Một làn sóng trọng trường là gì?

Ngày chính thức mở (phát hiện) của sóng hấp dẫn được coi là ngày 11 Tháng 2 năm 2016. Sau đó nó được tổ chức tại Washington vào buổi họp báo, các nhà lãnh đạo hợp tác LIGO, nó đã được thông báo rằng nhóm nghiên cứu của các nhà nghiên cứu đã thành công lần đầu tiên trong lịch sử của nhân loại để sửa chữa hiện tượng này.

Những lời tiên tri của Einstein vĩ đại

Thực tế là sóng hấp dẫn tồn tại, thậm chí vào đầu thế kỷ trước (1916) đề nghị Albert Einstein xây dựng trong khuôn khổ của Thuyết tương đối rộng (GR). Người ta chỉ có thể ngạc nhiên trước khả năng khéo léo của các nhà vật lý nổi tiếng, người đã có thể làm như vậy kết luận sâu rộng với tối thiểu là dữ liệu thực tế. Trong số nhiều hiện tượng vật lý khác dự đoán rằng phát hiện xác nhận trong thế kỷ tiếp theo (làm chậm thời gian trôi qua, những thay đổi trong bức xạ điện từ theo hướng trường hấp dẫn, vv) Hầu như phát hiện sự hiện diện của loại tương tác này sóng của các cơ quan, cho đến gần đây nó đã không thể thực hiện.

Gravity - một ảo ảnh?

Nói chung, trong ánh sáng của lý thuyết tương đối hấp dẫn hầu như không một lực lượng. Đây là một hậu quả của xáo trộn hay độ cong của không-thời gian liên tục. Một ví dụ điển hình để minh họa cho định đề này có thể được kéo dài mảnh vải. Dưới sức nặng đặt trên một bề mặt của một đối tượng với số lượng lớn được hình thành một giải lao. các đối tượng khác trong chuyển động gần bất thường này sẽ làm thay đổi quỹ đạo của chuyển động của họ, vì nó đã được "thu hút". Và càng lớn trọng lượng của đối tượng (còn đường kính và độ cong chiều sâu), càng có "lực hấp dẫn". Khi nó di chuyển trên vải, bạn có thể xem sự xuất hiện của "gợn sóng" khác nhau.

Một cái gì đó tương tự đang xảy ra trong không gian thế giới. Bất kỳ vấn đề rắn di chuyển nhanh chóng là nguồn gốc của sự biến động mật độ của không gian và thời gian. Một làn sóng hấp dẫn với một biên độ đáng kể, cơ quan được hình thành với khối lượng rất lớn hoặc khi lái xe với gia tốc lớn.

thông số kỹ thuật vật lý

Biến động trong không gian-thời gian metric tự biểu hiện như thay đổi trong lĩnh vực hấp dẫn. Hiện tượng này còn được gọi là gợn sóng không gian-thời gian. sóng hấp dẫn ảnh hưởng đến cơ thể và các đối tượng gặp phải, ép và duỗi chúng. lượng căng thẳng là rất nhỏ - thứ tự của 10 ^-21 của kích thước ban đầu. Toàn bộ khó khăn trong việc phát hiện các hiện tượng này là các nhà nghiên cứu đã phải học làm thế nào để đo lường và ghi lại những thay đổi này bằng cách sử dụng thiết bị thích hợp. Sức mạnh của bức xạ hấp dẫn cũng là cực kỳ thấp - cho toàn bộ hệ thống năng lượng mặt trời, đó là một vài KW.

Tốc độ lan truyền của sóng hấp dẫn hơi phụ thuộc vào tính chất của môi trường tiến hành. Biên độ dao động với khoảng cách từ nguồn giảm dần nhưng không bao giờ đạt đến số không. Tần số nằm trong một phạm vi từ vài chục đến hàng trăm hertz. Tốc độ của sóng hấp dẫn trong môi trường giữa các phương pháp tiếp cận tốc độ ánh sáng.

