Kio gravita ondo?

La oficiala tago de malfermo (detekto) de gravitaciaj ondoj estas la 11-an de februaro 2016. Ĝuste tiam, ĉe gazetara konferenco en Vaŝingtono, la gvidantoj de la LIGO-kunlaboro anoncis, ke la esplor-teamo kapablis registri ĉi tiun fenomenon por la unua fojo en la historio de la homaro.

Profecioj de la granda Einstein

Albert Einstein sugestis, ke gravitaj ondoj ekzistas komence de la lasta jarcento (1916) en la kadro de la Ĝenerala Relativeco (GRT) formulita de li. Ĝi restas nur mirinda pri la geniaj kapabloj de la fama fizikisto, kiu, kun minimuma realeco, povis tiri tiajn longajn konkludojn. Inter la multaj aliaj antaŭdiritaj fizikaj fenomenoj konfirmitaj en la sekva jarcento (malrapidigante la fluon de tempo, ŝanĝante la direkton de elektromagneta radiado en gravitativaj kampoj, ktp), ĝi ne povis detekti preskaŭ la ĉeeston de ĉi tiu tipo de onda interago de korpoj ĝis lastatempe.

Gravito estas iluzio?

Ĝenerale, en la lumo de la teorio de relativeco gravito apenaŭ forton. Tiu ĉi estas konsekvenco de la perturbo aŭ curvatura de la spaco-tempo kontinuaĵo. Bona ekzemplo, ilustrante ĉi tiun postulaton, povas servi kiel etendita peco de ŝtofo. Sub la pezo de masiva objekto metita sur tia surfaco, depresio estas formita. Aliaj celoj moviĝantaj proksime de ĉi tiu anomalio ŝanĝos la trajektorion de sia movado, kvazaŭ "allogante". Kaj pli la pezo de la objekto (pli granda la diametro kaj profundeco de kurbeco), pli alta estas la "forto de altiro". Kiam ĝi moviĝas laŭ la ŝtofo, oni povas observi la aspekton de diverĝa "ripeto".

Io simila okazas en la monda spaco. Ĉiu akcelita movanta masiva afero estas fonto de fluctuoj en la denseco de spaco kaj tempo. Gravita ondo kun grava amplekso, estas formita de korpoj kun ekstreme grandaj masoj aŭ moviĝante kun grandegaj akceloj.

Fizikaj Trajtoj

La osciladoj de la spacaj metrikoj montras sin kiel ŝanĝoj en la gravita kampo. Ĉi tiu fenomeno ankaŭ estas nomata spaca tempo. La gravita ondo efikas la korpojn kaj objektojn renkontitaj, kunpremante kaj etendante ilin. Streĉo kvanto estas tre malgranda - de la ordo de 10 ^-21 de la originala grandeco. La tuta malfacileco malkovri ĉi tiun fenomenon estis, ke la esploristoj bezonas lerni kiel mezuri kaj registri tiajn ŝanĝojn per helpo de taŭgaj teamoj. La potenco de gravita radiado ankaŭ estas ekstreme malgranda - por la tuta suna sistemo ĝi estas pluraj kilovatoj.

La rapido de disvastigo de gravitaj ondoj estas bagatele dependa de la propraĵoj de la kondukanta meznombro. La amplekso de la osciladoj kun la distanco de la fonto laŭgrade malpliiĝas, sed neniam atingas nulon. La ofteco kuŝas en la distanco de kelkaj dekoj ĝis centoj da hertz. La rapideco de gravitaj ondoj en la duona interestelar alproksimigas al la rapido de lumo.

