คลื่นแรงโน้มถ่วงคืออะไร?

วันที่อย่างเป็นทางการของการเปิด (การตรวจสอบ) ของคลื่นแรงโน้มถ่วงจะถือเป็น 11 กุมภาพันธ์ 2016 จะจัดขึ้นแล้วในวอชิงตันแถลงข่าวผู้นำของการทำงานร่วมกัน LIGO มันก็ประกาศว่าทีมนักวิจัยประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติในการแก้ไขปัญหาปรากฏการณ์นี้

คำทำนายของไอน์สไตดี

ความจริงที่ว่าคลื่นความโน้มถ่วงอยู่แม้ในตอนต้นของศตวรรษที่ผ่านมา (1916) ชี้ให้เห็นอัลเบิร์ตไอน์สไตน์สูตรภายในกรอบของพัทธภาพทั่วไป (ที่ GR) เพียงหนึ่งเดียวที่สามารถประหลาดใจที่ความสามารถในการคิดสร้างสรรค์ของนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงที่สามารถให้ข้อสรุปไกลถึงดังกล่าวมีขั้นต่ำของข้อมูลที่เกิดขึ้นจริง ท่ามกลางปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่น ๆ อีกมากมายที่คาดการณ์ว่าการยืนยันพบในศตวรรษหน้า (ชะลอตัวลงเมื่อเวลาผ่านไปการเปลี่ยนแปลงในรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศทางของสนามโน้มถ่วง ฯลฯ ) เกือบตรวจสอบสถานะของประเภทของการปฏิสัมพันธ์คลื่นของร่างกายนี้จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ มันเป็นไปไม่ได้

แรงโน้มถ่วง - ภาพลวงตา?

โดยทั่วไปในแง่ของ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ แรงโน้มถ่วงแทบจะไม่แรง นี่คือผล ของการก่อกวนหรือความโค้งของพื้นที่เวลาต่อเนื่อง เป็นตัวอย่างที่ดีที่จะแสดงให้เห็นถึงหลักฐานนี้อาจจะยืดออกชิ้นส่วนของผ้า ภายใต้น้ำหนักที่วางอยู่บนพื้นผิวของวัตถุจำนวนมากจะเกิดขึ้นภาคเรียน วัตถุอื่น ๆ ในการเคลื่อนไหวที่อยู่ใกล้กับความผิดปกตินี้จะเปลี่ยนวิถีของการเคลื่อนไหวของพวกเขาในขณะที่มันเป็น "ดึงดูด" และมากขึ้นน้ำหนักของวัตถุ (อีกต่อไปและมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางโค้งลึก) มากขึ้นว่า "แรงดึงดูด". เมื่อมันเคลื่อนที่กว่าผ้าที่คุณสามารถดูการเกิดขึ้นของ "คลื่น" ที่แตกต่างกัน

สิ่งที่คล้ายกันที่เกิดขึ้นในพื้นที่โลก เรื่องอื่น ๆ ที่เป็นของแข็งการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วเป็นที่มาของความผันผวนของความหนาแน่นของพื้นที่และเวลา คลื่นแรงโน้มถ่วงที่มีความกว้างอย่างมีนัยสำคัญที่เกิดขึ้นในร่างกายที่มีมวลขนาดใหญ่มากหรือเมื่อขับรถด้วยความเร่งที่ดี

ข้อกำหนดทางกายภาพ

ความผันผวนในพื้นที่เวลาเมตริกประจักษ์เองการเปลี่ยนแปลงในสนามแรงโน้มถ่วง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่ายังระลอกพื้นที่เวลา คลื่นแรงโน้มถ่วงมีผลกระทบต่อร่างกายและวัตถุที่พบบีบและยืดพวกเขา จำนวนสายพันธุ์ที่มีขนาดเล็กมาก - คำสั่งของ 10 ^-21 ขนาดเดิม ความยากลำบากของการตรวจสอบทั้งหมดของปรากฏการณ์นี้คือการที่นักวิจัยได้เรียนรู้วิธีการวัดและบันทึกการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้โดยใช้อุปกรณ์ที่เหมาะสม พลังของรังสีแรงโน้มถ่วงยังต่ำมาก - สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดมันเป็นกิโลวัตต์กี่

