Лазерный мир

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.

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.

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.

Источник: http://iscience.ru/gravitacionnye-volny-ot-ponjatija-do-otkrytija/