Gravitatsion to'lqinlarning ta'siri. Eynshteyn haq edi: tortishish to'lqinlari mavjud. Oddiy so'zlar bilan nazariya

Bir necha soat oldin ilm olamida uzoq kutilgan yangilik keldi. LIGO Scientific Collaboration xalqaro loyihasi doirasida ishlayotgan bir necha mamlakatlardan kelgan bir guruh olimlar bir nechta detektor observatoriyalari yordamida laboratoriya sharoitida tortishish to‘lqinlarini aniqlashga muvaffaq bo‘lishdi.

Ular AQShning Luiziana va Vashington shtatlarida joylashgan ikkita lazerli interferometr gravitatsion to‘lqin observatoriyasidan (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – LIGO) olingan ma’lumotlarni tahlil qilmoqda.

LIGO loyihasi matbuot anjumanida taʼkidlanganidek, tortishish toʻlqinlari 2015-yil 14-sentabrda avval bir rasadxonada, soʻngra 7 millisekunddan keyin boshqasida aniqlangan.

Olingan ma'lumotlarning tahlili asosida ko'plab mamlakatlar, shu jumladan Rossiya olimlari, tortishish to'lqini massasi 29 va 36 marta massasi bo'lgan ikkita qora tuynukning to'qnashuvi natijasida yuzaga kelganligi aniqlandi. Quyosh. Shundan so'ng ular bitta katta qora tuynukga birlashdilar.

Bu 1,3 milliard yil oldin sodir bo'lgan. Signal Yerga Magellan buluti yulduz turkumi yoʻnalishidan kelgan.

Sergey Popov (Moskva davlat universitetining Sternberg davlat astronomiya instituti astrofiziki) tortishish to'lqinlari nima ekanligini va nima uchun ularni o'lchash juda muhimligini tushuntirdi.

Zamonaviy tortishish nazariyalari tortishishning geometrik nazariyalari, nisbiylik nazariyasidan ko'proq yoki kamroq. Kosmosning geometrik xususiyatlari jismlarning yoki yorug'lik nuri kabi jismlarning harakatiga ta'sir qiladi. Va aksincha - energiya taqsimoti (bu kosmosdagi massa bilan bir xil) fazoning geometrik xususiyatlariga ta'sir qiladi. Bu juda zo'r, chunki uni tasavvur qilish oson - qutiga solingan bu elastik tekislik qandaydir jismoniy ma'noga ega, ammo, albatta, bu unchalik to'g'ri emas.

Fiziklar "metrik" so'zini ishlatishadi. Metrik kosmosning geometrik xususiyatlarini tavsiflovchi narsadir. Va bu erda bizda tezlanish bilan harakatlanadigan jismlar bor. Eng oddiy narsa bodringni aylantirishdir. Bu, masalan, to'p yoki tekislangan disk emasligi muhimdir. Bunday bodring elastik tekislikda aylansa, undan to'lqinlar paydo bo'lishini tasavvur qilish oson. Tasavvur qiling-a, siz bir joyda turibsiz va bodring bir uchini sizga, keyin ikkinchi uchini buradi. U fazo va vaqtga turli yo'llar bilan ta'sir qiladi, tortishish to'lqini ishlaydi.

Demak, tortishish to‘lqini fazo-vaqt metrikasi bo‘ylab harakatlanuvchi to‘lqindir.

Kosmosdagi boncuklar

Bu tortishish qanday ishlashi haqidagi asosiy tushunchamizning asosiy xususiyatidir va odamlar buni yuz yil davomida sinab ko'rishni xohlashadi. Ular ta'sir borligiga va laboratoriyada ko'rinadiganligiga ishonch hosil qilishni xohlashadi. Bu taxminan o'ttiz yil oldin tabiatda kuzatilgan. Gravitatsion to'lqinlar kundalik hayotda qanday namoyon bo'lishi kerak?

Buni ko'rsatishning eng oson yo'li: agar siz munchoqlarni aylana bo'ylab yotadigan qilib kosmosga tashlasangiz va tortishish to'lqini ularning tekisligiga perpendikulyar o'tganda, ular avval bir yo'nalishda siqilgan ellipsga aylana boshlaydi, keyin boshqasida. Gap shundaki, ularning atrofidagi makon bezovtalanadi va ular buni his qilishadi.

Yerdagi "G"

Odamlar bu kabi ishlarni faqat kosmosda emas, balki Yerda qilishadi.

Bir-biridan to'rt kilometr masofada nometall "g" harfi shaklida osilgan (Amerika LIGO rasadxonalariga ishora qiladi).

Lazer nurlari ishlayapti - bu interferometr, yaxshi tushunilgan narsa. Zamonaviy texnologiyalar juda kichik effektlarni o'lchash imkonini beradi. Hali ham ishonmayman, ishonaman, lekin men shunchaki boshimni o'rab olmayman - bir-biridan to'rt kilometr masofada osilgan ko'zgularning siljishi atom yadrosi hajmidan kamroq. . Bu lazerning to'lqin uzunligiga nisbatan ham kichik. Bu ushlash edi: tortishish eng zaif o'zaro ta'sir, shuning uchun siljishlar juda kichik.

Bu juda uzoq vaqt talab qildi, odamlar 1970-yillardan beri bunga harakat qilishdi, ular butun umrlarini tortishish to'lqinlarini qidirish bilan o'tkazdilar. Va endi faqat texnik imkoniyatlar tortishish to'lqinini laboratoriya sharoitida qayd etish imkonini beradi, ya'ni u bu erga keldi va ko'zgular siljidi.

Yo'nalish

Bir yil ichida, agar hammasi yaxshi bo'lsa, dunyoda allaqachon uchta detektor ishlaydi. Uchta detektor juda muhim, chunki bu narsalar signalning yo'nalishini aniqlashda juda yomon. Xuddi shu tarzda, biz quloq orqali manba yo'nalishini aniqlashda yomonmiz. "Qaerdandir o'ngdan ovoz" - bu detektorlar shunga o'xshash narsani sezadi. Ammo agar uch kishi bir-biridan uzoqda turib, biri o'ngdan, ikkinchisi chapdan, uchinchisi orqadan tovush eshitsa, biz tovush yo'nalishini juda aniq aniqlashimiz mumkin. Qanchalik ko'p detektorlar bo'lsa, ular butun dunyo bo'ylab tarqalib ketgan bo'lsa, biz manbaning yo'nalishini aniqroq aniqlay olamiz va shundan keyin astronomiya boshlanadi.

Axir, yakuniy maqsad nafaqat umumiy nisbiylik nazariyasini tasdiqlash, balki yangi astronomik bilimlarni olishdir. Tasavvur qiling-a, u erda o'nta quyosh massasi bo'lgan qora tuynuk bor. Va u o'nta quyosh massasi bo'lgan boshqa qora tuynuk bilan to'qnashadi. To'qnashuv yorug'lik tezligida sodir bo'ladi. Energiya yutug'i. Bu to'g'ri. Uning ajoyib miqdori bor. Va hech qanday yo'l yo'q ... Bu faqat makon va vaqtning to'lqinlari. Men aytmoqchimanki, ikkita qora tuynukning birlashishini aniqlash uzoq vaqt davomida qora tuynuklar biz o'ylagan qora tuynuklar ko'proq yoki kamroq ekanligiga eng kuchli dalil bo'ladi.

Keling, u ochib berishi mumkin bo'lgan muammolar va hodisalarni ko'rib chiqaylik.

Qora tuynuklar haqiqatan ham mavjudmi?

LIGO e'lonidan kutilgan signal ikkita qora tuynukning birlashishi natijasida paydo bo'lgan bo'lishi mumkin. Bunday hodisalar ma'lum bo'lgan eng baquvvatdir; ular chiqaradigan tortishish to'lqinlarining kuchi qisqa vaqt ichida kuzatilishi mumkin bo'lgan koinotdagi barcha yulduzlarni birlashtirgan holda porlashi mumkin. Qora tuynuklarning birlashishini ularning juda toza tortishish to'lqinlaridan talqin qilish ham juda oson.

Qora tuynuklarning birlashishi ikkita qora tuynuk bir-birining atrofida aylanib, tortishish to'lqinlari shaklida energiya chiqarganda sodir bo'ladi. Ushbu to'lqinlar bu ikki jismning massasini o'lchash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan xarakterli tovushga (chirp) ega. Shundan so'ng qora tuynuklar odatda birlashadi.

“Tasavvur qiling-a, ikkita sovun pufakchalari shunchalik yaqinlashadiki, ular bitta pufak hosil qiladi. Kattaroq qabariq deformatsiyalangan”, - deydi Parij yaqinidagi Ilg‘or ilmiy tadqiqotlar institutining gravitatsiya nazariyotchisi Tybalt Damour. Yakuniy qora tuynuk mukammal sharsimon bo'ladi, lekin birinchi navbatda bashorat qilinadigan tortishish to'lqinlarini chiqarishi kerak.

Qora tuynuklarning birlashishini aniqlashning eng muhim ilmiy natijalaridan biri qora tuynuklar mavjudligini tasdiqlash bo'ladi - umumiy nisbiylik nazariyasida bashorat qilinganidek, sof, bo'sh, egri fazo-vaqtdan tashkil topgan hech bo'lmaganda mukammal yumaloq ob'ektlar. Yana bir natija shundaki, birlashish olimlar bashorat qilganidek davom etmoqda. Astronomlar bu hodisaning ko'plab bilvosita dalillariga ega, ammo hozirgacha bular qora tuynuklarning o'zlari emas, balki yulduzlar va o'ta qizib ketgan gazning qora tuynuklar orbitasidagi kuzatuvlari edi.

“Ilmiy hamjamiyat, jumladan men ham qora tuynuklarni yoqtirmaydi. Biz ularni odatdagidek qabul qilamiz, deydi Nyu-Jersidagi Prinston universitetining umumiy nisbiylik nazariyasi simulyatsiyasi mutaxassisi Frans Pretorius. "Ammo bu bashorat qanchalik hayratlanarli ekanligi haqida o'ylaganimizda, bizga haqiqatan ham ajoyib dalillar kerak bo'ladi."

Gravitatsion to'lqinlar yorug'lik tezligida tarqaladimi?

Olimlar LIGO kuzatuvlarini boshqa teleskoplardagi kuzatuvlar bilan solishtirishni boshlaganlarida, birinchi navbatda signal bir vaqtning o'zida kelganmi yoki yo'qligini tekshiradilar. Fiziklar tortishish kuchi fotonlarning gravitatsion analogi bo'lgan graviton zarralari orqali uzatiladi, deb hisoblashadi. Agar fotonlar kabi bu zarralar massaga ega bo'lmasa, tortishish to'lqinlari yorug'lik tezligida tarqalib, klassik nisbiylik nazariyasidagi tortishish to'lqinlarining tezligi haqidagi bashoratga mos keladi. (Ularning tezligiga koinotning tezlashib borayotgan kengayishi ta'sir qilishi mumkin, ammo bu LIGO tomonidan qamrab olingan masofadan sezilarli darajada kattaroq masofalarda aniq bo'lishi kerak).

