Gravitatsiyaviy to'lqin nima?

Gravitatsiyaviy to'lqinlarning rasmiy ochilishi (aniqlash) 2016 yil 11-fevral. O'shanda, Vashingtondagi matbuot anjumanida LIGO hamkorlikining rahbarlari tadqiqot guruhi bu hodisani insoniyat tarixida ilk bor qayd etishga qodir ekanini ma'lum qildilar.

Buyuk Eynshteynning bashorati

Albert Eynshteyn, gravitatsiyaviy to'lqinlar o'tgan asrning boshlarida (1916) uning o'zi tomonidan tuzilgan Umumiy Görelilik (GRT) doirasida mavjud ekanligini ilgari surdi. Faqat haqiqiy ma'lumotlarga ega bo'lgan mashhur fizikning daho qobiliyatidan hayratga tushish, bu juda uzoq xulosalar chiqarishga qodir. Keyingi asrda tasdiqlangan boshqa ko'plab taxminiy jismoniy hodisalar orasida (vaqt oqimini sekinlashtirish, tortishish sohalarida elektromagnit nurlanish yo'nalishini o'zgartirish va hokazo) yaqin vaqtgacha jismlarning bunday turdagi ta'sirining mavjudligini aniqlab bo'lmadi.

Gravitatsiya - bu illüziyami?

Odatda, Nisbiylik nazariyasi nuqtai nazaridan tortishish kuchini chaqirish qiyin. Bu kosmik-vaqtning uzluksizligining pasayishi yoki egrilikning natijasidir. Ushbu postatni tasvirlab beruvchi yaxshi misol, to'qimalarning qisqargan qismi bo'lib xizmat qilishi mumkin. Bunday yuzaga qo'yilgan katta ob'ektning og'irligi ostida depressiya hosil bo'ladi. Ushbu anomaliyaning yaqinida harakat qilayotgan boshqa narsalar o'zlarining harakatini traektoriyasini o'zgartiradi. Ob'ektning vazni qanchalik ko'p bo'lsa (diametri va egrilik chuqurligi) qanchalik ko'p bo'lsa, unda "tortish kuchi" yuqori bo'ladi. Mato bo'ylab harakatlanayotganda, turli xil "dalgalanma" ko'rinishini kuzatish mumkin.

Jahon maydonida shunga o'xshash narsa sodir bo'ladi. Har qanday tezlashtirilgan harakatlanuvchi massali modda fazo va vaqt zichligi o'zgarishlarining manbai. Katta amplituda gravitatsiyaviy to'lqin juda katta massali jismlar yoki katta tezlashuvlar bilan harakatlanayotganda hosil bo'ladi.

Jismoniy xususiyatlar

Kosmik vaqt metrikasining tebranishlari gravitatsiyaviy sohadagi o'zgarishlar sifatida namoyon bo'ladi. Bu hodisa, shuningdek, kosmik vaqtli to'lqinlar deb ham ataladi. Gravitatsiya to'lqini duch keladigan jismlarni va ob'ektlarni ta'sir qiladi, ularni siqish va qisish. Deformatsiyaning qadriyatlari juda kichikdir - original o'lchamdagi 10 ^-21 tartibida. Ushbu hodisani kashf qilishning barcha qiyinchiliklari tadqiqotchilarga tegishli uskunalar yordamida bu kabi o'zgarishlarni qanday o'lchash va qayd etishni o'rganishi kerak edi. Gravitatsiyaviy nurlanish kuchi ham juda kichik - barcha quyosh sistemasi uchun bir necha kilovat.

Gravitatsiyaviy to'lqinlarning tarqalish tezligi sezilarli darajada o'tkazuvchi vositaning xususiyatlariga bog'liq. Salınımların manbai, manba masofasidan asta-sekin kamayadi, lekin hech qachon nolga ulaşamaz. Chastotalar bir necha o'n mingdan yuz gektargacha bo'lgan. Yulduzlararo muhitda tortishish to'lqinlarining tezligi nurning tezligiga yaqinlashadi .

