מהו גל כבידה?

התאריך הרשמי של פתיחה (זיהוי) של גלי כבידה נחשב פחות מ -11 בפברואר, 2016. אז זהו שנערך בוושינגטון על מסיבת עיתונאים, מנהיגי בשיתוף LIGO, נודע כי צוות של חוקרים הצליחו בפעם הראשונה בהיסטוריה של האנושות לתקן תופעה זו.

הנבואות של איינשטיין הגדול

העובדה גלי כבידה להתקיים, אפילו בתחילת המאה שעברה (1916) הציע אלברט איינשטיין ניסח במסגרת תורת היחסות הכללית (GR). אפשר רק להתפעל היכולות המתוחכמות של הפיזיקאי המפורסם, שהייתה מסוגלת לעשות מסקנות מרחיקות לכת כאלה עם מינימום של נתונים בפועל. בין תופעות פיזיות רבות אחרות חזו כי האישור נמצא המאה הבאה (מאיט את חלוף הזמן, השינויים קרינה אלקטרומגנטית לכיוון שדות כבידה, וכו ') כמעט לזהות נוכחות של סוג זה של אינטראקציה גל של גופים, עד לא מזמן זה לא היה אפשרי.

Gravity - אשליה?

באופן כללי, לאור תורת היחסות הכבידה בקושי כוח. זוהי תוצאה של ההפרעות או עקמומיות של הרצף מרחב-זמן. דוגמא טובה להמחשת קביעה זו עשויה להיות מתוחה פיסת הבד. תחת המשקל מונח על משטח של אובייקט בתפזורת נוצרת הפסקה. חפצים אחרים בתנועה ליד האנומליה הזו ישנו את מסלול התנועה שלהם, כביכול "משכו". וכך יגדל המשקל של האובייקט (עומק קוטר ועקמומיות יותר), את גדל "כוח המשיכה." כאשר הוא עובר על הבד, אתה יכול לראות את הופעתה של "אדוות" סוטות.

דבר דומה מתרחש בשטח העולם. משנע חומר מוצק במהירות הוא המקור של תנודות הצפיפות של חלל וזמן. גל הכביד עם משרעת משמעותית, נוצר גופים בעלי מסות גדולות מאוד או בזמן נהיגה עם תאוצות גדולות.

מפרטים פיזיים

תנודות מדד המרחב-זמן להתבטא בשינויים בתחום הכבידה. תופעה זו נקראת גם אדוות במרחב-זמן. גל כבידה משפיע על הגוף וחפץ נתקל, סחיט ומותח אותם. כמות הזנים הם קטנים מאוד - בסדר גודל של 10 ^-21 ביחס לגודל המקורי. הקושי השלם של זיהוי של תופעה זו הוא כי החוקרים נאלצו ללמוד כיצד למדוד ולתעד את השינויים הבאים באמצעות הציוד המתאים. כוחה של קרינה כבידתית הוא גם נמוך מאוד - עבור מערכת השמש כולה, זה כמה קילוואט.

מהירויות ההתפשטות של גלי כבידה תלויות מעט על המאפיינים של מדיום הניצוח. משרעת התנודה עם מרחק מהמקור פוחת בהדרגה אך לא תגיע לאפס. התדירות טמונה במגוון מכמה עשרות עד מאה הרץ. המהירות של גלי כבידה של החומר הבין-כוכבי מתקרב למהירות האור.

ראיות נסיבתיות

בפעם הראשונה אישור תיאורטי על קיומו של גלי כבידה הצליח להשיג האסטרונום האמריקאי ג'וזף טיילור וראסל ולס לעוזרו ב 1974. לימוד היקום באמצעות טלסקופ מצפי ארסיבו (פורטו ריקו), החוקרים גילו את פולסר PSR B1913 + 16 המייצגים מערכת בינארית של כוכבי נויטרונים אשר לסובב סביב מרכז משותף של מסה בכל המהירות הזוויתית קבועה (מקרה נדיר). כל תקופת טיפול לשנה היא בתחילה 3.75 שעות, לכדי 70 ms. ערך זה עולה בקנה אחד עם המסקנות של משוואות GTR כי לחזות את עליית מהירות סיבוב של מערכות אלה בשל צריכת האנרגיה עבור הדור של גלי כבידה. מאוחר יותר פולסארים כפולים ננסים לבנים עם התנהגות דומה נמצא. אסטרונומית רדיו ד טיילור ור 'ולס בפרס נובל לפיסיקה על גילוי האפשרויות החדשות של שדות כבידה לומדים הוענקו בשנת 1993.

גניבת גלי כבידה

ההצהרה הראשונה של גלי כבידה באיתור קיבל מהמדען אוניברסיטת מרילנד Dzhozefa Vebera (ארה"ב) בשנת 1969. לשם כך הוא השתמש בשתי אנטנות הכבידתית של עיצוב משלהם, מופרדים על ידי מרחק של שני קילומטרים. גלאי התהודה היה חתיכת גליל-רגל רטט-מבודד טובה של אלומיניום, מצוידת מתמר פיזואלקטריים רגישים. משרעת של וובר תנודות קבוע לכאורה הוכיח שהוא יותר ממיליון פעמים גבוה יותר מהצפוי. ניסיונות על ידי חוקרים אחרים באמצעות ציוד דומה לחזור על "ההצלחה" של תוצאות חיובי הפיזיקאי האמריקאי לא הניבו. אחרי כמה שנים של העבודה וובר בתחום זה הוכר חדל פירעון, אבל נתתי תנופה לפיתוח "בום הכבידה" שהתקשרתי בתחום זה של מחקר של מומחים רבים. אגב, Dzhozef וובר עד מותו היה בטוח לקחת גלי כבידה.