Biroq, gravitonlar kichik massaga ega bo'lishi mumkin, ya'ni tortishish to'lqinlari yorug'likdan kamroq tezlikda harakat qiladi. Masalan, agar LIGO va Virgo gravitatsiyaviy to‘lqinlarni aniqlasa va to‘lqinlar Yerga kosmik hodisa bilan bog‘liq gamma nurlaridan keyin kelganligini aniqlasa, bu fundamental fizika uchun hayotni o‘zgartiruvchi oqibatlarga olib kelishi mumkin.

Kosmos-vaqt kosmik simlardan iboratmi?

Agar "kosmik torlar" dan kelib chiqadigan tortishish to'lqinlarining portlashlari topilsa, bundan ham g'alati kashfiyot yuz berishi mumkin. Ip nazariyalari bilan bog'liq bo'lishi mumkin yoki bo'lmasligi mumkin bo'lgan fazo-vaqt egriligidagi bu faraziy nuqsonlar cheksiz nozik bo'lishi kerak, lekin kosmik masofalarga cho'zilgan bo'lishi kerak. Olimlarning taxminiga ko'ra, kosmik torlar, agar ular mavjud bo'lsa, tasodifan egilishi mumkin; agar ip egilib qolsa, LIGO yoki Virgo kabi detektorlar o'lchashi mumkin bo'lgan tortishish kuchayishiga olib keladi.

Neytron yulduzlari bo'lak bo'lishi mumkinmi?

Neytron yulduzlari o'z og'irligi ostida qulab tushgan va shu qadar zich bo'lgan elektronlar va protonlar neytronlarga birlasha boshlagan yirik yulduzlarning qoldiqlari. Olimlar neytron teshiklari fizikasi haqida juda kam tushunchaga ega, ammo tortishish to'lqinlari bizga ular haqida ko'p narsalarni aytib berishi mumkin. Masalan, ularning yuzasidagi kuchli tortishish neytron yulduzlarini deyarli mukammal sharsimon bo'lishiga olib keladi. Ammo ba'zi olimlar diametri 10 kilometrdan oshmaydigan bu zich ob'ektlarni biroz assimetrik qilib qo'yadigan bir necha millimetr balandlikdagi "tog'lar" ham bo'lishi mumkinligini taxmin qilishdi. Neytron yulduzlari odatda juda tez aylanadi, shuning uchun massaning assimetrik taqsimlanishi fazo vaqtini buzadi va sinus to'lqin shaklida doimiy tortishish to'lqini signalini hosil qiladi, bu yulduzning aylanishini sekinlashtiradi va energiya chiqaradi.

Bir-birini aylanib yuradigan juft neytron yulduzlari ham doimiy signal hosil qiladi. Qora tuynuklar singari, bu yulduzlar spiral shaklida harakatlanadi va oxir-oqibat xarakterli tovush bilan birlashadi. Ammo uning o'ziga xosligi qora tuynuklar tovushining o'ziga xosligidan farq qiladi.

Nima uchun yulduzlar portlaydi?

Qora tuynuklar va neytron yulduzlar katta yulduzlar porlashni to'xtatib, o'z-o'zidan qulab tushganda hosil bo'ladi. Astrofiziklarning fikricha, bu jarayon II turdagi o'ta yangi yulduz portlashlarining barcha keng tarqalgan turlari asosida yotadi. Bunday o'ta yangi yulduzlarning simulyatsiyasi ularning yonishiga nima sabab bo'lganini hali ko'rsatmagan, ammo haqiqiy o'ta yangi yulduz tomonidan chiqarilgan tortishish to'lqinlarining portlashlarini tinglash javob beradi deb o'ylashadi. Portlash to'lqinlari qanday ko'rinishga ega, ular qanchalik baland, ular qanchalik tez-tez paydo bo'ladi va ular elektromagnit teleskoplar tomonidan kuzatilayotgan o'ta yangi yulduzlar bilan qanday bog'liqligiga qarab, bu ma'lumotlar bir qator mavjud modellarni istisno qilishga yordam beradi.

Koinot qanchalik tez kengaymoqda?

Koinotning kengayishi shuni anglatadiki, bizning galaktikamizdan uzoqlashayotgan uzoqdagi jismlar haqiqiydan ko'ra qizilroq ko'rinadi, chunki ular harakatlanayotganda ular chiqaradigan yorug'lik cho'ziladi. Kosmologlar koinotning kengayish tezligini galaktikalarning qizil siljishini bizdan qanchalik uzoqligi bilan solishtirish orqali baholaydilar. Ammo bu masofa odatda Ia tipidagi o'ta yangi yulduzlarning yorqinligidan hisoblab chiqiladi va bu usul juda ko'p noaniqliklarni qoldiradi.

Agar butun dunyo bo'ylab bir nechta tortishish to'lqinlari detektorlari bir xil neytron yulduzlarining birlashishi signallarini aniqlasa, ular birgalikda signal hajmini va shuning uchun birlashish sodir bo'lgan masofani mutlaqo aniq baholashlari mumkin. Shuningdek, ular yo'nalishni taxmin qilishlari va u bilan voqea sodir bo'lgan galaktikani aniqlashlari mumkin bo'ladi. Ushbu galaktikaning qizil siljishini qo'shilish yulduzlarigacha bo'lgan masofa bilan taqqoslab, kosmik kengayishning mustaqil tezligini olish mumkin, ehtimol hozirgi usullardan ko'ra aniqroqdir.

Gravitatsion to'lqinlar - rassomning renderi

Gravitatsion to'lqinlar - bu manbadan ajralib chiqadigan va to'lqinlar kabi tarqaladigan fazo-vaqt metrikasidagi buzilishlar ("fazo-vaqt to'lqinlari" deb ataladi).

Umumiy nisbiylik nazariyasida va boshqa zamonaviy tortishish nazariyalarida tortishish to'lqinlari o'zgaruvchan tezlanishga ega bo'lgan massiv jismlarning harakati natijasida hosil bo'ladi. Gravitatsion to'lqinlar yorug'lik tezligida fazoda erkin tarqaladi. Gravitatsion kuchlarning nisbiy zaifligi (boshqalarga nisbatan) tufayli bu to'lqinlar juda kichik kattalikka ega, ularni ro'yxatga olish qiyin.

Polarizatsiyalangan tortishish to'lqini

Gravitatsion to'lqinlar umumiy nisbiylik nazariyasi (GR) va boshqalar tomonidan bashorat qilinadi. Ular birinchi marta 2015-yil sentabr oyida to‘g‘ridan-to‘g‘ri egizak detektorlar tomonidan aniqlangan bo‘lib, ular ikkitasining qo‘shilishi natijasida paydo bo‘ladigan tortishish to‘lqinlarini aniqlagan va bitta, kattaroq, aylanuvchi qora tuynuk hosil qilgan. Ularning mavjudligining bilvosita dalillari 1970-yillardan beri ma'lum - "Umumiy nisbiylik" kuzatishlar bilan mos keladigan tortishish to'lqinlarining emissiyasi tufayli energiya yo'qolishi tufayli yaqin tizimlarning yaqinlashish tezligini bashorat qiladi. Gravitatsion to‘lqinlarni bevosita ro‘yxatga olish va ulardan astrofizik jarayonlarning parametrlarini aniqlashda foydalanish zamonaviy fizika va astronomiya fanining muhim vazifasi hisoblanadi.

Umumiy nisbiylik doirasida tortishish to'lqinlari yorug'lik tezligida (chiziqli yaqinlashishda) harakatlanuvchi fazo-vaqt metrikasining buzilishini ifodalovchi to'lqin tipidagi Eynshteyn tenglamalari yechimlari bilan tavsiflanadi. Ushbu buzilishning namoyon bo'lishi, xususan, ikkita erkin tushadigan (ya'ni hech qanday kuchlar ta'sirida bo'lmagan) sinov massalari orasidagi masofaning davriy o'zgarishi bo'lishi kerak. Amplituda h tortishish to'lqini o'lchovsiz miqdor - masofaning nisbiy o'zgarishi. Astrofizik ob'ektlardan (masalan, ixcham ikkilik tizimlar) va hodisalardan (portlashlar, qo'shilishlar, qora tuynuklar tomonidan tutilishlar va boshqalar) tortishish to'lqinlarining taxmin qilingan maksimal amplitudalari o'lchanganida juda kichik ( h=10 −18 -10 −23). Zaif (chiziqli) tortishish to'lqini, umumiy nisbiylik nazariyasiga ko'ra, energiya va impulsni uzatadi, yorug'lik tezligida harakat qiladi, ko'ndalang, to'rt kutupli va bir-biriga 45 ° burchak ostida joylashgan ikkita mustaqil komponent bilan tavsiflanadi ( qutblanishning ikki yo'nalishiga ega).

Turli nazariyalar tortishish to'lqinlarining tarqalish tezligini turlicha bashorat qiladi. Umumiy nisbiylik nazariyasida u yorug'lik tezligiga teng (chiziqli yaqinlashishda). Boshqa tortishish nazariyalarida u har qanday qiymatni, shu jumladan cheksizlikni ham qabul qilishi mumkin. Gravitatsion to'lqinlarning birinchi ro'yxatga olinishiga ko'ra, ularning tarqalishi massasiz graviton bilan mos bo'lib chiqdi va tezligi yorug'lik tezligiga teng deb hisoblandi.

Gravitatsion to'lqinlarning paydo bo'lishi

Ikki neytron yulduzlar tizimi fazoda to'lqinlar hosil qiladi

Gravitatsion to'lqin assimetrik tezlanish bilan harakat qilayotgan har qanday materiya tomonidan chiqariladi. Muhim amplitudali to'lqin paydo bo'lishi uchun emitentning juda katta massasi va / yoki katta tezlashuvlar gravitatsiyaviy to'lqinning amplitudasi to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir; tezlanishning birinchi hosilasi va generatorning massasi, ya'ni ~ . Biroq, agar jism tezlashtirilgan tezlikda harakatlansa, bu unga boshqa jismdan qandaydir kuch ta'sir qilishini anglatadi. O'z navbatida, bu boshqa ob'ekt teskari ta'sirni boshdan kechiradi (Nyutonning 3-qonuniga ko'ra) va ma'lum bo'lishicha, m 1 a 1 = − m 2 a 2 . Ma'lum bo'lishicha, ikkita ob'ekt tortishish to'lqinlarini faqat juftlik bilan chiqaradi va interferensiya natijasida ular o'zaro deyarli butunlay bekor qilinadi. Shuning uchun umumiy nisbiylik nazariyasidagi tortishish nurlanishi har doim kamida to'rt kutupli nurlanishning ko'p qutbli xususiyatiga ega. Bundan tashqari, relyativistik bo'lmagan emitentlar uchun nurlanish intensivligi ifodasida kichik parametr mavjud, bu erda emitentning tortishish radiusi, r- uning xarakterli kattaligi; T- harakatning xarakterli davri; c- vakuumdagi yorug'lik tezligi.

