Gravitatsion toʻlqinlarni rasmiy ochish (aniqlash) kuni 2016-yil 11-fevral. O'shanda Vashingtondagi matbuot anjumanida LIGO hamkorligi rahbarlari tadqiqotchilar guruhi insoniyat tarixida birinchi marta bu hodisani qayd etishga muvaffaq bo'lganini e'lon qilishdi.
Buyuk Eynshteynning bashoratlari
Hatto o'tgan asrning boshlarida (1916) Albert Eynshteyn tortishish to'lqinlari o'zi tomonidan ishlab chiqilgan Umumiy Nisbiylik nazariyasi (GR) doirasida mavjudligini taklif qildi. Mashhur fizikning eng kam haqiqiy ma'lumotlarga ega bo'lgan holda bunday uzoqqa cho'zilgan xulosalar chiqarishga qodir bo'lgan yorqin qobiliyatlariga hayratga tushish mumkin. Keyingi asrda tasdiqlangan boshqa ko'plab bashorat qilingan jismoniy hodisalar (vaqt oqimini sekinlashtirish, tortishish maydonlarida elektromagnit nurlanish yo'nalishini o'zgartirish va boshqalar) orasida ushbu turdagi to'lqin mavjudligini amalda aniqlash mumkin emas edi. yaqingacha tanalarning oʻzaro taʼsiri.
Gravitatsiya illyuziyami?
Umuman olganda, yorug'likdaNisbiylik nazariyasi tortishishni kuch deb atash qiyin. Bu fazo-vaqt uzluksizligining buzilishi yoki egriligining natijasidir. Ushbu postulatni ko'rsatadigan yaxshi misol - bu cho'zilgan mato bo'lagi. Bunday sirtga qo'yilgan massiv ob'ektning og'irligi ostida chuqurchaga hosil bo'ladi. Ushbu anomaliya yaqinida harakatlanadigan boshqa ob'ektlar o'zlarining harakat traektoriyasini xuddi "jalb qilingan" kabi o'zgartiradilar. Va ob'ektning og'irligi qanchalik katta bo'lsa (egrilikning diametri va chuqurligi qanchalik katta bo'lsa), "tortishish kuchi" shunchalik yuqori bo'ladi. U mato bo'ylab harakat qilganda, siz turli xil "to'lqin" paydo bo'lishini kuzatishingiz mumkin.
Dunyo fazosida shunga o'xshash narsa sodir bo'ladi. Har qanday tez harakatlanuvchi massiv materiya fazo va vaqt zichligidagi tebranishlar manbai hisoblanadi. Juda katta massali jismlar tomonidan yoki katta tezlanishlar bilan harakatlanayotganda hosil boʻladigan katta amplitudali tortishish toʻlqini.
Jismoniy xususiyatlar
Fazo-vaqt ko'rsatkichining tebranishlari tortishish maydonidagi o'zgarishlar sifatida namoyon bo'ladi. Bu hodisa boshqa yo'l bilan fazo-vaqt to'lqinlari deb ataladi. Gravitatsion to'lqin duch kelgan jismlar va jismlarga ta'sir qiladi, ularni siqib chiqaradi va cho'zadi. Deformatsiya qiymatlari juda kichik - asl o'lchamdan taxminan 10-21 . Ushbu hodisani aniqlashning butun qiyinligi shundaki, tadqiqotchilar tegishli asbob-uskunalar yordamida bunday o'zgarishlarni qanday o'lchash va qayd etishni o'rganishlari kerak edi. Gravitatsion nurlanishning kuchi ham juda kichik - bu butun quyosh tizimi uchunbir necha kilovatt.
Gravitatsion to'lqinlarning tarqalish tezligi biroz o'tkazuvchi muhitning xususiyatlariga bog'liq. Tebranish amplitudasi manbadan masofa bilan asta-sekin kamayadi, lekin hech qachon nolga etib bormaydi. Chastota bir necha o'ndan yuzlab gertsgacha bo'lgan diapazonda joylashgan. Yulduzlararo muhitdagi tortishish toʻlqinlarining tezligi yorugʻlik tezligiga yaqinlashmoqda.