Bevosita dalillar

Gravitatsion to'lqinlarning mavjudligini nazariy tasdiqlash 1974 yilda amerikalik astronom Jozef Teylor va uning yordamchisi Russell Huls tomonidan olingan. Tadqiqotchilar Aresuning Arecibo Observatoriyasi (Puerto-Riko) teleskopi bilan teleskopi yordamida tadqiqotlar Pulsar PSR B1913 + 16 ni kashf etdilar. Bu neytron yulduzlarning ikki tomonlama tizimi bo'lib, umumiy burilish nuqtasi atrofida aylanib turadigan, doimiy burchak tezligi (juda kam holatlar). Har yili 3,75 soatni tashkil etadigan aylanish davri 70 mln. Bu qiymat gravitatsiyaviy to'lqinlar hosil bo'lishida energiya sarflash natijasida bunday tizimlarning aylanish tezligini oshirishni taxmin qiladigan umumiy nisbiylik tenglamalaridan olingan xulosalarga to'liq mos keladi. Keyinchalik, xuddi shunga o'xshash harakatlarga ega bo'lgan bir necha juft pulsar va oq mitti aniqlandi. Radio astronomlari D. Teylor va R.Xals 1993 yilda fizika sohasida Nobel mukofoti bilan gravitatsiyaviy sohalarni o'rganish uchun yangi imkoniyatlar ochish uchun mukofotlandilar.

Qochib ketadigan gravitatsiyaviy to'lqin

Gravitatsion to'lqinlarni aniqlash bo'yicha birinchi bayonot 1969 yilda Merilend universiteti olimi Jozef Weber (AQSh) tomonidan keltirildi. Shu maqsadda u ikki kilometr uzoqlikdagi o'z dizayni bo'yicha ikki gravitatsiyaviy antenadan foydalangan. Rezonans detektori piezoelektrik sensorlar bilan jihozlangan alyuminiydan tayyorlangan bir metrli ikki metrli yaxshi vibratsiyali izolyatsiya qilingan silindr edi. Weber zarbalari tomonidan tasdiqlangan amplituda kutilgan qiymatdan bir milliondan ortiqroqdir. Amerikalik fizikning "muvaffaqiyat" ni takrorlash uchun o'xshash asboblardan foydalangan boshqa olimlar tomonidan urinishlari ijobiy natijalarga olib kelmadi. Bir necha yil o'tgach, Weberning bu sohadagi ishi befoyda deb topildi, ammo bu sohada ko'plab mutaxassislarni jalb qilgan "gravitatsiyaviy bom" paydo bo'ldi. Aytgancha, Jozef Weber o'zining kunlarining oxirigacha gravitatsiyaviy to'lqinlarni olib ketayotganiga amin edi.

Qabul qiluvchi jihozni takomillashtirish

70-yillarda olim Bill Fairbank (AQSH) SQUID - ultratovush magnitometrlari yordamida suyuq geliy bilan sovutilgan gravitatsiyaviy to'lqin antennasi loyihasini ishlab chiqdi. Mavjud bo'lgan texnologiyalar, ixtirochining o'z mahsulotini "metall" da ko'rishiga imkon bermadi.

Ushbu printsipga muvofiq, Auriga gravitatsiyaviy detektori milliy lloyary laboratoriyasida (Padua, Italiya) tuzilgan. Dizayn diametri 3 metr va diametri 0,6 m bo'lgan alyuminiy-magniy silindrli bo'lib, 2,3 tonnani tashkil etuvchi qurilma deyarli mutlaq nolga qadar sovitilgan vakuum kamerasida to'xtatiladi. Jigarlarni aniqlash va aniqlash uchun qo'shimcha kilogramli rezonator va kompyuterda o'lchash tizimi ishlatiladi. Uskunaning e'lon qilingan sezgirligi 10 ^{-20 dir} .

Interferometrlar

Gravitatsiyaviy to'lqinlar uchun interferentsiya detektorlarining ishlashi uchun asos Mishelson interferometrining me'yorlari bilan bir xil. Manba orqali chiqadigan lazer nurlari ikkita oqimga bo'linadi. Qurilmaning elkasi bo'ylab bir nechta aks ettirish va sayohatdan so'ng oqimlar yana bir joyga to'planadi va natijada paydo bo'lgan shovqin imgoliga qarab, har qanday nosozliklar (masalan, tortishish to'lqini) nurlarning yo'lini ta'sir qiladimi, deb baholanadi. Shu kabi uskunalar ko'pgina mamlakatlarda yaratilgan:

• GEO 600 (Hannova, Germaniya). Vakuum tunnellarining uzunligi 600 metrni tashkil etadi.
• TAMA (Yaponiya) 300 metr balandlikdagi elkali.
• VIRGO (Pisa, Italiya) 2007 yilda uch kilometrlik tunnellar bilan birgalikda ishga tushirilgan Franco-Italiya qo'shma loyihasidir.
• LIGO (AQSh, Tinch okeani qirg'oqlari), 2002 yildan beri tortishish to'lqinlari uchun ovni boshqaradi.

