Гравитациялык толкундар ачылган (аныкталган) расмий күн 2016-жылдын 11-февралы. Дал ошондо Вашингтондогу пресс-конференцияда LIGO кызматташтыгынын лидерлери изилдөөчүлөр тобу адамзаттын тарыхында биринчи жолу бул кубулушту жазууга жетишкенин жарыялашкан.
Улуу Эйнштейндин пайгамбарлыктары
Өткөн кылымдын башында (1916) Альберт Эйнштейн гравитациялык толкундар өзү түзгөн Жалпы Салыштырмалуулук теориясынын (GR) алкагында бар экенин айткан. Атактуу физиктин эң аз реалдуу маалыматтары менен ушунчалык алысты көздөгөн тыянактарды чыгара алган керемет жөндөмүнө таң калууга болот. Кийинки кылымда тастыкталган башка көптөгөн алдын ала айтылган физикалык кубулуштардын арасында (убакыттын агымын басаңдатуу, гравитациялык талаалардагы электромагниттик нурлануунун багытын өзгөртүү ж. жакынкы убакка чейин денелердин өз ара аракеттенүүсү.
Гравитация бул иллюзиябы?
Жалпысынан жарыктаСалыштырмалуулук теориясы оордукту күч деп атай албайт. Бул мейкиндик-убакыт континуумунун бузулушунун же ийрилигинин кесепети. Бул постулатты чагылдырган жакшы мисал - керилген кездеме. Мындай бетке коюлган массалуу нерсенин салмагы астында оюк пайда болот. Бул аномалияга жакын жылып бараткан башка объекттер «тартылган» сыяктуу, кыймылынын траекториясын өзгөртөт. Ал эми объекттин салмагы канчалык чоң болсо (ийриликтин диаметри жана тереңдиги канчалык чоң болсо), ошончолук "тартуу күчү" жогору болот. Ал кездемеден өткөндө, сиз дивергенттик "быдырдын" көрүнүшүн байкай аласыз.
Ушундай нерсе дүйнөлүк космосто болот. Ар кандай тез кыймылдаган массалуу материя мейкиндик менен убакыттын тыгыздыгынын термелүү булагы болуп саналат. Өтө чоң массалары бар телолордон же эбегейсиз ылдамдыктар менен кыймылдаганда пайда болгон олуттуу амплитудадагы гравитациялык толкун.
Физикалык өзгөчөлүктөрү
Убакыт-мейкиндик метрикасынын термелүүсү гравитациялык талаадагы өзгөрүүлөр катары көрүнөт. Бул кубулуш мейкиндик-убакыт толкундары деп аталат. Гравитациялык толкун жолуккан денелерге жана нерселерге таасир этип, аларды кысып, созулат. Деформациянын маанилери өтө кичинекей - баштапкы өлчөмдөн болжол менен 10-21 . Бул көрүнүштү аныктоонун бардык кыйынчылыгы, изилдөөчүлөр тиешелүү жабдуулардын жардамы менен мындай өзгөрүүлөрдү кантип өлчөөнү жана жазууну үйрөнүшү керек болчу. Гравитациялык нурлануунун күчү да өтө аз - бүт Күн системасы үчүнбир нече киловатт.
Гравитациялык толкундардын таралуу ылдамдыгы өткөрүүчү чөйрөнүн касиеттеринен бир аз көз каранды. Термелүү амплитудасы булактан алыстаган сайын азаят, бирок эч качан нөлгө жетпейт. Жыштык бир нече ондогондон жүздөгөн герцтерге чейинки диапазондо жатат. Жылдыздар аралык чөйрөдөгү гравитациялык толкундардын ылдамдыгы жарыктын ылдамдыгына жакындап баратат.
