Mis on gravitatsioonilained?
Laserinterferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskuse (LIGO) teadlased avastasid esmakordselt gravitatsioonilaineid 14. septembril 2015. Siin töötab tehnik mõne LIGO detektori optika kallal. Pilt LIGO kaudu.
Gravitatsioonilained on struktuuri lainedaegruum. Umbes nii, nagu laev, mis sõidab üle rahuliku mere pinna, jätab selja taha ärkveloleku, tekitavad universumis liikuvad objektid gravitatsioonilaineid. 'Laevad' on gravitatsioonilainete puhul äärmiselt vägivaldsed ja katastroofilised sündmused, mis asuvad kaugel kosmoses: musta augu ühinemine, neutrontähtede kokkupõrge, supernoovad. Kõik need tekitavad aegruumi struktuuris laineid, venitades ja pigistades seda, kui lainetus rändab mööda universumit.
Kuna gravitatsioonilained on meie maise vaatepunktist vaadatuna äärmiselt nõrgad, on nende tuvastamise tehnoloogia muutunud kättesaadavaks alles viimastel aastatel. Nagu kõik lained, vähenevad ka gravitatsioonilained vahemaaga, kahanedes nende kaugete „laevavrakkide” - nende kaugete vägivaldsete sündmuste kosmose - nõrgaks kajaks selleks ajaks, kui need meieni jõuavad. Meie asukohast paljuvalgusaastaidmusta augu ühinemisest või neutrontähtede kokkupõrkest suruvad lained ruumi kokku ja venitavad selle tuhandiku võrraprootonkui nad Maad läbivad. See on miljardik miljardit meetrit. Selle muutuse nägemiseks vajame tõepoolest väga arenenud tehnoloogiat. See on nagu kauguse nägemine päikese ja selle lähima naabri vahel tähtede vahel -Alfa Centauri, 4,3 valgusaasta kaugusel - muutusinimese juuste paksus.
See oliAlbert Einsteinkes, omaÜldine relatiivsusteooriaaastal, eeldas esmalt gravitatsioonilainete olemasolu. Tema ettepanek, et gravitatsioon liigub lainetes, tundus loogiline: igat tüüpi valguselektromagnetiline spekter, ultraviolettkiirgusest raadiole nähtavale, liigub lainetena. Heli liigub lainetes. Miks ei võiks gravitatsiooni levitada samamoodi? Einstein arvutas, et kosmoses toimuvad äärmiselt vägivaldsed sündmused kosmosesheliseb nagu kelluke. See erines ideest staatilistest, muutumatutest gravitatsiooniväljadest, mille tekitavad kõik objektid, millel on mass, näiteks täht või planeet.
Kuid aastakümneid pärast 1915. aastat oli Einstein iseveenmatugravitatsioonilainete olemasolust. 1936. aastal avaldas ta koos kolleegi Nathan Roseniga apaberõigusegaKas gravitatsioonilained on olemas?mille esialgu lükkas üks ajakiri tagasi matemaatilise vea tõttu.
See oli viga, mille tõttu autorid jõudsid järeldusele, et gravitatsioonilaineid pole olemas. Kui Einstein oli vea parandanud, sai paberi järeldus täpselt vastupidine! Kuigi tõendid osutasid nüüd nende olemasolule, jäi Einstein veenmatuks ja uskus, et isegi kui gravitatsioonilained eksisteerivad, on need nii nõrgad, et inimesed ei suuda nende avastamise tehnoloogiat kunagi välja töötada.
Albert Einstein aastal 1912. Tema üldine relatiivsusteooria on kaasaegse kosmoloogia jaoks fundamentaalne. Just Albert Einstein postuleeris oma üldises relatiivsusteoorias (1915) esmakordselt gravitatsioonilainete olemasolu.
Tuleb märkida, et Einstein polnud ainus teoreetik, kes töötas gravitatsioonilainete kallal. Olulise panuse andsid teised kuulsad teadlased, nende hulgasRobert Oppenheimer,Roger Penrose,Karl Schwarzschild,Arthur Eddington,Kip ThornejaRichard Feynman. Kuid just Feynman veenis jaanuaris 1957 kahtlejaid lõpuks selles, et gravitatsioonilained mitte ainult ei eksisteeri, vaid võivad ka energiat kanda, selgitades seda kasutades midagi, mida ta nimetas omaksKleepuva helme argument.
Feynmani töö sillutas otseselt teed tänapäeva gravitatsioonilainete detektoritele.
Kuid esimeste gravitatsioonilainete avastamiseni kulub veel 50 aastat. Kontseptsioonide ja tehnoloogia väljatöötamine võttis paljude teadlaste poolt aastakümneid rasket tööd. Lõpuks,LIGO, Laserinterferomeetria gravitatsioonilainete vaatluskeskus asub aadressilkaks saitiAmeerika Ühendriikides, hakkas vaatlema 2002. aastal. LIGO -le kulus aastatel 2002–2015 mitu uuendust, et anda sellele tundlikkus esmase avastamise tegemiseks.