Gravitatsion to'lqinlarning eng kuchli manbalari:

• to'qnashuv (gigant massalar, juda kichik tezlashuvlar),
• ixcham ob'ektlarning ikkilik tizimining gravitatsion qulashi (juda katta massaga ega bo'lgan ulkan tezlashuvlar). Maxsus va eng qiziqarli holat sifatida - neytron yulduzlarining birlashishi. Bunday tizimda tortishish to'lqinining yorqinligi tabiatda mumkin bo'lgan maksimal Plank yorqinligiga yaqin.

Ikki tanali tizim tomonidan chiqarilgan tortishish to'lqinlari

Ikki jism umumiy massa markazi atrofida aylana orbita bo'ylab harakatlanadi

Massalari bilan gravitatsiyaviy bog'langan ikkita jism m 1 va m 2, nisbiy bo'lmagan harakat ( v << c) masofadagi umumiy massa markazi atrofida aylana orbitalarda r bir-biridan o'rtacha davr davomida quyidagi energiyaning tortishish to'lqinlarini chiqaradi:

Natijada, tizim energiyani yo'qotadi, bu jismlarning yaqinlashishiga, ya'ni ular orasidagi masofaning qisqarishiga olib keladi. Jismlarning yaqinlashish tezligi:

Masalan, Quyosh tizimi uchun eng katta tortishish radiatsiyasi quyi tizim va tomonidan ishlab chiqariladi. Ushbu nurlanishning kuchi taxminan 5 kilovattni tashkil qiladi. Shunday qilib, Quyosh tizimi tomonidan yiliga tortishish nurlanishiga yo'qolgan energiya jismlarning xarakterli kinetik energiyasiga nisbatan mutlaqo ahamiyatsiz.

Ikkilik tizimning gravitatsion qulashi

Har qanday qo'sh yulduz, uning tarkibiy qismlari umumiy massa markazi atrofida aylanganda, energiyani yo'qotadi (taxmin qilinganidek - tortishish to'lqinlarining chiqishi tufayli) va oxirida birlashadi. Ammo oddiy, ixcham bo'lmagan, qo'sh yulduzlar uchun bu jarayon juda uzoq vaqtni oladi, hozirgi davrga qaraganda ancha uzoqroq. Agar ixcham ikkilik tizim bir juft neytron yulduzlari, qora tuynuklar yoki ularning kombinatsiyasidan iborat bo'lsa, unda birlashish bir necha million yil ichida sodir bo'lishi mumkin. Birinchidan, ob'ektlar bir-biriga yaqinlashadi va ularning aylanish davri kamayadi. Keyin, oxirgi bosqichda, to'qnashuv va assimetrik tortishish qulashi sodir bo'ladi. Bu jarayon soniyaning bir qismi davom etadi va bu vaqt davomida energiya tortishish nurlanishiga yo'qoladi, ba'zi ma'lumotlarga ko'ra, bu tizim massasining 50% dan ortig'ini tashkil qiladi.

Gravitatsion to'lqinlar uchun Eynshteyn tenglamalarining asosiy aniq yechimlari

Bondi-Pirani-Robinson tana to'lqinlari

Ushbu to'lqinlar shaklning metrikasi bilan tavsiflanadi. Agar biz o'zgaruvchi va funktsiyani kiritsak, u holda umumiy nisbiylik tenglamalaridan biz tenglamani olamiz

Takeno metrikasi

, -funksiyalari bir xil tenglamani qanoatlantiradigan shaklga ega.

Rosen metrikasi

Qaerda qondirish kerak

Peres ko'rsatkichi

Qayerda

Silindrsimon Eynshteyn-Rozen to'lqinlari

Silindrsimon koordinatalarda bunday to'lqinlar shaklga ega va bajariladi

Gravitatsion to'lqinlarni ro'yxatga olish

Gravitatsion to'lqinlarni ro'yxatga olish ikkinchisining zaifligi (metrikaning kichik buzilishi) tufayli juda qiyin. Ularni ro'yxatga olish uchun asboblar tortishish to'lqinlari detektorlaridir. Gravitatsion to'lqinlarni aniqlashga urinishlar 1960-yillarning oxiridan boshlab amalga oshirildi. Aniqlanishi mumkin bo'lgan amplitudali tortishish to'lqinlari binarning qulashi paytida tug'iladi. Atrofda shunga o'xshash hodisalar taxminan o'n yilda bir marta sodir bo'ladi.

Boshqa tomondan, umumiy nisbiylik nazariyasi tortishish to'lqinlarining chiqarilishi natijasida energiya yo'qolishi tufayli qo'shaloq yulduzlarning o'zaro aylanishining tezlashishini bashorat qiladi va bu ta'sir ikkilik ixcham ob'ektlarning bir nechta ma'lum tizimlarida ishonchli tarzda qayd etilgan. xususan, ixcham hamrohlari bo'lgan pulsarlar). 1993 yilda birinchi qo'sh pulsar PSR B1913+16 ning kashfiyotchilari Rassel Xulse va kichik Jozef Teylorga "gravitatsiyani o'rganishda yangi imkoniyatlar yaratgan pulsarning yangi turini kashf etgani uchun". fizika bo‘yicha Nobel mukofotiga sazovor bo‘ldi. Ushbu tizimda kuzatilgan aylanishning tezlashishi tortishish to'lqinlarining emissiyasi bo'yicha umumiy nisbiylik nazariyasining bashoratlari bilan to'liq mos keladi. Xuddi shu hodisa bir qancha boshqa holatlarda ham qayd etilgan: PSR J0737-3039, PSR J0437-4715, SDSS J065133.338+284423.37 (odatda qisqartirilgan J0651) pulsarlari va J0806 ikkilik RX tizimi. Masalan, PSR J0737-3039 ikkita pulsarning birinchi qo'shaloq yulduzining ikkita komponenti A va B o'rtasidagi masofa tortishish to'lqinlarining energiya yo'qolishi tufayli kuniga taxminan 2,5 dyuymga (6,35 sm) kamayadi va bu bilan kelishilgan holda sodir bo'ladi. umumiy nisbiylik. Bu ma'lumotlarning barchasi gravitatsiyaviy to'lqinlar mavjudligini bilvosita tasdiqlash sifatida talqin etiladi.

Hisob-kitoblarga ko'ra, gravitatsion teleskoplar va antennalar uchun tortishish to'lqinlarining eng kuchli va tez-tez uchraydigan manbalari yaqin atrofdagi galaktikalardagi ikkilik tizimlarning qulashi bilan bog'liq halokatlardir. Yaqin kelajakda takomillashtirilgan gravitatsion detektorlarda yiliga bir nechta shunga o'xshash hodisalar qayd etilishi kutilmoqda, bu esa yaqin atrofdagi metrikani 10 −21 -10 −23 ga buzadi. Koinot maserlarining nurlanishiga yaqin binar kabi davriy manbalardan tortishish to'lqinlarining ta'sirini aniqlashga imkon beruvchi optik-metrik parametrik rezonans signalining birinchi kuzatuvlari Rossiya radioastronomik rasadxonasida olingan bo'lishi mumkin. Fanlar akademiyasi, Pushchino.

Koinotni to'ldiruvchi tortishish to'lqinlarining fonini aniqlashning yana bir imkoniyati - bu uzoq pulsarlarning yuqori aniqlikdagi vaqtini aniqlash - ularning pulslarining kelish vaqtini tahlil qilish, bu Yer va pulsar orasidagi bo'shliqdan o'tadigan tortishish to'lqinlari ta'sirida xarakterli o'zgaradi. 2013 yil uchun hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, bizning koinotimizdagi bir nechta manbalardan fon to'lqinlarini aniqlash uchun vaqtni aniqlashning aniqligini taxminan bir darajaga oshirish kerak, bu vazifa o'n yil oxirigacha bajarilishi mumkin.

Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, bizning koinotimiz keyingi dastlabki daqiqalarda paydo bo'lgan relikt tortishish to'lqinlari bilan to'ldirilgan. Ularning ro'yxatga olinishi Koinotning tug'ilishining boshlanishidagi jarayonlar haqida ma'lumot olish imkonini beradi. 2014 yil 17 mart kuni Moskva vaqti bilan soat 20:00 da Garvard-Smitson astrofizika markazida BICEP 2 loyihasida ishlaydigan amerikalik tadqiqotchilar guruhi kosmik qutblanish orqali erta koinotda nolga teng bo'lmagan tenzor buzilishlarini aniqlashni e'lon qildi. mikroto'lqinli fon radiatsiyasi, bu ham ushbu relikt tortishish to'lqinlarining kashfiyotidir. Biroq, deyarli darhol bu natija bahslashdi, chunki ma'lum bo'lishicha, hissa to'g'ri hisobga olinmagan. Mualliflardan biri J. M. Kovats ( Kovac J. M.), "ishtirokchilar va fan jurnalistlari BICEP2 eksperimenti ma'lumotlarini sharhlash va hisobot berishda biroz shoshqaloqlik qilishdi" deb tan oldi.

Mavjudligini eksperimental tasdiqlash

Birinchi qayd etilgan gravitatsion to'lqin signali. Chap tomonda Xanforddagi detektordan olingan ma'lumotlar (H1), o'ngda - Livingstonda (L1). Vaqt 2015-yil 14-sentabr, UTC 09:50:45 dan boshlab hisoblanadi. Signalni ko'rish uchun u detektorlarning yuqori sezuvchanlik diapazonidan tashqaridagi katta tebranishlarni bostirish uchun 35-350 Gerts chastotali filtr bilan filtrlanadi; Yuqori qator: detektorlardagi kuchlanishlar h. GW150914 birinchi marta L1 ga va 6 9 +0 5 −0 4 ms keyin H1 ga yetib keldi; Vizual taqqoslash uchun H1 dan olingan ma'lumotlar L1 syujetida teskari va vaqt o'zgarishi shaklida ko'rsatilgan (detektorlarning nisbiy yo'nalishini hisobga olish uchun). Ikkinchi qator: tortishish to'lqini signalidan h kuchlanishlari, bir xil 35-350 Hz tarmoqli filtri orqali o'tadi. Qattiq chiziq GW150914 signalini o'rganish asosida topilgan parametrlarga mos keladigan tizim uchun raqamli nisbiylik natijasi bo'lib, natijada 99,9 ga teng bo'lgan ikkita mustaqil kod orqali olingan. Kulrang qalin chiziqlar detektor ma'lumotlaridan ikki xil usulda qayta tiklangan to'lqin shaklining 90% ishonchli hududlari. To'q kulrang chiziq qora tuynuklarning birlashishidan kutilgan signallarni modellashtiradi, ochiq kulrang chiziq astrofizik modellardan foydalanmaydi, lekin signalni sinusoidal-Gauss to'lqinlarining chiziqli birikmasi sifatida ifodalaydi. Qayta qurish ishlari 94% ga to'g'ri keladi. Uchinchi qator: detektorlarning filtrlangan signalidan raqamli nisbiylik signalining filtrlangan bashoratini olishdan keyin qoldiq xatolar. Pastki qator: Vaqt o'tishi bilan signalning dominant chastotasining oshishini ko'rsatadigan kuchlanishlarning chastota xaritasi.

