Nüüd elame universumis, mis on täis gravitatsioonilaineid.
Enne ajaloolist avaldust neljapäeva hommikul Washingtoni Rahvusliku Teadusfondi (NSF) kohtumisel oli ainult kuulujutud, et laserinterferomeetriline gravitatsioonilaine vaatluskeskus (LIGO) avas Albert Einsteini üldise suhtelisuse teooria olulise komponendi, kuid nüüd teame, et reaalsus on sügavam kui me arvasime.
Hämmastava selgusega võib LIGO „kuulda” hetke enne mustade aukude (kaks üksteise ümber pöörlevat musta musta auku) binaarsüsteemi ühendamist üheks tervikuks, luues nii selge gravitatsioonilaine signaali vastavalt teoreetilisele mudelile, mis ei ole vajalik arutelu. LIGO nägi võimsa musta auku, mis toimus umbes 1,3 miljardi aasta eest, „taaselustumist“.
Gravitatsioonilised lained on alati olnud ja on alati, mis läbivad meie planeedi (tegelikult läbib meid), kuid alles nüüd teame, kuidas neid leida. Nüüd oleme avanud oma silmad erinevatele kosmilistele signaalidele, tuntud energiaürituste põhjustatud vibratsioonidele ja me oleme tunnistajaks täiesti uue astronoomiavaldkonna sünnile.
Kahe mustava auguga ühendamine:
„Nüüd saame kuulda Universumit,” ütles neljapäeval toimunud triumfikoosolekul LIGO füüsik ja pressiesindaja Gabriela González.
Meie koht Universumis muutub palju ja see avastus võib olla oluline, nagu raadiolainete avastamine ja arusaam, et Universum laieneb.
Relatiivsuse teooria muutub mõistlikumaks
Püüded selgitada, mis on gravitatsioonilained ja miks nad on nii olulised, nii keerulised kui neid kirjeldavad võrrandid, kuid nende avastus mitte ainult ei tugevda Einsteini ruumi-aja olemuse teooriat, vaid nüüd on meil vahend Universumi osa tuvastamiseks, mis oli nähtamatu meid Nüüd saame uurida kosmilisi laineid, mis on tekkinud Universumi kõige energilisemate sündmuste poolt, ja kasutavad võimalusel uusi füüsilisi avastusi gravitatsioonilaineid ja uurivad uusi astronoomilisi nähtusi.
„Nüüd peame tõestama, et meil on tehnoloogia, mis läheb kaugemale gravitatsioonilaine avastamisest, sest see avab palju võimalusi,” ütles neljapäeval toimunud avalduse järel intervjuus Ontario teoreetilise füüsika instituudist Lewis Lehner.
Leneri uurimus keskendub tihedatele objektidele (näiteks mustadele aukudele), mis loovad tugevaid gravitatsioonilaine. Kuigi ta ei ole LIGO koostööga seotud, mõistis Lehner kiiresti selle ajaloolise avastuse tähtsust. "Paremaid signaale pole," ütles ta.
Ta väidab, et avastus põhineb kolmel viisil. Esiteks teame nüüd, et eksisteerivad gravitatsioonilised lained ja me teame, kuidas neid avastada. Teiseks, LIGO jaamade poolt 14. septembril 2015 avastatud signaal on tugev märge mustade aukude kahekomponentsete süsteemide olemasolu kohta ja iga must auk kaalub mitu kümmet päikeseenergiat. Signaal on täpselt see, mida me kahest mustast august koosneva kõva sulandumise tulemusel nägime, üks kaalub 29 korda päikest ja teine 36 korda. Kolmandaks, ja võib-olla kõige olulisem, on „mustasse auku saatmise võimalus” kindlasti kõige tugevam tõend mustade aukude olemasolu kohta.
Kosmiline intuitsioon
Sellele üritusele järgnes õnne, nagu paljud teised teaduslikud avastused. LIGO on suurim riikliku teadusfondi rahastatav projekt, mis algas 2002. aastal. Selgus, et pärast aastaid kestnud rasket gravitatsioonilaine signaali otsimist ei ole LIGO piisavalt tundlik ja 2010. aastal külmutasid vaatluskeskused, samal ajal kui rahvusvaheline koostöö aitab suurendada nende tundlikkust. Viis aastat hiljem, 2015. aasta septembris, sündis „täiustatud LIGO”.
