Всего за два дня до публикации данных я написал статью о том, что все это значит. Приходите за сенсацией!
“Теория гравитации Эйнштейна, которая считается величайшим достижением теоретической физики, привела к прекрасным соотношениям, связывающим гравитационные явления с геометрией пространства; это была захватывающая идея». - Ричард Фейнман
Вот уже более десяти лет под очень небольшую помпу существует новый тип астрономии: гравитационно-волновая астрономия. Вместо того, чтобы использовать телескоп для наблюдения за Вселенной, детектор гравитационных волн использует лазеры, запускаемые и отражающиеся перпендикулярно друг другу, а затем реконструируемые для создания определенной интерференционной картины, когда они воссоединяются.
Обновление: первое обнаружение гравитационных волн подтверждает Эйнштейна совершенно по-новому
Этот аппарат - Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) - демонстрировал свою экспериментальную концепцию в 2002-2010 годах, а затем был закрыт на пять лет на время модернизации. В сентябре 2015 года он был снова включен с новым обновлением (Advanced LIGO), и всего через два дня коллаборация Advanced LIGO собирается сделать свое первое крупное объявление, и есть предположение, что они собираются объявить о прямом обнаружении первой гравитационной волны. Вот что это может означать.
Когда Общая теория относительности Эйнштейна была впервые предложена, она невероятно отличалась от представлений о пространстве и времени, существовавших раньше. Вместо того, чтобы быть фиксированными, неизменными величинами, через которые проходят материя и энергия, они являются зависимыми величинами: зависящими друг от друга, зависящими от материи и энергии внутри них и изменяющимися во времени. Если все, что у вас есть, - это одна масса, стационарная в пространстве-времени (или движущаяся без какого-либо ускорения), ваше пространство-время не изменится. Но если вы добавите вторую массу, эти две массы будут двигаться друг относительно друга, ускорять друг друга и изменять структуру вашего пространства-времени. В частности, поскольку у вас есть массивная частица, движущаяся через гравитационное поле, свойства общей теории относительности означают, что ваша масса ускорится и будет излучать новый тип излучения: гравитационное излучение.
Это гравитационное излучение отличается от любого другого известного нам типа излучения. Конечно, он путешествует в пространстве со скоростью света, но сам по себе представляет собой рябь в ткани пространства. Он уносит энергию от ускоряющихся масс, а это означает, что если две массы вращаются вокруг друг друга, эта орбита со временем затухнет. И это гравитационное излучение - волны, вызывающие рябь в пространстве - уносит энергию. Для системы, подобной Земле, вращающейся вокруг Солнца, массы настолько (относительно) малы, а расстояния настолько велики, что системе потребуется более 10¹⁵⁰ лет, чтобы распасться, или во много-много раз больше нынешнего возраста Вселенной. (И во много раз дольше жизни даже самых долгоживущих звезд, что теоретически возможно!) Но для черных дыр или нейтронных звезд, вращающихся вокруг друг друга, эти орбитальные распада уже наблюдались.
Мы подозреваем, что существуют еще более сильные системы, которые мы просто не смогли обнаружить, например, черные дыры, которые скручиваются и сливаются друг с другом. Они должны демонстрировать характерные сигналы, такие как фаза вдоха, фаза слияния, а затем фаза звонка вниз, все из которых приводят к излучению гравитационных волн, которые Advanced LIGO должен быть в состоянии обнаружить. Система Advanced LIGO работает просто блестяще, и она использует уникальное излучение этих гравитационных волн. В частности, он использует то, как они заставляют реагировать пространство-время.
Эта рябь работает, сжимая, а затем расширяя пространство в направлениях, перпендикулярных друг другу, с частотой и интенсивностью, которые зависят от ряда свойств того, откуда они исходят, таких как две массы, которые закручиваются друг в друга, их расстояние друг от друга и их расстояние от нас. Усовершенствованный LIGO стреляет двумя лазерами с одинаковыми частотами/длинами волн перпендикулярно друг другу вниз по шахте на четыре километра в любом направлении, много раз отражает их от зеркал (фактически увеличивая длину пути до тысяч километров), а затем снова сводит их вместе., где они создают интерференционную картину друг с другом.
При нормальных условиях (когда через них не проходят гравитационные волны) длины этих путей равны, и интерференционная картина выглядит нормальной. Но если гравитационная волна все-таки пройдет, эта интерференционная картина сдвинется при определенном стечении обстоятельств, и это смещение скажет нам массу каждой части системы, как далеко они друг от друга и как далеко они от нас.
У нас установлены две системы Advanced LIGO: одна на северо-западе США (в Вашингтоне) и одна на юго-востоке США (в Луизиане), и если оба детектора видят одно и то же, мы поймаем нашу первую гравитационную волну! Эта версия LIGO должна быть наиболее чувствительна к слиянию двух черных дыр массой от 1 до нескольких сотен солнечных масс на расстоянии многих миллионов световых лет: ожидается, что это произойдет по крайней мере несколько раз в год.
Если коллаборация объявит о своем первом обнаруженном событии в этот четверг, они не только получат эту информацию для нас, это будет новый успешный тестОбщей теории относительности Эйнштейна и первое прямое свидетельство существования гравитационного излучения. Усовершенствованная LIGO - самая совершенная обсерватория гравитационных волн из когда-либо построенных, и первая, которая должна действительно увидеть истинный сигнал. На борту почти 1000 ученых, это крупнейшее научное сотрудничество, предназначенное для их поиска. Если все пойдет так, как предполагалось, скоро начнется новая эра астрономии.
Я категорически против того, чтобы заниматься наукой с помощью слухов - и я особенно потрясен Лоуренсом Крауссом за то, что он безосновательно пустил этот слух в прошлом году - так как это заявление команды LIGO. Но если они найдут гравитационную волну, это научит нас тому, что теория относительности Эйнштейна верна, что гравитационное излучение реально и что слияние черных дыр не только создает их, но и что эти волны можно обнаружить. Это совершенно новый тип астрономии, в котором не используются телескопы, и совершенно новый способ наблюдения за черными дырами, нейтронными звездами и другими объектами, которые обычно невидимы. Возможно, мы впервые развиваем глаза, чтобы исследовать Вселенную так, как ни одно живое существо никогда не изучало ее раньше.
Оставляйте свои комментарии на нашем форуме и ознакомьтесь с нашей первой книгой: Beyond The Galaxy, доступной уже сейчас, а также с нашей богатой наградами кампанией Patreon!