Виявлення гравітаційних хвиль недаремно претендує на звання найбільшого наукового досягнення XXI століття: крім підтвердження однієї з фундаментальних наукових теорій, воно, по всій видимості, стане народженням нової галузі науки - гравітаційної астрономії.
Гравітаційні хвилі: звідки є пішли
Майже всі, хто цікавився питанням зробленого вченими лазерно-інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO) відкриття, знають, що воно «підтвердило припущення Ейнштейна». Давайте розберемося, що ж це були за припущення і як саме експерименти LIGO дозволили їх підтвердити.
Суть гравітаційної теорії Ейнштейна, яка ще називається Загальною теорією відносності, полягала в тому, що гравітаційні ефекти обумовлені спотворенням простору-часу під дією гравитирующей маси.
Цю ідею можна пояснити, якщо уявити собі наше чотиривимірний (три просторових виміри плюс час) простір у вигляді розтягнутої двомірної еластичної сітки - чогось на кшталт батута. В нормальному стані, ця «сітка» натягнута рівномірно і, якщо ми візьмемо будь-який вузол цієї «сітки», то виходить з неї нитки сітки матимуть рівну відстань до інших вузлів.
Але якщо ми покладемо на мережу якийсь важкий предмет, то та деформується під його вагою. В результаті структура «сітки» спотвориться: нитки розтягнуться, і поблизу масивного предмета стануть довшими, ніж на віддалі від нього.
Спотворення «сітки» простору-часу під впливом гравітаційного поля Землі
Таким же чином, з теорії Ейнштейна, впливає на наше чотиривимірний простір-час і гравитирующих маса. Тобто насправді гравітаційний вплив пояснюється не взаємодією тіл між собою, але їх обопільним впливом на структуру, що оточує їх.
Іншими словами, Ейнштейн вважав, що кинутий під деяким кутом на поверхні землі тенісний м'ячик насправді летить по прямій, а спостережувана траєкторія його руху (парабола) викликана тим, що спостерігається нами простір викривлений гравітаційним полем Землі.
Викривлення траєкторій в гравітаційному полі на різній відстані від масивного об'єкта
Але це - стаціонарний випадок. А тепер уявімо собі, що масивне (тобто має масу) тіло не лежить на сітці в стані спокою, а рухається з прискоренням - наприклад, як коли людина підстрибує на батуті, або як коли тенісний м'яч вдаряється об сітку ракетки. Як ми знаємо, в цьому випадку виникає обурення, яке поширюється по сітці від точки дотику до країв. Той, хто коли-небудь грав в теніс, знає, що після удару ракетка кілька миттєвостей вібрує - це і є результат поширення цього обурення, яке дійшло по сітці до самого матеріалу ракетки і далі по ньому передалося в її рукоятку.
Щось подібне, припустив Ейнштейн, має спостерігатися і в структурі простору-часу, через які з прискоренням рухається якесь володіє масою тіло: воно також повинно викликати обурення простору-часу, своєрідну «брижі» спотворень просторово-часової метрики. Процес поширення цих збурень - і є та хвиля, яку вирішили виявити дослідники LIGO.
Ще по темі: Логіка наукового і ненаукового дослідження
Голка в стозі сіна
Однак сказати - простіше, ніж зробити. Гравітаційні хвилі і викликані ними перекручування простору-часу занадто слабкі для того, щоб їх можна було просто зафіксувати на Землі. Необхідні воістину космічні процеси з тілами великої маси, що рухаються зі значним прискоренням.
І такий процес знайшли: їм стало зіткнення двох чорних дір, маси кожної з яких приблизно в 30 разів перевершують масу нашого Сонця. Справа в тому, що перед зіткненням ці чорні діри почали обертатися один щодо одного по поступово звужується спіралі. Обертання є одним з випадків руху з прискоренням, а значить, ці чорні діри повинні випромінювати гравітаційні хвилі. У міру зближення чорних дір, радіус обертання буде зменшуватися, прискорення - збільшуватися, а що випускаються ними гравітаційні хвилі повинні стати досить потужними, щоб їх, в теорії, можна було зафіксувати за допомогою певних надчутливих приладів на Землі.
Пастка для гравітаційної хвилі
Виявити спотворення простору-часу, що виникають в результаті проходження гравітаційної хвилі, вирішили за допомогою приладів, які називаються інтерферометрами. Ці пристрої відомі вже давно, і активно використовуються як в експериментальній фізиці, так і в промисловості - перш за все, для надточного зміни відстаней.
Як випливає з назви, інтерферометр в своїй роботі використовує принцип інтерференції світла. Це явище вивчають в школі, але про всяк випадок нагадаю, що інтерференція - це взаємодія двох пучків світла, яке, в залежності від умов, призводить до їх ослаблення або посилення. На практиці мова йде про дві частини одного і того ж пучка, розділеного за допомогою системи пристосувань. Дві ці частини пучка направляються по різних траєкторіях (оптичним шляхах), а потім зводяться разом і направляються на один екран. В результаті на екрані утворюється т.зв. інтерференційна картина - система чергуються темних і світлих смуг, яка залежить від співвідношення пройдених оптичних шляхів. Навіть незначне (близько довжини хвилі світла) зміна довжини оптичного шляху, пройденого одним з пучків, дасть спостерігається вимір інтерференційної картини. Саме тому за допомогою інтерферометра можна зафіксувати навіть незначна зміна геометричних розмірів тіл.
