Apa yang dimaksud dengan gelombang gravitasi?

Tanggal resmi pembukaan (deteksi) dari gelombang gravitasi dianggap 11 Februari 2016. Hal ini kemudian diadakan di Washington pada konferensi pers, para pemimpin kolaborasi LIGO, diumumkan bahwa tim peneliti berhasil untuk pertama kalinya dalam sejarah umat manusia untuk memperbaiki fenomena ini.

Nubuat Einstein besar

Fakta bahwa gelombang gravitasi ada, bahkan pada awal abad terakhir (1916) menyarankan Albert Einstein dirumuskan dalam kerangka Relativitas Umum (GR). Kita hanya bisa mengagumi kemampuan cerdik fisikawan terkenal, yang mampu membuat seperti kesimpulan yang luas dengan minimal data aktual. Di antara banyak fenomena fisik lainnya memperkirakan bahwa menemukan konfirmasi di abad berikutnya (memperlambat perjalanan waktu, perubahan radiasi elektromagnetik ke arah medan gravitasi, dll) Hampir mendeteksi keberadaan jenis interaksi gelombang tubuh, sampai saat ini hal itu tidak mungkin.

Gravity - ilusi?

Umumnya, dalam terang teori relativitas gravitasi hampir kekuatan. Hal ini merupakan konsekuensi dari gangguan atau kelengkungan ruang-waktu. Sebuah contoh yang baik untuk menggambarkan postulat ini dapat membentang sepotong kain. Di bawah berat ditempatkan pada permukaan benda massal terbentuk reses. benda-benda lain dalam gerakan dekat anomali ini akan mengubah lintasan gerakan mereka, karena yang "menarik". Dan semakin besar berat benda (lagi diameter dan kelengkungan kedalaman), semakin besar "gaya tarik-menarik." Ketika bergerak lebih kain, Anda dapat menonton munculnya divergen "riak".

Hal serupa terjadi di ruang dunia. Setiap materi padat bergerak cepat adalah sumber dari fluktuasi kepadatan ruang dan waktu. Gelombang gravitasi dengan amplitudo yang signifikan, tubuh terbentuk dengan massa sangat besar atau saat berkendara dengan percepatan besar.

spesifikasi fisik

Fluktuasi dalam ruang-waktu metrik menampakkan diri sebagai perubahan dalam medan gravitasi. Fenomena ini juga disebut riak ruang-waktu. gelombang gravitasi mempengaruhi tubuh dan benda yang dihadapi, meremas dan peregangan mereka. Jumlah regangan sangat kecil - dari urutan 10 ^-21 dari ukuran aslinya. Seluruh kesulitan deteksi dari fenomena ini adalah bahwa peneliti harus belajar bagaimana mengukur dan mencatat perubahan ini menggunakan peralatan yang sesuai. Kekuatan radiasi gravitasi juga sangat rendah - untuk seluruh tata surya, itu adalah beberapa kilowatt.

Kecepatan propagasi gelombang gravitasi sedikit tergantung pada sifat dari media melakukan. Amplitudo osilasi dengan jarak dari sumber berkurang secara bertahap tetapi tidak pernah mencapai nol. Frekuensi terletak pada kisaran dari beberapa puluhan hingga ratusan hertz. Kecepatan gelombang gravitasi di medium antarbintang mendekati kecepatan cahaya.

bukti

Untuk pertama kalinya konfirmasi teoritis keberadaan gelombang gravitasi berhasil mendapatkan astronom Amerika Joseph Taylor dan Russell Hulse asistennya pada tahun 1974. Mempelajari Universe melalui teleskop Observatorium Arecibo (Puerto Rico), peneliti menemukan pulsar PSR B1913 + 16 mewakili sistem biner bintang neutron yang berputar di sekitar pusat massanya dengan kecepatan sudut konstan (kasus yang jarang terjadi). Setiap masa pengobatan tahun adalah 3,75 jam awalnya, dikurangi menjadi 70 ms. nilai ini konsisten dengan kesimpulan dari persamaan GTR yang memprediksi peningkatan kecepatan rotasi sistem ini karena konsumsi energi untuk generasi gelombang gravitasi. Kemudian lebih ganda pulsar dan katai putih dengan perilaku serupa ditemukan. Radio astronomi D. Taylor dan R. Hulse Hadiah Nobel dalam Fisika untuk penemuan kemungkinan baru mempelajari medan gravitasi dianugerahi tahun 1993.

Mencuri gelombang gravitasi

Pernyataan pertama mendeteksi gelombang gravitasi yang diterima dari University of Maryland ilmuwan Dzhozefa Vebera (USA) pada tahun 1969. Untuk tujuan ini ia menggunakan dua antena gravitasi desain mereka sendiri, dipisahkan oleh jarak dua kilometer. Detektor resonansi adalah getaran-terisolasi piece silinder-kaki baik dari aluminium, dilengkapi dengan transduser piezoelektrik sensitif. Amplitudo fluktuasi Weber diduga tetap terbukti lebih dari satu juta kali lebih tinggi dari yang diharapkan. Upaya oleh peneliti lain menggunakan peralatan yang sama untuk mengulang "keberhasilan" dari fisikawan Amerika hasil positif belum menghasilkan. Setelah beberapa tahun bekerja Weber di daerah ini telah diakui bangkrut, tetapi memberi dorongan untuk pengembangan "booming gravitasi" untuk memanggil di daerah ini studi dari banyak ahli. By the way, Dzhozef Veber sampai kematiannya yakin untuk mengambil gelombang gravitasi.

