მთავარი განსხვავება ისაა, რომ მაშინ, როცა ბგერას სამოგზაუროდ სჭირდება საშუალება, გრავიტაციული ტალღები მოძრაობენ გარემოში - ამ შემთხვევაში, თავად სივრცე-დრო. „ისინი ფაქტიურად ანადგურებენ და აჭიმებენ სივრცე-დროის ქსოვილს“, ამბობს კიარა მინგარელი, გრავიტაციული ტალღების ასტროფიზიკოსი კალტექში. ჩვენი ყურისთვის, LIGO-ს მიერ აღმოჩენილი ტალღები ღრიალივით ჟღერს.

კონკრეტულად როგორ მოხდება ეს რევოლუცია? LIGO-ს ამჟამად ორი დეტექტორი აქვს, რომლებიც მეცნიერებისთვის „ყურის“ როლს ასრულებენ და მომავალში კიდევ უფრო მეტი დეტექტორი იქნება. და თუ LIGO იყო პირველი, ვინც აღმოაჩინა, ის ნამდვილად არ იქნება ერთადერთი. გრავიტაციული ტალღების მრავალი სახეობა არსებობს. სინამდვილეში, არსებობს მათი მთელი სპექტრი, ისევე როგორც არსებობს განსხვავებული ტიპებიმსუბუქი, სხვადასხვა ტალღის სიგრძით, ელექტრომაგნიტურ სპექტრში. ამიტომ, სხვა თანამშრომლობა დაიწყებს ტალღებზე ნადირობას იმ სიხშირით, რომლისთვისაც LIGO არ არის შექმნილი.

მინგარელი მუშაობს NanoGRAV-თან (ჩრდილოამერიკული ნანოჰერცის გრავიტაციული ტალღების ობსერვატორია) თანამშრომლობით, რომელიც არის დიდი საერთაშორისო კონსორციუმის ნაწილი, რომელიც მოიცავს ევროპის პულსარული დროის მასივს და ავსტრალიაში Parkes Pulsar Timing Array-ს. როგორც სახელიდან ჩანს, NanoGRAV-ის მეცნიერები ნადირობენ დაბალი სიხშირის გრავიტაციულ ტალღებზე 1-დან 10 ნანოჰერცამდე; LIGO-ს მგრძნობელობა არის სპექტრის კილოჰერცის (სმენად) ნაწილში, რომელიც ეძებს ძალიან დიდ ტალღის სიგრძეებს.


თანამშრომლობა ემყარება პულსარის მონაცემებს, რომლებიც შეგროვდა პუერტო რიკოში არესიბოს ობსერვატორიისა და დასავლეთ ვირჯინიის გრინ ბანკის ტელესკოპის მიერ. პულსრები სწრაფად ტრიალებენ ნეიტრონულ ვარსკვლავებს, რომლებიც წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც მზეზე მასიური ვარსკვლავები ფეთქდებიან და იშლება საკუთარ თავში. შეკუმშვისას ისინი უფრო და უფრო სწრაფად ტრიალებენ, ისევე როგორც თოკის ბოლოში მყოფი წონა უფრო სწრაფად ტრიალებს, რაც უფრო მოკლე ხდება თოკი.

ისინი ასევე ასხივებენ რადიაციის მძლავრ აფეთქებებს, როდესაც ბრუნავენ, როგორც შუქურა, რომლებიც აღმოჩენილია როგორც სინათლის პულსი დედამიწაზე. და ეს პერიოდული ბრუნვა უკიდურესად ზუსტია - თითქმის ისეთივე ზუსტი, როგორც ატომური საათი. ეს ხდის მათ იდეალურ კოსმოსურ გრავიტაციულ ტალღის დეტექტორებს. პირველი არაპირდაპირი მტკიცებულება მოვიდა პულსარების შესწავლით 1974 წელს, როდესაც ჯოზეფ ტეილორ უმცროსმა და რასელ ჰულსმა აღმოაჩინეს, რომ პულსარი, რომელიც მოძრაობს ნეიტრონული ვარსკვლავის გარშემო, დროთა განმავლობაში ნელ-ნელა იკუმშება, ეფექტი, რომელიც მოსალოდნელია, თუ ის მისი მასის ნაწილს ენერგიად გარდაქმნის. გრავიტაციული ტალღების სახით.

NanoGRAV-ის შემთხვევაში მოსაწევი იარაღი ერთგვარი ციმციმი იქნება. იმპულსები ერთსა და იმავე დროს უნდა მოვიდეს, მაგრამ თუ მათ გრავიტაციული ტალღა მოხვდება, ისინი ცოტა ადრე ან გვიან ჩამოვა, რადგან სივრცე-დრო ტალღის გავლისას შეკუმშდება ან გაიჭიმება.

პულსარის დროის ბადის მასივები განსაკუთრებით მგრძნობიარეა გრავიტაციული ტალღების მიმართ, რომლებიც წარმოიქმნება ჩვენი მზის მასის მილიარდიდან ათ მილიარდჯერ აღემატება ზემასიური შავი ხვრელების შერწყმის შედეგად, ისეთი, როგორიც არის ყველაზე მასიური გალაქტიკების ცენტრში. თუ ორი ასეთი გალაქტიკა გაერთიანდება, მათ ცენტრებში არსებული ხვრელებიც შეერწყმება და გრავიტაციულ ტალღებს გამოსცემს. „LIGO ხედავს შერწყმის დასასრულს, როდესაც წყვილები ძალიან ახლოს არიან“, - ამბობს მინგარელი. „MRV-ების დახმარებით ჩვენ შეგვიძლია მათი ნახვა სპირალური ფაზის დასაწყისში, როდესაც ისინი ახლახან შედიან ერთმანეთის ორბიტაზე“.