Конкурстук далилдер
Биринчи жолу тартылуу толкундарынын бар экендигинин теориялык ырастоосун америкалык астроном Жозеф Тейлор жана анын жардамчысы Рассел Хулс 1974-жылы алышкан. Аресибо обсерваториясынын (Пуэрто-Рико) радиотелескобу аркылуу Ааламдын кеңдиктерин изилдеп, изилдөөчүлөр PSR B1913 + 16 пульсарын табышты, бул нейтрон жылдыздарынын экилик системасы болуп саналат, бул туруктуу бурчтук ылдамдыкта (өтө сейрек учур). Жыл сайын, башында 3,75 саат болгон революция мезгили 70 мс кыскартылат. Бул маани гравитациялык толкундарды пайда кылуу үчүн энергияны сарптоодон улам мындай системалардын айлануу ылдамдыгынын жогорулашын болжолдоочу GR теңдемелеринин корутундуларына толук дал келет. Кийинчерээк окшош жүрүм-туруму бар бир нече кош пульсарлар жана ак эргежээлдер табылган. Радио астрономдор Д. Тейлор жана Р. Хулс гравитациялык талааларды изилдөөнүн жаңы мүмкүнчүлүктөрүн ачкандыгы үчүн 1993-жылы физика боюнча Нобель сыйлыгына татыктуу болушкан.
Качылган тартылуу толкуну
Биринчи билдирүү жөнүндөтартылуу толкундарын аныктоо 1969-жылы Мэриленд университетинин окумуштуусу Жозеф Вебер (АКШ) тарабынан жасалган. Бул максаттар үчүн ал эки километр аралык менен бөлүнгөн, өз конструкциясындагы эки гравитациялык антеннаны колдонгон. Резонанстык детектор сезгич пьезоэлектрдик датчиктер менен жабдылган жакшы титирөөлүү бир даана эки метрлик алюминий цилиндр болгон. Вебер тарабынан жазылган термелүүлөрдүн амплитудасы күтүлгөн мааниден миллион эсе жогору болуп чыкты. Башка окумуштуулардын мындай аппаратураны колдонуу менен америкалык физиктин «ийгиликтерин» кайталоо аракети жакшы натыйжаларды берген жок. Бир нече жыл өткөндөн кийин, Вебердин бул чөйрөдөгү иши жараксыз деп табылды, бирок бул изилдөө чөйрөсүнө көптөгөн адистерди тарткан "гравитациялык бумдун" өнүгүшүнө түрткү болду. Айтмакчы, Жозеф Вебер өзү гравитациялык толкундарды алганына күнүнүн акырына чейин ишенчү.
Кабыл алуучу жабдууларды жакшыртуу
70-жылдары илимпоз Билл Фэйрбанк (АКШ) SQUIDдерди - өтө сезгич магнитометрлерди колдонуу менен суюк гелий менен муздатылган гравитациялык толкун антеннасынын дизайнын иштеп чыккан. Ошол кездеги технологиялар ойлоп табуучуга анын "металлда" жасалган продуктусун көрүүгө мүмкүндүк берген эмес.
Гравитациялык детектор Аурига ушундай жол менен Улуттук Легнард лабораториясында (Падуа, Италия) жасалган. Дизайн узундугу 3 метр жана диаметри 0,6 м болгон алюминий-магний цилиндрине негизделген Салмагы 2,3 тонна кабыл алуучу түзүлүш.абсолюттук нөлгө чейин муздатылган обочолонгон вакуумдук камерада токтотулган. Термелүүлөрдү аныктоо жана аныктоо үчүн көмөкчү килограммдык резонатор жана компьютердик өлчөө комплекси колдонулат. Жарыяланган жабдуулардын сезгичтиги 10-20.
Интерферометрлер
Гравитациялык толкундардын интерференциялык детекторлорунун иштеши Михельсон интерферометри сыяктуу эле принциптерге негизделген. Булак чыгарган лазер нуру эки агымга бөлүнөт. Көптөгөн чагылуулардан жана аппараттын ийиндери боюнча саякаттап өткөндөн кийин, агымдар кайрадан бириктирилет жана акыркы интерференция сүрөтү кандайдыр бир толкундоолордун (мисалы, гравитациялык толкун) нурлардын жүрүшүнө таасир эткендигин аныктоо үчүн колдонулат. Окшош жабдуулар көптөгөн өлкөлөрдө түзүлгөн:
- GEO 600 (Ганновер, Германия). Вакуумдук туннелдердин узундугу 600 метрди түзөт.
- TAMA (Япония) 300м ийиндер
- VIRGO (Пиза, Италия) - 2007-жылы башталган 3 км туннелдери бар француз-италиялык биргелешкен долбоор.
