Mokslininkai pagaliau įrodė šimtametę Einšteino teoriją apie gravitacines bangas
Jie paėmė signalus iš dviejų juodųjų skylių, susiliejančių už šviesmečių
Mokslininkai teigia įrodę gravitacinių bangų egzistavimą - erdvės ir laiko bangas, atsirandančias iš visatoje judančių objektų. Jei tiesa, tai pirmą kartą šios bangos matuojamos tiesiogiai ir žymi vieną didžiausių mokslo atradimų per pastaruosius dešimtmečius. Tačiau anksčiau buvo keletas klaidingų pavojaus signalų.
Jei tai tiesa, tai žymi vieną didžiausių mokslinių atradimų per pastaruosius dešimtmečius
Atradimą padarė didelė tyrėjų grupė, sudaranti tyrimąLazerio interferometro gravitacinių bangų observatorijos (LIGO) mokslinis bendradarbiavimas. LIGO observatorijos paėmė bangų signalus 2015 m. Rugsėjo 14 d., Sklindančius iš dviejų tolimų juodųjų skylių, susiliejusių prieš 1,3 milijardo metų. Juodosios skylės apsisuko aplinkui kelis kartus per sekundę, kol susiliejo didžiuliame sprogime - šis procesas generuoja didžiules gravitacines bangas. Šios bangos išsiskleidžia kelyje į Žemę, reikalaujančios subtilių prietaisų, kurie turi prisitaikyti prie bet kokių mūsų planetos trukdžių. Nors LIGO stebėjimai yra novatoriški, kiti mokslininkai turės išsiaiškinti duomenis, kad įsitikintų, jog jie teisingi. Tyrimas buvo paskelbtasšiandienFizinės apžvalgos laiškai . Ateinančiomis savaitėmis ir mėnesiais taip pat bus daugiau tyrimų.
Gravitacines bangas 1916 m. Numatė Albertas Einšteinas, kaip savo bendrosios reliatyvumo teorijos dalį. Jų radimas patvirtintų didelę šios teorijos dalį - ir tai būtų pirmas žingsnis link naujo kosmoso stebėjimo būdo. Juodosios skylės ir neutroninės žvaigždės yra per silpnos, kad būtų galima pamatyti šiuolaikinius teleskopus, tačiau tyrėjai galbūt sugebės išmatuoti jų sukeliamas gravitacines bangas. Tai pasakytų mokslininkams daugiau informacijos apie tai, kaip šie objektai manipuliuoja gravitacija, ir netgi gali atrasti naujų objektų ir koncepcijų, apie kurias niekada net negalvojome. „Mes tikriname ne tik teoriją, - sako NASA astrofizikas Ira Thorpe, nedalyvavęs LIGO. „Tikroji svarbi to dalis yra ta, kad ji suteikia mums visiškai naują įrankį suprasti savo Visatą“.
Tai yra, darant prielaidą, kad šiandieninė išvada yra teisinga. Mokslininkai prieš tai kelis kartus klydo dėl gravitacinių bangų. 6-ajame dešimtmetyje amerikiečių fizikas Josephas Weberis tvirtino aptikęs gravitacijos bangas, tačiau jo išvados buvo diskredituotos, kai niekas negalėjo jų atgaminti. 2014 m. BICEP2 teleskopu netoli Pietų ašigalio esanti komanda teigė, kad bangų įrodymus rado tyrinėdami ankstyvąją Visatą; jų rezultatai vis dėlto pasirodė iš kosminių dulkių. Įrankiai, kuriuos naudoja LIGO, yra labai jautrūs išorės trukdžiams, o tai reiškia, kad šiandieniniams rezultatams įtakos gali turėti trikdžiai, atsirandantys čia, Žemėje.
starbucks taurės sostų žaidimas
Mokslininkai anksčiau klydo dėl gravitacinių bangų
Tačiau kol kas šiandien mokslininkams yra šventė. 'Ponios ir ponai, mes aptikome gravitacijos bangas. Mes tai padarėme “, - spaudos konferencijoje, kurioje pranešė apie atradimą, sakė LIGO vykdantysis direktorius Davidas Reitze. Jo pareiškimą pasitiko džiūgavimai, aplodismentai, kuriuos dalyvavo mokslininkai ir spauda.„Tai, ką mes spėjome ir spėliojome, taps išsamaus tyrimo objektu“, - sakė Johno Hopkinso universiteto teorinis fizikas Marcas Kamionkowskis.Ribaprieš paskelbiant. 'Nuostabu, kad jie gali tai aptikti'.
