Siku rasmi ya kugundua (kugundua) mawimbi ya uvutano ni tarehe 11 Februari 2016. Wakati huo, katika mkutano na waandishi wa habari mjini Washington, ambapo viongozi wa ushirikiano wa LIGO walitangaza kwamba timu ya watafiti imefaulu kurekodi jambo hili kwa mara ya kwanza katika historia ya wanadamu.
Unabii wa Einstein mkuu
Hata mwanzoni mwa karne iliyopita (1916), Albert Einstein alipendekeza kuwa mawimbi ya mvuto yawepo ndani ya mfumo wa Nadharia ya Jumla ya Uhusiano (GR) iliyoundwa naye. Mtu anaweza tu kushangaa uwezo wa kipaji wa mwanafizikia maarufu, ambaye, kwa kiwango cha chini cha data halisi, aliweza kufikia hitimisho kubwa kama hilo. Miongoni mwa matukio mengine mengi ya kimwili yaliyotabiriwa ambayo yalithibitishwa katika karne iliyofuata (kupunguza kasi ya muda, kubadilisha mwelekeo wa mionzi ya umeme katika nyanja za mvuto, nk), haikuwezekana kuchunguza kwa vitendo uwepo wa aina hii ya wimbi. mwingiliano wa miili hadi hivi majuzi.
Mvuto ni udanganyifu?
Kwa ujumla, kwenye mwangaNadharia ya uhusiano haiwezi kuita mvuto kuwa ni nguvu. Haya ni matokeo ya msukosuko au mkunjo wa mwendelezo wa muda wa nafasi. Mfano mzuri unaoonyesha maandishi haya ni kipande cha kitambaa kilichonyooshwa. Chini ya uzito wa kitu kikubwa kilichowekwa kwenye uso kama huo, mapumziko huundwa. Vitu vingine vinavyosogea karibu na upungufu huu vitabadilisha mwelekeo wa harakati zao, kama "kuvutia". Na uzito mkubwa wa kitu (kipenyo kikubwa na kina cha curvature), juu ya "nguvu ya kivutio". Inaposogea kwenye kitambaa, unaweza kuona mwonekano wa "ripple" tofauti.
Jambo kama hilo hufanyika katika anga ya dunia. Jambo lolote kubwa linalosonga haraka ni chanzo cha mabadiliko ya msongamano wa nafasi na wakati. Wimbi la mvuto lenye ukubwa mkubwa, linaloundwa na miili yenye misa kubwa mno au inaposonga kwa kasi kubwa.
Sifa za kimwili
Kubadilika-badilika kwa kipimo cha muda wa nafasi hujidhihirisha kama mabadiliko katika uga wa mvuto. Hali hii inaitwa vinginevyo viwimbi vya wakati wa nafasi. Wimbi la mvuto hufanya juu ya miili na vitu vilivyokutana, kukandamiza na kunyoosha. Thamani za urekebishaji ni ndogo sana - takriban 10-21 kutoka saizi asili. Ugumu wote wa kugundua jambo hili ni kwamba watafiti walipaswa kujifunza jinsi ya kupima na kurekodi mabadiliko hayo kwa msaada wa vifaa vinavyofaa. Nguvu ya mionzi ya mvuto pia ni ndogo sana - kwa mfumo mzima wa jua nikilowati chache.
Kasi ya uenezaji wa mawimbi ya mvuto inategemea kidogo sifa za kikatili. Amplitude ya oscillation hupungua polepole na umbali kutoka kwa chanzo, lakini haifikii sifuri. Frequency iko katika safu kutoka kwa makumi kadhaa hadi mamia ya hertz. Kasi ya mawimbi ya uvutano katika anga ya kati ya nyota inakaribia kasi ya mwanga.