ความเร็วในการขยายพันธุ์ของคลื่นแรงโน้มถ่วงเล็กน้อยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของกลางดำเนินการ ความกว้างความผันผวนที่มีระยะทางจากแหล่งที่ลดลงค่อย ๆ แต่ไม่เคยถึงศูนย์ ความถี่อยู่ในช่วงจากหลายสิบหลายร้อยเฮิรตซ์ ความเร็วของคลื่นความโน้มถ่วงในดวงดาวกลางแนวทาง ความเร็วของแสง

หลักฐาน

เป็นครั้งแรกที่ยืนยันทฤษฎีของการดำรงอยู่ของคลื่นแรงโน้มถ่วงที่มีการจัดการที่จะได้รับนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันโจเซฟเทย์เลอร์และรัสเซลล์ฮูล์สผู้ช่วยของเขาในปี 1974 การศึกษาจักรวาลผ่านกล้องโทรทรรศน์ที่หอดูดาว Arecibo (เปอร์โตริโก) นักวิจัยค้นพบพัลซาร์ PSR B1913 + 16 คิดเป็นระบบเลขฐานสองของดาวนิวตรอนที่หมุนรอบศูนย์รวมของมวลที่ความเร็วเชิงมุมคงที่ (กรณีที่หายาก) ทุกปีระยะเวลาการรักษาคือ 3.75 ชั่วโมงในขั้นต้นที่ลดลงถึง 70 มิลลิวินาที ค่านี้มีความสอดคล้องกับข้อสรุปของสมการวิ่งที่คาดการณ์เพิ่มขึ้นในความเร็วในการหมุนของระบบเหล่านี้เนื่องจากการใช้พลังงานสำหรับการผลิตของคลื่นแรงโน้มถ่วง ต่อมาพัลซาร์คู่มากขึ้นและดาวแคระขาวที่มีลักษณะการทำงานที่คล้ายกันก็พบว่า วิทยุดาราศาสตร์ D เทย์เลอร์และ R ฮูล์สได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการค้นพบความเป็นไปได้ใหม่ของการศึกษาสนามแรงโน้มถ่วงได้รับรางวัลในปี 1993

ขโมยคลื่นความโน้มถ่วง

คำสั่งแรกของการตรวจสอบคลื่นความโน้มถ่วงที่ได้รับจากมหาวิทยาลัยแมรี่แลนด์นักวิทยาศาสตร์ Dzhozefa Vebera (USA) ในปี 1969 เพื่อจุดประสงค์นี้เขาใช้สองเสาอากาศแรงโน้มถ่วงของการออกแบบของตัวเองแยกจากกันโดยระยะทางสองกิโลเมตร เครื่องตรวจจับจังหวะเป็นชิ้นกระบอกเท้าดีสั่นสะเทือนแยกอลูมิเนียมพร้อมกับก้อน piezoelectric มีความละเอียดอ่อน ความกว้างของความผันผวนของเวเบอร์ที่ถูกกล่าวหาว่าคงพิสูจน์ให้เห็นว่ามากกว่าหนึ่งล้านครั้งสูงกว่าที่คาดไว้ ความพยายามของนักวิจัยอื่น ๆ ที่คล้ายกันโดยใช้อุปกรณ์ที่จะทำซ้ำ "ความสำเร็จ" ของผลบวกฟิสิกส์ชาวอเมริกันยังไม่ได้ผล หลังจากนั้นไม่กี่ปีของการทำงาน Weber ในบริเวณนี้ได้รับการยอมรับมีหนี้สินล้นพ้น แต่ให้แรงผลักดันไปสู่การพัฒนาของ "แรงโน้มถ่วงความเจริญ" สำหรับการโทรในพื้นที่ของการศึกษาของผู้เชี่ยวชาญหลายคนนี้ โดยวิธีการที่ Dzhozef Veber จนกระทั่งเขาตายก็แน่ใจว่าจะใช้คลื่นความโน้มถ่วง