Meningkatkan penerimaan peralatan

Dalam ilmuwan 70-an Bill Feyrbank (AS) telah mengembangkan desain antena gelombang gravitasi, didinginkan dengan helium cair, dengan penggunaan cumi-cumi - magnetometer supersensitif. Yang ada pada saat itu teknologi ini tidak diizinkan untuk melihat penemu produk Anda, diwujudkan dalam "metal".

Menurut prinsip ini dibuat Auriga detektor gravitasi di lenyarskoy National Laboratory (Padova, Italia). Dasar struktur aluminium-magnesium silinder dan panjang 3 meter dan diameter 0,6 m. Unit penerima berat 2,3 ton ditangguhkan dalam terisolasi, didinginkan sampai ruang nol vakum dekat mutlak. Untuk fiksasi dan goyang mendeteksi resonator kilogram tambahan dan sistem pengukuran berdasarkan komputer. sensitivitas menyatakan peralatan 10 ^-20.

interferometer

Dasar dari fungsi interferometric detektor gelombang gravitasi dimasukkan prinsip yang sama yang digunakan pada interferometer Michelson. Dipancarkan oleh sumber sinar laser dibagi menjadi dua aliran. Setelah beberapa refleksi dan perjalanan pada arus bahu perangkat dibawa bersama-sama lagi, dan final gambar gangguan hakim terpengaruh jika jalannya sinar setiap gangguan (misalnya, gelombang gravitasi). peralatan tersebut dibuat di banyak negara:

• GEO 600 (Hannover, Jerman). Panjang terowongan vakum 600 meter.
• TAMA (Jepang) dengan bahu pada 300 m.
• VIRGO (Pisa, Italia) - bersama proyek Franco-Italia, diluncurkan pada tahun 2007 dengan tiga kilometer terowongan panjang.
• LIGO (Amerika Serikat, Pantai Pasifik), memimpin perburuan gelombang gravitasi pada tahun 2002.

Terakhir layak dipertimbangkan secara lebih rinci.

LIGO Lanjutan

Proyek ini diprakarsai oleh para ilmuwan di Massachusetts dan California Institute of Technology. Termasuk dua observatorium dipisahkan oleh 3 ribu. Km, Louisiana dan Washington (Kota Livingston dan Hanford) dengan tiga interferometer identik. Panjang terowongan vakum tegak lurus adalah 4 ribu. Meter. Ini adalah yang terbesar sampai saat struktur serupa yang ada. Hingga 2011, banyak upaya untuk mendeteksi gelombang gravitasi belum membuahkan hasil apapun. Sebuah upgrade besar (Advanced LIGO) meningkatkan sensitivitas peralatan di kisaran 300-500 Hz lebih dari lima kali, dan di wilayah frekuensi rendah (hingga 60 Hz) hampir urutan besarnya, mencapai nilai seperti didambakan 10 ^-21. Proyek ini diperbarui dimulai pada bulan September 2015, dan upaya lebih dari seribu karyawan kolaborasi telah dihargai dengan hasil.

gelombang gravitasi ditemukan

September 14, 2015 maju detektor LIGO di 7 ms Interval tercatat turun ke gelombang gravitasi planet kita dari peristiwa terbesar yang terjadi di pinggiran alam semesta teramati - penggabungan dua lubang hitam besar dengan massa 29 dan 36 kali lebih besar dari massa matahari. Selama persidangan, yang berlangsung lebih dari 1,3 Ga lalu, dalam hitungan detik radiasi gelombang gravitasi itu menghabiskan waktu sekitar tiga massa matahari materi. Awal frekuensi tetap gelombang gravitasi pada 35 Hz, dan nilai puncak maksimum tingkat dicapai dalam 250 Hz.

Hasil yang diperoleh berulang kali mengalami pengujian dan perawatan yang komprehensif, hati-hati memotong interpretasi alternatif dari data. Akhirnya, pada tanggal 11 Februari tahun lalu pada deteksi langsung dari fenomena yang diramalkan oleh Einstein, diumumkan kepada masyarakat dunia.

Bahkan menggambarkan sebuah karya titanic peneliti: amplitudo lengan osilasi dari ukuran 10 ^-19 m - nilai ini sebanyak lebih kecil dari diameter atom, berapa banyak ia memiliki kurang oranye.

prospek masa depan

Penemuan ini sekali lagi menegaskan bahwa teori relativitas umum - bukan hanya satu set formula abstrak, dan tampilan yang sama sekali baru di esensi dari gelombang gravitasi dan gravitasi secara keseluruhan.

Dalam penelitian lebih lanjut, para ilmuwan memiliki harapan tinggi pada proyek ELSA: penciptaan interferometer mengorbit raksasa dengan bahu sekitar 5 juta km, mampu mendeteksi bahkan gangguan minor dari medan gravitasi. Revitalisasi pekerjaan dalam arah ini mampu memberitahu banyak tentang tahap-tahap dasar pengembangan alam semesta, proses, pengamatan bahwa di band tradisional sulit atau tidak mungkin. Tidak ada keraguan bahwa lubang hitam, gelombang gravitasi, yang akan diperbaiki di masa depan, banyak bicara tentang alam.

Untuk studi radiasi gravitasi peninggalan, mampu berbicara tentang saat-saat pertama dari dunia kita setelah Big Bang, akan membutuhkan instrumen ruang lebih sensitif. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Proyek ini ada (Big Bang Observer), namun pelaksanaannya, jaminan dari para ahli, adalah mungkin tidak lebih awal dari 30-40 tahun.