- LIGO (АКШ, Тынч океан жээги), 2002-жылдан бери тартылуу толкундарына аңчылык кылууда.
Акыркысын кененирээк карап чыгуу керек.
LIGO Advanced
Долбоор Массачусетс технологиялык институтунун жана Калифорния технологиялык институтунун окумуштуулары тарабынан демилгеленген. Луизиана жана Вашингтон штаттарында (Ливингстон жана Ханфорд шаарлары) 3 миң км аралыкта жайгашкан эки обсерваторияны камтыйт, үч окшош интерферометри бар. Перпендикулярдык вакуумдун узундугутуннельдер 4 миң метрди түзөт. Булар азыркы учурда иштеп жаткан эң чоң ушундай структуралар. 2011-жылга чейин тартылуу толкундарын аныктоо боюнча көптөгөн аракеттер эч кандай натыйжа берген эмес. Жүргүзүлгөн олуттуу модернизация (Advanced LIGO) 300-500 Гц диапазонундагы жабдуулардын сезгичтигин беш эседен ашык жогорулатты, ал эми төмөнкү жыштыктуу аймакта (60 Гцге чейин) дээрлик чоңдук тартибине жетип, 10-21ушундай эң сонун маани. Жаңыртылган долбоор 2015-жылдын сентябрында башталып, миңден ашык катышуучунун аракети натыйжаларга ээ болду.
Гравитация толкундары аныкталды
2015-жылдын 14-сентябрында 7 мс интервал менен өнүккөн LIGO детекторлору байкоого боло турган Ааламдын четинде болгон эң чоң кубулуштан - массалары бар эки чоң кара тешиктин кошулушунан биздин планетага жеткен гравитациялык толкундарды жазды. Күндүн массасынан 29 жана 36 эсе чоң. 1,3 миллиард жылдан ашык убакыт мурда болгон процесстин жүрүшүндө, секунданын бир нече бөлүгүндө тартылуу толкундарынын нурлануусуна болжол менен үч күн массасы жумшалган. Гравитациялык толкундардын баштапкы жыштыгы 35 Гц деп жазылып, эң жогорку чокусу 250 Гцке жетти.
Алынган натыйжалар бир нече жолу ар тараптуу текшерүүгө жана иштетүүгө дуушар болгон, алынган маалыматтардын альтернативалуу интерпретациялары кылдаттык менен үзүлгөн. Акыры, өткөн жылдын 11-февралында Эйнштейн алдын ала айткан феномендин түз катталганы дүйнөлүк коомчулукка жарыяланган.
Изилдөөчүлөрдүн титаникалык эмгегин чагылдырган факт: интерферометрдин колунун өлчөмдөрүндөгү термелүүлөрдүн амплитудасы 10-19m болгон - бул чоңдуктун диаметринен бир топ кичине атом, анткени ал кызгылт сарыдан кичине.
Кийинки перспективалар
Ачылыш Салыштырмалуулуктун жалпы теориясы жөн гана абстракттуу формулалардын жыйындысы эмес, гравитациялык толкундардын жана жалпы эле тартылуу күчүнүн маңызына принципиалдуу жаңы көз караш экенин дагы бир жолу тастыктайт.
Кийинки изилдөөлөрдө илимпоздор ELSA долбооруна чоң үмүт артышууда: гравитациялык талаалардын кичине бузулушун да аныктоого жөндөмдүү, 5 миллион кмге жакын колдору бар гиганттык орбиталык интерферометрди түзүү. Бул багыттагы иштерди активдештируу Ааламдын енугушунун негизги этаптары женунде, традициялык тилкелерде байкоого кыйын же мумкун болбогон процесстер женунде коп нерселерди айтып бере алат. Келечекте гравитациялык толкундары бекитиле турган кара тешиктер өздөрүнүн табияты тууралуу көп нерселерди айтып береринде шек жок.
Биздин дүйнөнүн Чоң жарылуудан кийинки алгачкы учурлары жөнүндө айтып бере турган реликтик гравитациялык нурланууну изилдөө үчүн дагы сезгич космостук аспаптар талап кылынат. Мындай долбоор бар (Big Bang Observer), бирок аны ишке ашыруу, эксперттердин пикири боюнча, 30-40 жылдан эрте эмес.