ასევე არის LISA (ლაზერული ინტერფერომეტრის კოსმოსური ანტენა) კოსმოსური მისია. დედამიწაზე დაფუძნებული LIGO შესანიშნავად აღმოაჩენს გრავიტაციულ ტალღებს, რომლებიც ეკვივალენტურია ხმოვანი ბგერის სპექტრის ნაწილების - ისეთები, რომლებიც წარმოიქმნება ჩვენი შერწყმა შავი ხვრელებით. მაგრამ ამ ტალღების ბევრი საინტერესო წყარო წარმოქმნის დაბალ სიხშირეებს. ასე რომ, ფიზიკოსები უნდა წავიდნენ კოსმოსში მათი აღმოსაჩენად. მიმდინარე LISA Pathfinder() მისიის მთავარი მიზანია დეტექტორის მუშაობის ტესტირება. „LIGO-ით შეგიძლიათ გააჩეროთ ინსტრუმენტი, გახსნათ ვაკუუმი და გაასწოროთ ყველაფერი“, - ამბობს სკოტ ჰიუზი MIT-დან. ”მაგრამ კოსმოსში ვერაფერს გახსნი.” ჩვენ დაუყოვნებლივ უნდა გავაკეთოთ ეს, რომ სწორად იმუშაოს. ”

LISA-ს მიზანი მარტივია: ლაზერული ინტერფერომეტრების გამოყენება, კოსმოსური ხომალდიშეეცდება ზუსტად გაზომოს ორი 1,8 დიუმიანი ოქრო-პლატინის კუბის შედარებითი პოზიცია თავისუფალ ვარდნაში. ცალკე ელექტროდულ ყუთებში მოთავსებული ერთმანეთისგან 15 ინჩის დაშორებით, საცდელი ობიექტები დაცული იქნება მზის ქარისგან და სხვა გარე ძალებისგან ისე, რომ შესაძლებელი იქნება გრავიტაციული ტალღებით გამოწვეული მცირე მოძრაობის აღმოჩენა (იმედია).

დაბოლოს, არსებობს ორი ექსპერიმენტი, რომელიც შექმნილია კოსმოსური მიკროტალღური ფონის რადიაციაში (დიდი აფეთქების შემდგომი შუქი) პირველადი გრავიტაციული ტალღების ანაბეჭდების მოსაძებნად: BICEP2 და პლანკის მისია. BICEP2-მა გამოაცხადა მისი აღმოჩენა 2014 წელს, მაგრამ აღმოჩნდა, რომ სიგნალი ყალბი იყო (ბრალია კოსმოსური მტვერი).

ორივე თანამშრომლობა აგრძელებს ნადირობას ჩვენი სამყაროს ადრეულ ისტორიაზე შუქის მოფენის იმედით და იმედია დაადასტურებს ინფლაციური თეორიის მთავარ პროგნოზებს. ამ თეორიამ იწინასწარმეტყველა, რომ დაბადებიდან მალევე, სამყარომ განიცადა სწრაფი ზრდა, რამაც ვერ დატოვა ძლიერი გრავიტაციული ტალღები, რომლებიც რჩებოდა ჩაბეჭდილი კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივებაში სპეციალური სინათლის ტალღების სახით (პოლარიზაცია).

გრავიტაციული ტალღის ოთხი რეჟიმიდან თითოეული ასტრონომებს მისცემს სამყაროს ოთხ ახალ ფანჯარას.

მაგრამ ჩვენ ვიცით, რას ფიქრობთ: დროა გაააქტიუროთ warp drive, ბიჭებო! დაეხმარება LIGO-ს აღმოჩენა სიკვდილის ვარსკვლავის მშენებლობაში მომავალ კვირას? Რათქმაუნდა არა. მაგრამ რაც უფრო კარგად გვესმის გრავიტაცია, მით უფრო მეტად გავიგებთ როგორ ავაშენოთ ეს ნივთები. ეს ხომ მეცნიერების საქმეა, ასე შოულობენ საარსებო მინიმუმს. იმის გაგებით, თუ როგორ მუშაობს სამყარო, ჩვენ შეგვიძლია უფრო მეტად დავეყრდნოთ ჩვენს შესაძლებლობებს.

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფარგლებში ალბერტ აინშტაინის თეორიული პროგნოზიდან ასი წლის შემდეგ მეცნიერებმა შეძლეს გრავიტაციული ტალღების არსებობის დადასტურება. ღრმა სივრცის შესწავლის ფუნდამენტურად ახალი მეთოდის - გრავიტაციული ტალღების ასტრონომიის - ერა იწყება.

არის სხვადასხვა აღმოჩენები. არის შემთხვევითი, ისინი გავრცელებულია ასტრონომიაში. არ არის სრულიად შემთხვევითი შემთხვევები, რომლებიც დამზადებულია ტერიტორიის საფუძვლიანი „დავარცხნის“ შედეგად, როგორიცაა უილიამ ჰერშელის მიერ ურანის აღმოჩენა. არის სერენდიპები – როცა ერთს ეძებდნენ და მეორეს პოულობდნენ: მაგალითად, ამერიკა აღმოაჩინეს. მაგრამ დაგეგმილ აღმოჩენებს განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს მეცნიერებაში. ისინი ეფუძნება მკაფიო თეორიულ პროგნოზს. ის, რასაც იწინასწარმეტყველებენ, ძირითადად თეორიის დასადასტურებლად ეძებენ. ასეთი აღმოჩენები მოიცავს ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენას დიდ ადრონულ კოლაიდერში და გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენას ლაზერული ინტერფერომეტრის გრავიტაციულ-ტალღური ობსერვატორიის LIGO-ს გამოყენებით. მაგრამ იმისათვის, რომ დაარეგისტრიროთ თეორიის მიერ ნაწინასწარმეტყველები რაიმე ფენომენი, თქვენ უნდა გქონდეთ საკმაოდ კარგად გაგება, თუ რა ზუსტად და სად უნდა ვეძებოთ, ასევე რა ინსტრუმენტებია საჭირო ამისათვის.

Გრავიტაციული ტალღებიმას ტრადიციულად ფარდობითობის ზოგადი თეორიის (GTR) პროგნოზს უწოდებენ და ეს მართლაც ასეა (თუმცა ახლა ასეთი ტალღები არსებობს ყველა მოდელში, რომელიც ალტერნატიულია GTR ან ავსებს მას). ტალღების გამოჩენა გამოწვეულია გრავიტაციული ურთიერთქმედების გავრცელების სიჩქარის სასრულობით (ზოგად ფარდობითობაში ეს სიჩქარე ზუსტად უდრის სინათლის სიჩქარეს). ასეთი ტალღები არის სივრცე-დროის დარღვევა, რომელიც ვრცელდება წყაროდან. გრავიტაციული ტალღების წარმოქმნისთვის, წყარო უნდა პულსირდეს ან მოძრაობდეს აჩქარებული სიჩქარით, მაგრამ გარკვეული გზით. ვთქვათ, მოძრაობები სრულყოფილი სფერული ან ცილინდრული სიმეტრიით არ არის შესაფერისი. ასეთი წყაროები საკმაოდ ბევრია, მაგრამ ხშირად მათ აქვთ მცირე მასა, არასაკმარისი ძლიერი სიგნალის შესაქმნელად. ბოლოს და ბოლოს, გრავიტაცია ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებიდან ყველაზე სუსტია, ამიტომ გრავიტაციული სიგნალის რეგისტრაცია ძალიან რთულია. გარდა ამისა, რეგისტრაციისთვის აუცილებელია, რომ სიგნალი დროთა განმავლობაში სწრაფად შეიცვალოს, ანუ მას ჰქონდეს საკმარისად მაღალი სიხშირე. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ჩვენ ვერ დავრეგისტრირდებით, რადგან ცვლილებები ძალიან ნელი იქნება. ეს ნიშნავს, რომ ობიექტები ასევე უნდა იყოს კომპაქტური.

