Qravitasiya dalğalarının rəsmi kəşfi (aşkarlanması) günü 11 fevral 2016-cı ildir. Məhz bundan sonra Vaşinqtonda keçirilən mətbuat konfransında LIGO əməkdaşlığının rəhbərləri bir qrup tədqiqatçının bəşər tarixində ilk dəfə olaraq bu fenomeni qeydə almağa müvəffəq olduğunu bildirdilər.
Böyük Eynşteynin peyğəmbərlikləri
Hətta keçən əsrin əvvəllərində (1916) Albert Eynşteyn qravitasiya dalğalarının onun tərəfindən tərtib edilmiş Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi (GR) çərçivəsində mövcud olduğunu irəli sürdü. Minimum real məlumatlarla belə uzaqgörən nəticələr çıxarmağı bacaran məşhur fizikin parlaq qabiliyyətlərinə ancaq heyran olmaq olar. Növbəti əsrdə təsdiqlənmiş bir çox digər proqnozlaşdırılan fiziki hadisələr arasında (zamanın axınının ləngiməsi, qravitasiya sahələrində elektromaqnit şüalanmanın istiqamətinin dəyişdirilməsi və s.) bu tip dalğanın mövcudluğunu praktiki olaraq aşkar etmək mümkün olmadı. yaxın vaxtlara qədər orqanların qarşılıqlı əlaqəsi.
Qravitasiya illüziyadır?
Ümumiyyətlə, işıqdaNisbilik nəzəriyyəsi çətin ki, cazibə qüvvəsini qüvvə adlandıra bilər. Bu, məkan-zaman kontinuumunun təlaş və ya əyriliyinin nəticəsidir. Bu postulatı təsvir edən yaxşı nümunə uzanmış bir parçadır. Belə bir səthə yerləşdirilən kütləvi bir obyektin çəkisi altında bir girinti meydana gəlir. Bu anomaliyaya yaxın yerdə hərəkət edən digər obyektlər, sanki “cəlb edir” kimi öz hərəkət trayektoriyasını dəyişəcək. Və cismin çəkisi nə qədər böyükdürsə (əyriliyin diametri və dərinliyi nə qədər böyükdürsə), "cazibə qüvvəsi" bir o qədər yüksəkdir. O, parçadan keçdikdə, siz fərqli "dalğanın" görünüşünü müşahidə edə bilərsiniz.
Oxşar bir şey dünya kosmosunda baş verir. Sürətlə hərəkət edən istənilən kütləvi maddə məkan və zamanın sıxlığında dalğalanmaların mənbəyidir. Həddindən artıq böyük kütlələri olan cisimlər tərəfindən və ya böyük sürətlənmələrlə hərəkət edərkən əmələ gələn əhəmiyyətli amplitudalı qravitasiya dalğası.
Fiziki xüsusiyyətlər
Kosmos-zaman metrikasının dalğalanmaları qravitasiya sahəsində dəyişikliklər kimi özünü göstərir. Bu fenomen başqa bir şəkildə məkan-zaman dalğaları adlanır. Qravitasiya dalğası rast gəlinən cisimlərə və cisimlərə təsir edir, onları sıxır və uzadır. Deformasiya dəyərləri çox kiçikdir - orijinal ölçüdən təxminən 10-21 . Bu fenomeni aşkar etməyin bütün çətinliyi ondan ibarət idi ki, tədqiqatçılar müvafiq avadanlıqların köməyi ilə bu cür dəyişiklikləri ölçməyi və qeyd etməyi öyrənməli idilər. Qravitasiya radiasiyasının gücü də son dərəcə kiçikdir - bütün günəş sistemi üçün belədirbir neçə kilovat.
Qravitasiya dalğalarının yayılma sürəti keçirici mühitin xüsusiyyətlərindən bir qədər asılıdır. Mənbədən uzaqlaşdıqca rəqsin amplitudası tədricən azalır, lakin heç vaxt sıfıra çatmır. Tezlik bir neçə onlarla və yüzlərlə hers arasında dəyişir. Ulduzlararası mühitdə qravitasiya dalğalarının sürəti işıq sürətinə yaxınlaşır.
