Hvad er en gravitationsbølge?

Den officielle dato for åbning (påvisning) af gravitationsbølger anses for at være 11 Feb 2016. Det er derefter i Washington den pressemødet, lederne af samarbejde LIGO, blev det meddelt, at holdet af forskere lykkedes for første gang i menneskehedens historie for at løse dette fænomen.

Profetierne i den store Einstein

Det faktum, at der findes gravitationsbølger, selv i begyndelsen af sidste århundrede (1916) foreslog Albert Einstein formuleret inden for rammerne af generelle relativitetsteori (GR). Man kan kun undre sig over de geniale evner af berømte fysiker, som var i stand til at foretage sådanne vidtrækkende konklusioner med et minimum af faktiske data. Blandt de mange andre fysiske fænomener forudsagt, at fundet bekræftelse i det næste århundrede (bremse tiden, ændringer i elektromagnetisk stråling i retning af gravitationsfelter, etc.) Næsten detektere tilstedeværelsen af denne type bølge interaktion af organer, indtil for nylig var det ikke muligt.

Gravity - en illusion?

Generelt set i lyset af relativitetsteorien tyngdekraften næppe en kraft. Dette er en konsekvens af den forstyrrelse eller krumning af rum-tid kontinuum. Et godt eksempel til at illustrere dette postulat kan strækkes tøjstykke. Under vægten placeret på en overflade af en bulk objekt dannes en fordybning. Andre objekter i bevægelse i nærheden af denne anomali vil ændre bane af deres bevægelse, som det var "tiltrukket". Og jo større vægt af genstanden (dybde længere diameter og krumning), jo større "tiltrækningskraft." Når den bevæger sig over stoffet, kan du se, at der opstår divergerende "krusninger".

Noget lignende sker i verden rummet. Enhver bevæger sig hurtigt fast stof er kilden til udsving i tætheden af tid og rum. En gravitationsbølge med en betydelig amplitude, dannede legemer med ekstremt store masser eller ved kørsel med store accelerationer.

fysiske specifikationer

Udsving i rum-tid metrisk manifestere sig som ændringer i tyngdefeltet. Dette fænomen kaldes også rum-tid krusninger. Gravitationsbølge påvirker kroppen og objekter stødt, klemme og strække dem. Stamme beløb er meget små - i størrelsesordenen 10 ^-21 af den oprindelige størrelse. Hele vanskeligheden ved påvisning af dette fænomen er, at forskerne måtte lære at måle og registrere disse ændringer ved hjælp af passende udstyr. Effekten af gravitationsstråling er også ekstremt lavt - for hele solsystemet, det er et par kilowatt.

Udbredelseshastigheden af de gravitationsbølger afhænger lidt af egenskaberne af det ledende medium. Svingningsamplituden med afstanden fra kilden aftager gradvist, men aldrig når nul. Frekvensen ligger i et område fra flere gange ti til hundrede hertz. Hastigheden af gravitationsbølger i det interstellare medium nærmer sig lysets hastighed.

indicier

For første gang lykkedes en teoretisk bekræftelse af eksistensen af gravitationsbølger at få den amerikanske astronom Joseph Taylor og Russell Hulse hans assistent i 1974. At studere universet via teleskop observatorier Arecibo (Puerto Rico), opdagede forskerne Pulsar PSR B1913 + 16, der repræsenterer et binært system af neutronstjerner som roterer omkring et fælles tyngdepunkt ved en konstant vinkelhastighed (sjældent tilfælde). Hvert år behandlingsperiode er 3,75 timer indledningsvis, reduceret til 70 ms. Denne værdi er i overensstemmelse med konklusionerne fra GTR ligninger, der forudsiger stigningen i rotationshastighed af disse systemer på grund af energiforbruget til produktion af gravitationsbølger. Senere mere dobbelt pulsarer og hvide dværge med en lignende opførsel blev fundet. Radio astronomi D. Taylor og R. Hulse Nobelprisen i fysik for opdagelsen af nye muligheder for at studere gravitationsfelter blev tildelt i 1993.

Stjæle gravitationsbølge

Den første opgørelse detektere gravitationsbølger modtaget fra University of Maryland videnskabsmand Dzhozefa Vebera (USA) i 1969. Til dette formål brugte han de to gravitationelle antenner af deres eget design, adskilt af en afstand på to kilometer. Resonant detektor var en god svingningsafkoblet cylinder-fods stykke aluminium, der er udstyret med piezoelektriske transducere følsomme. Amplituden af den angiveligt faste udsving Weber viste sig at være mere end en million gange højere end forventet. Forsøg fra andre forskere bruger lignende udstyr til at gentage den "succes" af den amerikanske fysiker positive resultater har ikke givet. Efter et par års arbejde Weber på dette område er blevet anerkendt insolvent, men gav skub i udviklingen af "gravitationelle boom" for at kalde i dette område af undersøgelsen af mange eksperter. Af den måde, Dzhozef Veber indtil sin død var sikker på at tage gravitationsbølger.

