Физики зарегистрировали гравитационные волны
11 февраля 2016 года
Ученым удалось зафиксировать гравитационные волны, которые предсказывал еще Альберт Эйнштейн. Сигнал от гравитационных волн акустического диапазона был получен в обсерватории [#1 LIGO] (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory), расположенной в США. По словам ученых, это достижение ознаменует новый этап в исследовании космоса. Об открытии было объявлено на пресс-конференции Национального научного фонда США, передает агентство Reuters.
Научная статья с результатами исследования была принята к публикации в специализированном журнале Physical Review Letters и уже появилась на сайте издания. Астрофизик и популяризатор науки Сергей Попов уже после официального объявления о научном открытии [#2 объяснил] русскоязычной общественности всю важность этого прорыва, однако признал, что ученым из LIGO во многом «просто повезло».
Представители научной коллаборации LIGO в Вашингтоне объявили, что это поворотное открытие, которое проложит путь для нового этапа исследования космоса. «Мы поймали гравитационные волны, мы сделали это!» - отмечают ученые.
Гравитационные волны зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 05:51 утра по североамериканскому восточному времени (13:51 по московскому времени) на двух детекторах-близнецах лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO, расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) в США.
Детекторы LIGO обнаружили относительные колебания величиной в 10 в минус 19-й степени метров (это примерно равно отношению диаметра атома к диаметру яблока) пар разнесенных на четыре километра пробных масс.
Источником волн ученые назвали слияние двух черных дыр массой около 29 и 36 масс Солнца. Физики называют сигнал «очень специфическим». В частности, было зафиксировано повышение частоты колебаний со временем - как раз то, что предсказывает общая теория относительности для сливающихся массивных объектов (чем ближе они подходят друг к другу, тем выше частота вращения и частота испускаемых гравитационных волн).
Когда волны достигли Земли, они сместили луч лазерного детектора на одну тысячную диаметра протона. Полученные колебания группа ученых преобразовала в звук. Аудиозапись уже появилась в свободном доступе в интернете.
Гравитационные волны - прямое следствие уравнений общей теории относительности, предложенных Альбертом Эйнштейном в 1915 году. Они описываются уравнениями волнового типа, их решения соответствуют возмущениям пространства-времени, движущимся со скоростью света. В отличие от электромагнитных, интенсивность гравитационных волн на много порядков меньше, поэтому обнаружить их удалось лишь спустя 100 лет с момента появления гипотезы, объясняют эксперты.
|
Обсерватория LIGO финансируется Национальным научным фондом США и построена по предложенной в 1980 году инициативе американских физиков Кипа Торна и Рональда Дривера. Стоимость установки оценивается в 370 миллионов долларов. Исследования в LIGO осуществляются в рамках одноименной коллаборации более чем тысячью ученых из США и 14 других стран, включая Россию, представленную двумя группами - из МГУ и Института прикладной физики Российской академии наук (Нижний Новгород).
Московскую группу создал и вплоть до последнего времени возглавлял Владимир Брагинский - один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире, напоминает Lenta.ru. В состав научной группы, включенной в число соавторов научного открытия, входят семь сотрудников кафедры физики колебаний МГУ, включая руководителя коллектива - Валерия Митрофанова. Группа участвует в проекте с 1992 года и занимается повышением чувствительности гравитационно-волновых детекторов и определением ее фундаментальных квантовых и термодинамических ограничений.
Теоретические и экспериментальные исследования физиков из МГУ нашли свое воплощение при создании детекторов нового поколения, позволивших непосредственно наблюдать гравитационные волны от слияния двух черных дыр. В процессе работы группы над проектом LIGO были получены результаты, важные не только для поиска гравитационных волн, но и для физики в целом. «Научное значение этого открытия огромно. Как и в случае электромагнитных волн, мы осознаем его в полной мере через некоторое время», - пояснил Митрофанов.
|
Гравитационные волны и теория Большого взрыва
Летом 2014 года американские астрофизики, ранее заявлявшие о том, что у них есть свидетельство существования первичных гравитационных волн, порожденных Большим взрывом, признали, что «не уверены» в своем результате.
Тогда ученые, работавшие в антарктической обсерватории BICEP2, опубликовали результаты своего исследования, названные ранее сенсационными, в научном журнале Physical Research Letters. После чего восхищения в рядах научного сообщества заметно поубавилось: в статье отмечалось существование белых пятен по поводу исследуемого предмета. А во время публичной лекции в Лондоне один из главных физиков BICEP2 - профессор Клем Прайк из Университета Миннесоты - признал, что обстоятельства изменились и его уверенность в том, что потрясающее открытие действительно было совершено, уменьшилась.
В марте 2014 года заявление ученых о том, что им удалось обнаружить следы первичных гравитационных волн, возникших после Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад, вызвало большой общественный резонанс. В настоящее время теория появления Вселенной предполагает, что начало миру положил Большой взрыв, который физики называют «моментом инфляции». Сразу после взрыва началась инфляционная стадия - непрерывное скачкообразное расширение Вселенной (в 2006 году было найдено доказательство существования такой стадии).
Многие ученые, в том числе и российские, заявляли, что на этой стадии появились огромные гравитационные волны, которые позволяли Вселенной расширяться. Согласно теории, именно из-за гравитационных волн маленькие колебания на уровне атома превращались в гигантские возмущения, которые создавали галактики.
По данным американских ученых, озвученным в марте 2014 года, им удалось обнаружить следы гравитационных волн на карте реликтового излучения. Их предполагаемое открытие было совершено с помощью телескопа BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), задача которого - измерение поляризации реликтового излучения, которое так же возникло в момент рождения Вселенной.