Dövləti sübut
İlk dəfə cazibə dalğalarının mövcudluğunun nəzəri təsdiqini 1974-cü ildə Amerika astronomu Cozef Taylor və onun köməkçisi Russell Hulse əldə etmişlər. Arecibo Rəsədxanasının (Puerto Riko) radio teleskopundan istifadə edərək Kainatın genişliklərini öyrənən tədqiqatçılar sabit bucaq sürəti ilə ümumi kütlə mərkəzi ətrafında fırlanan neytron ulduzlarının ikili sistemi olan PSR B1913 + 16 pulsarını kəşf etdilər (olduqca nadir hal). Hər il başlanğıcda 3,75 saat olan inqilab müddəti 70 ms azalır. Bu dəyər qravitasiya dalğalarının yaranması üçün enerji xərclənməsi səbəbindən bu cür sistemlərin fırlanma sürətinin artacağını proqnozlaşdıran GR tənliklərinin nəticələrinə tamamilə uyğundur. Sonradan oxşar davranışa malik bir neçə qoşa pulsar və ağ cırtdanlar aşkar edildi. Radio astronomları D. Taylor və R. Hulse qravitasiya sahələrini öyrənmək üçün yeni imkanlar kəşf etdiklərinə görə 1993-cü ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatına layiq görüldülər.
Qaçan cazibə dalğası
Haqqında ilk açıqlamacazibə dalğalarının aşkarlanması 1969-cu ildə Merilend Universitetinin alimi Cozef Veberdən (ABŞ) gəldi. Bu məqsədlər üçün o, iki kilometr məsafə ilə ayrılmış iki qravitasiya antenasından istifadə etdi. Rezonans detektoru həssas piezoelektrik sensorlarla təchiz edilmiş yaxşı vibrasiyalı bir parça iki metrlik alüminium silindr idi. Weber tərəfindən qeydə alınan dalğalanmaların amplitudasının gözlənilən dəyərdən bir milyon dəfə çox olduğu ortaya çıxdı. Digər alimlərin belə avadanlıqdan istifadə edərək amerikalı fizikin “uğurunu” təkrarlamaq cəhdləri müsbət nəticə verməyib. Bir neçə il sonra Veberin bu sahədəki işi qeyri-mümkün kimi tanındı, lakin bu tədqiqat sahəsinə bir çox mütəxəssisi cəlb edən "qravitasiya bumu"nun inkişafına təkan verdi. Yeri gəlmişkən, Cozef Veberin özü də ömrünün sonuna kimi qravitasiya dalğaları aldığına əmin idi.
Qəbuledici avadanlıqların təkmilləşdirilməsi
70-ci illərdə alim Bill Fairbank (ABŞ) SQUID-lərdən - həddindən artıq həssas maqnitometrlərdən istifadə edərək maye heliumla soyudulmuş qravitasiya dalğası antennasının dizaynını işləyib hazırladı. O dövrdə mövcud olan texnologiyalar ixtiraçıya öz məhsulunu "metalda" həyata keçirməyə imkan vermirdi.
Qravitasiya detektoru Auriga bu şəkildə Milli Leqnard Laboratoriyasında (Padua, İtaliya) hazırlanmışdır. Dizayn 3 metr uzunluğunda və 0,6 m diametrli alüminium-maqnezium silindrinə əsaslanır.2,3 ton ağırlığında qəbuledici qurğudemək olar ki, mütləq sıfıra qədər soyudulmuş təcrid olunmuş vakuum kamerasında asılmışdır. Vibrasiyaları təyin etmək və aşkar etmək üçün köməkçi kiloqram rezonator və kompüter əsaslı ölçmə kompleksindən istifadə olunur. Elan edilmiş avadanlıq həssaslığı 10-20.
İnterferometrlər
Qravitasiya dalğalarının müdaxilə detektorlarının işi Michelson interferometri ilə eyni prinsiplərə əsaslanır. Mənbə tərəfindən buraxılan lazer şüası iki axına bölünür. Cihazın çiyinləri boyunca çoxlu əks olunduqdan və səyahət etdikdən sonra axınlar yenidən bir araya gətirilir və hər hansı təhriklərin (məsələn, qravitasiya dalğasının) şüaların gedişinə təsir edib-etmədiyini mühakimə etmək üçün son müdaxilə təsvirindən istifadə edilir. Oxşar avadanlıq bir çox ölkədə yaradılmışdır:
- GEO 600 (Hannover, Almaniya). Vakuum tunellərinin uzunluğu 600 metrdir.
- TAMA (Yaponiya) 300m çiyinlər
- VIRGO (Piza, İtaliya) 2007-ci ildə 3 km-lik tunellərlə başlamış Fransa-İtaliya birgə layihəsidir.