bằng chứng gián tiếp

Đây là lần đầu tiên xác nhận lý thuyết về sự tồn tại của sóng hấp dẫn được quản lý để có được nhà thiên văn học người Mỹ Joseph Taylor và Russell Hulse trợ lý của ông vào năm 1974. Nghiên cứu vũ trụ qua kính viễn vọng đài quan sát Arecibo (Puerto Rico), các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra pulsar PSR B1913 + 16 đại diện cho một hệ thống nhị phân của các ngôi sao neutron mà xoay quanh một trung tâm chung của đoàn thể ở một vận tốc góc không đổi (trường hợp hiếm). Mỗi thời gian điều trị năm là 3,75 giờ ban đầu, giảm xuống còn 70 ms. Giá trị này là phù hợp với kết luận của các phương trình GTR rằng dự đoán sự gia tăng tốc độ quay của các hệ thống này do sự tiêu thụ năng lượng cho thế hệ của sóng hấp dẫn. Sau hơn pulsar đôi và sao lùn trắng với một hành vi tương tự cũng được tìm thấy. Đài phát thanh thiên văn học D. Taylor và R. Hulse giải Nobel Vật lý cho khám phá ra những khả năng mới của nghiên cứu trường hấp dẫn đã được trao vào năm 1993.

Ăn cắp sóng hấp dẫn

Báo cáo kết quả đầu tiên phát hiện sóng hấp dẫn nhận được từ Đại học Maryland nhà khoa học Dzhozefa Vebera (Mỹ) vào năm 1969. Với mục đích này, ông sử dụng hai anten hấp dẫn của thiết kế riêng của họ, cách nhau bởi một khoảng cách của hai cây số. Máy dò cộng hưởng là một sự rung động cô lập mảnh xi lanh-foot tốt bằng nhôm, trang bị đầu dò áp điện nhạy cảm. Biên độ của dao động Weber bị cáo buộc cố định được chứng minh là cao hơn một triệu lần so với dự kiến. Những nỗ lực của các nhà nghiên cứu khác sử dụng thiết bị tương tự lặp lại "thành công" của các kết quả nhà vật lý Mỹ tích cực chưa mang lại. Sau một vài năm làm việc Weber trong lĩnh vực này đã được công nhận khả năng thanh toán, nhưng cũng tạo động lực cho sự phát triển của "hấp dẫn sự bùng nổ" để gọi trong lĩnh vực này của nghiên cứu của nhiều chuyên gia. Bằng cách này, Dzhozef Veber đến khi qua đời là chắc chắn để có sóng hấp dẫn.

Cải thiện các thiết bị tiếp nhận

Trong khoa học 70 Bill Feyrbank (Mỹ) đã phát triển một thiết kế ăng-ten hấp dẫn sóng, làm mát bằng heli lỏng, với việc sử dụng SQUID - từ kế nhạy. Hiện vào thời điểm đó công nghệ này là không được phép để xem người phát minh ra sản phẩm của bạn, thực hiện trong "kim loại".

Theo nguyên tắc này được thực hiện Auriga dò hấp dẫn trong thí nghiệm quốc gia lenyarskoy (Padova, Ý). Cấu trúc cơ sở xi lanh nhôm-magiê và chiều dài 3 mét và đường kính 0,6 m. Các đơn vị nhận trọng lượng 2,3 tấn đang bay lơ lửng trong cô lập, làm lạnh đến buồng zero chân không tuyệt đối gần. Cố định và rung phát hiện cộng hưởng kg phụ trợ và hệ thống đo lường dựa trên máy tính. Độ nhạy tuyên bố của các thiết bị 10 ^-20.

giao thoa kế

Căn cứ vào chức năng của máy dò sóng hấp dẫn giao thoa kết hợp các nguyên tắc tương tự được sử dụng tại các giao thoa kế Michelson. Phát ra bởi nguồn gốc của các tia laser được chia thành hai dòng. Sau nhiều suy tư và du lịch trên dòng vai thiết bị được đưa nhau một lần nữa, và hình ảnh thẩm phán can thiệp chính thức bị ảnh hưởng nếu quá trình các tia bất kỳ xáo trộn (ví dụ, sóng hấp dẫn). thiết bị như vậy được tạo ra ở nhiều quốc gia:

• GEO 600 (Hannover, Đức). Chiều dài của đường hầm chân không 600 mét.
• TAMA (Nhật Bản) với vai ở 300 m.
• Xử Nữ (Pisa, Italy) - một dự án Pháp-Ý doanh, ra mắt vào năm 2007 với một ba km đường hầm dài.
• LIGO (Hoa Kỳ, Pacific Coast), dẫn đầu săn lùng sóng hấp dẫn trong năm 2002.