การปรับปรุงอุปกรณ์แผนกต้อนรับส่วนหน้า

ในนักวิทยาศาสตร์ 70s บิล Feyrbank (USA) ได้มีการพัฒนาออกแบบเสาอากาศแรงโน้มถ่วงคลื่นระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลวกับการใช้งานของปลาหมึก - magnetometer supersensitive ที่มีอยู่ในเวลานั้นเทคโนโลยีที่ไม่ได้รับอนุญาตให้ดูนักประดิษฐ์ของผลิตภัณฑ์ของคุณตระหนักใน "โลหะ"

ตามหลักการนี้จะทำ Auriga ตรวจจับแรงโน้มถ่วงใน lenyarskoy ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ (Padova, อิตาลี) โครงสร้างพื้นฐานของถังอลูมิเนียมแมกนีเซียมและความยาว 3 เมตรและมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.6 เมตรได้. น้ำหนักหน่วยรับ 2.3 ตันถูกระงับในการแยกระบายความร้อนให้อยู่ใกล้กับศูนย์แน่นอนห้องสูญญากาศ สำหรับการตรึงและการตรวจจับการสั่นของไอเสียกิโลกรัมเสริมและระบบการวัดที่ขึ้นอยู่กับคอมพิวเตอร์ ระบุความไวของอุปกรณ์ที่ 10 ^-20

interferometers

พื้นฐานของการทำงานของอินเทอร์ตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงที่จดทะเบียนหลักการเดียวกันกับที่ใช้ในสันไมเคิล ปล่อยออกมาจากแหล่งที่มาของแสงเลเซอร์จะแบ่งออกเป็นสองสาย หลังจากที่การสะท้อนความเห็นที่หลากหลายและการเดินทางบนกระแสอุปกรณ์ไหล่จะถูกนำมารวมกันอีกครั้งและภาพผู้พิพากษารบกวนสุดท้ายจะได้รับผลกระทบถ้าหลักสูตรของรังสีรบกวนใด ๆ (เช่นคลื่นความโน้มถ่วง) อุปกรณ์ดังกล่าวจะถูกสร้างขึ้นในหลายประเทศ:

• GEO 600 (ฮันโนเวอร์, เยอรมนี) ความยาวของอุโมงค์สูญญากาศ 600 เมตร
• TAMA (ญี่ปุ่น) กับไหล่ที่ 300 ม.
• ราศีกันย์ (ปิซา, อิตาลี) - โครงการฝรั่งเศสอิตาเลี่ยนร่วมกันเปิดตัวในปี 2007 กับสามกิโลเมตรอุโมงค์ยาว
• LIGO (สหรัฐอเมริกา, ชายฝั่งแปซิฟิก) นำล่าสำหรับคลื่นความโน้มถ่วงในปี 2002

มูลค่าการพิจารณาในรายละเอียดเพิ่มเติมล่าสุด

LIGO ขั้นสูง

โครงการนี้ได้รับการริเริ่มโดยนักวิทยาศาสตร์ที่แมสซาชูเซตและสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย รวมถึงสองแยกจากกันโดยหอดูดาว 3,000 กม., หลุยเซีย และวอชิงตัน (เมืองลิฟวิงสตันและ Hanford) กับสาม interferometers เหมือนกัน ความยาวของอุโมงค์สูญญากาศตั้งฉากคือ 4000. เมตร นี่คือที่ใหญ่ที่สุดถึงวันที่โครงสร้างที่คล้ายกันที่มีอยู่ จนกระทั่งปี 2011 หลายคนพยายามที่จะตรวจสอบคลื่นความโน้มถ่วงยังไม่ได้ส่งผลใด ๆ อัพเกรดอย่างมีนัยสำคัญ (Advanced LIGO) เพิ่มความไวของอุปกรณ์อยู่ในช่วง 300-500 Hz กว่าห้าครั้งและในภูมิภาคความถี่ต่ำ (ไม่เกิน 60 เฮิร์ตซ์) เป็นเกือบลำดับความสำคัญถึงค่าเช่นโลภ 10 ^-21 โครงการการปรับปรุงเริ่มต้นในเดือนกันยายนปี 2015 และความพยายามของมากกว่าหนึ่งพันพนักงานของการทำงานร่วมกันที่ได้รับการตอบแทนด้วยผล