2016 yil 11 fevral, LIGO va VIRGO hamkorligi. Maksimal amplitudasi taxminan 10-21 boʻlgan ikkita qora tuynukning qoʻshilish signali 2015-yil 14-sentabr kuni soat 9:51 UTC da Xanford va Livingston shaharlarida bir-biridan 7 millisekundlik masofada, maksimal signal amplitudasi mintaqasida ikkita LIGO detektori tomonidan qayd etilgan ( 0,2 soniya) kombinatsiyalangan signal-shovqin nisbati 24:1 edi. Signal GW150914 deb belgilandi. Signalning shakli 36 va 29 quyosh massasi bo'lgan ikkita qora tuynukning birlashishi uchun umumiy nisbiylik bashoratiga mos keladi; olingan qora tuynuk 62 quyosh massasi va aylanish parametriga ega bo'lishi kerak a= 0,67. Manbagacha bo'lgan masofa taxminan 1,3 milliardni tashkil etadi, qo'shilishda soniyaning o'ndan bir qismida chiqariladigan energiya taxminan 3 quyosh massasiga teng.

Hikoya

"Gravitatsion to'lqin" atamasining o'zi tarixi, bu to'lqinlarni nazariy va eksperimental izlash, shuningdek, boshqa usullar uchun mavjud bo'lmagan hodisalarni o'rganish uchun ulardan foydalanish.

• 1900 yil - Lorentz tortishish "...yorug'lik tezligidan katta bo'lmagan tezlikda tarqalishi mumkin" deb taklif qildi;
• 1905 yil - Puankare birinchi marta tortishish to'lqini (onde gravifique) atamasini kiritdi. Puankare, sifat darajasida, Laplasning o'rnatilgan e'tirozlarini olib tashladi va tortishish to'lqinlari bilan bog'liq bo'lgan tartibning Nyutonning umumiy qabul qilingan tortishish qonunlariga bog'liq tuzatishlar bekor qilinishini ko'rsatdi, shuning uchun tortishish to'lqinlarining mavjudligi haqidagi taxmin kuzatuvlarga zid emas;
• 1916 yil - Eynshteyn, umumiy nisbiylik nuqtai nazaridan, mexanik tizim energiyani tortishish to'lqinlariga o'tkazishini va qo'pol qilib aytganda, qo'zg'almas yulduzlarga nisbatan har qanday aylanish ertami-kechmi to'xtashi kerakligini ko'rsatdi, ammo, albatta, normal sharoitlarda energiya yo'qotishlari. kattalik tartibini ahamiyatsiz va amalda o'lchash mumkin emas (bu ishda u sferik simmetriyani doimiy ravishda ushlab turadigan mexanik tizim tortishish to'lqinlarini chiqarishi mumkin deb xato deb hisoblagan);
• 1918 yil - Eynshteyn gravitatsion to'lqinlarning emissiyasi tartibning ta'siri bo'lib chiqadigan to'rt kutupli formulani oldi , shu bilan uning oldingi ishidagi xatoni tuzatdi (koeffitsientda xatolik qoldi, to'lqin energiyasi 2 barobar kamroq);
• 1923 yil - Eddington - tortishish to'lqinlarining "...fikr tezligida ... tarqaladigan" jismoniy haqiqatiga shubha qildi. 1934 yilda Eddington o'zining "Nisbiylik nazariyasi" monografiyasining rus tiliga tarjimasini tayyorlayotganda, bir nechta boblarni, shu jumladan aylanadigan novda tomonidan energiya yo'qotishlarini hisoblashning ikkita varianti bo'lgan boblarni qo'shdi, ammo umumiy nisbiylik nazariyasini taxminiy hisoblash uchun qo'llaniladigan usullarni ta'kidladi. uning fikricha, gravitatsiyaviy bog'langan tizimlar uchun qo'llanilmaydi, shuning uchun shubhalar qoladi;
• 1937 yil - Eynshteyn Rosen bilan birgalikda tortishish maydonining aniq tenglamalari uchun silindrsimon to'lqin echimlarini o'rgandi. Ushbu tadqiqotlar davomida ular tortishish to'lqinlari umumiy nisbiylik tenglamalarining taxminiy yechimlari artefakti bo'lishi mumkinligiga shubha qila boshladilar (Eynshteyn va Rozenning "Gravitatsion to'lqinlar mavjudmi?" Maqolasini ko'rib chiqish bo'yicha yozishmalar ma'lum). Keyinchalik, u o'z fikrlashlarida xato topdi;
• 1957 yil - Herman Bondi va Richard Feynman "munchoqlar bilan qamish" fikrlash tajribasini taklif qilishdi, unda ular umumiy nisbiylik nazariyasida tortishish to'lqinlarining jismoniy oqibatlari mavjudligini isbotladilar;
• 1962 yil - Vladislav Pustovoit va Mixail Gerzenshteyn uzun to'lqinli tortishish to'lqinlarini aniqlash uchun interferometrlardan foydalanish tamoyillarini tasvirlab berdi;
• 1964 yil - Filipp Peters va Jon Metyu ikkilik tizimlar chiqaradigan tortishish to'lqinlarini nazariy jihatdan tavsifladilar;
• 1969 yil - Gravitatsion to'lqin astronomiyasi asoschisi Jozef Veber rezonans detektori - mexanik tortishish antennasi yordamida tortishish to'lqinlarini aniqlash haqida xabar beradi. Ushbu hisobotlar ushbu yo'nalishdagi ishlarning tez o'sishiga sabab bo'ladi, xususan, LIGO loyihasi asoschilaridan biri Rainier Vays o'sha paytda tajribalarni boshlagan. Bugungi kunga qadar (2015 yil) hech kim ushbu hodisalarning ishonchli tasdig'ini ololmadi;
• 1978 yil - Jozef Teylor PSR B1913+16 binar pulsar tizimida gravitatsion nurlanish aniqlangani haqida xabar berdi. Jozef Teylor va Rassell Xulsening tadqiqotlari 1993 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi. 2015 yil boshidan boshlab kamida 8 ta shunday tizim uchun Keplerdan keyingi uchta parametr, jumladan, tortishish to'lqinlarining emissiyasi tufayli davrning qisqarishi o'lchandi;
• 2002 yil - Sergey Kopeikin va Edvard Fomalont dinamikada Yupiterning tortishish maydonidagi yorug'likning og'ishini o'lchash uchun ultra-uzun bazaviy radioto'lqinli interferometriyadan foydalanganlar, bu umumiy nisbiylikning ma'lum bir gipotetik kengaytmalari uchun tezlikni baholashga imkon beradi. tortishish - yorug'lik tezligidan farq 20% dan oshmasligi kerak (bu talqin umuman qabul qilinmaydi);
• 2006 yil - Marta Burgayning xalqaro jamoasi (Parks rasadxonasi, Avstraliya) umumiy nisbiylik nazariyasi va uning ikkita PSR J0737-3039A/B pulsarlari tizimidagi tortishish to'lqini nurlanishining kattaligiga mos kelishini sezilarli darajada aniqroq tasdiqladi;
• 2014 yil - Garvard-Smitson astrofizika markazi (BICEP) astronomlari kosmik mikroto'lqinli fon radiatsiyasidagi tebranishlarni o'lchashda birlamchi tortishish to'lqinlarini aniqlash haqida xabar berishdi. Hozirgi vaqtda (2016 yil) aniqlangan tebranishlar relikt kelib chiqishi emas, balki Galaktikadagi changning chiqishi bilan izohlanadi;
• 2016 yil - xalqaro LIGO jamoasi GW150914 gravitatsion to'lqin tranzit hodisasi aniqlanganligi haqida xabar berdi. Birinchi marta o'ta yuqori nisbiy tezlikli o'ta kuchli tortishish maydonlarida o'zaro ta'sir qiluvchi massiv jismlarni bevosita kuzatish (< 1,2 × R s , v/c >0,5), bu umumiy nisbiylik nazariyasining to'g'riligini Nyutondan keyingi bir necha yuqori tartibli atamalarning aniqligi bilan tekshirishga imkon berdi. Gravitatsion to'lqinlarning o'lchangan dispersiyasi gipotetik gravitonning massasi bo'yicha dispersiya va yuqori chegaraning ilgari o'tkazilgan o'lchovlariga zid kelmaydi (< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.

1917 yilda Eynshteyn tomonidan nazariy jihatdan bashorat qilingan tortishish to'lqinlari hali ham o'z kashfiyotchisini kutmoqda.

1969 yil oxirida Merilend universiteti fizika professori Jozef Veber shov-shuvli bayonot bilan chiqdi. U koinot tubidan Yerga kelayotgan tortishish to‘lqinlarini kashf etganini e’lon qildi. O'sha vaqtga qadar hech bir olim bunday da'volar qilmagan va bunday to'lqinlarni aniqlashning o'zi aniq emas edi. Biroq, Veber o'z sohasida avtoritet sifatida tanilgan va shuning uchun hamkasblari uning xabarini to'liq jiddiylik bilan qabul qilishgan.

Biroq, tez orada umidsizlik paydo bo'ldi. Veber tomonidan qayd etilgan to'lqinlarning amplitudalari nazariy qiymatdan millionlab marta yuqori edi. Veberning ta'kidlashicha, bu to'lqinlar bizning Galaktikamizning markazidan, chang bulutlari bilan qoplangan va ular haqida o'sha paytda juda kam narsa ma'lum edi. Astrofiziklar u erda har yili minglab yulduzlarni yutib yuboradigan va so'rilgan energiyaning bir qismini tortishish nurlanishi shaklida chiqaradigan ulkan qora tuynuk yashiringan deb taxmin qilishdi va astronomlar bu kosmik kannibalizmning aniqroq izlarini behuda qidirishni boshladilar (u bor). Endi u erda haqiqatan ham qora tuynuk borligi isbotlangan, ammo u o'zini juda yaxshi tutishga olib keladi). AQSh, SSSR, Frantsiya, Germaniya, Angliya va Italiya fiziklari bir xil turdagi detektorlar ustida tajriba o'tkazishni boshladilar va hech narsaga erisha olmadilar.

Olimlar hali ham Weber asboblaridan g'alati o'qishlarni nima bilan bog'lashni bilishmaydi. Biroq, uning urinishlari besamar ketmadi, garchi tortishish to'lqinlari hali ham aniqlanmagan. Ularni qidirish uchun bir nechta qurilmalar allaqachon qurilgan yoki qurilmoqda va o'n yildan keyin bunday detektorlar koinotga chiqariladi. Yaqin kelajakda gravitatsiyaviy nurlanish elektromagnit tebranishlar kabi kuzatilishi mumkin bo'lgan jismoniy haqiqatga aylanishi mumkin. Afsuski, Jozef Veber buni endi bilmaydi - u 2000 yil sentyabr oyida vafot etdi.

Gravitatsion to'lqinlar nima

Ko'pincha tortishish to'lqinlari kosmosda tarqaladigan tortishish maydonining buzilishi deb aytiladi. Bu ta'rif to'g'ri, ammo to'liq emas. Umumiy nisbiylik nazariyasiga ko'ra, tortishish fazo-vaqt kontinuumining egriligi tufayli yuzaga keladi. Gravitatsiya to'lqinlari fazo-vaqt metrikasining tebranishlari bo'lib, ular tortishish maydonidagi tebranishlar sifatida namoyon bo'ladi, shuning uchun ular ko'pincha majoziy ma'noda fazo-vaqt to'lqinlari deb ataladi. Gravitatsion to'lqinlar nazariy jihatdan 1917 yilda Albert Eynshteyn tomonidan bashorat qilingan. Hech kim ularning mavjudligiga shubha qilmaydi, lekin tortishish to'lqinlari hali ham o'z kashfiyotchisini kutmoqda.

