Ученые международного проекта LIGO в США смогли зафиксировать неуловимые рябь в ткани пространства и времени, известные как гравитационные волны. Открытие было сделано 14 сентября 2015 года и официально подтверждено 11 февраля 2016 года. Зафиксированы двумя детекторами гравитационные волны были порождены коллапсом двух черных дыр с массами в 36 и 29 солнечных масс.

Нет никаких сомнений в том, что находка является одним из наиболее новаторских открытий в физике за последние 100 лет.

LIGO – крупнейшая в мире гравитационная волновая обсерватория и ультрасовременный физический эксперимент. Два огромные лазерные интерферометры, расположенные на расстоянии в тысячи километров, используют физические свойства света и самого пространства для выявления и понимания истоков гравитационных волн.

История вопроса

Чтобы лучше понять феномен, давайте вернемся в прошлое. В 1687 году, когда Исаак Ньютон опубликовал “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica”, он думал о гравитационную силу как силу притяжения между двумя массами – будь то Земля и Луна, или две горошины на столе. Однако характер передачи этой силы в то время был менее понятным.
Действительно, сам закон тяготения не был протестирован, пока британский ученый Генри Кавендиш не сделал это в 1798 году, измеряя плотность Земли. В 1916 году Эйнштейн изложил физикам свои мысли о пространство, время и гравитацию. Благодаря его работе, опубликованной в 1905 году, теория общей теории относительности зв’связала вместе то, что обычно рассматривалось отдельно – пространство и время – в том, что теперь называется пространством-временем. Пространство-время можно рассматривать как ткань Вселенной. Это означает, что все, что движется, движется сквозь него. В этой модели все о’объекты, которые имеют массу, искажают его ткань. Чем больше масса, тем больше искажения. И поскольку каждый о’объект, что движется, перемещается сквозь пространство-время, он также последует искажение, вызванные о’объектами с большой массой.

Теория на простом примере

Вот вам пример – два ребенка, одна из которых тяжелее другого, играют на батуте. Если мы рассмотрим поверхность батута как ткань, тогда массивная ребенок искажает ткань больше, чем меньше. Если один ребенок кладет м’яч на батут рядом с ногами другого, тогда м’мяч будет двигаться в направлении искажения ткани. Так же, когда Земля вращается вокруг Солнца, огромная масса солнца искажает пространство вокруг него, позволяя нашей сравнительно крошечной планете подражать свою траекторию, но в согнутом пространстве. Вот почему она вращается вокруг Солнца. Если мы примем эту простую аналогию, то получим основы гравитации.

Переход к гравитационных волн – это небольшой, но очень важный шаг. Пусть один из детей на батуте протянет тяжелый предмет по его поверхности. Это создаст недолгую пульсацию поверхности, которую можно будет увидеть. Другой способ визуализации – посмотреть, как рука проходит сквозь воду. От ее движения с’являются волны, но они быстро исчезают.
Любой об’объект, что перемещается по пространственно-временной ткани, вызывает волны или рябь в этой ткани. К сожалению, эти рябь исчезают достаточно быстро, и только самые серьезные события вызывают искажения, достаточно большие, чтобы их можно было обнаружить на Земле. Чтобы представить это в перспективе, встреча двух черных дыр – каждая с массой в десять раз больше, чем у нашего солнца, приведет к волне, что вызывает искажения в размере 1% диаметра атома, когда оно достигнет Земли. В этом масштабе искажение составит 0,0000000000001 м изменения диаметра Земли в сравнении с изменением в 1 м благодаря приливу.

Для чего можно использовать гравитационные волны?

Учитывая, что эти рябь очень малы и сложно фиксируются, почему ученые так старались найти гравитационные волны?

На ум приходят две непосредственные причины. Во-первых, они были предсказаны Эйнштейном 100 лет назад. Поэтому подтверждение существования гравитационных волн обеспечивает дополнительную поддержку его общей теории относительности. Кроме того, подтверждение может открыть новые области физики, такие как гравитационно-волновая астрономия. Изучая гравитационные волны от процессов, что их продуцируют – в этом случае две черные дыры, что сливаются – мы могли бы видеть подробности активных событий в космосе.
Однако, чтобы максимально использовать такую астрономию, лучше всего разместить детектор в космосе. LIGO удалось поймать гравитационные волны с Земли с использованием лазерной интерферометрии. Этот метод работает путем расщепления лазерного луча в двух перпендикулярных направлениях и отправки каждого по длинному вакуумному тоннелю. Потом они зеркалами отражаются обратно к точке, в которой они начинались – и где расположен детектор. Если на своем пути они будут изменены гравитационными волнами, рекомбіновані лучи будут отличаться от оригинала.

Космические интерферометры, которые будут созданы в следующем десятилетии, будут использовать лазеры, охватывающие до миллиона километров.

Теперь, когда мы знаем, что они существуют, с’появилась надежда, что гравитационные волны могут помочь раскрыть некоторые из самых больших тайн в науке, например, из чего состоит значительная часть Вселенной. Ведь только 5% Вселенной – обычная вещество, 27% – темная материя, а другие 68% является темной энергией. Их называют “темными”, поскольку непонятно, что они собой представляют.

Гравітаційні хвилі тепер можуть бути інструментом, что позволяет исследовать эти тайны аналогичным образом, как рентгеновские лучи и МРТ позволили нам исследовать тело человека.

 

 

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Подписывайтесь на наш канал в Телеграмма