თავდაპირველად, დიდი ენთუზიაზმი წარმოიქმნა სუპერნოვას აფეთქებებმა, რომლებიც ჩვენს მსგავს გალაქტიკებში რამდენიმე ათწლეულში ერთხელ ხდება. ეს ნიშნავს, რომ თუ ჩვენ შეგვიძლია მივაღწიოთ მგრძნობელობას, რომელიც საშუალებას მოგვცემს დავინახოთ სიგნალი რამდენიმე მილიონი სინათლის წლის მანძილიდან, შეგვიძლია დავითვალოთ რამდენიმე სიგნალი წელიწადში. მაგრამ მოგვიანებით გაირკვა, რომ პირველადი შეფასებები ენერგიის გათავისუფლების ძალის შესახებ გრავიტაციული ტალღების სახით სუპერნოვას აფეთქების დროს ძალიან ოპტიმისტური იყო და ასეთი სუსტი სიგნალის აღმოჩენა მხოლოდ იმ შემთხვევაში შეიძლებოდა, თუ სუპერნოვა ატყდა ჩვენს გალაქტიკაში.

მასიური კომპაქტური ობიექტების კიდევ ერთი ვარიანტი, რომლებიც სწრაფად მოძრაობენ, არის ნეიტრონული ვარსკვლავები ან შავი ხვრელები. ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ ან მათი ჩამოყალიბების პროცესი, ან ერთმანეთთან ურთიერთობის პროცესი. ვარსკვლავური ბირთვების კოლაფსის ბოლო ეტაპები, რაც იწვევს კომპაქტური ობიექტების წარმოქმნას, ისევე როგორც ნეიტრონული ვარსკვლავებისა და შავი ხვრელების შერწყმის ბოლო ეტაპებს, აქვთ რამდენიმე მილიწამის რიგის ხანგრძლივობა (რაც შეესაბამება სიხშირეს ასობით ჰერცი) - მხოლოდ ის, რაც საჭიროა. ამ შემთხვევაში, ბევრი ენერგია გამოიყოფა, მათ შორის (და ზოგჯერ ძირითადად) გრავიტაციული ტალღების სახით, რადგან მასიური კომპაქტური სხეულები ახორციელებენ გარკვეულ სწრაფ მოძრაობებს. ეს არის ჩვენი იდეალური წყაროები.

მართალია, სუპერნოვა გალაქტიკაში რამდენიმე ათწლეულში ერთხელ იფეთქებს, ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმა ხდება რამდენიმე ათეულ ათას წელიწადში ერთხელ და შავი ხვრელები კიდევ უფრო იშვიათად ერწყმის ერთმანეთს. მაგრამ სიგნალი ბევრად უფრო ძლიერია და მისი მახასიათებლები შეიძლება საკმაოდ ზუსტად გამოითვალოს. მაგრამ ახლა ჩვენ უნდა შეგვეძლოს სიგნალის დანახვა რამდენიმე ასეული მილიონი სინათლის წლის მანძილზე, რათა დავფაროთ რამდენიმე ათეული ათასი გალაქტიკა და დავაფიქსიროთ რამდენიმე სიგნალი წელიწადში.

წყაროების გადაწყვეტის შემდეგ, ჩვენ დავიწყებთ დეტექტორის დიზაინს. ამისათვის თქვენ უნდა გესმოდეთ რას აკეთებს გრავიტაციული ტალღა. დეტალების შესწავლის გარეშე შეგვიძლია ვთქვათ, რომ გრავიტაციული ტალღის გავლა იწვევს მოქცევის ძალას (ჩვეულებრივი მთვარის ან მზის მოქცევა ცალკე ფენომენია და გრავიტაციულ ტალღებს არაფერი აქვს საერთო). ასე რომ, შეგიძლიათ აიღოთ, მაგალითად, ლითონის ცილინდრი, აღჭურვა სენსორებით და შეისწავლოთ მისი ვიბრაციები. ეს არ არის რთული, ამიტომაც დაიწყო ასეთი დანადგარების დამზადება ნახევარი საუკუნის წინ (ისინი ასევე ხელმისაწვდომია რუსეთში; ახლა ბაქსანის მიწისქვეშა ლაბორატორიაში მონტაჟდება ვალენტინ რუდენკოს გუნდის მიერ SAI MSU-დან შემუშავებული გაუმჯობესებული დეტექტორი). პრობლემა ის არის, რომ ასეთი მოწყობილობა დაინახავს სიგნალს გრავიტაციული ტალღების გარეშე. ბევრი ხმაურია, რომლებთან გამკლავებაც რთულია. შესაძლებელია (და გაკეთდა!) დეტექტორის მიწისქვეშა დაყენება, მისი იზოლირება, გაგრილება. დაბალი ტემპერატურა, მაგრამ მაინც, ხმაურის დონის გადაჭარბების მიზნით, ძალიან ძლიერი გრავიტაციული ტალღის სიგნალი იქნებოდა საჭირო. მაგრამ ძლიერი სიგნალები იშვიათად მოდის.

ამიტომ, არჩევანი გაკეთდა სხვა სქემის სასარგებლოდ, რომელიც წამოაყენეს 1962 წელს ვლადისლავ პუსტოვოიტმა და მიხაილ ჰერცენშტეინმა. JETP-ში (Journal of Experimental and Theoretical Physics) გამოქვეყნებულ სტატიაში მათ შესთავაზეს მაიკლსონის ინტერფერომეტრის გამოყენება გრავიტაციული ტალღების გამოსავლენად. ლაზერის სხივი გადის სარკეებს შორის ინტერფერომეტრის ორ მკლავში და შემდეგ ემატება სხივები სხვადასხვა მკლავებიდან. სხივის ჩარევის შედეგის გაანალიზებით შეიძლება შეფასდეს მკლავის სიგრძის შედარებითი ცვლილება. ეს არის ძალიან ზუსტი გაზომვები, ასე რომ, თუ ხმაურს დაამარცხებთ, შეგიძლიათ მიაღწიოთ ფანტასტიკურ მგრძნობელობას.