Весной того же года критики исследования заявили, что изменение поляризации, об обнаружении которого заявили американские ученые, могло быть вызвано какой-либо другой причиной, а не являться следом первичных гравитационных волн. Критика значительно усилилась после того, как были опубликованы данные телескопа «Планк», отличные от данных BICEP2.
Инфракрасный телескоп космического аппарата, названного в честь основателя квантовой физики Макса Планка, работает ниже температуры реликтового излучения, что позволяет получить уникальную информацию о температуре самого излучения. Его данные, как предполагают физики, непременно заслуживают доверия.
Отметим, что ранее эксперты предполагали, что подобное открытие сделало бы ученых, имеющих отношение к исследованию гравитационных волн, серьезными претендентами на Нобелевскую премию. Об инфляционной теории еще в 1979 году заявил молодой советский ученый (ныне - главный научный сотрудник Института теоретической физики имени Льва Ландау) Алексей Старобинский. Потом, в 1981 году, американец Алан Гут применил термин «космологическая инфляция», а в 1982 году московский физик Андрей Линде (сменивший затем гражданство на американское) предложил свою модель новой теории. В 2013 году Старобинскому была вручена престижная премия Грубера.
Ученые обнаружили сигнал гравитационных волн на частоте, соответствующей человеческой речи
По мнению астрофизика и популяризатора науки Сергея Попова, ученым из LIGO удалось сделать поворотное открытие во многом благодаря везению. «Практически как только они включились, они увидели сигнал - слияние двух очень массивных черных дыр. Сигнал очень сильно зависит от массы. В норме, в среднем черные дыры раза в три, а то и в четыре полегче, но в этом случае удалось увидеть сигнал с очень большого расстояния», - пояснил он в интервью «Медузе».
Ученый также простым языком объяснил всю суть явления гравитационных волн. «Начиная с общей теории относительности, мы считаем, что гравитация связана с геометрией пространства-времени; современные теории гравитации - геометрические. В этих теориях геометрию пространства описывают метрикой: на плоскости это легко нарисовать - такой ковер, разлинованный в клеточку. Это плоское пространство. Мы можем его по-всякому изгибать, но лучше делать это не руками, а, например, массивными телами - любое тяжелое тело искажает пространство вокруг себя. Дальше - если это тяжелое тело будет ерзать, или, к примеру, два тяжелых тела будут крутиться вокруг общего центра звезды, то они будут периодически возмущать пространство, и по пространству побежит рябь. Вот это и есть гравитационные волны», - объяснил Попов.
По его словам, тот факт, что только сейчас ученым удалось зафиксировать гравитационные волны, объясняется в первую очередь появлением подходящей аппаратуры. «Детектор LIGO, детектор VIRGO, который скоро начнет работать в Европе, - это совершенно потрясающие машины по точности измерений. До этого люди использовали более дешевые, более простые подходы. LIGO - это 25 лет труда, огромные суммы денег, потраченные в первую очередь на исследования, на создание новых технологий, на доведение этих технологий до ума и на изготовление этих потрясающе точных приборов», - отметил Попов.
В разговоре с журналистами астрофизик также объяснил, почему сигнал, зафиксированный LIGO, был представлен в виде звука. «Во-первых, люди любят картинки и звуки. Поэтому многие сигналы - колебания звезд, еще какие-то - переводят в звуковую форму. Но здесь волею судеб сигнал на самом деле приходит на частоте, примерно соответствующей частоте нашей речи. Физически это явления разные, но частоты те же - килогерцы. Поэтому ученые решили, что это такой красивый ход. Нарисованный график, принятый в ходе опыта, говорит о форме гравитационно-волнового сигнала, о том, как волна колеблет зеркала в измерительном приборе. Но обычно люди хотят не просто загогулину увидеть, а получить какой-то мультимедийный контент», - резюмировал ученый.
Источники
править
Любой участник может оформить статью: добавить иллюстрации, викифицировать, заполнить шаблоны и добавить категории.
Любой редактор может снять этот шаблон после оформления и проверки.
Комментарии
Если вы хотите сообщить о проблеме в статье (например, фактическая ошибка и т. д.), пожалуйста, используйте обычную страницу обсуждения.
Комментарии на этой странице могут не соответствовать политике нейтральной точки зрения, однако, пожалуйста, придерживайтесь темы и попытайтесь избежать брани, оскорбительных или подстрекательных комментариев. Попробуйте написать такие комментарии, которые заставят задуматься, будут проницательными или спорными. Цивилизованная дискуссия и вежливый спор делают страницу комментариев дружелюбным местом. Пожалуйста, подумайте об этом.
Несколько советов по оформлению реплик:
- Новые темы начинайте, пожалуйста, снизу.
- Используйте символ звёздочки «*» в начале строки для начала новой темы. Далее пишите свой текст.
- Для ответа в начале строки укажите на одну звёздочку больше, чем в предыдущей реплике.
- Пожалуйста, подписывайте все свои сообщения, используя четыре тильды (~~~~). При предварительном просмотре и сохранении они будут автоматически заменены на ваше имя и дату.
Обращаем ваше внимание, что комментарии не предназначены для размещения ссылок на внешние ресурсы не по теме статьи, которые могут быть удалены или скрыты любым участником. Тем не менее, на странице комментариев вы можете сообщить о статьях в СМИ, которые ссылаются на эту заметку, а также о её обсуждении на сторонних ресурсах.