Nerekta evidenteco

Unuafoje la teoria konfirmo pri la ekzisto de gravaj ondoj estis akirita de la usona astronomo Joseph Taylor kaj lia helpanto Russell Huls en 1974. La esploristoj eksplodis la vastiĝojn de la Universo kun la radioteleskopio de la Arecibo Observatory (Porto-Riko), la esploristoj malkovris la pulsar PSR B1913 + 16, kiu estas duobla sistemo de neŭtronaj steloj, kiuj ĉirkaŭas komunan centron de maso kun konstanta angula rapideco (sufiĉe malofta kazo). Ĉiujare, la cirkula periodo, kiu estas komence 3.75 horoj, estas malpliigita je 70 m. Ĉi tiu valoro tute respondas al la konkludoj de la ekvacioj de ĝenerala relativeco, kiuj antaŭdiras kreskon de la rotacia rapido de tiaj sistemoj kiel rezulto de la elspezo de energio en la generacio de gravitiĝaj ondoj. Poste, pluraj duoblaj pulsaroj kaj blankaj enanoj kun simila konduto estis detektitaj. Al radiologiaj astronomoj D. Taylor kaj R. Hals en 1993 estis galardonado al la Nobel-premio pri Fiziko por malkovri novajn ŝancojn por studi gravajn kampojn.

La eskapanta gravita ondo

La unua deklaro pri detektado de gravaj ondoj venis de la sciencisto de Maryland University, Joseph Weber (Usono) en 1969. Por tio, li uzis du gravitajn antenojn de sia propra dezajno, interspacigitaj du kilometrojn aparte. La resona detektilo estis bone vibra izolita unu-metro du-metra cilindro farita el aluminio, ekipita per sentivaj piezoelektraj sentiloj. La amplekso supozeble riparita fare de Weber-osciladoj estis pli ol miliono pli alta ol la atendata valoro. Provoj de aliaj scienculoj uzantaj similajn teamojn por ripeti la "sukceson" de la usona fizikisto ne alportis pozitivajn rezultojn. Kelkajn jarojn poste, la laboro de Weber en ĉi tiu areo estis nepenebla, sed kaŭzis la disvolviĝon de "gravita eksplodo", kiu altiris multajn specialistojn al ĉi tiu kampo de esplorado. Por iu, Joseph Weber mem ĝis la fino de siaj tagoj estis certa, ke li prenis gravitajn ondojn.

Pliboniĝo de ricevanta teamo

En la 70-aj jaroj, scienculo Bill Fairbank (Usono) disvolvis la dezajnon de gravita onda anteno malvarmigita kun likva heliumo uzante SQUIDs - ultrasensivajn magnetometrojn. La ekzistantaj teknologioj tiam ne permesis al la inventisto vidi sian produkton realigitan en la "metalo".

Per ĉi tiu principo, la Auriga graveco-detektilo estas farita en la National Lloyary Laboratory (Padua, Italio). La dezajno estas bazita sur aluminio-magnezio-cilindro, 3 metrojn longa kaj 0,6 m de diametro. La ricevanta aparato pezo 2.3 tunoj estas nuligita en izolita malplena ĉambro, kiu estis malvarmigita preskaŭ al absoluta nulo. Por ripari kaj detekti ĵetilojn, helpa kilo-resonanto kaj komputila bazita sistemo estas uzataj. La deklaris sentemon de la teamo 10 ^-20.

Interferometroj

La bazo por la funkciado de detektiloj de interferencia por gravitaciaj ondoj estas la sama kiel la principoj uzataj de la internaŭmetro Michelson. La lasero-fasko elsendita de la fonto estas dividita en du riveretojn. Post multnombraj interkonsiliĝoj kaj vojaĝoj laŭ la ŝultroj de la aparato, la rojoj denove kuniĝas kaj juĝante per la rezultanta rezulto de bildo, oni juĝas ĉu iuj perturboj (ekzemple gravita ondo) tuŝis la vojon de la radioj. Similaj teamoj estis kreitaj en multaj landoj:

• GEO 600 (Hannover, Germanio). La longo de la malplenaj tuneloj estas 600 metroj.
• TAMA (Japanujo) kun ŝultroj je 300 m.
• VIRGO (Pisa, Italio) estas aro de faŝisma-itala projekto lanĉita en 2007 kun tri kilometroj de tuneloj.
• LIGO (Usono, Pacifika Marbordo), kondukante la ĉasadon de gravaj ondoj ekde 2002.