คลื่นแรงโน้มถ่วงจะพบ

14 กันยายน 2015 ขั้นสูงเครื่องตรวจจับ LIGO ใน 7 มิลลิวินาทีช่วงเวลาการบันทึกลงมาคลื่นแรงโน้มถ่วงของโลกจากเหตุการณ์ที่ใหญ่ที่สุดที่เกิดขึ้นบนขอบของจักรวาล - การควบรวมกิจการของทั้งสองหลุมดำขนาดใหญ่ที่มีฝูงของ 29 และ 36 ครั้งมากกว่ามวลดวงอาทิตย์ ระหว่างการพิจารณาคดีซึ่งเกิดขึ้นมากกว่า 1.3 Ga ที่ผ่านมาในเรื่องของการวินาทีกับรังสีคลื่นความโน้มถ่วงมันใช้เวลาประมาณสามเท่าของดวงอาทิตย์ของเรื่อง เริ่มต้นความถี่คงที่คลื่นความโน้มถ่วงที่ 35 เฮิร์ตซ์และค่าสูงสุดสูงสุดของระดับถึง 250 เฮิร์ตซ์

ผลที่ได้ถูกยัดเยียดซ้ำ ๆ เพื่อการทดสอบที่ครอบคลุมและการรักษาอย่างระมัดระวังตัดออกจากการตีความทางเลือกของข้อมูล สุดท้าย ที่ 11 กุมภาพันธ์ ปีที่ผ่านมาในการตรวจสอบโดยตรงของปรากฏการณ์ตามคำทำนายของไอน์สไตมันก็ประกาศให้กับชุมชนโลก

ความเป็นจริงที่แสดงการทำงานของนักวิจัยไททานิค: ความกว้างของแขนสั่นของขนาดคือ 10 ^-19 เมตร - ค่านี้หลาย ๆ ครั้งมีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของอะตอมเท่าใดเขามีสีส้มน้อย

แนวโน้มในอนาคต

การค้นพบนี้อีกครั้งยืนยันว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ - ไม่ได้เป็นเพียงแค่ชุดของสูตรที่เป็นนามธรรมและรูปลักษณ์ใหม่ที่สมบูรณ์แบบในสาระสำคัญของคลื่นแรงโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วงเป็นทั้ง

ในการศึกษาต่อไปนักวิทยาศาสตร์มีความหวังสูงในโครงการ ELSA: การสร้างสันโคจรยักษ์กับไหล่ประมาณ 5 ล้านกิโลเมตรมีความสามารถในการตรวจจับแม้เยี่ยงอย่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ของสนามแรงโน้มถ่วง ฟื้นฟูการทำงานในทิศทางนี้คือสามารถที่จะบอกมากเกี่ยวกับขั้นตอนพื้นฐานของการพัฒนาของจักรวาลกระบวนการสังเกตว่าในวงดนตรีแบบดั้งเดิมเป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้ มีข้อสงสัยว่าหลุมดำคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งจะได้รับการแก้ไขในอนาคตมากพูดคุยเกี่ยวกับธรรมชาติ

สำหรับการศึกษาของรังสีแรงโน้มถ่วงที่ระลึกสามารถที่จะพูดคุยเกี่ยวกับช่วงเวลาที่แรกของโลกของเราหลังจากบิ๊กแบงจะต้องมีเครื่องมือที่ใช้ในพื้นที่ที่มีความสำคัญมากขึ้น ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. โครงการนี้มีอยู่ (บิ๊กแบงสังเกตการณ์) แต่การดำเนินงานของการรับรองของผู้เชี่ยวชาญก็เป็นไปไม่ได้เร็วกว่า 30-40 ปี