Forbedring af modtageudstyr

I 70'erne videnskabsmand Bill Feyrbank (USA) har udviklet et design af gravitations-bølge antenne, afkølet med flydende helium, med anvendelse af SQUID'er - superfølsomme magnetometer. Forelå på det tidspunkt teknologien er ikke tilladt at se opfinderen af dit produkt, realiseret i "metal".

Ifølge dette princip er lavet Auriga tyngdekraften detektor i lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italien). Grundlaget struktur af aluminium-magnesium-cylinder og en længde på 3 meter og en diameter på 0,6 m. Modtagerenheden vægt på 2,3 ton suspenderes i en isoleret, afkølet til nær det absolutte nulpunkt vakuumkammer. Til fiksering og ryste detektere ekstra kilo resonator og et målesystem baseret på computere. Den anførte følsomhed af udstyret 10 ^-20.

interferometre

Grundlaget for, hvordan de interferometriske gravitationsbølge detektorer indarbejdet de samme principper, som anvendes ved Michelson interferometer. Der udsendes af kilden af laserstrålen er opdelt i to strømme. Efter flere overvejelser og rejser på skuldrene enheder strømme er bragt sammen igen, og det endelige dommer indblanding billede er påvirket, hvis forløbet af strålerne forstyrrelser (fx gravitationsbølge). Sådant udstyr er skabt i mange lande:

• GEO 600 (Hannover, Tyskland). Længden af vakuumtunnelen 600 meter.
• TAMA (Japan) med skuldre ved 300 m.
• VIRGO (Pisa, Italien) - et fælles fransk-italiensk projekt, der blev lanceret i 2007 med en tre kilometer lange tunneler.
• LIGO (USA, Pacific Coast), der fører jagten på gravitationsbølger i 2002.

Sidste værd at overveje nærmere.

LIGO Avanceret

Projektet blev igangsat af forskere ved Massachusetts og California Institute of Technology. Indeholder to observatorier adskilt af 3 tusind. Kilometer, Louisiana og Washington (by Livingston og Hanford) med tre identiske interferometre. Længden af den vinkelrette vakuumtunnelen er 4 tusind. Meter. Dette er den største til dato eksisterende lignende strukturer. Indtil 2011, at mange forsøg opdage gravitationsbølger har ikke givet nogen resultater. En væsentlig opgradering (Advanced LIGO) øgede følsomhed af udstyret i området 300-500 Hz mere end fem gange, og i det lavfrekvente område (op til 60 Hz) er næsten en størrelsesorden, når en værdi sådan eftertragtede 10 ^-21. Den opdaterede projektet startede i september 2015, og den indsats, mere end tusinde ansatte i samarbejdet er blevet belønnet med resultaterne.

Gravitationsbølger findes

September 14, 2015 avancerede LIGO detektorer i 7 ms interval indspillet komme ned til vores planets gravitationsbølger fra de største begivenheder, der fandt sted i udkanten af det observerbare univers - en fusion af to store sorte huller med masser af 29 og 36 gange større end Solens masse. Under retssagen, der fandt sted over 1,3 Ga siden, i løbet af få sekunder til gravitationsbølge stråling det tilbragte omkring tre gange Solens masse af stof. Indledende fast frekvens gravitationsbølger ved 35 Hz, og den maksimale spidsværdi af niveauet i 250 Hz.

De opnåede blev gentagne gange udsat for omfattende test og behandling resultater, omhyggeligt afbrød alternative fortolkninger af dataene. Endelig den 11. februar sidste år på den direkte påvisning af fænomenet forudsagt af Einstein, blev det meddelt til verdenssamfundet.

Faktisk illustrerer en titanic arbejde for forskere: amplituden af svingningerne arm af størrelsen er 10 ^-19 m - denne værdi som mange gange mindre end diameteren af et atom, hvor meget han har mindre orange.

fremtidsudsigter

Denne opdagelse bekræfter endnu engang, at den almene relativitetsteori - er ikke blot et sæt af abstrakte formler, og et helt nyt udseende ved essensen af gravitationsbølger og alvor som en helhed.

I yderligere undersøgelser, forskerne har store forhåbninger på ELSA-projektet: at skabe en kæmpe kredsende interferometer med skuldre omkring 5 millioner km, i stand til at opdage selv mindre forstyrrelser af tyngdefelter. Revitalisering af arbejdet i denne retning er i stand til at fortælle en masse om de grundlæggende faser i udviklingen af universet, de processer, den iagttagelse, at i de traditionelle bånd er vanskeligt eller umuligt. Der er ingen tvivl om, at sorte huller, gravitationsbølger, som vil blive fastsat i fremtiden, meget snak om naturen.

Til studiet af levn gravitationel stråling, i stand til at tale om de første øjeblikke af vores verden efter Big Bang, vil kræve mere følsomme plads instrumenter. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Dette projekt eksisterer (Big Bang Observer), men dens gennemførelse, forsikringen om eksperter, er det muligt ikke tidligere end 30-40 år.