Sel ajal oli LIGO kaasasutaja Kip Thorn ja teoreetilises füüsikas raskekaaluline LIGO edu, öeldes BBC-le: „Me oleme siin. Me tabasime pigi suurt mängu. Ja on täiesti selge, et me tõstame saladuse loori. ”Ja ta oli õige, paar päeva pärast rekonstrueerimist rullis meie planeedil gravitatsioonilaine, ja LIGO oli piisavalt tundlik nende avastamiseks.
Neid mustade aukude fusioone ei peeta eriliseks; ligikaudsete hinnangute kohaselt toimuvad sellised sündmused iga 15 minuti järel Universumis. Kuid just see ühinemine toimus õigel ajal (1,3 miljardi valgusaasta kaugusel) õigel ajal (1,3 miljardit aastat tagasi) LIGO vaatluskeskuste poolt. See oli universumist puhas signaal ja Einstein ennustas seda ning selle gravitatsioonilained osutusid reaalseteks, kirjeldades kosmilist sündmust, 50 korda võimsam kui kõigi universumi tähtede jõud. See suur gravitatsioonilaine plahvatus registreeriti LIGO poolt kõrgsagedusliku signaalina lineaarsete sagedusmodulatsioonidega, samas kui mustad augud, mis liiguvad spiraalis, ühinesid ühte. Gravitatsioonilainete leviku kinnitamiseks koosneb LIGO kahest vaatlusjaamast, millest üks on Louisiana, teine Washingtonis. Valepositiivsete tulemuste kõrvaldamiseks tuleks mõlemas jaamas tuvastada gravitatsioonilaine signaal. 14. septembril saadi tulemus Louisiana ja 7 millisekundi järel Washingtonis. Signaalid sobisid ja kolmnurga abil said füüsikud teada, et nad pärinevad lõunapoolkera taevases ruumis.
Gravitatsioonilised lained: kuidas nad võivad olla kasulikud?
Niisiis, meil on kinnitus mustade aukude sulandussignaali kohta ja mis siis? See on ajalooline avastus, mis on täiesti arusaadav - 100 aastat tagasi ei saanud Einstein isegi neid laineid leida unustada, kuid see juhtus ikka veel.
Relatiivsuse üldteooria oli 20. sajandi üks sügavamaid teaduslikke ja filosoofilisi arusaamu ning on aluseks kõige arukamatele tegelikele uuringutele. Astronoomias on üldise suhtelisuse rakendused selged: gravitatsiooniläätselt kuni Universumi laienemise mõõtmiseni. Kuid Einsteini teooriate praktiline rakendamine ei ole üldse selge, kuid enamik kaasaegseid tehnoloogiaid kasutavad suhtelisuse teooriast mõningaid lihtsaid asju. Näiteks võtta globaalsed navigatsioonisatelliidid, nad ei ole piisavalt täpsed, kui te ei kasuta lihtsat aja dilatatsiooni (relatiivsusteooria järgi prognoositud).
On selge, et üldine relatiivsus on rakendustes reaalses maailmas, kuid kui Einstein tutvustas oma teooriat 1916. aastal, oli selle rakendamine väga küsitav, mis tundus ilmne. Ta lihtsalt ühendas Universumi nii, nagu ta seda nägi, ja sündis üldine relatiivsusteooria. Ja nüüd on tõestatud ka teine relatiivsuse teooria komponent, kuid kuidas saab gravitatsioonilainet kasutada? Astrofüüsikud ja kosmoloogid on kindlasti huvitatud. „Pärast kogutud andmeid mustade aukude paaridest, mis mängivad universumis hajutatud tuletornide rolli,“ ütles teoreetiline füüsik Neil Turok, teoreetilise füüsika instituudi direktor neljapäeval video esitluse ajal. universumi laienemine või tumeda energia hulk äärmiselt täpselt on palju täpsem kui täna. "
„Einstein arendas oma teooriat mõningate looduse vihjetega, kuid põhines loogilisel järjestusel. 100 aasta pärast näete väga täpselt oma prognoose. ”
14. septembri sündmusel on ka mõned füüsika tunnused, mida tuleb veel uurida. Näiteks märkis Lehner, et gravitatsioonilaine signaali analüüsist saab mõõta mustade aukude „pöörlemist” või nurkkiirust. „Kui te olete juba pikka aega töötanud teooriaga, peaksite teadma, et musta auk on väga erilise pöörlemisega,” ütles ta.