Cuối cùng giá trị xem xét một cách chi tiết hơn.

LIGO nâng cao

Dự án được khởi xướng bởi các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts và California. Bao gồm hai đài quan sát cách nhau bởi 3000. Km, Louisiana và Washington (thành phố Livingston và Hanford) với ba giao thoa kế giống hệt nhau. Chiều dài của đường hầm chân vuông góc là 4000. Meters. Đây là lớn nhất để hẹn hò với cấu trúc tương tự hiện có. Cho đến năm 2011, nhiều nỗ lực để phát hiện sóng hấp dẫn đã không mang lại bất kỳ kết quả. Một nâng cấp đáng kể (Nâng cao LIGO) tăng độ nhạy của thiết bị trong khoảng 300-500 Hz hơn năm lần, và ở vùng tần số thấp (lên đến 60 Hz) là gần một bậc, đạt giá trị như thèm muốn 10 ^-21. Dự án cập nhật bắt đầu vào tháng 9 năm 2015, và những nỗ lực của hơn một nghìn nhân viên của hợp tác đã được khen thưởng với kết quả.

sóng hấp dẫn được tìm thấy

14 tháng 9 2015 tiên tiến dò LIGO trong 7 khoảng ghi đi xuống để sóng hấp dẫn hành tinh chúng ta từ những sự kiện lớn nhất diễn ra trên rìa của vũ trụ quan sát được ms - sáp nhập của hai lỗ đen lớn với khối lượng 29 và lớn hơn khối lượng mặt trời 36 lần. Trong quá trình thử nghiệm, diễn ra hơn 1,3 Ga trước, chỉ trong vài giây để bức xạ sóng hấp dẫn nó dành khoảng ba khối lượng mặt trời của vật chất. tần số cố định sóng ban đầu hấp dẫn tại 35 Hz và giá trị đỉnh cao tối đa mức độ đạt được trong 250 Hz.

Các kết quả thu được đã nhiều lần phải chịu sự kiểm tra và điều trị toàn diện, cắt cẩn thận tắt giải thích thay thế của dữ liệu. Cuối cùng, vào ngày 11 tháng 2 năm ngoái về việc phát hiện trực tiếp của hiện tượng được dự đoán bởi Einstein, nó đã được công bố cho cộng đồng thế giới.

Thực tế minh họa một tác phẩm mê hoặc của các nhà nghiên cứu: biên độ của cánh tay dao động của kích thước là 10 ^-19 m - giá trị này nhiều lần nhỏ hơn so với đường kính của một nguyên tử, bao nhiêu hắn chỉ còn ít cam.

triển vọng tương lai

Phát hiện này một lần nữa khẳng định rằng lý thuyết tương đối tổng quát - không chỉ là một tập hợp các công thức trừu tượng, và một cái nhìn hoàn toàn mới ở bản chất của sóng hấp dẫn và lực hấp dẫn như một toàn thể.

Trong các nghiên cứu sâu hơn, các nhà khoa học có hy vọng cao về dự án ELSA: việc tạo ra một giao thoa kế quỹ đạo khổng lồ với vai khoảng 5 triệu km, có khả năng phát hiện thậm chí nhiễu loạn nhỏ của trường hấp dẫn. Tái các công việc theo hướng này có thể nói rất nhiều về các giai đoạn cơ bản của sự phát triển của vũ trụ, các quá trình, quan sát rằng trong ban nhạc truyền thống là khó hoặc không thể. Không có nghi ngờ rằng các lỗ đen, sóng hấp dẫn, sẽ được cố định trong tương lai, người ta nói nhiều về thiên nhiên.

Cho việc nghiên cứu bức xạ hấp dẫn di tích, có thể nói về những khoảnh khắc đầu tiên của thế giới chúng ta sau khi vụ nổ Big Bang, sẽ yêu cầu cụ không gian nhạy cảm hơn. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Dự án này tồn tại (Big Bang Observer), nhưng việc thực hiện, các bảo đảm của các chuyên gia, có thể không sớm hơn 30-40 năm.