Gravitatsion to'lqinlarning manbai - atrofdagi fazoda tortishish kuchining bir xil bo'lmagan o'zgarishiga olib keladigan moddiy jismlarning har qanday harakati. Doimiy tezlikda harakatlanuvchi jism hech narsa nurlantirmaydi, chunki uning tortishish maydonining tabiati o'zgarmaydi. Gravitatsion to'lqinlarni chiqarish uchun tezlashtirish kerak, lekin har qanday tezlanish emas. Simmetriya o'qi atrofida aylanadigan silindr tezlanishni boshdan kechiradi, lekin uning tortishish maydoni bir xil bo'lib qoladi va tortishish to'lqinlari paydo bo'lmaydi. Ammo agar siz ushbu silindrni boshqa o'q atrofida aylantirsangiz, maydon tebranishni boshlaydi va tortishish to'lqinlari silindrdan barcha yo'nalishlarda harakat qiladi.

Ushbu xulosa aylanish o'qiga nisbatan assimetrik bo'lgan har qanday jismga (yoki jismlar tizimiga) taalluqlidir (bunday hollarda tananing to'rt kutupli momentga ega ekanligi aytiladi). Vaqt o'tishi bilan kvadrupol momenti o'zgarib turadigan massa tizimi doimo tortishish to'lqinlarini chiqaradi.

Gravitatsion to'lqinlarning asosiy xossalari

Astrofiziklarning ta'kidlashicha, bu tortishish to'lqinlarining nurlanishi, energiyani olib, qo'shni yulduzdan materiyani yutishda massiv pulsarning aylanish tezligini cheklaydi.

Kosmosning tortishish mayoqlari

Erdagi manbalardan gravitatsiyaviy nurlanish nihoyatda zaifdir. Og'irligi 10 000 tonna bo'lgan po'lat ustun, gorizontal tekislikda markazdan osilgan va vertikal o'q atrofida 600 rpm gacha aylanadi, taxminan 10 -24 Vt quvvat chiqaradi. Shuning uchun tortishish to'lqinlarini aniqlashning yagona umidi gravitatsiyaviy nurlanishning kosmik manbasini topishdir.

Shu nuqtai nazardan, yaqin qo'sh yulduzlar juda istiqbolli. Sababi oddiy: bunday tizimning tortishish nurlanishining kuchi uning diametrining beshinchi kuchiga teskari proportsional ravishda o'sadi. Yulduzlarning traektoriyalari juda cho'zilgan bo'lsa, yanada yaxshi bo'ladi, chunki bu to'rt kutupli momentning o'zgarish tezligini oshiradi. Ikkilik tizim neytron yulduzlari yoki qora tuynuklardan iborat bo'lsa, bu juda yaxshi. Bunday tizimlar kosmosdagi tortishish mayoqlariga o'xshaydi - ularning nurlanishi davriydir.

Kosmosda qisqa, ammo juda kuchli tortishish portlashlarini keltirib chiqaradigan "puls" manbalari ham mavjud. Bu o'ta yangi yulduz portlashidan oldin katta yulduz qulaganida sodir bo'ladi. Biroq, yulduzning deformatsiyasi assimetrik bo'lishi kerak, aks holda nurlanish sodir bo'lmaydi. Yiqilish paytida tortishish to'lqinlari yulduzning umumiy energiyasining 10% gacha olib ketishi mumkin! Bu holda tortishish nurlanishining kuchi taxminan 10 50 Vt ni tashkil qiladi. Neytron yulduzlarining birlashishi paytida undan ham ko'proq energiya chiqariladi, bu erda eng yuqori quvvat 10 52 Vt ga etadi. Radiatsiyaning ajoyib manbai qora tuynuklarning to'qnashuvi: ularning massalari neytron yulduzlari massasidan milliardlab marta oshib ketishi mumkin.

Gravitatsion to'lqinlarning yana bir manbai - kosmologik inflyatsiya. Katta portlashdan so'ng darhol koinot juda tez kengayishni boshladi va 10-34 soniyadan kamroq vaqt ichida uning diametri 10-33 sm dan makroskopik o'lchamiga ko'tarildi. Bu jarayon boshlanishidan oldin mavjud bo'lgan tortishish to'lqinlarini beqiyos darajada kuchaytirdi va ularning avlodlari bugungi kungacha saqlanib kelmoqda.

Bilvosita tasdiqlar

Gravitatsion to'lqinlar mavjudligining birinchi dalili amerikalik radioastronom Jozef Teylor va uning shogirdi Rassel Xulse ishlaridan olingan. 1974 yilda ular bir-birining orbitasida aylanib yuradigan bir juft neytron yulduzlarini (jimjit hamrohi bo'lgan radio chiqaradigan pulsar) kashf qilishdi. Pulsar o'z o'qi atrofida barqaror burchak tezligi bilan aylangan (bu har doim ham shunday emas) va shuning uchun juda aniq soat bo'lib xizmat qilgan. Bu xususiyat ikkala yulduzning massalarini o'lchash va ularning orbital harakatining xarakterini aniqlash imkonini berdi. Ma'lum bo'lishicha, bu ikkilik tizimning orbital davri (taxminan 3 soat 45 minut) yiliga 70 mks ga qisqaradi. Bu qiymat umumiy nisbiylik nazariyasi tenglamalari yechimlari bilan yaxshi mos keladi, ular gravitatsion nurlanish ta'sirida yulduz juftligi energiyasini yo'qotishini tavsiflaydi (ammo bu yulduzlarning to'qnashuvi 300 million yildan keyin tez orada sodir bo'lmaydi). 1993 yilda Teylor va Xulse ushbu kashfiyot uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi.

Gravitatsion to'lqinli antennalar

Gravitatsion to'lqinlarni eksperimental tarzda qanday aniqlash mumkin? Weber detektor sifatida uchida piezoelektrik datchiklari bo'lgan metr uzunlikdagi qattiq alyuminiy tsilindrlardan foydalangan. Ular vakuum kamerasida tashqi mexanik ta'sirlardan maksimal darajada ehtiyotkorlik bilan ajratilgan. Weber ushbu silindrlardan ikkitasini Merilend universiteti golf maydoni ostidagi bunkerga, bittasini Argonna milliy laboratoriyasiga o'rnatdi.

Tajriba g'oyasi oddiy. Kosmos tortishish to'lqinlari ta'sirida siqiladi va cho'ziladi. Buning yordamida silindr uzunlamasına yo'nalishda tebranadi, tortishish to'lqini antennasi sifatida ishlaydi va piezoelektrik kristallar tebranishlarni elektr signallariga aylantiradi. Kosmik tortishish to'lqinlarining har qanday o'tishi deyarli bir vaqtning o'zida ming kilometrga ajratilgan detektorlarga ta'sir qiladi, bu esa tortishish impulslarini turli xil shovqinlardan filtrlash imkonini beradi.

Weberning sensorlari silindrning uchlari uzunligining atigi 10-15 sm ga teng siljishini aniqlay oldi - bu holda 10-13 sm. sahifalar Jismoniy ko'rib chiqish xatlari. Ushbu natijalarni takrorlashga bo'lgan barcha urinishlar behuda bo'ldi. Veberning ma'lumotlari ham nazariyaga ziddir, bu bizga 10-18 dan yuqori nisbiy siljishlarni kutishga imkon bermaydi (va 10-20 dan kam qiymatlar ehtimoli katta). Natijalarni statistik qayta ishlashda Veber xatoga yo'l qo'ygan bo'lishi mumkin. Gravitatsion nurlanishni eksperimental ravishda aniqlashga birinchi urinish muvaffaqiyatsiz yakunlandi.

Keyinchalik gravitatsion to'lqin antennalari sezilarli darajada yaxshilandi. 1967 yilda amerikalik fizik Bill Feyrbank ularni suyuq geliyda sovutishni taklif qildi. Bu nafaqat termal shovqinning ko'p qismidan xalos bo'lish imkonini berdi, balki eng aniq ultra sezgir magnitometrlar bo'lgan SQUIDs (o'ta o'tkazuvchan kvant interferometrlari) dan foydalanish imkoniyatini ochdi. Ushbu g'oyani amalga oshirish juda ko'p texnik qiyinchiliklarga duch keldi va Feyrbankning o'zi buni ko'rish uchun yashamadi. 1980-yillarning boshlariga kelib, Stenford universiteti fiziklari 10-18 sezgirlikdagi qurilma qurdilar, ammo to'lqinlar aniqlanmadi. Hozir bir qator mamlakatlarda mutlaq noldan atigi o'ndan va yuzdan bir daraja yuqori haroratlarda ishlaydigan tortishish to'lqinlarining ultra-kriogen tebranish detektorlari mavjud. Bu, masalan, Paduada AURIGA o'rnatilishi. Uning uchun antenna alyuminiy-magniy qotishmasidan yasalgan uch metrli silindr bo'lib, diametri 60 sm va og'irligi 2,3 tonnani tashkil etadi, u 0,1 K gacha sovutilgan vakuum kamerasida (chastotasi bilan) osilgan. taxminan 1000 Gts) og'irligi 1 kg bo'lgan yordamchi rezonatorga uzatiladi, u bir xil chastotada tebranadi, lekin ancha katta amplituda. Ushbu tebranishlar o'lchash uskunalari orqali qayd etiladi va kompyuter yordamida tahlil qilinadi. AURIGA kompleksining sezgirligi taxminan 10 -20 -10 -21 ni tashkil qiladi.

Interferometrlar

Gravitatsion to'lqinlarni aniqlashning yana bir usuli yorug'lik nurlari foydasiga massiv rezonatorlardan voz kechishga asoslangan. Uni birinchi marta 1962 yilda sovet fiziklari Mixail Gerzenshteyn va Vladislav Pustovoit, ikki yildan keyin esa Veber taklif qilgan. 1970-yillarning boshlarida korporatsiya tadqiqot laboratoriyasi xodimi Hughes samolyoti Robert Forvard (Veberning sobiq aspiranti, keyinchalik juda mashhur ilmiy fantastika yozuvchisi) birinchi bunday detektorni juda yaxshi sezgirlik bilan yaratdi. Shu bilan birga, Massachusets Texnologiya Instituti (MIT) professori Rayner Vayss optik usullar yordamida tortishish to'lqinlarini qayd etish imkoniyatlarini juda chuqur nazariy tahlil qildi.