1990-იანი წლების დასაწყისში გადაწყდა ამ დიზაინის გამოყენებით რამდენიმე დეტექტორის აშენება. პირველი, ვინც ექსპლუატაციაში შევიდა შედარებით მცირე დანადგარები, GEO600 ევროპაში და TAMA300 იაპონიაში (რიცხვები შეესაბამება მკლავების სიგრძეს მეტრებში) ტექნოლოგიის შესამოწმებლად. მაგრამ მთავარი მოთამაშეები უნდა იყვნენ LIGO ინსტალაციები აშშ-ში და VIRGO ევროპაში. ამ ინსტრუმენტების ზომა უკვე იზომება კილომეტრებში და საბოლოო დაგეგმილი სენსიტიურობა საშუალებას მოგვცემს დავინახოთ ათობით, თუ არა ასობით მოვლენა წელიწადში.

რატომ არის საჭირო მრავალი მოწყობილობა? ძირითადად ჯვარედინი ვალიდაციისთვის, რადგან არის ადგილობრივი ხმები (მაგ. სეისმური). სიგნალის ერთდროული აღმოჩენა ჩრდილო-დასავლეთ შეერთებულ შტატებსა და იტალიაში იქნება მისი გარე წარმოშობის შესანიშნავი მტკიცებულება. მაგრამ არის მეორე მიზეზი: გრავიტაციული ტალღის დეტექტორები ძალიან ცუდად განსაზღვრავენ წყაროს მიმართულებას. მაგრამ თუ რამდენიმე დეტექტორია ერთმანეთისგან დაშორებული, შესაძლებელი იქნება მიმართულების საკმაოდ ზუსტად მითითება.

ლაზერული გიგანტები

თავდაპირველი სახით, LIGO დეტექტორები აშენდა 2002 წელს, ხოლო VIRGO დეტექტორები 2003 წელს. გეგმის მიხედვით, ეს მხოლოდ პირველი ეტაპი იყო. ყველა ინსტალაცია მუშაობდა რამდენიმე წლის განმავლობაში, ხოლო 2010-2011 წლებში ისინი შეჩერდა ცვლილებებისთვის, რათა შემდეგ მიაღწიონ დაგეგმილ მაღალ მგრძნობელობას. LIGO დეტექტორები იყო პირველი, ვინც იმოქმედა 2015 წლის სექტემბერში, VIRGO-ს უნდა შეუერთდეს 2016 წლის მეორე ნახევარში და ამ ეტაპიდან მგრძნობელობა საშუალებას გვაძლევს ვიმედოვნებთ, რომ წელიწადში მინიმუმ რამდენიმე მოვლენა ჩავწეროთ.

მას შემდეგ, რაც LIGO-მ დაიწყო ფუნქციონირება, აფეთქების მოსალოდნელი მაჩვენებელი იყო დაახლოებით ერთი მოვლენა თვეში. ასტროფიზიკოსებმა წინასწარ შეაფასეს, რომ პირველი მოსალოდნელი მოვლენები იქნებოდა შავი ხვრელების შერწყმა. ეს გამოწვეულია იმით, რომ შავი ხვრელები ჩვეულებრივ ათჯერ უფრო მძიმეა ვიდრე ნეიტრონული ვარსკვლავები, სიგნალი უფრო ძლიერია და ის „ხილულია“ დიდი მანძილიდან, რაც უფრო მეტად ანაზღაურებს მოვლენების დაბალ სიჩქარეს გალაქტიკაზე. საბედნიეროდ, დიდხანს არ დაგვჭირდა ლოდინი. 2015 წლის 14 სექტემბერს ორივე ინსტალაციამ დაარეგისტრირა თითქმის იდენტური სიგნალი, სახელად GW150914.

საკმაოდ მარტივი ანალიზით შესაძლებელია ისეთი მონაცემების მიღება, როგორიცაა შავი ხვრელის მასები, სიგნალის სიძლიერე და წყარომდე მანძილი. შავი ხვრელების მასა და ზომა დაკავშირებულია ძალიან მარტივი და კარგად ცნობილი გზით, და სიგნალის სიხშირიდან შეიძლება დაუყოვნებლივ შეფასდეს ენერგიის გამოყოფის რეგიონის ზომა. ამ შემთხვევაში ზომა მიუთითებდა, რომ 25-30 და 35-40 მზის მასის ორი ხვრელიდან წარმოიქმნა შავი ხვრელი, რომლის მასა 60-ზე მეტი მზის მასაა. ამ მონაცემების ცოდნით, შეგიძლიათ მიიღოთ აფეთქების მთლიანი ენერგია. მზის თითქმის სამი მასა გადაკეთდა გრავიტაციულ გამოსხივებად. ეს შეესაბამება 1023 მზის სიკაშკაშეს - დაახლოებით იგივეს, რაც ამ დროის განმავლობაში (წამის მეასედებში) ასხივებს სამყაროს ხილულ ნაწილში ყველა ვარსკვლავი. და გაზომილი სიგნალის ცნობილი ენერგიისა და სიდიდიდან მიიღება მანძილი. შერწყმული სხეულების დიდმა მასამ შესაძლებელი გახადა შორეულ გალაქტიკაში მომხდარი მოვლენის დარეგისტრირება: სიგნალს ჩვენამდე მოღწევისთვის დაახლოებით 1,3 მილიარდი წელი დასჭირდა.

უფრო დეტალური ანალიზი შესაძლებელს ხდის შავი ხვრელების მასის თანაფარდობის გარკვევას და იმის გაგებას, თუ როგორ ბრუნავენ ისინი თავიანთი ღერძის გარშემო, ასევე განვსაზღვროთ რამდენიმე სხვა პარამეტრი. გარდა ამისა, ორი ინსტალაციის სიგნალი შესაძლებელს ხდის დაახლოებით განსაზღვროს აფეთქების მიმართულება. სამწუხაროდ, აქ სიზუსტე ჯერ არ არის ძალიან მაღალი, მაგრამ განახლებული VIRGO-ს ექსპლუატაციაში გაშვებით ის გაიზრდება. და რამდენიმე წელიწადში იაპონური KAGRA დეტექტორი დაიწყებს სიგნალების მიღებას. შემდეგ LIGO-ს ერთ-ერთი დეტექტორი (თავდაპირველად სამი იყო, ერთ-ერთი ინსტალაცია ორმაგი იყო) ინდოეთში შეიკრიბება და მოსალოდნელია, რომ წელიწადში მრავალი ათეული მოვლენა ჩაიწერება.

