Was ist eine Gravitationswelle?

Das offizielle Datum der Öffnung (Detektion) von Gravitationswellen wird als 11, 2016 Februar sein. Es wird dann in Washington auf der Pressekonferenz, die Führer der Zusammenarbeit LIGO, wurden bekannt, dass das Team von Forschern zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit gelungen, dieses Phänomen zu beheben.

Die Prophezeiungen des großen Einstein

Die Tatsache, dass Gravitationswellen existieren, auch zu Beginn des letzten Jahrhunderts (1916) schlug Albert Einstein im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie (GR) formuliert. Man kann nur an den genialen Fähigkeiten des berühmten Physikers bestaunen, die in der Lage war zu so weitreichende Schlussfolgerungen mit einem Minimum an tatsächlichen Daten zu machen. Unter den vielen anderen physikalischen Phänomenen vorhergesagt, dass gefunden Bestätigung im nächsten Jahrhundert (Verlangsamung im Laufe der Zeit nach unten, Veränderungen in der elektromagnetischen Strahlung in Richtung der Gravitationsfelder, etc.) Fast das Vorhandensein dieser Art von Wellen Wechselwirkung von Körpern zu erfassen, bis vor kurzem war es nicht möglich.

Gravity – eine Illusion?

Im Allgemeinen im Lichte der Relativitätstheorie der Schwerkraft kaum eine Kraft. Dies ist eine Folge der Störung oder Krümmung des Raum-Zeit – Kontinuums. Ein gutes Beispiel dieses Postulat zu illustrieren Stück Stoff gestreckt werden. Unter dem Gewicht auf einer Oberfläche eines bulk Objekt platziert ist eine Vertiefung ausgebildet. Andere Objekte in Bewegung in der Nähe dieser Anomalie werden die Flugbahn ihrer Bewegung ändern, da es „angezogen“ wurde. Und je größer das Gewicht des Objekts (längere Durchmesser und Krümmungstiefe), desto größer ist die „Anziehungskraft“. Wenn es über den Stoff bewegt, kann man die Entstehung divergent „Wellen“ sehen.

Etwas Ähnliches geschieht in der Welt Raum. Alle sich schnell bewegenden Feststoff ist die Quelle von Schwankungen in der Dichte von Raum und Zeit. Eine Gravitationswelle mit einer erheblichen Amplitude, Formkörper mit extrem großen Massen oder, wenn sie mit großen Beschleunigungen der Fahrt.

physikalische Spezifikationen

Schwankungen in der Raum-Zeit-Metrik sich als Veränderungen im Gravitationsfeld manifestieren. Dieses Phänomen wird auch Raum-Zeit-Wellen genannt. Gravitationswellen wirkt sich auf den Körper und Objekte gestoßen, Quetschen und Dehnen sie. Stamm Menge ist sehr klein – in der Größenordnung von 10 ^-21 der ursprünglichen Größe. Die ganze Schwierigkeit der Erfassung dieses Phänomen ist, dass die Forscher lernen musste, wie diese Veränderungen zu messen und notieren Sie die entsprechende Ausrüstung. Die Kraft der Gravitationsstrahlung ist äußerst gering – für das gesamte Sonnensystem, es ein paar Kilowatt.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gravitationswellen hängt etwas von den Eigenschaften des leitenden Mediums. Die Schwingungsamplitude mit der Entfernung von der Quelle allmählich abnimmt, erreicht aber nie gleich Null. Die Frequenz liegt in einem Bereich von einigen zehn bis hundert Hertz. Die Geschwindigkeit von Gravitationswellen im interstellaren Medium nähert sich die Lichtgeschwindigkeit.