Ĉi-lasta devus esti konsiderita pli detale.

LIGO Altnivela

La projekto estis kreita por iniciato de sciencistoj de Masaĉuseco kaj Kalifornio teknologiaj mezlernejoj. Inkluzivas du observatorioj apartigitaj per 3 mil. Km, Luiziano kaj Vaŝingtono (urbo de Livingston kaj Hanford) kun tri identajn interferómetros. La longo de normalaj malplenaj tuneloj estas 4 mil metroj. Ĉi tiuj estas la plej grandaj ekzistantaj tiaj strukturoj nuntempe. Ĝis 2011, multaj provoj por detekti gravajn ondojn ne alportis rezultojn. Substanca ĝisdatigo (Altnivela LIGO) pliigis la sentemon de la teamo en la intervalo 300-500 Hz pli ol kvin fojojn, kaj en la malaltiĝo ofteco regiono (ĝis 60 Hz) estas preskaŭ ordo de grando, atingante valoron tian avidita 10 ^-21. La ĝisdatigita projekto komenciĝis en septembro 2015, kaj la penadoj de pli ol mil kunlaborantoj estis rekompencitaj kun la rezultoj.

Gravitaj ondoj estas detektitaj

La 14-an de septembro 2015, plibonigitaj LIGO-detektiloj kun intertempo de 7 m registris la gravitativajn ondojn kiuj venis al nia planedo de la plej granda fenomeno okazintaj en la afueras de la observita Universo - la fandado de du grandaj nigraj truoj kun masoj 29 kaj 36 fojojn la maso de la Suno. En la paso de la procezo, kiu okazis antaŭ 1.3 miliardoj da jaroj, ĉirkaŭ tri sunaj masoj de materio estis konsumitaj por radiado de gravaj ondoj en frakcio de dua. La fiksa komenca ofteco de gravitaciaj ondoj estis 35 Hz, kaj la maksimuma pinta valoro atingis 250 Hz.

La rezultoj akiritaj estis ree submetitaj al ampleksaj kontrolado kaj prilaborado, kaj alternativaj legoj de la akiritaj datumoj estis zorgeme forigitaj. Fine, la 11 de februaro pasintjare en la rekta malkaŝo de la fenomeno antaŭvidita de Einstein, estis anoncita al la monda komunumo.

Fakte ilustrante titana laboro de esploristoj: la amplitudo de la oscilado brako de la grandeco estas 10 ^-19 m - tiu valoro kiel multaj fojoj pli malgranda ol la diametro de atomo, kiom li havas malpli da oranĝa.

Pliaj perspektivoj

Tiu malkovro refoje konfirmas ke la ĝenerala teorio de relativeco - ne estas nur aro de abstraktaj formuloj, kaj tute nova Rigardu la esenco de gravitaj ondoj kaj gravito kiel tuto.

En plua esplorado, scienculoj pligrandigas grandajn esperojn pri la projekto ELSA: kreado de giganta orbitala interferómetro kun ŝultroj de proksimume 5 milionoj da km, kapablaj detekti eĉ plej malgrandajn perturbojn de la gravitaj kampoj. Aktivigo de verkoj en ĉi tiu direkto kapablas rakonti multon pri la ĉefaj stadioj de la evoluo de la universo pri la procezoj, kies observado en tradiciaj rangoj estas malfacila aŭ neebla. Sen dubo, nigraj truoj, kies gravitaj ondoj estos riparitaj en la estonteco, rakontos multon pri sia naturo.

Por studi la relikvon gravitan radiadon, kiu povas diri pri la unuaj momentoj de nia mondo post la Big Bang, necesos pli sentivaj spacaj instrumentoj. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Tiu projekto ekzistas (Praeksplodo Observanto), sed ĝia efektivigo, la certigojn de fakuloj, eblas ne pli frue ol 30-40 jaroj.