Vaziyatli dalillar
Birinchi marta tortishish toʻlqinlarining mavjudligining nazariy tasdigʻini amerikalik astronom Jozef Teylor va uning yordamchisi Rassel Xulse 1974-yilda olishgan. Aresibo rasadxonasi (Puerto-Riko) radioteleskopidan foydalangan holda koinotning kengliklarini o'rganar ekan, tadqiqotchilar doimiy burchak tezligi bilan umumiy massa markazi atrofida aylanadigan neytron yulduzlarining ikkilik tizimi bo'lgan PSR B1913 + 16 pulsarini topdilar. juda kam uchraydigan holat). Har yili dastlab 3,75 soat bo'lgan inqilob davri 70 ms ga qisqaradi. Bu qiymat tortishish to'lqinlarini yaratish uchun energiya sarflanishi tufayli bunday tizimlarning aylanish tezligining oshishini bashorat qiluvchi GR tenglamalari xulosalariga juda mos keladi. Keyinchalik, xuddi shunday xatti-harakatlarga ega bo'lgan bir nechta qo'sh pulsarlar va oq mittilar topildi. Radioastronomlar D. Teylor va R. Xulse gravitatsiyaviy maydonlarni oʻrganishning yangi imkoniyatlarini kashf etgani uchun 1993 yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻlgan.
Qochib ketgan tortishish toʻlqini
Haqida birinchi bayonottortishish to'lqinlarini aniqlash Merilend universiteti olimi Jozef Veber (AQSh) tomonidan 1969 yilda paydo bo'lgan. Ushbu maqsadlar uchun u o'zining dizayni bo'yicha ikki kilometr masofa bilan ajratilgan ikkita tortishish antennasidan foydalangan. Rezonans detektori sezgir piezoelektrik datchiklar bilan jihozlangan yaxshi tebranishli bir qismli ikki metrli alyuminiy tsilindr edi. Veber tomonidan qayd etilgan tebranishlarning amplitudasi kutilgan qiymatdan million baravar yuqori bo'lib chiqdi. Boshqa olimlarning bunday asbob-uskunalar yordamida amerikalik fizikning "muvaffaqiyatini" takrorlashga urinishlari ijobiy natija bermadi. Bir necha yil o'tgach, Veberning ushbu sohadagi ishi nomaqbul deb topildi, ammo "tortishish bumi" ning rivojlanishiga turtki bo'ldi, bu ko'plab mutaxassislarni ushbu tadqiqot sohasiga jalb qildi. Aytgancha, Jozef Veberning o'zi ham umrining oxirigacha tortishish to'lqinlarini qabul qilganiga amin edi.
Qabul qiluvchi uskunani takomillashtirish
70-yillarda olim Bill Feyrbank (AQSh) SQUIDlar - o'ta sezgir magnitometrlar yordamida suyuq geliy bilan sovutilgan tortishish to'lqini antennasi dizaynini ishlab chiqdi. O'sha paytda mavjud bo'lgan texnologiyalar ixtirochi o'z mahsulotini "metall"da ko'rishga imkon bermadi.
Gravitatsion detektor Auriga shu tarzda milliy Legnard laboratoriyasida (Padua, Italiya) yaratilgan. Dizayn uzunligi 3 metr va diametri 0,6 m bo'lgan alyuminiy-magniyli silindrga asoslangan. Og'irligi 2,3 tonna bo'lgan qabul qiluvchi qurilmadeyarli mutlaq nolga sovutilgan izolyatsiya qilingan vakuum kamerasida to'xtatilgan. Tebranishlarni aniqlash va aniqlash uchun yordamchi kilogramm rezonatori va kompyuterga asoslangan o'lchash majmuasi ishlatiladi. Eʼlon qilingan uskuna sezgirligi 10-20.
Interferometrlar
Gravitatsion toʻlqinlarning interferension detektorlarining ishlashi Mishelson interferometri bilan bir xil printsiplarga asoslanadi. Manba tomonidan chiqarilgan lazer nurlari ikki oqimga bo'linadi. Qurilmaning yelkalari bo'ylab bir nechta aks ettirish va sayohatlardan so'ng, oqimlar yana birlashtiriladi va yakuniy interferentsiya tasviri har qanday buzilishlar (masalan, tortishish to'lqini) nurlar oqimiga ta'sir qilganligini aniqlash uchun ishlatiladi. Shunga o'xshash uskunalar ko'plab mamlakatlarda yaratilgan:
- GEO 600 (Gannover, Germaniya). Vakuumli tunnellarning uzunligi 600 metr.
- TAMA (Yaponiya) 300 m yelkada
- VIRGO (Piza, Italiya) qoʻshma Franko-Italiya loyihasi boʻlib, 2007-yilda boshlangan 3 km tunnel bilan.