ახალი ასტრონომიის ერა

ამ დროისთვის LIGO-ს მუშაობის ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგი არის გრავიტაციული ტალღების არსებობის დადასტურება. გარდა ამისა, პირველივე აფეთქებამ შესაძლებელი გახადა გრავიტონის მასის შეზღუდვების გაუმჯობესება (ზოგად ფარდობითობაში მას აქვს ნულოვანი მასა), ასევე უფრო მკაცრად შეზღუდა სხვაობა სიმძიმის გავრცელების სიჩქარესა და სისწრაფეს შორის. მსუბუქი. მაგრამ მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ უკვე 2016 წელს შეძლებენ ბევრი ახალი ასტროფიზიკური მონაცემების მიღებას LIGO-სა და VIRGO-ს გამოყენებით.

პირველი, გრავიტაციული ტალღების ობსერვატორიების მონაცემები იძლევა ახალ გზას შავი ხვრელების შესასწავლად. თუ ადრე მხოლოდ ამ ობიექტების სიახლოვეს იყო შესაძლებელი მატერიის ნაკადების დაკვირვება, ახლა შეგიძლიათ პირდაპირ „დანახოთ“ წარმოქმნილი შავი ხვრელის შერწყმისა და „დამშვიდების“ პროცესი, როგორ იცვლება მისი ჰორიზონტი და იღებს საბოლოო ფორმას ( როტაციით განისაზღვრება). ალბათ, ჰოკინგის შავი ხვრელების აორთქლების აღმოჩენამდე (ამ დროისთვის ეს პროცესი ჰიპოთეზად რჩება), შერწყმის შესწავლა მათ შესახებ უკეთეს პირდაპირ ინფორმაციას მოგვცემს.

მეორეც, ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმაზე დაკვირვებები უამრავ ახალ, სასწრაფოდ საჭირო ინფორმაციას მოგცემთ ამ ობიექტების შესახებ. პირველად, ჩვენ შევძლებთ შევისწავლოთ ნეიტრონული ვარსკვლავები ისე, როგორც ფიზიკოსები სწავლობენ ნაწილაკებს: ვუყურებთ მათ შეჯახებას, რათა გავიგოთ, როგორ მუშაობენ ისინი შიგნით. ნეიტრონული ვარსკვლავების ინტერიერის სტრუქტურის საიდუმლო აწუხებს როგორც ასტროფიზიკოსებს, ასევე ფიზიკოსებს. ბირთვული ფიზიკის ჩვენი გაგება და მატერიის ქცევა ულტრამაღალ სიმკვრივეში არასრულია ამ საკითხის გადაჭრის გარეშე. სავარაუდოა, რომ გრავიტაციული ტალღების დაკვირვებები აქ მთავარ როლს ითამაშებს.

ითვლება, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმა პასუხისმგებელია ხანმოკლე კოსმოლოგიურ გამა-სხივების აფეთქებებზე. იშვიათ შემთხვევებში, შესაძლებელი იქნება მოვლენის ერთდროულად დაკვირვება როგორც გამა დიაპაზონში, ასევე გრავიტაციული ტალღის დეტექტორებზე (იშვიათობა განპირობებულია იმით, რომ, პირველ რიგში, გამა სიგნალი კონცენტრირებულია ძალიან ვიწრო სხივში და ეს ასე არ არის. ყოველთვის ჩვენკენ არის მიმართული, მაგრამ მეორეც, ჩვენ არ დავარეგისტრირებთ გრავიტაციულ ტალღებს ძალიან შორეული მოვლენებიდან). როგორც ჩანს, ამის დანახვას რამდენიმე წელი დასჭირდება (თუმცა, ჩვეულებისამებრ, შეიძლება გაგიმართლოთ და ეს დღეს მოხდება). შემდეგ, სხვა საკითხებთან ერთად, ჩვენ შევძლებთ ძალიან ზუსტად შევადაროთ მიზიდულობის სიჩქარე სინათლის სიჩქარეს.

ამრიგად, ლაზერული ინტერფერომეტრები ერთად იმუშავებენ როგორც ერთი გრავიტაციული ტალღის ტელესკოპი, რაც ახალ ცოდნას მოუტანს როგორც ასტროფიზიკოსებს, ასევე ფიზიკოსებს. ისე, ადრე თუ გვიან დამსახურებულ ნობელის პრემიას გადაეცემა პირველი აფეთქებების აღმოჩენა და მათი ანალიზი.

2016 წლის 11 თებერვალი

სულ რამდენიმე საათის წინ მოვიდა სიახლე, რომელსაც დიდი ხნის ნანატრი სამეცნიერო სამყარო ელოდა. მეცნიერთა ჯგუფი რამდენიმე ქვეყნიდან, რომელიც მუშაობს საერთაშორისო LIGO სამეცნიერო თანამშრომლობის პროექტის ფარგლებში, ამბობს, რომ რამდენიმე დეტექტორის ობსერვატორიის გამოყენებით მათ შეძლეს გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენა ლაბორატორიულ პირობებში.

ისინი აანალიზებენ მონაცემებს, რომლებიც მიიღება ორი ლაზერული ინტერფერომეტრიანი გრავიტაციული ტალღის ობსერვატორიიდან (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO), რომელიც მდებარეობს შეერთებული შტატების ლუიზიანასა და ვაშინგტონის შტატებში.

როგორც LIGO პროექტის პრესკონფერენციაზე ითქვა, გრავიტაციული ტალღები დაფიქსირდა 2015 წლის 14 სექტემბერს ჯერ ერთ ობსერვატორიაში, შემდეგ კი 7 მილიწამის შემდეგ მეორეზე.

მიღებული მონაცემების ანალიზის საფუძველზე, რომელიც ჩაატარეს მრავალი ქვეყნის მეცნიერებმა, მათ შორის რუსეთიდან, აღმოჩნდა, რომ გრავიტაციული ტალღა გამოწვეული იყო ორი შავი ხვრელის შეჯახებით, რომელთა მასა 29 და 36-ჯერ აღემატება მასას. მზე. ამის შემდეგ ისინი გაერთიანდნენ ერთ დიდ შავ ხვრელში.

ეს მოხდა 1,3 მილიარდი წლის წინ. სიგნალი დედამიწაზე მოვიდა მაგელანის ღრუბლის თანავარსკვლავედის მიმართულებით.