Kas yra gravitacinės bangos?
Menininkas perteikia gravitacines bangas iš dviejų juodųjų skylių. (NASA)
Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija visiškai pakeitė tai, kaip mes suvokiame Visatą. Iš pradžių mokslininkai manė, kad erdvė ir laikas yra dvi fiksuotos ir nepriklausomos sąvokos. Tačiau Einšteino teorija sujungė erdvę ir laiką į vieną keturių dimensijų modelį, vadinamą erdvės-laiko. Ir erdvė-laikas apskritai nėra fiksuotas.
Einšteino teorija visiškai pakeitė tai, kaip mes suvokiame Visatą
Teorija taip pat pakeitė mūsų supratimą apie sunkumą. Remiantis Niutono fizika, visi Visatos objektai yra įgimti vienas kito. Vietoj to Einšteinas pasiūlė, kad objektai iš tikrųjų iškreiptų erdvės ir laiko aplink juos, sukurdami gravitacinį „tempimą“. Įsivaizduokite boulingo kamuolį ant ištemptos antklodės. Kamuolys sulenkia antklodę, sukurdamas įspūdį audinyje. Planetos ir žvaigždės yra boulingo kamuolys; erdvė-laikas yra antklodė. Dabar įsivaizduokite, kad per tą antklodę ridenate marmurą su boulingo kamuoliu. Marmuras seka antklodės linkį link kamuolio. Mažesni daiktai, tokie kaip asteroidai, veikia kaip marmuras, kai yra šalia didesnės masės: jie seka erdvės-laiko kreivumą, kurį sukuria didesnis objektas.
Kai objektai juda per Visatą, eidami jie taip pat iškreipia erdvės laiką. Tai sukelia bangas: gravitacines bangas. Kiekvieno objekto judėjimas - nuo žmogaus iki supermasyvios juodosios skylės - sukelia gravitacines bangas.
Gravitacinės bangos paprastai būna nepaprastai silpnos
Dauguma visų mokslo bendruomenės narių mano, kad egzistuoja gravitacinės bangos, tačiau niekas to niekada neįrodė. Taip yra todėl, kad gravitacinių bangų signalai paprastai būna neįtikėtinai silpni. „Kai judame, gravitacinė banga yra tokia silpna, kad iš tikrųjų yra nulis“, - sako Kamionkowski. 'Žemė, einanti aplink Saulę, sukuria gravitacinių bangų signalą, tačiau jis vis dar yra labai, labai silpnas'.
Bet kuo objektas turi daugiau masės, tuo didesnė jo banga. Itin tankūs objektai, pavyzdžiui, juodosios skylės ar neutroninės žvaigždės, judančios dideliu greičiu, gali sukelti pakankamai dideles gravitacines bangas, kurias galima išmatuoti čia, Žemėje. Taigi tai ir nukreipė LIGO mokslininkai.
LIGO
LIGO bendradarbiavimą turi dvi observatorijos Luizianoje ir Vašingtono valstijoje, kurias abi finansuoja Nacionalinis mokslo fondas. Kiekvienas objektas yra panašus į milžinišką „L“; „L“ rankos yra du vakuuminiai hermetiški vamzdžiai, besitęsiantys 2,5 mylios ilgio, su veidrodžiais abiejuose galuose. Veidrodžiai naudojami matuoti, kaip gravitacinės bangos deformuoja erdvės laiką. Kai praeina gravitacinė banga, vienas veidrodis priartėja, o kitas traukiasi; mokslininkai matuoja šį reiškinį atšokdami lazerius nuo veidrodžių. Laiko, per kurį lazeris atšoka nuo veidrodžio, pokyčiai rodo gravitacinę bangą.