- LIGO (AQSh, Tinch okeani sohili), 2002 yildan beri tortishish toʻlqinlari uchun ov.
Oxirgisini batafsil koʻrib chiqishga arziydi.
LIGO Advanced
Loyiha Massachusets texnologiya instituti va Kaliforniya texnologiya instituti olimlari tomonidan boshlangan. Luiziana va Vashington shtatlarida (Livingston va Xanford shaharlari) 3 ming km masofada joylashgan ikkita observatoriyani o'z ichiga oladi, uchta bir xil interferometrlar. Perpendikulyar vakuumning uzunligitunnellar 4 ming metrni tashkil qiladi. Bular hozirda faoliyat ko'rsatayotgan bunday eng yirik tuzilmalardir. 2011 yilgacha tortishish to'lqinlarini aniqlash bo'yicha ko'plab urinishlar hech qanday natija bermadi. Amalga oshirilgan sezilarli modernizatsiya (Advanced LIGO) 300-500 Gts diapazonida uskunaning sezgirligini besh baravardan ko'proq, past chastotali mintaqada (60 Gts gacha) deyarli kattalik tartibiga ko'tardi. bunday orzu qilingan qiymat 10-21. Yangilangan loyiha 2015-yil sentabr oyida boshlangan va mingdan ortiq hamkorlarning sa'y-harakatlari natijalar bilan taqdirlangan.
Gravitatsiya toʻlqinlari aniqlandi
2015-yil 14-sentabrda 7 ms oraliqli ilgʻor LIGO detektorlari kuzatilishi mumkin boʻlgan koinotning chekkasida sodir boʻlgan eng katta hodisa – ikki yirik qora tuynukning massalari bilan birlashishi natijasida sayyoramizga yetib kelgan tortishish toʻlqinlarini qayd etdi. Quyosh massasidan 29 va 36 marta. Bundan 1,3 milliard yil oldin sodir bo'lgan jarayon davomida bir soniyaning bir necha qismidagi tortishish to'lqinlarining nurlanishiga taxminan uchta quyosh massasi sarflangan. Gravitatsion to‘lqinlarning dastlabki chastotasi 35 Gts sifatida qayd etilgan va maksimal cho‘qqi qiymati 250 Gts ga yetgan.
Olingan natijalar qayta-qayta har tomonlama tekshirish va qayta ishlashdan oʻtkazildi, olingan maʼlumotlarning muqobil talqinlari sinchkovlik bilan toʻxtatildi. Nihoyat, oʻtgan yilning 11-fevralida Eynshteyn bashorat qilgan hodisa toʻgʻridan-toʻgʻri roʻyxatga olingani jahon hamjamiyatiga eʼlon qilindi.
Tadqiqotchilarning titanik ishini ko'rsatuvchi fakt: interferometr qo'llarining o'lchamlaridagi tebranishlar amplitudasi 10-19m ni tashkil etdi - bu qiymat diametrdan ancha kichik. atom, chunki u apelsindan kichikroq.
Keyingi istiqbollar
Kashfiyot umumiy nisbiylik nazariyasi shunchaki mavhum formulalar toʻplami emas, balki tortishish toʻlqinlari va umuman tortishishning mohiyatiga tubdan yangi qarash ekanligini yana bir bor tasdiqlaydi.
Keyingi tadqiqotlarda olimlar ELSA loyihasiga katta umid bog'lashmoqda: gravitatsiyaviy maydonlarning hatto kichik buzilishlarini ham aniqlashga qodir bo'lgan 5 million km uzunlikdagi ulkan orbital interferometrni yaratish. Ushbu yo'nalishdagi ishlarning jadallashishi koinot rivojlanishining asosiy bosqichlari, an'anaviy guruhlarda kuzatish qiyin yoki imkonsiz bo'lgan jarayonlar haqida ko'p narsalarni aytib berishi mumkin. Gravitatsion toʻlqinlari kelajakda oʻzgarmas boʻladigan qora tuynuklar tabiati haqida koʻp narsalarni aytib berishiga shubha yoʻq.
Katta portlashdan keyingi dunyomizning ilk lahzalari haqida gapira oladigan relikt gravitatsion nurlanishni oʻrganish uchun yanada sezgir kosmik asboblar kerak boʻladi. Bunday loyiha mavjud (Katta portlash kuzatuvchisi), lekin uni amalga oshirish, ekspertlarning fikriga ko'ra, 30-40 yildan oldin amalga oshirilishi mumkin.