А причому тут гравітаційні хвилі, запитає читач? А справа в тому, що зміна метрики простору-часу, що викликається гравітаційними хвилями, як раз і має, як ми вже говорили вище, проявлятися в зміні лінійних розмірів тіл! Саме за допомогою інтерферометра їх і планували виявити.
Сплющення Землі під впливом гравітаційних хвиль (для наочності демонстрації масштаб ефекту сильно збільшений, в реальності вплив гравітаційної хвилі значно слабкіше)
З цією метою в двох точках в США були побудовані два унікальних інтерферометра: один в Лівінгстоні (Луїзіана), інший в Хенфорде (Вашингтон). Кожен з интерферометров, рознесених більш ніж на 3000 кілометрів, повинен був вести незалежні вимірювання, які потім повинні були бути співставлені між собою. Самі інтерферометри також представляли собою досить неабиякі конструкції: перш, ніж поєднатися на екрані, два пучка повинні були пройти по 4 кілометри кожен!
Інтерферометр в Хенфорде. Добре видно «плечі», за якими поширюються світлові хвилі
Спробуємо ж зрозуміти, що саме викликало таку бурхливу радість вчених, багато з яких вже назвали це відкриття самим значним науковим досягненням XXI століття?
Ейнштейн мав рацію щодо гравітації. Експеримент LIGO підтвердив існування передбачених їм гравітаційних хвиль, що вказує на справедливість його гіпотези в принципі. Схоже, що гравітація «працює» саме так, як про неї думав Ейнштейн, і це є важливим кроком в пізнанні найбільш таємничого з чотирьох відомих типів взаємодій, що існують в природі. Це - ключове значення даного експерименту з точки зору фундаментальної фізики, причому переоцінити його важливість практично неможливо.
Однак досліди LIGO мають цінність не тільки з точки зору сугубою теорії. Існування гравітаційних хвиль, а також виявлення способу їх «захоплення» може стати початком нової ери в дослідженні космосу: ери «квантової астрономії», яка дозволить вивчати явища, недоступні радіоастрономії, вже не кажучи про класичну «оптичної» астрономії, давно вже «упершись» в межу своїх можливостей.
Гравітаційні хвилі не екрануються іншими об'єктами (наприклад, пиловими туманностями і тому подібним), а значить, вони можуть донести до Землі інформацію про багатьох важливих космічних події. Серед іншого, вивчення гравітаційних хвиль може дати відповіді на питання про швидкість розширення Всесвіту, перевірити існуючі теорії про фізику чорних дір, ранніх і пізніх етапах еволюції зірок тощо. Вже не кажучи про те значення, яке можуть мати ці спостереження для роботи над теорією гравітації - одного з найбільш тривожних сучасних теорфізіков «білих плям» пізнання.
Зрозуміло, для розвитку гравітаційної астрономії як нової галузі пізнання потрібно серйозне вдосконалення засобів спостереження: по всій видимості, в майбутньому ми побачимо пристрої, в порівнянні з якими установка LIGO здасться такий же недосконалою і малочутливі, як перший телескоп Галілея в порівнянні з сучасними пристроями для спостереження зоряного неба. Це зажадає колосальних витрат і серйозною роботи кращих інженерів і вчених, які в іншій ситуації, можливо, були б визнані надмірними. Але тепер ми знаємо, що гравітаційні хвилі існують, що їх можна «ловити», і що ці витрати в результаті виявляться виправданими.
Коти за комунізм
Ідея стає матеріальною силою, коли вона опановує котом.
"Сто сортів ковбаси. Суки!"
В коментах у лібералів, постійно є люди, які пишуть: "Спасибі, що ви є". Ні мені, ні іншим діячам комуністичного руху ніхто не пише: "Спасибі, що ви є!"
"Діалектичний шлях пізнання істини, - від живого споглядання до абстрактного мислення і від нього до практики" (В. І. Ленін)
Сеанс виклику привиду комунізму.
Позиція по Україні? Ні миру, ні війни, а армії розпустити.
Комунізм є радянська влада плюс техніка для погладжування котиків.
В фінською мовою punikki означає презирливе найменування «червоний». І ще так називають рудих котів.
"Розмірковуючи про перспективи капіталізму".
Ворожий шпигун був обчислений як єдина людина, яка не спав на партзборах.
Блаженний кіт Філофей-столпник. Святий.
"Очікування". П'ятничний кіт.
Тварини відрізняються від людини відсутністю механичности і садизму. (Вільгельм Райх)
але завжди знаходиться хтось, хто дивиться не в миску, а в небо.
Російські архетипічні хтонические сингулярні коти.
Ні елліна, ні іудея.