Juodųjų skylių gravitacinių bangų matavimai taip pat buvo paversti garsine forma, kurią LIGO vadina „čiulbėjimu“. Jungiantis juodosioms skylėms, susidariusių gravitacinių bangų dažnis didėja iki susidūrimo momento. Kaip garsas tas judesys tampa aukšta nata, kuri iškelia oktavas tikrai greitai. Tjo čiulbėjimas pastebimas žemiau esančiame įraše. Mokslininkai pakeitė jo dažnį, kad būtų lengviau girdėti.
Gravitacinės bangos LIGO instrumentus keičia tik maždaug dešimt tūkstantąja protono dalimi. Tai reiškia, kad Žemė nėra ideali vieta bangoms ieškoti, nes žmonių judėjimas ar eismas gali sukelti trikdžius. Pavyzdžiui, LIGO vis gaudavo „rodmenis“, kuriuos iš tikrųjų lėmė tai, kad automobiliai riedėjo šalia esančiu kelio nelygumu.
Vienas iš bandomųjų LIGO masės veidrodžių. (LIGO)
Tačiau LIGO bandė prisitaikyti prie galimų trukdžių. Bendradarbiaudami turi net tris narius, pasišventusius tvarkytis su duomenimis. Šie mokslininkai tikslingai kuria netikrus signalus, kad įsitikintų, jog bendradarbiavimas gali įžvelgti, kaip turėtų atrodyti tikrieji matavimai. Vienu metu,LIGO buvo pasirengusi paskelbtijie nustatė gravitacines bangas, remdamiesi vienu iš šių netikrų rodmenų. Komanda turėjo viską pradėti iš naujo, kai sužinojo, kad buvo manipuliuojama duomenimis.
Judeti i prieki
Menininkas perteikia tai, kaip galėtų atrodyti LISA gravitacinių bangų detektorius kosmose. (NASA)
Jei LIGO matavimai neatlaikys, bendradarbiavimas galėtų sukelti savo pulsacijos efektą - vieną mokslo bendruomenėje. Gravitacinės bangos siūlo būdus tirti objektus, kurie neskleidžia šviesos, o tai gali reikšti, kad daugiau tyrimų institucijų gali investuoti į jų aptikimo būdus. „Kai pirmą kartą buvo aptikti radijo teleskopai, radome visus šiuos galingus radijo šaltinius, kurių dar niekada nebuvome žinoję“, - sako Kamionkowski. 'Mes gauname naujas akis pažvelgti į dangų'.
Gravitacinių bangų aptikimas galėtų perkelti už Žemės ribų į kosmosą
Greičiausiai gravitacinių bangų aptikimas persikels už Žemės į kosmosą. Šiuo metu Thorpe dirba„LISA Pathfinder“ misija, NASA ir Europos kosmoso agentūros partnerystė. Projektas gruodžio mėnesį paleido erdvėlaivį, kad išbandytų technologijas, reikalingas būsimiems kosmoso gravitacinių bangų detektoriams. Thorpe'as sako, kad dirbant kosmose su Žeme susiję sutrikimai nėra problema. Be to, yra daug daugiau vietos dirbti: kosmoso detektorius galėtų panaudoti milijonų mylių ilgio lazerio spindulius gravitacinių bangų judesiams paimti. „Nuvykę į kosmosą, mes tikrai galime pasinaudoti tuo, kad galime padidinti savo detektorių“, - sako jis.
Realiai, nors tokios technologijos yra dešimtmečių atstumu. Tačiau Thorpe'as sako, kad šiandieninis atradimas padės paskatinti tokias pastangas kaip „LISA Pathfinder“ misija. „Tokio projekto kaip LIGO sėkmė įkvėps mus tęsti ir bandyti.“
Vaizdo režisierius Miriam Nielsen .