სერგეი პოპოვმა (ასტროფიზიკოსმა მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის შტერნბერგის სახელმწიფო ასტრონომიულ ინსტიტუტში) განმარტა რა არის გრავიტაციული ტალღები და რატომ არის ასე მნიშვნელოვანი მათი გაზომვა.

გრავიტაციის თანამედროვე თეორიები არის გრავიტაციის გეომეტრიული თეორიები, მეტ-ნაკლებად ყველაფერი ფარდობითობის თეორიიდან. სივრცის გეომეტრიული თვისებები გავლენას ახდენს სხეულების ან ობიექტების მოძრაობაზე, როგორიცაა სინათლის სხივი. და პირიქით - ენერგიის განაწილება (ეს იგივეა, რაც მასა სივრცეში) გავლენას ახდენს სივრცის გეომეტრიულ თვისებებზე. ეს ძალიან მაგარია, რადგან მისი ვიზუალიზაცია ადვილია - ყუთში გაფორმებულ მთელ ამ ელასტიურ თვითმფრინავს აქვს გარკვეული ფიზიკური მნიშვნელობა, თუმცა, რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი არც ისე პირდაპირია.

ფიზიკოსები იყენებენ სიტყვას "მეტრული". მეტრიკა არის ის, რაც აღწერს სივრცის გეომეტრიულ თვისებებს. და აქ ჩვენ გვაქვს სხეულები, რომლებიც მოძრაობენ აჩქარებით. უმარტივესი რამ არის კიტრის როტაცია. მნიშვნელოვანია, რომ ეს არ იყოს, მაგალითად, ბურთი ან გაბრტყელებული დისკი. ადვილი წარმოსადგენია, რომ როდესაც ასეთი კიტრი ტრიალებს ელასტიურ სიბრტყეზე, მისგან ტალღები ამოვარდება. წარმოიდგინე, რომ სადმე დგახარ და კიტრი ერთი ბოლო შენსკენ უხვევს, მერე მეორეს. ის სხვადასხვა გზით მოქმედებს სივრცესა და დროს, გადის გრავიტაციული ტალღა.

ასე რომ, გრავიტაციული ტალღა არის ტალღა, რომელიც გადის სივრცე-დროის მეტრიკის გასწვრივ.

მძივები სივრცეში

ეს არის ჩვენი ძირითადი გაგების ფუნდამენტური თვისება იმის შესახებ, თუ როგორ მუშაობს გრავიტაცია და ადამიანებს მისი გამოცდა ასი წელია სურთ. მათ სურთ დარწმუნდნენ, რომ ეფექტი არსებობს და ლაბორატორიაშიც ჩანს. ეს ბუნებაში ნახეს დაახლოებით სამი ათეული წლის წინ. როგორ უნდა გამოვლინდეს გრავიტაციული ტალღები ყოველდღიურ ცხოვრებაში?

ამის საილუსტრაციოდ უმარტივესი გზაა: თუ მძივებს სივრცეში ჩააგდებთ ისე, რომ ისინი წრეში დგანან და როდესაც გრავიტაციული ტალღა გადის მათ სიბრტყეზე პერპენდიკულარულად, ისინი დაიწყებენ გადაქცევას ელიფსად, შეკუმშული ჯერ ერთი მიმართულებით, შემდეგ მეორეში. საქმე იმაშია, რომ მათ ირგვლივ სივრცე დაირღვევა და ამას ისინი იგრძნობენ.

"G" დედამიწაზე

ადამიანები ასეთ რაღაცას აკეთებენ, მხოლოდ არა კოსმოსში, არამედ დედამიწაზე.

ასო "g"-ის ფორმის სარკეები [იგულისხმება ამერიკული LIGO ობსერვატორიები] ერთმანეთისგან ოთხი კილომეტრის დაშორებით ეკიდა.

ლაზერის სხივები გადის - ეს არის ინტერფერომეტრი, კარგად გასაგები რამ. თანამედროვე ტექნოლოგიები შესაძლებელს ხდის ფანტასტიკურად მცირე ეფექტების გაზომვას. მაინც არაა, რომ არ მჯერა, მჯერა, მაგრამ უბრალოდ თავს ვერ ვახვევ - ერთმანეთისგან ოთხი კილომეტრის მანძილზე ჩამოკიდებული სარკეების გადაადგილება ატომის ბირთვის ზომაზე ნაკლებია. . ეს მცირეა თუნდაც ამ ლაზერის ტალღის სიგრძესთან შედარებით. ეს იყო დაჭერა: გრავიტაცია არის ყველაზე სუსტი ურთიერთქმედება და, შესაბამისად, გადაადგილებები ძალიან მცირეა.

ამას ძალიან დიდი დრო დასჭირდა, ადამიანები ამას 1970-იანი წლებიდან ცდილობდნენ, მათ სიცოცხლე გაატარეს გრავიტაციული ტალღების ძიებაში. ახლა კი მხოლოდ ტექნიკური შესაძლებლობები იძლევა გრავიტაციული ტალღის დარეგისტრირებას ლაბორატორიულ პირობებში, ანუ აქ მოვიდა და სარკეები გადაინაცვლა.

მიმართულება

ერთი წლის განმავლობაში, თუ ყველაფერი კარგად იქნება, მსოფლიოში უკვე სამი დეტექტორი იმუშავებს. სამი დეტექტორი ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ეს ყველაფერი ძალიან ცუდად განსაზღვრავს სიგნალის მიმართულებას. ისევე, როგორც ჩვენ ცუდად ვადგენთ წყაროს მიმართულებას ყურით. "ხმა სადღაც მარჯვნივ" - ეს დეტექტორები გრძნობენ რაღაცას. მაგრამ თუ სამი ადამიანი დგას ერთმანეთისგან მოშორებით და ერთს ესმის ხმა მარჯვნიდან, მეორეს მარცხნიდან და მესამეს უკნიდან, მაშინ ძალიან ზუსტად შეგვიძლია განვსაზღვროთ ბგერის მიმართულება. რაც უფრო მეტი დეტექტორია, მით მეტი იქნება ისინი მიმოფანტული მსოფლიოსკენმით უფრო ზუსტად შეგვიძლია განვსაზღვროთ მიმართულება წყაროსკენ და შემდეგ დაიწყება ასტრონომია.