Gravitatsioonilaine moodustumine kahe musta auguga ühinemisel:
Mingil põhjusel on mustava augu lõplik pööramine oodatust aeglasem, mis näitab, et mustad augud põrkuvad väikese kiirusega või olid kokkupõrkes, mis põhjustas üksteise vastu vastandliku nurgakõvera. „See on väga huvitav, miks loodus seda tegi?” Ütles Lehner.
See viimane saladus võib naasta mõne füüsika põhialuse juurde, mida ei võetud arvesse, kuid intrigeerivamalt võib ilmneda „uus”, ebatavaline füüsika, mis ei sobi üldise suhtelisuse teooriaga. See näitab ka teisi gravitatsioonilainete rakendusi: kuna need on loodud tugeva gravitatsiooninähtuse poolt, on meil võimalus seda keskkonda kaugelt proovida, võimalikud üllatused teel. Lisaks võime ühendada astrofüüsiliste nähtuste ja elektromagnetiliste jõududega seotud tähelepanekud, et paremini mõista Universumi struktuuri.
Taotlus?
Loomulikult on pärast teaduslike avastuste kompleksist tehtud suuri teateid paljud inimesed väljaspool teadusringkondi huvitatud sellest, kuidas nad neid mõjutavad. Avastamise sügavus võib kaduda, mis muidugi kehtib gravitatsioonilainete kohta. Kuid kaaluge teist juhtumit, kus Wilhelm Roentgen avastas 1895. aastal röntgenikiirguse katoodkiiretorude katsetes, vähesed inimesed teavad, et alles mõne aasta pärast saavad need elektromagnetilised lained igapäevase meditsiini võtmeteguriks alates diagnoosist kuni ravini. Samamoodi kinnitas Heinrich Hertz 1887. aastal raadiolainete esimest eksperimentaalset loomist James Clerk Maxwelli tuntud elektromagnetilistest võrranditest. Ainult 20. sajandi 90-ndatel aastatel tõestas Guglielmo Marconi, kes lõi raadiosaatja ja raadiovastuvõtja, oma praktilise rakenduse. Samuti kasutatakse nüüdseks kvantdünaamika keerulist maailma kirjeldavaid Schrödingeri võrrandeid ultrafastiilse kvantarvutamise arendamisel.
Insener LIGO hindab interferomeetri reostust.
Kõik teaduslikud avastused on kasulikud ja paljud on lõppkokkuvõttes igapäevaseks kasutamiseks, mida me ise mõistame. Praegu piirdub gravitatsioonilainete praktiline rakendamine astrofüüsika ja kosmoloogiaga - nüüd on meil “pimedas universumis” aken, mis ei ole elektromagnetkiirgusele nähtav. Kahtlemata leiavad teadlased ja insenerid lisaks universumi tundmisele nende kosmiliste pulsatsioonide jaoks veel üht kasutust. Nende lainete avastamiseks peab LIGO optilise tehnoloogia vallas siiski olema edukas, kus aja jooksul ilmuvad uued tehnoloogiad. Muidugi, gravitatsioonilainete avastamine - inimkonna triumf, mis aitab uurida meie Universumit tulevastele põlvedele. See on kindlasti teaduse kuldne aeg, kus ajaloolised avastused on muutunud igapäevaseks. Ja meil on intellektuaalne potentsiaal universumi mudeli loomiseks ja meie juhtumi katsetamiseks.
Kuid minu jaoks on kõige põnevam näha esimesed ruumi gravitatsioonikaardid, kus on joonistatud neutronitähtede perioodiline kolibumine ja supernoova impulsiivsed pursked, avades uue kosmilise laine täis universumi.