Ushahidi wa kimazingira
Kwa mara ya kwanza, uthibitisho wa kinadharia wa kuwepo kwa mawimbi ya nguvu ya uvutano ulipatikana na mwanaanga wa Marekani Joseph Taylor na msaidizi wake Russell Hulse mwaka wa 1974. Kusoma anga za Ulimwengu kwa kutumia darubini ya redio ya Arecibo Observatory (Puerto Rico), watafiti waligundua pulsar PSR B1913 + 16, ambayo ni mfumo wa binary wa nyota za nyutroni zinazozunguka katikati ya kawaida ya misa na kasi ya angular ya mara kwa mara. kesi adimu). Kila mwaka, kipindi cha mapinduzi, ambacho awali kilikuwa masaa 3.75, kinapunguzwa na 70 ms. Thamani hii inalingana kabisa na hitimisho kutoka kwa milinganyo ya GR inayotabiri ongezeko la kasi ya mzunguko wa mifumo kama hiyo kutokana na matumizi ya nishati kwa ajili ya uzalishaji wa mawimbi ya mvuto. Baadaye, pulsars kadhaa mbili na vibete nyeupe na tabia kama hiyo ziligunduliwa. Wanaastronomia wa redio D. Taylor na R. Hulse walitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Fizikia mwaka wa 1993 kwa kugundua uwezekano mpya wa kusoma nyanja za uvutano.
wimbi la uvutano lililotoroka
Tamko la kwanza kuhusuugunduzi wa mawimbi ya mvuto ulitoka kwa mwanasayansi wa Chuo Kikuu cha Maryland Joseph Weber (USA) mnamo 1969. Kwa madhumuni haya, alitumia antena mbili za mvuto wa muundo wake mwenyewe, zilizotengwa na umbali wa kilomita mbili. Kigunduzi cha resonant kilikuwa silinda ya alumini iliyotetemeka ya kipande kimoja cha mita mbili iliyo na vitambuzi nyeti vya piezoelectric. Ukuaji wa kushuka kwa thamani inayodaiwa kurekodiwa na Weber iligeuka kuwa zaidi ya mara milioni moja kuliko thamani iliyotarajiwa. Majaribio ya wanasayansi wengine kutumia vifaa vile kurudia "mafanikio" ya mwanafizikia wa Marekani hayakuleta matokeo mazuri. Miaka michache baadaye, kazi ya Weber katika eneo hili ilitambuliwa kuwa haiwezi kutekelezwa, lakini ilitoa msukumo kwa maendeleo ya "boom ya mvuto" ambayo ilivutia wataalamu wengi kwenye eneo hili la utafiti. Kwa njia, Joseph Weber mwenyewe alikuwa na uhakika hadi mwisho wa siku zake kwamba alipokea mawimbi ya uvutano.
Uboreshaji wa vifaa vya kupokea
Katika miaka ya 70, mwanasayansi Bill Fairbank (Marekani) alitengeneza muundo wa antena ya mawimbi ya mvuto iliyopozwa na heliamu kioevu kwa kutumia SQUIDs - sumaku zisizosikika zaidi. Teknolojia zilizokuwepo wakati huo hazikumruhusu mvumbuzi kuona bidhaa yake, iliyopatikana kwa "chuma".
Kigunduzi cha uvutano cha Auriga kilitengenezwa kwa njia hii katika Maabara ya Kitaifa ya Legnard (Padua, Italia). Ubunifu huo unategemea silinda ya alumini-magnesiamu, urefu wa mita 3 na kipenyo cha m 0.6. Kifaa cha kupokea chenye uzito wa tani 2.3iliyoahirishwa katika chumba kilichotengwa cha utupu kilichopozwa karibu na sifuri kabisa. Resonator ya kilo ya ziada na tata ya kupima ya kompyuta hutumiwa kwa kurekebisha na kuchunguza vibrations. Unyeti wa kifaa uliotangazwa 10-20.
Interferometers
Uendeshaji wa vigunduzi vya mwingiliano wa mawimbi ya uvutano unatokana na kanuni sawa na kipima kati cha Michelson. Boriti ya laser iliyotolewa na chanzo imegawanywa katika mito miwili. Baada ya tafakari nyingi na kusafiri kando ya mabega ya kifaa, vijito vinaletwa pamoja tena, na picha ya mwisho ya kuingiliwa hutumiwa kuhukumu ikiwa usumbufu wowote (kwa mfano, wimbi la mvuto) uliathiri mwendo wa miale. Vifaa sawia vimeundwa katika nchi nyingi:
- GEO 600 (Hanover, Ujerumani). Urefu wa vichuguu vya utupu ni mita 600.