Indizienbeweis

Zum ersten Mal gelang eine theoretische Bestätigung der Existenz von Gravitationswellen im Jahr 1974 den amerikanischen Astronomen Joseph Taylor und Russell Hulse seinen Assistenten zu bekommen. Untersuchung die Universum über Teleskop Observatorien Arecibo (Puerto Rico), Forscher den Pulsar PSR B1913 + 16 repräsentiert ein binäres System von Neutronensternen entdeckt, das bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit (seltener Fall) um ein gemeinsames Zentrum der Masse drehen. Jedes Jahr Behandlungsdauer beträgt 3,75 Stunden zunächst auf 70 ms reduziert. Dieser Wert steht im Einklang mit den Schlussfolgerungen der GTR Gleichungen, die die Erhöhung der Drehzahl dieser Systeme aufgrund des Energieverbrauches für die Erzeugung von Gravitationswellen vorhersagen. Später mehr Doppel Pulsare und weißen Zwerge mit einem ähnlichen Verhalten gefunden wurde. Radioastronomie D. Taylor und R. Hulse der Nobelpreis für Physik für die Entdeckung neuer Möglichkeiten des Studierens Gravitationsfelder wurde 1993 ausgezeichnet.

Stehlen Gravitationswellen

Die erste Anweisung der Erfassung von Gravitationswellen, die von der University of Maryland Wissenschaftler Dzhozefa Vebera (USA) im Jahr 1969. Zu diesem Zweck verwendet er die beiden Gravitations Antennen ihrer eigenen Design, mit einer Entfernung von zwei Kilometern getrennt. Die Resonanz Detektor war ein guter schwingungsentkoppelten zylinder Fußstück aus Aluminium, ausgestattet mit piezoelektrischen Wandlern empfindlich. Die Amplitude des angeblich festen Schwankungen Weber bewies mehr als eine Million Mal höher sein als erwartet. Versuche anderer Forscher ähnliche Geräte mit dem „Erfolg“ der amerikanischen Physiker positive Ergebnisse zu wiederholen, haben nicht nachgegeben. Nach einigen Jahren Arbeit Weber in diesem Bereich hat insolvent erkannt worden, sondern gab den Anstoß für die Entwicklung von „Gravitations Boom“ in diesem Bereich der Studie von vielen Experten fordern. By the way, war Dzhozef Veber bis zu seinem Tod sicher Gravitationswellen zu nehmen.

Die Verbesserung der Empfangsgeräte

hochempfindliche Magnetometer – in den 70er Jahren Wissenschaftler Bill Feyrbank (USA) hat ein Design der Gravitationswellenantenne, gekühlt mit flüssigem Helium, mit der Verwendung von SQUIDs entwickelt. Bestehende zu der Zeit ist die Technologie nicht erlaubt, den Erfinder des Produkts zu sehen, in dem „Metall“ realisiert.

Nach diesem Prinzip wird die Gravitations gemacht Auriga Detektor in lenyarskoy National Laboratory (Padua, Italien). Die Grundstruktur von Aluminium-Magnesium-Zylinder und eine Länge von 3 m und ein Durchmesser von 0,6 m. Die Empfängereinheit Gewicht von 2,3 Tonnen in einem isolierten suspendiert, gekühlt auf nahe dem absoluten Nullvakuumkammer. Zur Fixierung und shake des Hilfs Kilogramm Resonator und ein Messsystem basiert auf Computern zu erfassen. Die angegebene Empfindlichkeit des Geräts 10 ^-20.

Interferometern

Die Grundlage für das Funktionieren der interferometrischen Gravitationswellendetektoren eingebaut, um die gleichen Prinzipien, die bei dem Michelson-Interferometer verwendet werden. Ausgesendet von der Quelle des Laserstrahls wird in zwei Ströme geteilt. Nach mehreren Reflexionen und Reisen auf den Schultern Vorrichtungen Ströme wieder zusammengeführt, und das letzte Richter Interferenzbild wird, wenn der Verlauf der Strahlen eine Störung (zB Gravitationswelle) beeinflusst. Solche Geräte sind in vielen Ländern erstellt:

• GEO 600 (Hannover, Deutschland). Die Länge des Vakuumtunnels 600 Meter.
• TAMA (Japan) mit Schultern bei 300 m.
• JUNGFRAU (Pisa, Italien) – ein gemeinsames französisch-italienisches Projekt startete im Jahr 2007 mit einem drei Kilometern langen Tunnel.
• LIGO (USA, Pacific Coast), was die Jagd nach Gravitationswellen im Jahr 2002.