საბოლოო მიზანი ხომ არ არის მხოლოდ ფარდობითობის ზოგადი თეორიის დადასტურება, არამედ ახალი ასტრონომიული ცოდნის მიღებაც. წარმოიდგინეთ, რომ არსებობს შავი ხვრელი, რომლის წონაა ათი მზის მასა. და ის ეჯახება კიდევ ერთ შავ ხვრელს, რომლის წონაა ათი მზის მასა. შეჯახება ხდება სინათლის სიჩქარით. ენერგეტიკული გარღვევა. Ეს მართალია. არის მისი ფანტასტიკური რაოდენობა. და არ არსებობს გზა... ეს მხოლოდ სივრცისა და დროის ტალღებია. მე ვიტყოდი, რომ ორი შავი ხვრელის შერწყმის აღმოჩენა იქნება ყველაზე ძლიერი მტკიცებულება დიდი ხნის განმავლობაში იმისა, რომ შავი ხვრელები მეტ-ნაკლებად ის შავი ხვრელებია, როგორც ჩვენ ვფიქრობთ.

მოდით გადავიდეთ იმ საკითხებსა და ფენომენებზე, რომლებიც მას შეუძლია გამოავლინოს.

შავი ხვრელები მართლა არსებობენ?

LIGO-ს განცხადებიდან მოსალოდნელი სიგნალი შესაძლოა წარმოებულიყო ორი შერწყმული შავი ხვრელის მიერ. ასეთი მოვლენები ყველაზე ენერგიულია ცნობილი; მათ მიერ გამოსხივებული გრავიტაციული ტალღების სიძლიერემ შეიძლება მოკლედ გადააჭარბოს დაკვირვებადი სამყაროს ყველა ვარსკვლავს ერთად. შავი ხვრელების შერწყმა ასევე საკმაოდ მარტივია მათი ძალიან სუფთა გრავიტაციული ტალღების ინტერპრეტაცია.

შავი ხვრელის შერწყმა ხდება მაშინ, როდესაც ორი შავი ხვრელი ერთმანეთის ირგვლივ ტრიალებს, რომლებიც ასხივებენ ენერგიას გრავიტაციული ტალღების სახით. ამ ტალღებს აქვს დამახასიათებელი ხმა (ჭიკჭიკი), რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ამ ორი ობიექტის მასის გასაზომად. ამის შემდეგ შავი ხვრელები ჩვეულებრივ ერწყმის ერთმანეთს.

„წარმოიდგინეთ ორი საპნის ბუშტი, რომლებიც ისე ახლოს არიან, რომ ერთ ბუშტს ქმნიან. უფრო დიდი ბუშტი დეფორმირებულია“, - ამბობს ტიბალტ დამური, გრავიტაციული თეორეტიკოსი პარიზთან ახლოს მდებარე მოწინავე სამეცნიერო კვლევების ინსტიტუტიდან. ბოლო შავი ხვრელი იდეალურად სფერული იქნება, მაგრამ ჯერ გრავიტაციული ტალღების პროგნოზირებადი ტიპების გამოსხივება უნდა მოხდეს.

შავი ხვრელის შერწყმის აღმოჩენის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი სამეცნიერო შედეგი იქნება შავი ხვრელების არსებობის დადასტურება - სულ მცირე, იდეალურად მრგვალი ობიექტები, რომლებიც შედგება სუფთა, ცარიელი, მრუდი სივრცე-დროისგან, როგორც ამას ფარდობითობის ზოგადი თეორია პროგნოზირებს. კიდევ ერთი შედეგი არის ის, რომ შერწყმა მიმდინარეობს მეცნიერების წინასწარმეტყველების მიხედვით. ასტრონომებს ბევრი არაპირდაპირი მტკიცებულება აქვთ ამ ფენომენის შესახებ, მაგრამ ჯერჯერობით ეს იყო დაკვირვებები ვარსკვლავებზე და ზედმეტად გახურებულ გაზებზე შავი ხვრელების ორბიტაზე და არა თავად შავი ხვრელების.

”მეცნიერულ საზოგადოებას, მათ შორის მეც, არ მოსწონს შავი ხვრელები. ჩვენ მათ თავისთავად ვიღებთ, ამბობს ფრანს პრეტორიუსი, ფარდობითობის ზოგადი სიმულაციის სპეციალისტი ნიუ ჯერსის პრინსტონის უნივერსიტეტიდან. ”მაგრამ როდესაც ვფიქრობთ იმაზე, თუ რამდენად საოცარია ეს პროგნოზი, ჩვენ გვჭირდება მართლაც საოცარი მტკიცებულება.”

გრავიტაციული ტალღები სინათლის სიჩქარით მოძრაობენ?

როდესაც მეცნიერები იწყებენ LIGO-ს სხვა ტელესკოპების დაკვირვებებთან შედარებას, პირველი რაც ამოწმებენ არის თუ არა სიგნალი ერთდროულად. ფიზიკოსები თვლიან, რომ გრავიტაცია გადადის გრავიტონის ნაწილაკებით, ფოტონების გრავიტაციული ანალოგით. თუ ფოტონების მსგავსად, ამ ნაწილაკებს მასა არ აქვთ, მაშინ გრავიტაციული ტალღები სინათლის სიჩქარით იმოგზაურებენ, რაც შეესაბამება კლასიკურ ფარდობითობაში გრავიტაციული ტალღების სიჩქარის წინასწარმეტყველებას. (მათ სიჩქარეზე შეიძლება გავლენა იქონიოს სამყაროს აჩქარებულმა გაფართოებამ, მაგრამ ეს აშკარად უნდა გამოჩნდეს LIGO-ს მიერ დაფარულ დისტანციებზე გაცილებით დიდ მანძილზე).

თუმცა სავსებით შესაძლებელია, რომ გრავიტონებს მცირე მასა ჰქონდეთ, რაც ნიშნავს, რომ გრავიტაციული ტალღები სინათლეზე ნაკლები სიჩქარით მოძრაობენ. მაგალითად, თუ LIGO და Virgo აღმოაჩენენ გრავიტაციულ ტალღებს და აღმოაჩენენ, რომ ტალღები დედამიწაზე კოსმოსურ მოვლენებთან დაკავშირებული გამა სხივების შემდეგ მოვიდა, ამან შეიძლება გამოიწვიოს სიცოცხლის შეცვლა ფუნდამენტური ფიზიკისთვის.

არის თუ არა სივრცე-დრო შექმნილი კოსმოსური სიმებისგან?