Keyinchalik batafsil ko'rib chiqilishi kerak.

LIGO Advanced

Loyiha Massachusets va Kaliforniyadagi texnologik institutlarning olimlari tashabbusi bilan tashkil etilgan. Luiziana va Vashington shtatlarida (Livingston va Hanford shaharlarida) uchta o'xshash interferometr bilan 3 ta km masofa ajratilgan ikki observatoriya mavjud. Perpendikulyar vakuumli tunnellarning uzunligi 4 ming metrni tashkil etadi. Hozirgi vaqtda bunday yirik tuzilmalar mavjud. 2011 yilgacha tortishish to'lqinlarini aniqlashga qaratilgan ko'plab urinishlar natijalar keltirmadi. O'tkazilgan jiddiy modernizatsiya (Advanced LIGO) uskunalar 300-500 Gts oralig'ida asbob-uskunalarning sezgirligini besh martadan ortiq va past chastotali hududda (60 Gts ga qadar) deyarli buyuklikdagi buyurtmaga ko'ra, 10 dan ²¹ gacha bo'lgan qiymatga ega bo'ldi. Yangilangan loyiha 2015 yil sentyabr oyida boshlangan va mingdan ortiq xodimlarning sa'y-harakatlari natijalar bilan taqdirlangan.

Gravitatsiyaviy to'lqinlar aniqlandi

2015-yil 14-sentabrda 7 mil oralig'ida LIGO detektorlari takomillashib, bizning sayyoramizga quyoshning massasi 29 va 36 barobar massali ikkita yirik qora teshikning birlashishi - kuzatilgan Olamning tashqarisida sodir bo'lgan eng yirik hodisadan sayyoramizga kelgan gravitatsiyaviy to'lqinlarni qayd etdi. Taxminan 1,3 milliard yil oldin sodir bo'lgan jarayon davomida, quyosh massasining uchga yaqin qismi ikkinchi darajali gravitatsion to'lqinlarni radiatsiya qilish uchun sarf qilindi. Gravitatsiyaviy to'lqinlarning dastlabki chastotasi 35 Hz edi va maksimal maksimal qiymat 250 Hzga etdi.

Olingan natijalar qayta-qayta takomillashtirilgan tekshirish va qayta ishlashga kiritildi va olingan ma'lumotlarning muqobil talqini diqqat bilan kesildi. Va nihoyat, o'tgan yilning 11-fevralida Eynshteynning prognozi bilan bog'liq fenomenning to'g'ridan-to'g'ri ro'yxatdan o'tishi jahon hamjamiyatiga e'lon qilindi.

Tadqiqotchilarning titanik ishini ko'rsatadigan dalil: interferometrlarning qo'llari o'lchamlarining salınımlarının amplitudasi 10 ^-19 m - bu qiymat apelsinning o'zidan kam bo'lganida atomning diametridan kamroq.

Keyingi istiqbollar

Bu kashfiyot General Relativity nazariyasi nafaqat mavhum formulalar to'plami emas, balki butun tortishish to'lqining mohiyatini va butun tortishishliligining tubdan yangi nuqtai nazarini yana bir bor tasdiqlaydi.

Keyinchalik tadqiqotlarda olimlar ELSA loyihasiga katta umidlar uyg'otdi: taxminan 5 million km yengil katta orbital interferometrni yaratish, gravitatsiyaviy maydonlarni kichik bo'lmagan tashvishlarini aniqlashga qodir. Ushbu yo'nalishdagi ishlarni faollashtirish koinotning rivojlanishining asosiy bosqichlari, an'anaviy intervallarni kuzatish qiyin yoki imkonsiz bo'lgan jarayonlar haqida ko'p narsalarni aytib berishga qodir. Shubhasiz, kelajakda tortishish to'lqinlari belgilanadigan qora teshiklar ularning tabiati haqida juda ko'p narsalarni aytib beradi.

Katta portlashdan keyin dunyodagi dastlabki voqealar haqida gapiradigan rezektsiya gravitatsiyaviy nurlanishni o'rganish uchun ko'proq sezgir kosmik asboblar kerak bo'ladi. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Bunday loyiha ( Big Bang Observer ) mavjud, ammo ekspertlarning fikricha, uni amalga oshirish 30-40 yil ichida amalga oshishi mumkin.