שיפור ציוד הקבלה

בשנת המדען -70 ביל Feyrbank (ארה"ב) פתח עיצוב האנטנה הכביד-גל, מקורר על ידי הליום נוזלי, עם השימוש דיונונים - מגנטומטר רגיש במיוחד. קיים בזמנו הטכנולוגיה אסורה לראות ממציא המוצר שלך, ב"מגדל דיסקונט "מתכת".

על פי עיקרון זה עשוי אוריגה הגלאי הכביד lenyarskoy National Laboratory (פדובה, איטליה). מבנה בסיס הגליל-מגנזיום האלומיניום באורך של 3 מטרים בקוטר של 0.6 מ '. משקל יחידת המקלט של 2.3 טונות מושעה באופן מבודד, מקורר לאפס בתא ואקום מוחלט קרוב. עבור קיבוע ונענוע באיתור מהוד קילוגרם עזר ומערכת המדידה מבוסס על מחשבים. הרגישות כאמור של ציוד 10 ^-20.

התאבכות

הבסיס של תפקוד של גלאי גלי כבידה interferometric שולבו אותם עקרונות המשמשים בבית אינטרפרומטר מייקלסון. נפלט המקור של קרן הליזר מחולק לשני זרמים. לאחר השתקפויות מרובות נסיעות על תזרים תקני כתפיים מובאות שוב ביחד, ואת תמונת התערבות שופט הסופית מושפעת אם במהלך הקרניים שום הפרעה (למשל, גלי כבידה). ציוד כזה נוצר במדינות רבות:

• GEO 600 (Hannover, גרמניה). אורך המנהרה ואקום 600 מטרים.
• תמ"א (יפן) עם כתפיים ב 300 מטר.
• בתולה (פיזה, איטליה) - פרויקט פרנקו-איטלקי משותף, הושק בשנת 2007 עם מנהרות ארוכות שלושה קילומטר.
• LIGO (ארצות הברית, חוף האוקיינוס השקט), המוביל את המצוד אחר גלי כבידה ב 2002.

אחרון שווה לשקול ביתר פירוט.

LIGO מתקדם

את הפרויקט יזם ידי מדענים במכון מסצ'וסטס לטכנולוגיה של קליפורניה. כולל שני מצפים מופרדות 3 אלף. הק"מ, לואיזיאנה וושינגטון (העיר של ליווינגסטון הנפורד) עם שלוש התאבכות זהה. אורך המנהרה ואקום בניצב הוא 4 אלף. מטר. זהו הגדול ביותר עד כה מבנים דומים קיימים. עד 2011, ניסיונות רבים כדי לגלות גלי כבידה לא הניבו תוצאות. המשדרג משמעותית (המתקדם LIGO) הגדילה את הרגישות של הציוד רץ טווח 300-500 יותר מחמש פעמים, ובאזור בתדירות הנמוכה (עד 60 הרץ) הוא כמעט בסדר גודל, להגיע לשווי כזה נחשק 10 ^-21. הפרויקט המעודכן החל בספטמבר 2015, ואת המאמצים של יותר מאלף עובדים של שיתוף הפעולה כבר מתוגמלים עם התוצאות.

גלי כבידה נמצאים

14 בספטמבר, 2015 התקדם גלאי LIGO ב 7 ms מרווח שנרשם לרדת גלי כבידה של כוכב הלכת שלנו מן האירועים הגדולים שהתרחשו בשולי היקום הנצפה - מיזוג של שני חורים שחורים גדולים עם המוני 29 ו 36 פעמים יותר מאשר מסת השמש. במהלך המשפט, שהתקיים מעל 1.3 Ga לפני, בתוך כמה שניות כדי קרינה גרביטציונית אותו בילה כשלוש מסות שמש של עניין. תדירות קבועה ראשוני גלי כבידה 35 הרץ, וערך השיא המרבי של הרמה הגיע ב 250 רץ.

התוצאות שהתקבלו היו נתון פעמים חוזרות ונשנים בדיקות וטיפול מקיפים, לחתוך בזהירות את החלופות פרשניות של הנתונים. לבסוף, ב -11 בפברואר בשנה שעברה על זיהוי הישיר של התופעה שחוזה איינשטיין, הוכרז לקהילת העולם.

עובדת ממחישת יצירה של חוקרי טיטניק: האמפליטודה של זרוע התנודה של הגודל הוא 10 ^-19 מ '- ערך זה כמה פעמים קטנות יותר בקוטר של אטום, עד כמה יש לו כתום פחות.

סיכויי עתיד

תגלית זו שוב מאשרת כי תורת היחסות הכללית - הוא לא רק אוסף של נוסחאות מופשטות, ואת מראה חדש לחלוטין את המהות של גלי כבידה וכבידה בכללותו.

במחקרים נוספים, יש מדענים תקוות גדולות על הפרויקט ELSA: יצירת אינטרפרומטר המקיפים ענק עם כתפיים על 5 מיליון ק"מ, מסוגל לאתר הפרעות קטין אפילו של שדות כבידה. החייאת העבודה בכיוון זה היא מסוגלת לספר הרבה על השלבים הבסיסיים של התפתחות היקום, את התהליכים, התצפית כי תחומים מסורתיים קשה או בלתי אפשרי. אין ספק כי חורים שחורים, גלי כבידה, אשר יתוקנו בעתיד, הרבה לדבר על הטבע.

לצורך המחקר של קרינת כבידתית שריד, מסוגל לדבר על הרגעים הראשונים של עולמנו לאחר המפץ הגדול, ידרוש מכשירי שטח רגישים יותר. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. פרויקט זה קיים (המפץ הגדול Observer), אך יישומה, ההבטחות של מומחים, אפשר לא מוקדם יותר מאשר 30-40 שנים.