Zuletzt wert genauer betrachten.

LIGO Erweiterte

Das Projekt wurde am Massachusetts und California Institute of Technology von Wissenschaftlern initiiert. Inklusive zwei Observatorien getrennt von 3000 Km . , Louisiana und Washington (Stadt Livingston und Hanford) mit drei identischen Interferometern. Die Länge des senkrechten Vakuumtunneln 4 Tausende. Meter. Dies ist die größte bestehende ähnliche Strukturen bis heute. Bis 2011 zu viele Versuche zu erkennen Gravitationswellen wurden keine Ergebnisse erbracht. Eine wesentliche Verbesserung (Advanced LIGO) erhöht , um die Empfindlichkeit des Gerätes im Bereich 300-500 Hz mehr als fünf Mal, und im Niederfrequenzbereich (bis zu 60 Hz) ist fast eine Größenordnung, einen solchen Wert begehrten 10 ^-21 zu ^erreichen. Die aktualisierte Projekt begann im September 2015, und die Bemühungen von mehr als tausend Mitarbeiter der Zusammenarbeit hat sich mit den Ergebnissen belohnt.

Gravitationswellen sind gefunden

14. September 2015 Advanced LIGO Detektoren in 7 ms Intervall von den größten Ereignissen unseres Planeten Gravitationswellen kommt aufgezeichnet, die Stelle des beobachtbaren Universums am Rande nahm – eine Fusion von zwei großen schwarzen Löchern mit Massen von 29 und 36 mal größer als die Sonnenmasse. Während des Prozesses, der vor fand über 1,3 Ga, in einer Angelegenheit von Sekunden zu Gravitationswellen Strahlung verbrachte er etwa drei Sonnenmassen der Materie. Anfängliche Festfrequenzgravitationswellen bei 35 Hz, und der maximale Spitzenwert des Pegels in 250 Hz erreicht.

Die erhaltenen Ergebnisse wurden umfangreiche Tests und Behandlung wiederholt ausgesetzt, sorgfältig alternative Interpretationen der Daten abgeschnitten. Schließlich am 11. Februar vergangenes Jahr auf dem direkten Nachweis des Phänomens von Einstein vorhergesagt, wurde es für die Weltgemeinschaft angekündigt.

Tatsache veranschaulicht , eine titanische Arbeit der Forscher: die Amplitude der Schwingung Arm der Größe 10 ^-19 m – dieser Wert als ein Vielfaches kleiner als der Durchmesser eines Atoms, wie viel er weniger Orange hat.

Zukunftsaussichten

Diese Entdeckung bestätigt einmal mehr, dass die allgemeine Relativitätstheorie – nicht nur eine Reihe von abstrakten Formeln ist, und ein völlig neuer Blick auf das Wesen der Gravitationswellen und die Schwerkraft als Ganzes.

In weiteren Untersuchungen haben die Wissenschaftler große Hoffnungen auf das Projekt ELSA: die Schaffung eines riesigen umkreisen Interferometer mit Schultern etwa 5 Millionen km, erfassen kann, selbst kleine Störungen von Gravitationsfeldern. Neubelebung der Arbeit in dieser Richtung ist in der Lage eine Menge über die grundlegenden Phasen der Entwicklung des Universums zu erzählen, die Prozesse, die Beobachtung, dass in traditionellen Bands schwierig oder unmöglich ist. Es besteht kein Zweifel, dass Schwarze Löcher, Gravitationswellen, die in der Zukunft behoben werden, viel über die Natur.

Für die Studie der Reliquie Gravitationsstrahlung, in der Lage über die ersten Momente unserer Welt nach dem Urknall zu sprechen, wird empfindliches Raum Instrumente erfordern. ), но его реализация, по заверениям специалистов, возможна не ранее, чем через 30-40 лет. Dieses Projekt besteht (Big Bang Observer), aber die Umsetzung, die Versicherung Experten ist es möglich , nicht früher als 30-40 Jahre.