- LIGO (ABŞ, Sakit Okean Sahili), 2002-ci ildən cazibə dalğaları üçün ov.
Sonuncunu daha ətraflı nəzərdən keçirməyə dəyər.
LIGO Advanced
Layihə Massaçusets Texnologiya İnstitutunun və Kaliforniya Texnologiya İnstitutunun alimlərinin təşəbbüsü ilə həyata keçirilib. Luiziana və Vaşinqton ştatlarında (Livinqston və Hanford şəhərləri) üç eyni interferometrlə 3 min km məsafədə yerləşən iki rəsədxana daxildir. Perpendikulyar vakuumun uzunluğutunellər 4 min metrdir. Bunlar hazırda fəaliyyət göstərən ən böyük belə strukturlardır. 2011-ci ilə qədər cazibə dalğalarını aşkar etmək üçün edilən çoxsaylı cəhdlər heç bir nəticə vermədi. Həyata keçirilən əhəmiyyətli modernləşdirmə (Advanced LIGO) 300-500 Hz diapazonunda avadanlığın həssaslığını beş dəfədən çox, aşağı tezlikli bölgədə (60 Hz-ə qədər) isə demək olar ki, bir miqyasda artıraraq, 10-21belə arzulanan dəyər. Yenilənmiş layihə 2015-ci ilin sentyabrında başladı və mindən çox əməkdaşın səyi nəticələrlə mükafatlandırıldı.
Qravitasiya dalğaları aşkarlandı
14 sentyabr 2015-ci ildə 7 ms interval ilə qabaqcıl LIGO detektorları müşahidə edilə bilən Kainatın kənarında baş verən ən böyük hadisədən - iki böyük qara dəliyin kütlələrlə birləşməsindən planetimizə çatan qravitasiya dalğalarını qeydə aldı. Günəşin kütləsindən 29 və 36 dəfə. 1,3 milyard ildən çox əvvəl baş verən proses zamanı təxminən üç günəş kütləsi saniyənin bir neçə hissəsi ərzində cazibə dalğalarının şüalanmasına sərf edilmişdir. Qravitasiya dalğalarının ilkin tezliyi 35 Hz olaraq qeydə alınıb və maksimum pik dəyəri 250 Hz-ə çatıb.
Alınan nəticələr dəfələrlə hərtərəfli yoxlama və emaldan keçirildi, əldə edilən məlumatların alternativ şərhləri diqqətlə kəsildi. Nəhayət, keçən il fevralın 11-də Eynşteynin proqnozlaşdırdığı fenomenin birbaşa qeydiyyatı dünya ictimaiyyətinə elan edildi.
Tədqiqatçıların titanik işini göstərən fakt: interferometr qollarının ölçülərindəki dalğalanmaların amplitudası 10-19m - bu dəyər diametrdən xeyli kiçikdir. portağaldan kiçik olduğu üçün atom.
Əlavə perspektivlər
Kəşf bir daha təsdiq edir ki, Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi sadəcə mücərrəd düsturlar toplusu deyil, qravitasiya dalğalarının və ümumən cazibə qüvvəsinin mahiyyətinə əsaslı şəkildə yeni baxışdır.
Daha sonrakı tədqiqatlarda elm adamları ELSA layihəsinə böyük ümidlər bəsləyirlər: qravitasiya sahələrinin hətta kiçik pozğunluqlarını belə aşkar etməyə qadir olan, təxminən 5 milyon km qollu nəhəng orbital interferometrin yaradılması. Bu istiqamətdə işlərin intensivləşdirilməsi Kainatın inkişafının əsas mərhələləri, ənənəvi lentlərdə müşahidə etmək çətin və ya qeyri-mümkün olan proseslər haqqında çox şey deyə bilər. Qravitasiya dalğaları gələcəkdə sabitlənəcək qara dəliklərin təbiəti haqqında çox şey danışacağı şübhəsizdir.
Böyük Partlayışdan sonra dünyamızın ilk anlarından xəbər verə bilən relikt qravitasiya şüalanmasını öyrənmək üçün daha həssas kosmik alətlər tələb olunacaq. Belə bir layihə mövcuddur (Böyük Partlayış Müşahidəçisi), lakin onun həyata keçirilməsi, ekspertlərin fikrincə, 30-40 ildən tez deyil.