Esimene avastamine kahest mustast august, mis liitusid umbes 1,3 miljardi valgusaasta kaugusel, avastati 2015. aasta septembrismaailmale kuulutatudveebruaril 2016 pärast kuudepikkust tööd, mille käigus kontrolliti, et signaal, mis oli vaid kümnendiku sekundi jooksul täielikult kooskõlas Einsteini ennustustega, oli tõsi. Uskumatul kombel ei olnud LIGO avastamise ajal veel ametlikku vaatluskäiku alustanud: pärast viimast seeria uuendust, mis parandas ulatust ja tundlikkust, oli LIGO sisse lülitatud tehnilisteks testideks. Musta augu ühinemine avastati peaaegu kohe, kui detektor oli töökorras.
Teine Einsteini peamine ennustus oli, et gravitatsioonilained liiguvad valguse kiirusel. Mõõtes ajavahemikku, mil gravitatsioonilaine signaal jõudis kahele LIGO vaatluskeskusele - Hanfordis, Washingtonis ja Livingstonis, Louisiana, eraldatud ligi 2000 miili (3000 km) -, suutsid teadlased kindlaks teha, et Einsteini ennustus oli täiesti õige . Gravitatsioonilained levivad tõepoolest valguse kiirusel.
LIGOga ühines 2018. aastal eurooplaneNeitsi detektorItaalias, mis on tunduvalt parandanud teadlaste võimet täpselt kindlaks määrata taeva asukoht, kust gravitatsioonilained tekkisid. Sellest ajast peale LIGO/Neitsion avastanudumbes 50 musta augu ühinemist, aga ka kaheksa neutrontähtede kokkupõrget ja kuus neutrontähe-musta augu kokkupõrget. Mõni neist võib lõppeda nn maapealsete häiretega: mööduvast liiklusest tulenev vibratsioon ja isegi kauged ookeanilained võivad põhjustada valepositiivseid tulemusi.
14. jaanuaril 2020 tuvastas ka LIGOtäiesti tundmatu päritoluga sündmus, mis ei sobi ühegi mudeli ega ennustusega, võib-olla põnevalt, osutades seni tundmatu kosmilise nähtuse olemasolule.
Varsti jaapanlasedKAGRAObservatoorium ühineb Neitsi ja LIGOga gravitatsioonilainete tuvastamisel. 2030ndatel käivitub Euroopa KosmoseagentuurLISA, kosmosepõhine gravitatsioonilaineandur, mis peaks võimaldama tuvastada supermassiivsetest mustadest aukudest ja supernoova plahvatustest tulenevaid madala sagedusega gravitatsioonilaineid. Hiinal ontööd alustanudkolme gravitatsioonilainete vaatluskeskuse ehitamisel soovis saada Maa- ja kosmosepõhiste gravitatsioonilainete avastamise maailmas liidriks.
Kõik seni avastatud gravitatsioonilaine sündmusedtäiesti nõusEinsteini ennustuste ja arvutustest saadud arvutuste abil. Einstein oleks kindlasti hämmastunud, et ta eksis, et inimese intellekt ja leidlikkus on tõepoolest võidutsenud ja loonud tehnoloogia, mida ta pidas võimatuks. Samuti oleks ta ilmselt kahetsenud, et kahtles oma töös gravitatsioonilainete olemasolu ennustamisel. Kuid ta oleks kindlasti olnud ka õnnelik, et gravitatsioonilainete avastamine kinnitab ka tema relatiivsusteooriat. Nüüd on jäänud vähe kohti nende jaoks, kes kahtlevad Einsteini suurimas triumfis.
Gravitatsioonilaine astronoomia on atäiesti uus teadusja see, mis lubab avada paljusid universumi saladusi. Pole liialdus öelda, et revolutsioon meie arusaamas universumist on käimas. Tulevikus võib isegi olla võimalik tuvastada gravitatsioonilaineidSuurest Paugust endast, et kuulda miljardite aastate jooksul helisevat loomingut.
Kui soovite olla kursis viimaste gravitatsioonilainete sündmustega, on Ühendkuningriigi Birminghami ülikool loonudsee leht,mis on andmebaas LIGO ja Neitsi avastustest nende praeguse vaatluskäigu ajal. Andmebaas on saadaval ka tasuta rakenduseks Androidi/Apple'i telefonidele, mida saab alla laadida nende vastavatest kauplustest.
Kahe ühineva musta augu arvutisimulatsioon, mis tekitavad gravitatsioonilaineid. Pilt Werner Bengeri kaudu/Wikimedia Commons.
Alumine rida: esmakordselt oletas Albert Einstein 1916. aastal, kuid seda ei täheldatud vahetult enne 2015. aasta septembrit, on gravitatsioonilained aegruumis lainelised.
Loe edasi ja vaata videoseletist: Mis on gravitatsioonilained?