Wat is een gravitatiegolven?

De officiële datum van opening (detectie) van gravitatiestraling wordt geacht 11 februari 2016 zijn. Vervolgens wordt gehouden in Washington op de persconferentie, de leiders van de samenwerking LIGO, werd bekend gemaakt dat het team van onderzoekers in geslaagd voor de eerste keer in de geschiedenis van de mensheid om dit fenomeen op te lossen.

De profetieën van de grote Einstein

Het feit dat gravitatiegolven bestaan, ook aan het begin van de vorige eeuw (1916) suggereerde Albert Einstein geformuleerd in het kader van de Algemene Relativiteitstheorie (GR). Men kan alleen vergapen aan de ingenieuze mogelijkheden van de beroemde natuurkundige, die in staat was om een dergelijke vergaande conclusies te trekken met een minimum van de feitelijke gegevens was. Onder de vele andere fysische verschijnselen voorspeld dat gevonden bevestiging de volgende eeuw (vertraging na verloop van tijd veranderingen in elektromagnetische straling in de richting van zwaartekracht velden, etc.) hoogst detecteren de aanwezigheid van dergelijke golfinteractie lichamen, tot voor kort was het niet mogelijk.

Gravity - een illusie?

In het algemeen, in het licht van de relativiteitstheorie zwaartekracht nauwelijks een kracht. Dit is een gevolg van de verstoring of kromming van de ruimte-tijd continuüm. Een goed voorbeeld ter illustratie stelling kan worden uitgerekt doek. Onder het gewicht geplaatst op een oppervlak van een object bulk gevormd een uitsparing. Andere objecten in beweging in de buurt van deze afwijking zal de baan van hun beweging te veranderen, als het ware "aangetrokken". En hoe groter het gewicht van het object (langere diameter en de kromming diepte), hoe groter de "aantrekkingskracht." Als het beweegt over de stof, kunt u de opkomst van uiteenlopende "rimpels" te kijken.

Iets dergelijks gebeurt in de wereld de ruimte. Alle snel bewegende vaste stof is de bron van fluctuaties in de dichtheid van ruimte en tijd. Een gravitatiegolf met een significante amplitude, gevormde voorwerpen met zeer grote massa's of bij het gebruik van grote versnellingen.

fysieke specificaties

Schommelingen in de ruimte-tijd metrische manifesteren zich als veranderingen in het zwaartekrachtveld. Dit verschijnsel wordt ook wel ruimte-tijd rimpelingen. Gravitatiegolf invloed op het lichaam en objecten aangetroffen, knijpen en te rekken. Strain bedrag zijn erg klein - in de orde van 10 ^-21 van de oorspronkelijke grootte. De hele moeilijkheid van de detectie van dit fenomeen is dat de onderzoekers had om te leren hoe te meten en deze veranderingen met de juiste apparatuur op te nemen. De kracht van gravitatiestraling is ook extreem laag - voor het gehele zonnestelsel, het is een paar kilowatt.

De voortplantingssnelheid van de golven zwaartekracht enigszins afhankelijk van de eigenschappen van het geleidende medium. De trillingsamplitude met de afstand tot de bron geleidelijk afneemt maar nooit nul bereikt. De frequentie ligt in een gebied van enkele tientallen tot honderden hertz. De snelheid van gravitatiegolven de interstellaire nadert de lichtsnelheid.

indirect bewijs

Voor de eerste keer dat een theoretische bevestiging van het bestaan van gravitatiegolven in geslaagd om de Amerikaanse astronoom Joseph Taylor en Russell Hulse zijn assistent in 1974 te krijgen. Bestuderen het heelal via telescoop Observatieposten Arecibo (Puerto Rico) ontdekten onderzoekers de pulsar PSR B1913 + 16 die een binair systeem van neutronensterren die roteren rond een gemeenschappelijk zwaartepunt bij een constante hoeksnelheid (zeldzame gevallen). Elk jaar behandelingsperiode bedraagt 3.75 uur in eerste instantie verlaagd tot 70 ms. Deze waarde is in overeenstemming met de conclusies van de GTR vergelijkingen die de toename van rotatiesnelheid van deze systemen te voorspellen vanwege het energieverbruik voor het opwekken van gravitatiestraling. Later meer dubbele pulsars en witte dwergen met een soortgelijk gedrag werd gevonden. Radioastronomie D. Taylor en R. Hulse de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor de ontdekking van nieuwe mogelijkheden van het bestuderen van gravitatievelden werd toegekend in 1993.

Stelen gravitatiegolf

De eerste verklaring voor het detecteren van gravitatiegolven ontvangen van de Universiteit van Maryland wetenschapper Dzhozefa Vebera (USA) in 1969. Daartoe gebruikte hij de twee antennes zwaartekracht hun eigen ontwerp, gescheiden door een afstand van twee kilometer. De resonante detector was een goede trillingsgeïsoleerde cilinder voetstuk aluminium, voorzien piezoelektrische transducenten gevoelig. De amplitude van de vermeende vaste schommelingen Weber bleek meer dan een miljoen keer hoger uitvallen dan verwacht. Pogingen van andere onderzoekers met vergelijkbare apparatuur om het "succes" van de Amerikaanse natuurkundige positieve resultaten te herhalen niet hebben opgeleverd. Na een paar jaar van het werk Weber in dit gebied zijn erkend insolvent, maar gaf de aanzet tot de ontwikkeling van "gravitatie boom" voor het bellen in dit gebied van studie van vele experts. By the way, Dzhozef Veber tot aan zijn dood was zeker gravitatiegolven te nemen.