Ushbu usullar 125 yil oldin fizik Albert Mishelson yorug'lik tezligi barcha yo'nalishlarda qat'iy bir xil ekanligini isbotlagan qurilmaning analoglaridan foydalanishni o'z ichiga oladi. Ushbu o'rnatishda Mishelson interferometri, yorug'lik nuri shaffof plastinkaga uriladi va ikkita o'zaro perpendikulyar nurlarga bo'linadi, ular plastinkadan bir xil masofada joylashgan ko'zgulardan aks etadi. Keyin nurlar yana birlashadi va ekranga tushadi, bu erda interferentsiya naqshlari (yorug'lik va quyuq chiziqlar va chiziqlar) paydo bo'ladi. Agar yorug'lik tezligi uning yo'nalishiga bog'liq bo'lsa, unda butun o'rnatish aylantirilganda, bu rasm o'zgarishi kerak, agar bo'lmasa, u avvalgidek qolishi kerak;

Gravitatsion to'lqin shovqin detektori xuddi shunday ishlaydi. O'tgan to'lqin bo'shliqni deformatsiya qiladi va interferometrning har bir qo'lining uzunligini o'zgartiradi (yorug'likning ajratgichdan oynaga o'tadigan yo'li), bir qo'lni cho'zadi va ikkinchisini siqadi. Interferentsiya sxemasi o'zgaradi va buni qayd etish mumkin. Ammo bu oson emas: agar interferometrning qo'llarining uzunligida kutilgan nisbiy o'zgarish 10 -20 bo'lsa, u holda qurilmaning stol usti o'lchami (Mishelson kabi) bilan 10 amplitudali tebranishlarga olib keladi - 18 sm. Taqqoslash uchun: ko'rinadigan yorug'lik to'lqinlari 10 trillion marta uzunroq! Siz elkalarining uzunligini bir necha kilometrga oshirishingiz mumkin, ammo muammolar hali ham saqlanib qoladi. Lazer yorug'lik manbai kuchli va chastotada barqaror bo'lishi kerak, nometall mukammal tekis va mukammal aks ettiruvchi bo'lishi kerak, yorug'lik o'tadigan quvurlardagi vakuum imkon qadar chuqur bo'lishi kerak va butun tizimning mexanik barqarorligi bo'lishi kerak. haqiqatdan ham mukammal. Muxtasar qilib aytganda, tortishish to'lqinlarining shovqin detektori qimmat va katta hajmli qurilmadir.

Bugungi kunda bunday turdagi eng katta o'rnatish Amerika LIGO kompleksidir (Yorug'lik interferometri Gravitatsion to'lqinlar rasadxonasi). U ikkita rasadxonadan iborat boʻlib, ulardan biri AQShning Tinch okeani sohilida, ikkinchisi esa Meksika koʻrfazi yaqinida joylashgan. O'lchovlar to'rt kilometr uzunlikdagi qo'llar bilan uchta interferometr (ikkitasi Vashington shtatida, bittasi Luiziana shtatida) yordamida amalga oshiriladi. O'rnatish oyna yorug'lik akkumulyatorlari bilan jihozlangan, bu uning sezgirligini oshiradi. LIGO kompleksi vakili, Sirakuza universitetining fizika professori Piter Solson, Popular Mechanics nashriga bergan intervyusida 2005 yilning noyabr oyidan buyon barcha uchta interferometrimiz normal ishlamoqda. - Biz eng kuchli o'ta yangi yulduz portlashlari va neytron yulduzlar va qora tuynuklarning birlashishi paytida paydo bo'lgan o'nlab va yuzlab gerts chastotali tortishish to'lqinlarini aniqlashga urinayotgan boshqa rasadxonalar bilan doimiy ravishda ma'lumot almashamiz. Hannoverdan 25 km uzoqlikda joylashgan nemis interferometri GEO 600 (qo'l uzunligi - 600 m) hozirda ishlamoqda. 300 metrli yapon TAMA asbobi hozirda takomillashtirilmoqda. Piza yaqinidagi uch kilometrlik Virgo detektori 2007 yil boshida sa'y-harakatlarga qo'shiladi va 50 Gts dan past chastotalarda u LIGO'dan oshib ketishi mumkin bo'ladi. Ultrakriogen rezonatorli o'rnatishlar samaradorligini oshirish bilan ishlaydi, garchi ularning sezgirligi biznikidan biroz pastroq.

Istiqbollar

Gravitatsion to'lqinlarni aniqlash usullarini yaqin kelajakda nima kutmoqda? Professor Rayner Vayss Popular Mechanics nashriga bu haqda shunday dedi: “Bir necha yildan so‘ng LIGO majmuasi observatoriyalarida yanada kuchli lazerlar va yanada ilg‘or detektorlar o‘rnatiladi, bu esa sezgirlikning 15 barobar oshishiga olib keladi. Endi u 10 -21 (100 Gts chastotalarda) va modernizatsiyadan keyin u 10 -22 dan oshadi. Yangilangan “Advanced LIGO” kompleksi koinotga kirish chuqurligini 15 barobar oshiradi. Bu loyihada gravitatsion to‘lqinlarni o‘rganish bo‘yicha kashshoflardan biri, Moskva davlat universiteti professori Vladimir Braginskiy faol ishtirok etmoqda.

LISA kosmik interferometrini ishga tushirish keyingi o'n yillikning o'rtalarida rejalashtirilgan ( Lazerli interferometr kosmik antenna) uzunligi 5 million kilometr bo'lgan bu NASA va Yevropa kosmik agentligining qo'shma loyihasidir. Ushbu rasadxonaning sezgirligi yerga asoslangan asboblar imkoniyatlaridan yuzlab marta yuqori bo'ladi. U, birinchi navbatda, atmosfera va seysmik shovqinlar tufayli Yer yuzasida aniqlanmaydigan past chastotali (10 -4 -10 -1 Gts) tortishish to'lqinlarini qidirish uchun mo'ljallangan. Bunday to'lqinlar Kosmosning odatiy aholisi bo'lgan qo'sh yulduz tizimlari tomonidan chiqariladi. LISA shuningdek, oddiy yulduzlar qora tuynuklar tomonidan iste'mol qilinganda hosil bo'ladigan tortishish to'lqinlarini ham aniqlay oladi. Ammo Katta portlashdan keyingi dastlabki daqiqalarda materiya holati to'g'risida ma'lumot olib yuradigan relikt tortishish to'lqinlarini aniqlash uchun yanada rivojlangan kosmik asboblar talab qilinadi. Bunday o'rnatish Katta portlash kuzatuvchisi, hozirda muhokama qilinmoqda, ammo 30-40 yildan ko'ra ertaroq yaratilishi va ishga tushirilishi dargumon.

Valentin Nikolaevich Rudenko o'zining Kascina shahriga (Italiya) tashrifi haqida hikoya qiladi, u erda bir hafta o'sha paytda yangi qurilgan "gravitatsion antenna" - Mishelson optik interferometrida o'tkazdi. Belgilangan manzilga ketayotib, taksi haydovchisi o'rnatish nima uchun qurilganini so'raydi. "Bu erda odamlar buni Xudo bilan gaplashish uchun deb o'ylashadi", deb tan oladi haydovchi.

- Gravitatsion to'lqinlar nima?

- Gravitatsion to'lqin "astrofizik ma'lumot tashuvchilardan" biridir. Astrofizik ma'lumotlarning ko'rinadigan kanallari mavjud teleskoplar "uzoqdan ko'rish" da alohida rol o'ynaydi; Astronomlar past chastotali kanallarni - mikroto'lqinli va infraqizil, yuqori chastotali kanallarni - rentgen va gamma-ni ham o'zlashtirdilar. Elektromagnit nurlanishdan tashqari, biz Kosmosdan zarrachalar oqimini aniqlay olamiz. Shu maqsadda neytrino teleskoplar - kosmik neytrinolarning katta o'lchamli detektorlari - materiya bilan zaif o'zaro ta'sir qiluvchi va shuning uchun ro'yxatga olish qiyin bo'lgan zarralar qo'llaniladi. "Astrofizik ma'lumot tashuvchilar"ning deyarli barcha nazariy jihatdan bashorat qilingan va laboratoriya tomonidan o'rganilgan turlari amalda ishonchli tarzda o'zlashtirildi. Istisno gravitatsiya edi - mikrokosmosdagi eng zaif o'zaro ta'sir va makrokosmosdagi eng kuchli kuch.

Gravitatsiya - bu geometriya. Gravitatsion to'lqinlar geometrik to'lqinlar, ya'ni bu fazodan o'tganda fazoning geometrik xususiyatlarini o'zgartiradigan to'lqinlardir. Taxminan aytganda, bu makonni deformatsiya qiladigan to'lqinlar. Deformatsiya - bu ikki nuqta orasidagi masofaning nisbiy o'zgarishi. Gravitatsion nurlanish boshqa barcha turdagi nurlanishlardan aniq geometrik ekanligi bilan farq qiladi.

- Eynshteyn tortishish to'lqinlarini bashorat qilganmi?

Rasmiy ravishda, tortishish to'lqinlari Eynshteyn tomonidan o'zining umumiy nisbiylik nazariyasining natijalaridan biri sifatida bashorat qilingan deb ishoniladi, lekin aslida ularning mavjudligi maxsus nisbiylik nazariyasida allaqachon ayon bo'ladi.

Nisbiylik nazariyasi tortishish kuchi tufayli tortishish qulashi, ya'ni ob'ektning qulashi natijasida, qo'pol qilib aytganda, bir nuqtaga qisqarishi mumkinligini ko'rsatadi. Keyin tortishish shunchalik kuchliki, yorug'lik hatto undan qochib qutula olmaydi, shuning uchun bunday ob'ekt majoziy ma'noda qora tuynuk deb ataladi.

– Gravitatsion o‘zaro ta’sirning o‘ziga xos xususiyati nimada?

Gravitatsion o'zaro ta'sirning o'ziga xos xususiyati ekvivalentlik printsipidir. Unga ko'ra, gravitatsiyaviy maydondagi sinov jismining dinamik javobi bu jismning massasiga bog'liq emas. Oddiy qilib aytganda, barcha jismlar bir xil tezlanish bilan tushadi.

Gravitatsion o'zaro ta'sir bugungi kunda biz biladigan eng zaifdir.

- Gravitatsion to'lqinni birinchi bo'lib ushlashga kim harakat qilgan?

- Gravitatsion to'lqin tajribasini birinchi marta Merilend universiteti (AQSh) Jozef Veber o'tkazgan. U tortishish detektorini yaratdi, u hozir Vashingtondagi Smitson muzeyida saqlanadi. 1968-1972 yillarda Jo Veber "tasodif" holatlarini ajratib olishga urinib, fazoviy ravishda ajratilgan bir juft detektorda bir qator kuzatuvlar o'tkazdi. Tasodifan texnikasi yadro fizikasidan olingan. Veber tomonidan olingan tortishish signallarining past statistik ahamiyati tajriba natijalariga tanqidiy munosabatni keltirib chiqardi: tortishish to'lqinlari aniqlanganiga ishonch yo'q edi. Keyinchalik olimlar Weber tipidagi detektorlarning sezgirligini oshirishga harakat qilishdi. Sezuvchanligi astrofizik prognozga mos keladigan detektorni yaratish uchun 45 yil kerak bo'ldi.

Tajribaning boshlanishida, bu davrda impulslar qayd etilishidan oldin ko'plab boshqa tajribalar o'tkazildi, ammo ularning intensivligi juda past edi;

- Nega signalni aniqlash darhol e'lon qilinmadi?

