Kaip savo bendrosios reliatyvumo teorijos dalį, Einšteinas numatė, kad masė turėtų skleisti gravitacijos bangas. Jis turėtų sugebėti aptikti galingiausias gravitacijos bangas, einančias per Žemę. O kosminė observatorija, kurią planuojama atidaryti 2015 m., Vadinama LISA, turėtų būti dar stipresnė.
Mokslininkai yra arti to, kad iš tikrųjų mato gravitacines bangas. Vaizdo kreditas: NASA
Gravitacija yra pažįstama jėga. Tai yra aukščio baimės priežastis. Jis sulaiko mėnulį prie žemės, žemę - prie saulės. Tai neleidžia alaus plūduriuoti iš mūsų taurių.
Bet kaip? Ar Žemė siunčia Mėnuliui slaptas žinutes?
Na, taip - tarsi.
Eanna Flanagan, Kornelio fizikos ir astronomijos docentė, visą gyvenimą paskyrė sunkio suvokimui, nes buvo studentė Dublino universiteto koledže gimtojoje Airijoje. Dabar, praėjus beveik dviem dešimtmečiams po to, kai išvyko iš Airijos studijuoti doktorantūros pas garsųjį relativistą Kipą Thorne'ą Kalifornijos technologijos institute, jo darbas sutelktas į gravitacinių bangų dydžio ir formos numatymą - neįmanomą reiškinį, kurį prognozuoja Einsteino 1916 m. Bendroji reliatyvumo teorija. bet kurios niekada nebuvo tiesiogiai aptiktos.
1974 m. Prinstono universiteto astronomai Russellas Hulse'as ir Josephas H. Tayloras jaunesnysis netiesiogiai išmatavo gravitacijos bangų įtaką kartu skriejančioms neutronų žvaigždėms. Šis atradimas pelnė jiems 1993 m. Nobelio fizikos premiją. Neseniai atlikto Flanagano ir jo kolegų darbo dėka mokslininkai dabar yra ant ribos, kai tiesiai mato pirmąsias gravitacijos bangas.
Garsas negali egzistuoti vakuume. Norint perduoti savo pranešimą, reikalinga terpė, tokia kaip oras ar vanduo. Panašiai gravitacija negali egzistuoti niekyje. Jai taip pat reikia laikmenos, per kurią būtų galima perduoti savo žinią. Einšteinas teoretikavo, kad ta terpė yra erdvė ir laikas arba „erdvėlaikio audinys“.
Slėgio pokyčiai - būgnelio virpėjimas, vibruojantis balso stygas - sukelia garso bangas, ore virpėjimą. Remiantis Einsteino teorija, masės pokyčiai - dviejų žvaigždžių susidūrimas, dulkių nusileidimas ant knygų lentynos - sukelia gravitacijos bangas, bangas erdvės metu.
Kadangi dauguma kasdienių objektų turi masę, gravitacijos bangos turėtų būti visur aplink mus. Taigi kodėl mes negalime jų rasti?
„Stipriausios gravitacijos bangos sukels išmatuojamus trikdžius Žemėje, 1000 kartų mažesnius už atominį branduolį“, - aiškino Flanaganas. „Aptikti juos yra didžiulis techninis iššūkis“.
Atsakas į šį iššūkį yra LIGO, Lazerinių interferometrų gravitacinių bangų observatorija, kolosalus eksperimentas, kuriame bendradarbiauja daugiau nei 300 mokslininkų.
LIGO susideda iš dviejų įrenginių, esančių beveik 2000 mylių atstumu - vienas Hanforde, Vašingtone, o kitas Livingstone, La. Kiekvienas objektas yra tarsi milžiniško „L“ formos, su dviem 2,5 mylios ilgio ginklais, pagamintais iš 4 pėdų skersmens. vakuuminiai vamzdžiai, įbetonuoti betone. Itin stabilūs lazerio pluoštai kerta vamzdžius, šokdami tarp veidrodžių kiekvienos rankos gale. Mokslininkai tikisi, kad artimoji gravitacijos banga ištiesia vieną ranką ir suspaudžia kitą, todėl abu lazeriai nukelia šiek tiek skirtingus atstumus.
Tada skirtumą galima išmatuoti „kišant“ lazerius ten, kur susikerta rankos. Tai galima palyginti su dviem automobiliais, važiuojančiais statmenai sankryžos link. Jei jie važiuos tuo pačiu greičiu ir atstumu, jie visada susidurs. Bet jei atstumai yra skirtingi, jie gali praleisti. Flanaganas ir jo kolegos tikisi praleisti.
Be to, tiksliai tai, kiek lazerių pataikė ar praleido, suteiks informacijos apie gravitacinės bangos savybes ir kilmę. Flanagano vaidmuo yra numatyti šias savybes, kad jo kolegos iš LIGO žinotų, ko ieškoti.
Dėl technologinių apribojimų, LIGO sugeba pajusti tik tam tikrų dažnių gravitacines bangas iš galingų šaltinių, įskaitant Supernovos sprogimus Paukščių Take ir sparčiai besisukančias ar kartu besisukančias neutronines žvaigždes Paukščių Take arba tolimose galaktikose.
Norėdami išplėsti galimus šaltinius, NASA ir Europos kosmoso agentūra jau planuoja LIGO įpėdinį LISA, lazerinio interferometro kosmoso anteną. LISA savo koncepcija yra panaši į LIGO, išskyrus tai, kad lazeriai atskris tarp trijų palydovų, esančių 3 milijonų mylių atstumu, ir Žemės orbita aplink saulę. Dėl to LISA galės aptikti bangas, kurių dažnis yra mažesnis nei LIGO, tokias, kokias sukuria neutroninės žvaigždės susidūrimas su juoda skyle arba dviejų juodųjų skylių susidūrimas. Planuojama, kad „LISA“ startuos 2015 m.
Flanaganas ir Masačusetso technologijos instituto bendradarbiai neseniai iššifravo gravitacinių bangų ženklą, kuris susidaro, kai supermasyvi juodoji skylė praryja saulės dydžio neutroninę žvaigždę. Tai yra parašas, kurį bus svarbu pripažinti LISA.
„Kai LISA skris, mes turėtume pamatyti šimtus šių dalykų“, - pažymėjo Flanaganas. „Galėsime išmatuoti, kaip erdvė ir laikas deformuojasi ir kaip tariama, kad erdvė susisukusi aplink juodąją skylę. Mes matome elektromagnetinę spinduliuotę ir manome, kad tai greičiausiai yra juodoji skylė - bet tai yra tiek, kiek mes turime. Labai įdomu bus pagaliau pamatyti, kad reliatyvumas iš tikrųjų veikia “.
Tačiau jis perspėjo: „Tai gali neveikti. Astronomai pastebi, kad visatos plėtimasis įsibėgėja. Vienas paaiškinimas yra tas, kad reikia modifikuoti bendrąjį reliatyvumą: Einšteinas daugiausia buvo teisus, tačiau kai kuriais režimais viskas galėjo veikti kitaip. “
Tomas Oberstas yra mokslo rašytojas, dirbantis Kornelio naujienų tarnyboje.
Originalus šaltinis: Kornelio universitetas