- TAMA (Japani) 300m mabega
- VIRGO (Pisa, Italia) ni mradi wa pamoja wa Ufaransa na Italia uliozinduliwa mwaka wa 2007 wenye vichuguu vya kilomita 3.
- LIGO (Marekani, Pwani ya Pasifiki), inayowinda mawimbi ya mvuto tangu 2002.
Ya mwisho inafaa kuzingatiwa kwa undani zaidi.
LIGO Advanced
Mradi ulianzishwa na wanasayansi kutoka Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts na Taasisi ya Teknolojia ya California. Inajumuisha uchunguzi mbili uliotenganishwa na kilomita elfu 3, katika majimbo ya Louisiana na Washington (miji ya Livingston na Hanford) na viingilizi vitatu vinavyofanana. Urefu wa utupu wa perpendicularvichuguu ni mita 4 elfu. Hizi ndizo miundo mikubwa zaidi inayofanya kazi kwa sasa. Hadi 2011, majaribio mengi ya kugundua mawimbi ya mvuto hayakuleta matokeo yoyote. Uboreshaji muhimu uliofanywa (Advanced LIGO) uliongeza unyeti wa vifaa katika anuwai ya 300-500 Hz kwa zaidi ya mara tano, na katika eneo la masafa ya chini (hadi 60 Hz) kwa karibu agizo la ukubwa, kufikia. thamani kama hiyo inayotamaniwa ya 10-21. Mradi uliosasishwa ulianza Septemba 2015, na juhudi za washirika zaidi ya elfu moja zilizawadiwa kwa matokeo.
Mawimbi ya uvutano yamegunduliwa
Mnamo tarehe 14 Septemba 2015, vigunduzi vya hali ya juu vya LIGO vilivyo na muda wa ms 7 vilirekodi mawimbi ya mvuto ambayo yalifikia sayari yetu kutoka kwa tukio kubwa zaidi lililotokea nje kidogo ya Ulimwengu unaoonekana - muunganisho wa mashimo mawili makubwa meusi na umati. 29 na 36 mara ya wingi wa Jua. Wakati wa mchakato huo, ambao ulifanyika zaidi ya miaka bilioni 1.3 iliyopita, takriban mawimbi matatu ya jua yalitumiwa kwenye mionzi ya mawimbi ya mvuto katika suala la sehemu za sekunde. Masafa ya awali ya mawimbi ya uvutano yalirekodiwa kuwa 35 Hz, na kiwango cha juu cha kilele kilifikia 250 Hz.
Matokeo yaliyopatikana yalipitia uthibitishaji na usindikaji wa kina mara kwa mara, tafsiri mbadala za data iliyopatikana zilikatizwa kwa uangalifu. Hatimaye, Februari 11 mwaka jana, usajili wa moja kwa moja wa jambo lililotabiriwa na Einstein ulitangazwa kwa jumuiya ya ulimwengu.
Ukweli unaoonyesha kazi ya titanic ya watafiti: ukubwa wa kushuka kwa thamani katika vipimo vya mikono ya interferometer ilikuwa 10-19m - thamani hii ni ndogo zaidi kuliko kipenyo cha chembe kwani ni ndogo kuliko chungwa.
Matarajio zaidi
Katika utafiti zaidi, wanasayansi wana matumaini makubwa kwa mradi wa ELSA: kuundwa kwa kipenyo kikubwa cha obiti chenye mikono ya takriban kilomita milioni 5, chenye uwezo wa kugundua hata misukosuko midogo ya nyanja za uvutano. Kuimarishwa kwa kazi katika mwelekeo huu kunaweza kusema mengi juu ya hatua kuu za maendeleo ya Ulimwengu, juu ya michakato ambayo ni ngumu au haiwezekani kuzingatiwa katika bendi za jadi. Hakuna shaka kwamba mashimo meusi, ambayo mawimbi yake ya mvuto yatawekwa katika siku zijazo, yataeleza mengi kuhusu asili yao.
Ili kujifunza juu ya masalia ya mionzi ya uvutano, ambayo inaweza kueleza kuhusu matukio ya kwanza ya dunia yetu baada ya Big Bang, zana nyeti zaidi za angani zitahitajika. Mradi kama huo upo (Big Bang Observer), lakini utekelezaji wake, kulingana na wataalam, unawezekana sio mapema zaidi ya miaka 30-40.