Verbetering van de ontvangstapparatuur

In de jaren '70 wetenschapper Bill Feyrbank (USA) heeft een ontwerp van gravitatie-golfantenne ontwikkeld, gekoeld met vloeibaar helium, onder toepassing van SQUIDs - overgevoelige magnetometer. Bestaande op het moment dat de technologie is niet toegestaan om de uitvinder van uw product, gerealiseerd in de "metal" te zien.

Volgens dit principe wordt gemaakt Auriga de zwaartekracht detector in lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italië). De basisstructuur van aluminium-magnesium cilinder en een lengte van 3 meter en een diameter van 0,6 m. De ontvangereenheid gewicht van 2,3 ton wordt gesuspendeerd in een geïsoleerd, afgekoeld tot vlakbij het absolute nulpunt vacuümkamer. Voor fixatie en schudden detecteren de extra kilogram resonator en een meetsysteem op basis van computers. De vermelde gevoeligheid van de apparatuur 10 ^-20.

interferometers

De basis van de werking van de interferometrische gravitatiegolf detectors opgenomen dezelfde principes die worden gebruikt bij de Michelson interferometer. Uitgezonden door de bron van de laserbundel wordt gesplitst in twee stromen. Na meervoudige reflecties en reizen op de schouders apparaten stromen weer bij elkaar worden gebracht, en het uiteindelijke rechter interferentie wordt aangetast door het verloop van de stralen verstoringen (bijv gravitatiegolf). Dergelijke apparatuur wordt gemaakt in vele landen:

• GEO 600 (Hannover, Duitsland). De lengte van de vacuümmiddelen tunnel 600 meter.
• TAMA (Japan) met schouders bij 300 meter.
• VIRGO (Pisa, Italië) - een gezamenlijke Frans-Italiaanse project, in 2007 werd gelanceerd met een drie kilometer lange tunnels.
• LIGO (Verenigde Staten, Pacific Coast), waardoor de jacht op gravitatiegolven in 2002.

Laatste overwegen waard in meer detail.

LIGO Geavanceerde

Het project is geïnitieerd door wetenschappers van het Massachusetts en California Institute of Technology. Inclusief twee observatoria, gescheiden door 3000. Km, Louisiana en Washington (stad van Livingston en Hanford) met drie identieke interferometers. De lengte van de loodrechte vacuüm tunnel is 4.000. Meter. Dit is de grootste naar vergelijkbare bestaande structuren dateren. Tot 2011, vele pogingen om te detecteren gravitatiegolven hebben geen resultaten opgeleverd. Een aanzienlijke verbetering (Advanced LIGO) verhoogde de gevoeligheid van de apparatuur in het traject 300-500 Hz meer dan vijf maal, en in het lage frequentiegebied (tot 60 Hz) bijna een orde van grootte, tot een zodanige waarde begeerde 10 ^-21. De bijgewerkte project startte in september 2015, en de inspanningen van meer dan duizend werknemers van de samenwerking is beloond met de resultaten.

Gravitatiestraling gevonden

14 september 2015 geavanceerd LIGO detectoren 7 ms opgenomen interval neerkomen op gravitatiestraling onze planeet het grootste gebeurtenissen die plaatsvonden op de rand van het waarneembare heelal - een fusie van twee grote zwarte gaten met massa's 29 en 36 maal groter dan de massa van onze zon. Tijdens de proef, die geleden ruim 1,3 Ga plaatsvond, in een kwestie van seconden om gravitatiegolf straling besteedde ongeveer drie zonsmassa's van de materie. Initiële vaste frequentie gravitatiestraling bij 35 Hz, en de maximum piekwaarde van het peil van 250 Hz.

De verkregen werden herhaaldelijk onderworpen aan uitgebreide tests en de behandeling resultaten, voorzichtig afgesneden alternatieve interpretaties van de gegevens. Tot slot, op 11 februari vorig jaar op de directe detectie van het fenomeen voorspeld door Einstein werd bekend gemaakt aan de wereld gemeenschap.

Feit ter illustratie van een titanische werk van de onderzoekers: de amplitude van de oscillatie arm van de grootte is 10 ^-19 m - deze waarde als vele malen kleiner dan de diameter van een atoom, hoeveel hij heeft minder oranje.

toekomstperspectieven

Deze ontdekking opnieuw bevestigt dat de algemene relativiteitstheorie - niet alleen een reeks van abstracte formules, en een geheel nieuwe kijk op het wezen van gravitatie golven en zwaartekracht als geheel.

In verdere studies, wetenschappers hebben hoge verwachtingen op het ELSA project: de oprichting van een reusachtige baan interferometer met de schouders ongeveer 5.000.000 km, voor het opsporen van zelfs kleine verstoringen van de zwaartekracht velden. Revitalisering van het werk in deze richting is in staat om veel te vertellen over de belangrijkste fasen van de ontwikkeling van het heelal, de processen, de constatering dat in de traditionele banden is moeilijk of onmogelijk. Er is geen twijfel over bestaan dat zwarte gaten, gravitatie golven, die in de toekomst zal worden vastgesteld, veel gesproken over de natuur.

Voor de studie van de relikwie gravitatiestraling, in staat om te praten over de eerste momenten van onze wereld na de Big Bang, zal gevoeliger ruimte-instrumenten nodig. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Dit project bestaat (Big Bang Observer), maar de uitvoering ervan, de verzekering van deskundigen, is het mogelijk niet eerder dan 30-40 jaar.