Kā daļu no savas vispārējās relativitātes teorijas Einšteins paredzēja, ka masai vajadzētu izstarot gravitācijas viļņus. Tam jāspēj atklāt visspēcīgākos gravitācijas viļņus, kad tie iziet cauri Zemei. Un kosmosa novērošanas centram, ko plānots sākt 2015. gadā ar nosaukumu LISA, vajadzētu būt vēl spēcīgākam.
Zinātnieki ir tuvu, lai faktiski redzētu gravitācijas viļņus. Attēla kredīts: NASA
Smagums ir pazīstams spēks. Tas ir iemesls bailēm no augstuma. Tas tur Mēnesi līdz Zemei, Zeme - saulei. Tas neļauj alum peldēt no mūsu glāzēm.
Bet kā? Vai Zeme sūta slepenus ziņojumus uz Mēnesi?
Nu, jā - sava veida.
Eanna Flanagan, Kornellas fizikas un astronomijas asociētā profesore, savu dzīvi veltījusi gravitācijas izpratnei, kopš viņa bija studente Dublinas Universitātes koledžā dzimtajā Īrijā. Tagad, gandrīz divas desmitgades pēc tam, kad aizbrauca no Īrijas studēt doktora grādu pie slavenā relativista Kipra Torna Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā, viņa darbs koncentrējas uz gravitācijas viļņu lieluma un formas prognozēšanu - nenotveramu parādību, kuru prognozē Einšteina 1916. gada vispārējās relativitātes teorija. bet kuras nekad nav tieši atklātas.
1974. gadā Prinstonas universitātes astronomi Rasels Hulse un Džozefs H. Teilors jaunākais netieši izmērīja gravitācijas viļņu ietekmi uz neitronu zvaigznēm, kas riņķo apkārt - tas ir atklājums, kas viņām nopelnīja 1993. gada Nobela prēmiju fizikā. Pateicoties Flanagan un viņa kolēģu nesenajam darbam, zinātnieki tagad atrodas uz sliekšņa, kad tieši redzami pirmie gravitācijas viļņi.
Skaņa nevar pastāvēt vakuumā. Lai nogādātu savu ziņojumu, ir nepieciešams līdzeklis, piemēram, gaiss vai ūdens. Tāpat gravitācija nevar pastāvēt nebūtībā. Arī tai ir nepieciešams līdzeklis, ar kura starpniecību nodot savu vēstījumu. Einšteins teorēja, ka šī vide ir telpa un laiks jeb “kosmosa laika audums”.
Spiediena izmaiņas - trīce uz bungas, vibrējošs balss vads - rada skaņas viļņus, viļņus gaisā. Pēc Einšteina teorijas, masas izmaiņas - divu zvaigžņu sadursme, putekļu nolaišanās grāmatu plauktā - rada gravitācijas viļņus, viļņus kosmosa laikā.
Tā kā lielākajai daļai ikdienas priekšmetu ir masa, smaguma viļņiem vajadzētu būt visapkārt. Tad kāpēc mēs neko nevaram atrast?
"Spēcīgākie gravitācijas viļņi radīs izmērāmus traucējumus uz Zemes, kas ir 1000 reizes mazāki par atomu kodolu," skaidroja Flanagans. "Viņu noteikšana ir milzīgs tehnisks izaicinājums."
Reakcija uz šo izaicinājumu ir LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, kolosāls eksperiments, kurā piedalās vairāk nekā 300 zinātnieku.
LIGO sastāv no divām instalācijām, kas atrodas gandrīz 2000 jūdžu attālumā viena no otras - viena Hanfordā, Vašingtonā un otra Livingstonā, La. Katra iekārta ir veidota kā milzis “L” ar divām 2,5 jūdžu garām rokām, kas izgatavotas no 4 pēdu diametra. vakuuma caurules, kas ievietotas betonā. Īpaši stabili lāzera stari šķērso caurules, atlecot starp spoguļiem katras rokas galā. Zinātnieki sagaida, ka tuvojošs gravitācijas vilnis izstiepj vienu roku un izspiež otru, liekot diviem lāzeriem novirzīt nedaudz atšķirīgus attālumus.
Pēc tam atšķirību var izmērīt, “iejaucoties” lāzeros, kur rokas krustojas. Tas ir salīdzināms ar divām automašīnām, kas pārvietojas perpendikulāri krustojuma virzienā. Ja viņi brauc vienādu ātrumu un attālumu, viņi vienmēr sabruks. Bet, ja attālumi ir atšķirīgi, viņi var palaist garām. Flanagans un viņa kolēģi cer uz garām.
Turklāt precīzi tas, cik daudz lāzeri skāruši vai nokavējuši, sniegs informāciju par gravitācijas viļņa īpašībām un izcelsmi. Flanagana uzdevums ir paredzēt šīs īpašības, lai viņa kolēģi LIGO zinātu, ko meklēt.
Tehnoloģisko ierobežojumu dēļ LIGO spēj uztvert noteiktu frekvenču gravitācijas viļņus tikai no spēcīgiem avotiem, ieskaitot supernovas sprādzienus Piena ceļā un neitronu zvaigznīšu strauju griešanos vai kobirēšanu Piena Ceļa vai tālajās galaktikās.
Lai paplašinātu potenciālos avotus, NASA un Eiropas Kosmosa aģentūra jau plāno LIGO pēcteci LISA, lāzera interferometra kosmosa antenu. LISA principā ir līdzīgs LIGO, izņemot lāzerus, kas atlēc starp trim satelītiem 3 miljonu jūdžu attālumā viens no otra, sekojot Zemei orbītā ap sauli. Tā rezultātā LISA spēs noteikt viļņus ar zemāku frekvenci nekā LIGO, piemēram, tādus, ko rada neitronu zvaigznes sadursme ar melno caurumu vai divu melno caurumu sadursme. Paredzēts, ka LISA darbību uzsāks 2015. gadā.
Flanagans un Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta līdzstrādnieki nesen atšifrēja gravitācijas viļņa parakstu, kas rodas, kad supermasīvs melnais caurums norij saules lieluma neitronu zvaigzni. Tas ir paraksts, kuru LISA būs svarīgi atpazīt.
“Kad LISA lido, mums vajadzētu redzēt simtiem šo lietu,” atzīmēja Flanagans. “Mēs varēsim izmērīt, kā telpa un laiks tiek kropļoti un kā ir paredzēts, ka telpa ir savīta ap melno caurumu. Mēs redzam elektromagnētisko starojumu, un mēs domājam, ka tas, iespējams, ir melnais caurums, bet tas ir apmēram tik, cik mēs esam ieguvuši. Būs ļoti aizraujoši beidzot redzēt, ka relativitāte faktiski darbojas. ”
Bet viņš brīdināja: “Tas var nedarboties. Astronomi novēro, ka Visuma paplašināšanās paātrinās. Viens izskaidrojums ir tāds, ka vispārējā relativitāte ir jāmaina: Einšteinam lielākoties bija taisnība, taču dažos režīmos lietas varēja darboties savādāk. ”
Tomass Obersts ir zinātniskais rakstnieks internāts Kornella ziņu dienestā.
Oriģinālais avots: Kornela universitāte