- Gravitatsion to'lqinlar 2015 yil sentyabr oyida qayd etilgan. Ammo tasodif qayd etilgan bo'lsa ham, buni e'lon qilishdan oldin, bu tasodifiy emasligini isbotlash kerak. Har qanday antennadan olingan signal har doim shovqin portlashlarini (qisqa muddatli portlashlar) o'z ichiga oladi va ulardan biri tasodifan boshqa antennadagi shovqin portlashi bilan bir vaqtda sodir bo'lishi mumkin. Tasodif tasodifiy emasligini faqat statistik hisob-kitoblar yordamida isbotlash mumkin.

- Nega tortishish to'lqinlari sohasidagi kashfiyotlar shunchalik muhim?

– Relikt gravitatsion fonni qayd etish va uning zichlik, harorat va boshqalar kabi xususiyatlarini o‘lchash qobiliyati koinotning boshlanishiga yaqinlashish imkonini beradi.

Qizig'i shundaki, tortishish nurlanishini aniqlash qiyin, chunki u materiya bilan juda zaif ta'sir qiladi. Ammo, xuddi shu xususiyat tufayli, u bizdan eng uzoqda joylashgan ob'ektlardan eng sirli, materiya, xususiyatlar nuqtai nazaridan so'rilmaydi.

Gravitatsion nurlanish buzilishsiz o'tadi, deb aytishimiz mumkin. Eng ulug'vor maqsad - koinotning yaratilishida yaratilgan Katta portlash nazariyasida dastlabki materiyadan ajratilgan tortishish nurlanishini o'rganishdir.

– Gravitatsion to‘lqinlarning kashf etilishi kvant nazariyasini inkor etadimi?

Gravitatsiya nazariyasi gravitatsion qulashning mavjudligini, ya'ni massiv jismlarning bir nuqtaga qisqarishini nazarda tutadi. Shu bilan birga, Kopengagen maktabi tomonidan ishlab chiqilgan kvant nazariyasi noaniqlik printsipi tufayli tananing koordinatasi, tezligi va impulsi kabi parametrlarni bir vaqtning o'zida aniq ko'rsatish mumkin emasligini ko'rsatadi. Bu erda noaniqlik printsipi mavjud, chunki aniq traektoriyani aniqlash mumkin emas, chunki traektoriya ham koordinata, ham tezlik va hokazo. Faqat bog'liq bo'lgan ma'lum bir shartli ishonch koridorini aniqlash mumkin; noaniqlik tamoyillari bilan. Kvant nazariyasi nuqtali ob'ektlarning paydo bo'lish imkoniyatini qat'iyan inkor etadi, lekin ularni statistik ehtimollik bilan tavsiflaydi: u koordinatalarni aniq ko'rsatmaydi, balki uning ma'lum koordinatalariga ega bo'lish ehtimolini ko'rsatadi.

Kvant nazariyasi va tortishish nazariyasini birlashtirish masalasi yagona maydon nazariyasini yaratishning asosiy masalalaridan biridir.

Ular hozirda u ustida ishlashda davom etmoqdalar va "kvant tortishish kuchi" so'zlari fanning mutlaqo rivojlangan sohasini, bilim va jaholat chegarasini anglatadi, bu erda dunyodagi barcha nazariyotchilar ishlamoqda.

– Bu kashfiyot kelajakda nima olib kelishi mumkin?

Gravitatsion to'lqinlar muqarrar ravishda bizning bilimimizning tarkibiy qismlaridan biri sifatida zamonaviy ilm-fanning asosini tashkil qilishi kerak. Ular koinot evolyutsiyasida muhim rol o'ynaydi va bu to'lqinlar yordamida koinotni o'rganish kerak. Kashfiyot fan va madaniyatning umumiy rivojlanishiga yordam beradi.

Agar siz bugungi fan doirasidan tashqariga chiqishga qaror qilsangiz, u holda gravitatsion telekommunikatsiya liniyalarini, tortishish nurlanishidan foydalanadigan reaktiv qurilmalarni, tortishish-to'lqinli introskopiya asboblarini tasavvur qilish joizdir.

– Gravitatsion to‘lqinlarning ekstrasensor idrok va telepatiya bilan aloqasi bormi?

Yo'q. Ta'riflangan effektlar kvant dunyosining ta'siri, optikaning ta'siri.

Anna Utkina bilan suhbatlashdi

Kecha dunyoni bir sensatsiya hayratda qoldirdi: olimlar nihoyat gravitatsion to'lqinlarni kashf qilishdi, ularning mavjudligini Eynshteyn yuz yil oldin bashorat qilgan edi. Bu yutuq. Fazo-vaqtning buzilishi (bular tortishish to'lqinlari - endi nima ekanligini tushuntiramiz) LIGO rasadxonasida topilgan va uning asoschilaridan biri - kim deb o'ylaysiz? - Kip Torn, kitob muallifi.

Biz sizga gravitatsion to'lqinlarning kashf etilishi nima uchun bu qadar muhimligini, Mark Tsukerberg aytganlarini aytib beramiz va, albatta, birinchi shaxsning hikoyasi bilan o'rtoqlashamiz. Kip Torn, boshqa hech kim kabi, loyiha qanday ishlashini, uni nimadan g'ayrioddiy qilishini va LIGOning insoniyat uchun qanday ahamiyati borligini biladi. Ha, ha, hamma narsa juda jiddiy.

Gravitatsion to'lqinlarning kashfiyoti

Ilm olami 2016-yil 11-fevral sanasini abadiy eslab qoladi. Shu kuni LIGO loyihasi ishtirokchilari eʼlon qilishdi: shunchalik behuda urinishlardan soʻng gravitatsion toʻlqinlar topilgan. Bu haqiqat. Darhaqiqat, ular biroz oldinroq kashf etilgan: 2015 yil sentyabr oyida, lekin kecha kashfiyot rasman tan olingan. Olimlar fizika bo‘yicha Nobel mukofotini albatta olishiga ishonadi The Guardian.

Gravitatsion to'lqinlarning sababi - Yerdan milliard yorug'lik yili sodir bo'lgan ikkita qora tuynukning to'qnashuvi. Bizning koinotimiz qanchalik ulkan ekanligini tasavvur qila olasizmi! Qora tuynuklar juda massiv jismlar bo'lganligi sababli, ular fazo-vaqt bo'ylab to'lqinlar yuborib, uni biroz buzadi. Shunday qilib, suvga tashlangan toshdan tarqaladiganlarga o'xshash to'lqinlar paydo bo'ladi.

Yerga, masalan, qurt teshigidan keladigan tortishish to'lqinlarini shunday tasavvur qilishingiz mumkin. “Yulduzlararo. Sahna ortidagi fan"

Olingan tebranishlar tovushga aylantirildi. Qizig'i shundaki, tortishish to'lqinlaridan signal bizning nutqimiz bilan taxminan bir xil chastotada keladi. Shunday qilib, biz qora tuynuklarning qanday to'qnashuvini o'z quloqlarimiz bilan eshitishimiz mumkin. Gravitatsion to'lqinlar qanday tovushga o'xshashligini tinglang.

Va taxmin qiling, nima? Yaqinda qora tuynuklar ilgari o'ylangandek tuzilgan emas. Ammo ularning printsipial jihatdan mavjudligi haqida hech qanday dalil yo'q edi. Va endi bor. Qora tuynuklar haqiqatan ham koinotda "yashaydi".

Olimlarning fikricha, falokat shunday ko'rinadi - qora tuynuklarning birlashishi.

11-fevral kuni 15 mamlakatdan mingdan ortiq olimlarni jamlagan ulkan anjuman bo‘lib o‘tdi. Rossiya olimlari ham qatnashdilar. Va, albatta, Kip Torn ham bor edi. “Ushbu kashfiyot odamlar uchun hayratlanarli, ajoyib izlanishning boshlanishi: olamning egri tomonini izlash va o'rganish - buzilgan fazo-vaqtdan yaratilgan narsalar va hodisalar. Qora tuynuklar to‘qnashuvi va gravitatsion to‘lqinlar bizning birinchi ajoyib misollarimizdir”, dedi Kip Torn.

Gravitatsion to'lqinlarni izlash fizikaning asosiy muammolaridan biri bo'lib kelgan. Endi ular topildi. Va Eynshteynning dahosi yana tasdiqlandi.

Oktyabr oyida biz rossiyalik astrofizik, fanni mashhur ommalashtiruvchi Sergey Popov bilan suhbatlashdik. U suvga qaraganga o'xshardi! Kuzda: "Menimcha, biz yangi kashfiyotlar ostonasida turibmiz, bu birinchi navbatda LIGO va VIRGO tortishish to'lqinlari detektorlari ishi bilan bog'liq (Kip Torn LIGO loyihasini yaratishga katta hissa qo'shgan) ”. Ajoyib, to'g'rimi?

Gravitatsion to'lqinlar, to'lqin detektorlari va LIGO

Xo'sh, endi bir oz fizika uchun. Gravitatsion to'lqinlar nima ekanligini tushunishni istaganlar uchun. Bu yerda ikki qora tuynukning bir-birini aylanib, soat miliga teskari yo‘nalishda aylanib, so‘ngra to‘qnashayotgan tendens chiziqlarining badiiy tasviri. Tendeks chiziqlari suv oqimining tortishish kuchini hosil qiladi. Davom etishga ruxsat. Bir juft qora tuynuk yuzalarida bir-biridan eng uzoqda joylashgan ikkita nuqtadan chiqadigan chiziqlar o'z yo'lidagi hamma narsani, shu jumladan rasmdagi rassomning do'stini ham cho'zadi. To'qnashuv maydonidan chiqadigan chiziqlar hamma narsani siqib chiqaradi.

Teshiklar bir-birining atrofida aylanayotganda, ular maysazorda aylanadigan purkagichdan suv oqimlariga o'xshash tendents chiziqlari bo'ylab olib boradilar. “Yulduzlararo” kitobidan olingan suratda. Sahna ortidagi fan" - bir-birining atrofida soat miliga teskari yo'nalishda aylanadigan to'qnashadigan bir juft qora tuynuklar va ularning tendentsiyalari.

Qora tuynuklar bitta katta tuynukga birlashadi; u deformatsiyalanadi va soat sohasi farqli ravishda aylanadi, u bilan tendentsiya chiziqlarini tortadi. Teshikdan uzoqda joylashgan statsionar kuzatuvchi tebranishlarni his qiladi, uning ichidan tendents chiziqlari o'tadi: cho'ziladi, keyin siqiladi, keyin cho'ziladi - tendents chiziqlari tortishish to'lqiniga aylandi. To'lqinlar tarqalishi bilan qora tuynukning deformatsiyasi asta-sekin kamayadi va to'lqinlar ham zaiflashadi.

Ushbu to'lqinlar Yerga etib kelganida, ular quyidagi rasmning yuqori qismida ko'rsatilgandek ko'rinadi. Ular bir yo'nalishda cho'zilib, ikkinchisida siqiladi. To'lqinlar rasmning pastki qismidagi detektordan o'tayotganda kengaytmalar va qisqarishlar o'zgarib turadi (qizildan o'ngdan chapga, ko'k o'ngdan chapga, qizil o'ngdan chapga va hokazo).

