word, en beeld die finale regter inmenging geraak word indien die loop van die strale enige versteuring (bv swaartekrag golf). Sulke toerusting is geskep in baie lande:

• GEO 600 (Hannover, Duitsland). Die lengte van die vakuum tonnel 600 meter.
• TAMA (Japan) met skouers op 300 m.
• Maagd (Pisa, Italië) - 'n gesamentlike Frans-Italiaanse projek, wat in 2007 van stapel gestuur met 'n drie-kilometer lank tonnels.
• Ligo (Verenigde State van Amerika, Pacific Coast), leier van die jag vir gravitasiegolwe in 2002.

Laaste moeite werd oorweging in meer detail.

ligo Advanced

Die projek is 'n inisiatief deur wetenskaplikes by die Massachusetts en Kalifornië Instituut van Tegnologie. Sluit twee sterrewagte geskei deur 3000. Km, Louisiana en Washington (stad van Livingston en Hanford) met drie identiese interferometers. Die lengte van die loodregte vakuum tonnel is 4000. Meter. Dit is die grootste bestaande soortgelyke strukture dateer. Tot 2011, baie pogings om op te spoor gravitasiegolwe het geen resultate opgelewer. 'N Aansienlike opgradering (Advanced ligo) verhoog die sensitiwiteit van die toerusting in die reeks 300-500 Hz meer as vyf keer, en in die lae-frekwensie streek (tot 60 Hz) is byna 'n orde van grootte, bereik 'n waarde sulke gesogte 10 ^-21. Die opgedateer projek begin in September 2015, en die pogings van meer as 'n duisend werknemers van die samewerking is beloon met die resultate.

Gravitasiegolwe gevind

September 14, 2015 gevorderde ligo detectors in 7 ms aangeteken interval afkom om gravitasiegolwe ons planeet se van die grootste gebeure wat plaasgevind het op die rand van die waarneembare heelal - 'n samesmelting van twee groot swart gate met massas van 29 en 36 keer groter as die son massa. Tydens die verhoor, wat gelede meer as 1,3 Ga plaasgevind het, in 'n kwessie van sekondes na swaartekrag golf bestraling dit het ongeveer drie sonkrag massas van materie. Aanvanklike vaste frekwensie gravitasiegolwe op 35 Hz, en die maksimum piek waarde van die vlak bereik in 250 Hz.

Die verkry is herhaaldelik blootgestel aan omvattende toetsing en behandeling resultate, versigtig afgesny alternatiewe interpretasies van die data. Ten slotte, op 11 Februarie verlede jaar op die direkte opsporing van die verskynsel voorspel deur Einstein, is aangekondig om die wêreld gemeenskap.

Trouens illustreer 'n titaniese werk van navorsers: die amplitude van die ossillasie arm van die grootte is 10 ^-19 m - hierdie waarde as baie keer kleiner as die deursnee van 'n atoom, hoeveel hy het minder oranje.

toekomstige vooruitsigte

Hierdie ontdekking weereens bevestig dat die algemene relatiwiteitsteorie - is nie net 'n versameling van abstrakte formules, en 'n heeltemal nuwe blik op die kern van gravitasiegolwe en swaartekrag as 'n geheel.

In verdere studies, wetenskaplikes het 'n hoë verwagtinge op die ELSA projek: die skepping van 'n reuse wentelbaan interferometer met skouers ongeveer 5 miljoen km, in staat om van die opsporing van selfs geringe versteurings van gravitasie velde. Vernuwing van die werk in hierdie rigting is in staat om 'n baie vertel oor die basiese stadiums van ontwikkeling van die heelal, die prosesse, die waarneming dat in tradisionele bande is moeilik of onmoontlik. Daar is geen twyfel dat swart gate, gravitasiegolwe wat in die toekoms sal bepaal moet word, baie gepraat oor die natuur.

Vir die studie van oorblyfsel gravitasie bestraling, kan praat oor die eerste oomblikke van ons wêreld ná die Oerknal, sal meer sensitief ruimte instrumente vereis. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Hierdie projek bestaan (Oerknal Observer), maar die implementering daarvan, die versekering van kundiges, is dit moontlik nie vroeër as 30-40 jaar.