НАУКА
И ОБРАЗОВАНИЕ

Гравитационные волны: от понятия до открытия

,
33915
> Космос > Гравитационные волны: от понятия до открытия
гравитационные волны солнца

Гравитационные волны: от понятия до открытия

Гравитационными волнами называются возмущения пространства-времени, которые перемещаются со скоростью света. В целом они похожи на электромагнитные волны и возникают при взаимодействии двух объектов с огромными массами: например, нейтронных звёзд и чёрных дыр. Под возмущением подразумевается в буквальном смысле колебание пространства-времени. Для наглядности можно представить воду, в которую бросили камень и на которой вследствие образовались расходящиеся круги.

Сама идея о существовании гравитационных волн напрямую следует из общей теории относительности, которую вывел Альберт Эйнштейн. Гравитация в понимании ученого это не сила, а искривление пространства-времени.

Чтобы понять, что имеется в виду, представьте натянутый кусок ткани (пространства-времени), на который сверху положили тяжелый шарик (планету или звезду, например, Солнца). Ткань вокруг шарика продавится и образует колодец. Благодаря искривлениям вокруг шарика остальные объекты, проходя рядом, будут менять свою траекторию по сравнению с тем, если бы они двигались по ровной ткани. Они будут притягиваться друг к другу. И чем массивнее шарик, тем больше колодец, тем сильнее притяжение.

Подобная ситуация будет происходить и с гравитацией. Возьмите ускоряющийся нужным образом массивный объект, и он начнет производить волны. Для этого необходимо движение массы, которая не будет иметь сферической или цилиндрической симметрии. То есть вращающаяся сфера или цилиндр не будут производить гравитационных волн. Но если в систему добавить две сферы с общим центром вращения, то ситуация в корне меняется.

Чтобы понять, каким образом возможно обнаружить гравитационные волны, необходимо обратить внимание на то, откуда они могут появиться. Самые мощные источники – это либо сближающиеся нейтронные звезды, либо черные дыры, которые перед коллапсом вращаются друг вокруг друга на огромных скоростях, либо мощнейшие взрывы. Собственно, гравитационные волны смогли обнаружить с помощью двух экспериментов.

Эксперимент ЛИГО

Как можно заметить изменение в длине в миллионную долю ширины протона? Как и многие проблемы в физике, эта решается с помощью лазеров. Инструмент ЛИГО, построенные специально для такого эксперимента, представляет собой огромный интерферометр.

Эксперимент Кельсона-Морли

Смысл эксперимента заключается в том, что луч лазера делится на две части, каждая из которых перемещается 400 раз сначала в ту, затем в обратную сторону по перпендикулярным четырехметровым вакуумным туннелям между зеркалами. После этого лучи снова сводятся вместе. Если никаких нарушений не было и интерферометр построен достаточно точно, то в результате волны 2 частей изначального луча наложатся так, что мы получим картину, на которой волны будут перекрывать друг друга. Если будут иметь место какие-либо нарушения (например,гравитационные волны), то их можно будет увидеть на итоговой интерференционной картине.

излучение гравитационных волн

История изучения

Предположение о существование гравитационных волн было высказано Альбертом Эйнштейном в научной статье в 1916 году. Однако его долгое время не могли подтвердить экспериментально, несмотря на все попытки.

В конце 1969 года Джозеф Вебер, профессор физики Мэрилендского университета, сделал заявление о том, что он обнаружил волны тяготения космического происхождения. Ранее никто из ученых не выступал с подобным заявлением, а сама возможность обнаружения таких волн считалась неочевидной, и относились к ней скептически. Но ввиду того, что Вебер обладал авторитетом в научном сообществе и занимался вопросом гравитационных волн более десяти лет, ученые поверили в него и в его открытие.

Однако вскоре теория была опровергнута. Результаты, которые получил ученый, вызвали сомнения, ведь зарегистрированные амплитуды волн превышали теоретически разумную величину в миллионы раз. Вебер объяснял, что такие волны могли прийти из центра нашей Галактики, перекрытого пылевыми облаками – тогда об этом феномене было крайне мало информации. Затем последовало попутное предположение от астрофизиков о гигантской черной дыре, ежегодно пожирающей тысячи звезд, из которых она получает энергию, часть которой возвращает в виде гравитационного излучения. Что, однако, впоследствии также было доказательно опровергнуто.

Физики из разных стран (СССР, Англии, США, Италии, Германии и Франции) проводили эксперименты с помощью таких же детекторов,но не добились никаких результатов. Уже к 1972 году в научном сообществе наотрез отказывались связывать веберовские результаты с воздействием гравитационных волн.

Исследователи до сих пор не могут объяснить показания приборов Вебера. Однако его выводы и гипотезы мотивировали ученых следующего поколения попробовать создать более чувствительные детекторы волн тяготения, среди которых LIGO, MiniGrail и др.

скорость гравитационных волн

Открытие

Наконец, в 21 веке ученым удалось обнаружить колебания в пространстве-времени, вызываемые слиянием черных дыр, и экспериментально доказать существование гравитационных волн. Произошло это ровно через сто лет после заявления Альберта Эйнштейна в рамках общей теории относительности – 14 сентября 2015 года. Об открытии сообщили исследователи Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO 11 февраля 2016 года.

Астрофизики утверждают, что открытие гравитационных волн не только позволит абсолютно по-новому взглянуть на вселенную, но и откроет новые возможности спрогнозировать далекие события, которые невозможно увидеть с помощью таких приборов, как оптические телескопы.

Фундаментальное открытие положило начало новой эре астрономии. Оно позволит со временем сформировать более точные представления об образовании, составе и роли черных дыр в Галактике — сверхплотных шаров массы, которые способны исказить пространство-время в такой степени, что оттуда не могут выйти даже лучи света.

 

Вы дочитали статью! Отличная работа! Не забудьте оценить статью.
2 КОММЕНТАРИЯ
avatar
1 Цепочка комментария
1 Ответы по цепочке
2 Последователи
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
2 Авторы комментариев
adminВладимир Авторы недавних комментариев
Владимир
Владимир

Уже давно известно, что скорость распространения гравитации практически близка к бесконечности. Лаплас, Ван Фландерн.

admin

Статья, для ознакомления)

0 %