LIGO detektori orqali o'tadigan tortishish to'lqinlari.

Detektor to'rtta katta oynadan (diametri 40 kilogramm, 34 santimetr) iborat bo'lib, ular detektor qo'llari deb ataladigan ikkita perpendikulyar trubaning uchiga biriktirilgan. Gravitatsion to'lqinlarning tendex chiziqlari bir qo'lni cho'zadi, ikkinchisini siqib chiqaradi, keyin esa, aksincha, birinchisini siqib, ikkinchisini cho'zadi. Va yana va yana shunday. Qo'llarning uzunligi davriy ravishda o'zgarganda, ko'zgular bir-biriga nisbatan harakatlanadi va bu harakatlar interferometriya deb ataladigan usulda lazer nurlari yordamida kuzatiladi. Shuning uchun LIGO nomi: Lazerli interferometr Gravitatsion to'lqinlar observatoriyasi.

LIGO boshqaruv markazi, u yerdan detektorga buyruqlar yuboradi va qabul qilingan signallarni nazorat qiladi. LIGO ning tortishish detektorlari Xanford, Vashington va Livingston, Luiziana shaharlarida joylashgan. “Yulduzlararo. Sahna ortidagi fan"

Endi LIGO turli mamlakatlardan kelgan 900 nafar olimlarni qamrab olgan xalqaro loyiha boʻlib, uning bosh qarorgohi Kaliforniya texnologiya institutida joylashgan.

Koinotning egri tomoni

Qora tuynuklar, chuvalchanglar, singularliklar, tortishish anomaliyalari va yuqori tartibli o'lchamlar fazo va vaqtning egriliklari bilan bog'liq. Shuning uchun ham Kip Torn ularni “koinotning qiyshiq tomoni” deb ataydi. Insoniyat hali ham koinotning egri tomonidan juda kam eksperimental va kuzatuv ma'lumotlariga ega. Shuning uchun biz tortishish to'lqinlariga juda katta e'tibor beramiz: ular egri bo'shliqdan iborat bo'lib, egri tomonni o'rganishimiz uchun eng qulay usulni ta'minlaydi.

Tasavvur qiling, agar siz okeanni faqat tinch bo'lganda ko'rgan bo'lsangiz. Siz oqimlar, girdoblar va bo'ron to'lqinlari haqida bilmas edingiz. Bu makon va vaqtning egriligi haqidagi hozirgi bilimimizni eslatadi.

Biz egri fazo va egri vaqt “bo‘ronda” o‘zini qanday tutishi – fazoning shakli shiddatli tarzda o‘zgarganda va vaqt tezligi o‘zgarganda deyarli hech narsa bilmaymiz. Bu aql bovar qilmaydigan jozibali bilim chegarasi. Olim Jon Uiler bu o'zgarishlar uchun "geometrodinamika" atamasini kiritdi.

Geometrodinamika sohasida ikkita qora tuynukning to'qnashuvi alohida qiziqish uyg'otadi.

Ikki aylanmaydigan qora tuynuklarning to'qnashuvi. “Yulduzlararo. Sahna ortidagi fan"

Yuqoridagi rasmda ikkita qora tuynukning to'qnashuvi ko'rsatilgan. Aynan shunday hodisa olimlarga tortishish to'lqinlarini qayd etish imkonini berdi. Ushbu model aylanmaydigan qora tuynuklar uchun qurilgan. Yuqori: bizning koinotimizdan ko'rinib turganidek, teshiklarning orbitalari va soyalari. O'rta: ko'p o'lchovli giperfazodan ko'rinib turganidek, egri fazo va vaqt; Oklar kosmosning harakatda qanday ishtirok etishini va o'zgaruvchan ranglar vaqtning qanday egilganligini ko'rsatadi. Pastki: Chiqarilgan tortishish to'lqinlarining shakli.

Katta portlashdan gravitatsion to'lqinlar

Kip Tornga. “1975 yilda rossiyalik yaxshi do‘stim Leonid Grischuk shov-shuvli bayonot bilan chiqdi. Uning so'zlariga ko'ra, Katta portlash paytida ko'plab tortishish to'lqinlari paydo bo'lgan va ularning kelib chiqish mexanizmi (ilgari noma'lum) quyidagicha edi: kvant tebranishlari. (tasodifiy tebranishlar - muharrir eslatmasi) Katta portlash paytida tortishish maydonlari koinotning dastlabki kengayishi bilan sezilarli darajada kuchaydi va shu tariqa asl tortishish to'lqinlariga aylandi. Agar bu to'lqinlar aniqlansa, bizning koinotimiz tug'ilishida nima sodir bo'lganini aytib berishi mumkin."

Agar olimlar birlamchi tortishish to'lqinlarini topsalar, biz koinot qanday boshlanganini bilib olamiz.

Odamlar koinotning barcha sirlarini hal qilishdi. Oldinda yana ko'p narsalar bor.

Keyingi yillarda, Katta portlash haqidagi tushunchamiz yaxshilangani sari, bu ibtidoiy to'lqinlar ko'rinadigan olam o'lchamiga mos keladigan to'lqin uzunliklarida, ya'ni milliardlab yorug'lik yili uzunliklarida kuchli bo'lishi kerakligi ayon bo'ldi. Bu qancha ekanligini tasavvur qila olasizmi?.. Va LIGO detektorlari qamrab oladigan to'lqin uzunliklarida (yuzlab va minglab kilometrlar) to'lqinlar tanib bo'lmaydigan darajada zaif bo'lishi mumkin.

Jeymi Bok jamoasi BICEP2 apparatini qurdi, uning yordamida asl tortishish to‘lqinlarining izi topildi. Shimoliy qutbda joylashgan qurilma bu erda yiliga ikki marta sodir bo'ladigan alacakaranlık paytida ko'rsatiladi.

BICEP2 qurilmasi. Interstellar kitobidan olingan surat. Sahna ortidagi fan"

U qurilmani atrofdagi muz qoplamining nurlanishidan himoya qiluvchi qalqonlar bilan o'ralgan. Yuqori o'ng burchakda kosmik mikroto'lqinli fon nurlanishida aniqlangan iz - qutblanish naqshlari mavjud. Elektr maydon chiziqlari qisqa yorug'lik zarbalari bo'ylab yo'naltiriladi.

Koinotning boshlanishining izi

90-yillarning boshlarida kosmologlar milliardlab yorug'lik yili bo'lgan bu tortishish to'lqinlari koinotni to'ldiradigan elektromagnit to'lqinlarda - kosmik mikroto'lqinli fon yoki kosmik mikroto'lqinli fon nurlanishida noyob iz qoldirgan bo'lishi kerakligini tushunishdi. Bu Muqaddas Grailni qidirishni boshladi. Axir, agar biz ushbu izni aniqlasak va undan asl tortishish to'lqinlarining xususiyatlarini aniqlasak, biz Olam qanday paydo bo'lganini bilib olamiz.

2014-yil mart oyida Kip Torn ushbu kitobni yozayotganda, Kaltekdagi kosmolog Jeymi Bokning jamoasi, ofisi Tornga qo‘shni bo‘lib, nihoyat kosmik mikroto‘lqinli fon nurlanishida bu izni topdi.

Bu mutlaqo hayratlanarli kashfiyot, lekin bir munozarali nuqta bor: Jeymi jamoasi tomonidan topilgan iz gravitatsion to‘lqinlardan boshqa narsa sabab bo‘lishi mumkin edi.

Agar Katta portlash paytida paydo bo'lgan tortishish to'lqinlarining izi haqiqatan ham topilsa, bu kosmologik kashfiyot, ehtimol, har yarim asrda bir marta sodir bo'ladigan darajada sodir bo'lganligini anglatadi. Bu sizga koinot tug'ilgandan keyin trillion trilliondan bir trillion soniyada sodir bo'lgan voqealarga tegish imkoniyatini beradi.

Ushbu kashfiyot o'sha paytda koinotning kengayishi juda tez, kosmologlarning jargonida - inflyatsiya tezligi haqidagi nazariyalarni tasdiqlaydi. Va kosmologiyada yangi davr boshlanishidan xabar beradi.

Gravitatsion to'lqinlar va yulduzlararo

Kecha tortishish to'lqinlarining kashfiyoti bo'yicha konferentsiyada Moskva davlat universitetining 8 olimi bo'lgan Moskva LIGO olimlar hamkorligi rahbari Valeriy Mitrofanov "Yulduzlararo" filmining syujeti fantastik bo'lsa ham, unchalik emasligini ta'kidladi. haqiqatdan uzoqda. Va hammasi Kip Torn ilmiy maslahatchi bo'lgani uchun. Tornning o'zi kelajakda qora tuynukga boshqariladigan parvozlarga ishonishiga umid bildirdi. Ular biz xohlagandek tez sodir bo'lmasligi mumkin, ammo bugungi kunda bu avvalgidan ko'ra haqiqiyroq.

Odamlar bizning galaktikamiz chegaralarini tark etadigan kun unchalik uzoq emas.

Bu voqea millionlab odamlarning ongini hayratda qoldirdi. Mashhur Mark Tsukerberg shunday deb yozgan edi: “Gravitatsion to‘lqinlarning kashf etilishi zamonaviy fandagi eng katta kashfiyotdir. Albert Eynshteyn mening qahramonlarimdan biri, shuning uchun men kashfiyotni shaxsan qabul qildim. Bir asr oldin, umumiy nisbiylik nazariyasi (GTR) doirasida u tortishish to'lqinlarining mavjudligini bashorat qilgan. Ammo ularni aniqlash uchun shunchalik kichikki, ularni Katta portlash, yulduz portlashlari va qora tuynuklar to'qnashuvi kabi hodisalarning kelib chiqishida izlashga kirishdi. Olimlar olingan ma'lumotlarni tahlil qilganda, bizning oldimizda kosmosning mutlaqo yangi ko'rinishi ochiladi. Va, ehtimol, bu koinotning paydo bo'lishi, qora tuynuklarning paydo bo'lishi va rivojlanishiga oydinlik kiritadi. Koinotning bu sirini ochish uchun qancha hayot va kuch sarflangani haqida o'ylash juda ilhomlantiradi. Bu yutuq ajoyib olimlar va muhandislar, turli millat vakillarining iste'dodi, shuningdek, yaqinda paydo bo'lgan eng yangi kompyuter texnologiyalari tufayli amalga oshirildi. Barcha ishtirokchilarni tabriklaymiz. Eynshteyn siz bilan faxrlanadi."

Bu nutq. Va bu shunchaki fanga qiziqqan odam. Bu kashfiyotga hissa qo‘shgan olimlarni qanday his-tuyg‘ular bo‘roni bosib ketganini tasavvur qilish mumkin. Yangi davr guvohi bo‘ldik shekilli, do‘stlar. Bu ajoyib.

P.S.: Sizga yoqdimi? Bizning yangiliklar byulletenimizga obuna bo'ling. Biz haftada bir marta ma'rifiy xatlar yuboramiz va MYTH kitoblariga chegirmalar beramiz.