კიდევ უფრო უცნაური აღმოჩენა შეიძლება მოხდეს, თუ აღმოჩნდება გრავიტაციული ტალღების აფეთქებები, რომლებიც წარმოიქმნება "კოსმოსური სიმებიდან". ეს ჰიპოთეტური დეფექტები სივრცე-დროის გამრუდებაში, რომელიც შეიძლება იყოს ან არ იყოს დაკავშირებული სიმების თეორიებთან, უნდა იყოს უსასრულოდ თხელი, მაგრამ გადაჭიმული კოსმიურ დისტანციებზე. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ კოსმოსური სიმები, თუ ისინი არსებობენ, შეიძლება შემთხვევით დაიღუნონ; თუ სიმები დაიხარებოდა, ეს გამოიწვევს გრავიტაციულ ტალღას, რომელიც დეტექტორებს, როგორიცაა LIGO ან Virgo, შეეძლოთ გაზომონ.

შეიძლება ნეიტრონული ვარსკვლავები იყოს ერთობლიობა?

ნეიტრონული ვარსკვლავები ნარჩენებია დიდი ვარსკვლავები, რომელიც საკუთარი წონის ქვეშ დაინგრა და იმდენად მკვრივი გახდა, რომ ელექტრონებმა და პროტონებმა დაიწყეს ნეიტრონების დნობა. მეცნიერებს ნაკლებად აქვთ გაგებული ნეიტრონული ხვრელების ფიზიკის შესახებ, მაგრამ გრავიტაციულ ტალღებს ბევრი რამის თქმა შეუძლია მათ შესახებ. მაგალითად, მათ ზედაპირზე არსებული ინტენსიური გრავიტაცია იწვევს ნეიტრონული ვარსკვლავების თითქმის სრულყოფილად სფერულს. მაგრამ ზოგიერთი მეცნიერი ვარაუდობს, რომ შესაძლოა არსებობდეს „მთებიც“ - რამდენიმე მილიმეტრის სიმაღლეზე, რაც ამ მკვრივ ობიექტებს, დიამეტრის არაუმეტეს 10 კილომეტრისა, ოდნავ ასიმეტრიულს ხდის. ნეიტრონული ვარსკვლავები, როგორც წესი, ძალიან სწრაფად ტრიალებს, ამიტომ მასის ასიმეტრიული განაწილება არღვევს სივრცე-დროს და წარმოქმნის მუდმივ გრავიტაციულ ტალღის სიგნალს სინუსუსური ტალღის სახით, რაც ანელებს ვარსკვლავის ბრუნვას და გამოყოფს ენერგიას.

ნეიტრონული ვარსკვლავების წყვილი, რომლებიც ერთმანეთის გარშემო ბრუნავენ, ასევე აწარმოებენ მუდმივ სიგნალს. შავი ხვრელების მსგავსად, ეს ვარსკვლავები სპირალურად მოძრაობენ და საბოლოოდ ერწყმის დამახასიათებელ ხმას. მაგრამ მისი სპეციფიკა განსხვავდება შავი ხვრელების ხმის სპეციფიკისგან.

რატომ ფეთქდებიან ვარსკვლავები?

შავი ხვრელები და ნეიტრონული ვარსკვლავები იქმნება, როდესაც მასიური ვარსკვლავები წყვეტენ ბრწყინავს და იშლება საკუთარ თავზე. ასტროფიზიკოსები ფიქრობენ, რომ ეს პროცესი საფუძვლად უდევს II ტიპის სუპერნოვას ყველა გავრცელებულ აფეთქებას. ასეთი ზეახალი ვარსკვლავების სიმულაციამ ჯერ არ აჩვენა, თუ რა იწვევს მათ აალებას, მაგრამ რეალური სუპერნოვას მიერ გამოსხივებული გრავიტაციული ტალღების აფეთქების მოსმენა, სავარაუდოდ, პასუხს იძლევა. იმისდა მიხედვით, თუ როგორ გამოიყურება ადიდებული ტალღები, რამდენად ხმამაღალია ისინი, რამდენად ხშირად წარმოიქმნება და როგორ უკავშირდება ისინი ელექტრომაგნიტური ტელესკოპების მიერ თვალყურის დევნებულ სუპერნოვას, ეს მონაცემები შეიძლება დაეხმაროს არსებული მოდელების თაიგულის გამორიცხვას.

რამდენად სწრაფად ფართოვდება სამყარო?

სამყაროს გაფართოება ნიშნავს, რომ შორეული ობიექტები, რომლებიც შორდებიან ჩვენი გალაქტიკიდან, უფრო წითელი ჩანს, ვიდრე სინამდვილეში არიან, რადგან მათ მიერ გამოსხივებული შუქი გადაჭიმულია მათი მოძრაობისას. კოსმოლოგები აფასებენ სამყაროს გაფართოების ტემპს გალაქტიკების წითელ გადაადგილების შედარებით და რამდენად შორს არიან ისინი ჩვენგან. მაგრამ ეს მანძილი ჩვეულებრივ შეფასებულია Ia ტიპის სუპერნოვას სიკაშკაშედან და ეს ტექნიკა ბევრ გაურკვევლობას ტოვებს.

თუ რამდენიმე გრავიტაციული ტალღის დეტექტორი მთელს მსოფლიოში აღმოაჩენს სიგნალებს იმავე ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმის შედეგად, მათ ერთად შეუძლიათ აბსოლუტურად ზუსტად შეაფასონ სიგნალის მოცულობა და, შესაბამისად, მანძილი, რომელზეც მოხდა შერწყმა. მათ ასევე შეეძლებათ შეაფასონ მიმართულება და მასთან ერთად დაადგინონ გალაქტიკა, რომელშიც ეს მოვლენა მოხდა. ამ გალაქტიკის წითელ გადანაცვლებას შერწყმა ვარსკვლავებამდე მანძილის შედარებით, შესაძლებელია მივიღოთ კოსმოსური გაფართოების დამოუკიდებელი ტემპი, შესაძლოა უფრო ზუსტი ვიდრე ახლანდელი მეთოდები იძლევა საშუალებას.

წყაროები

http://www.bbc.com/russian/science/2016/02/160211_gravitational_waves

http://cont.ws/post/199519

აქ როგორღაც გავარკვიეთ, მაგრამ რა არის და. შეხედე რას ჰგავს ორიგინალი სტატია განთავსებულია საიტზე InfoGlaz.rfსტატიის ბმული, საიდანაც ეს ასლი შეიქმნა -

გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენის (გამოვლენის) ოფიციალური დღეა 2016 წლის 11 თებერვალი. სწორედ მაშინ, ვაშინგტონში გამართულ პრესკონფერენციაზე, LIGO თანამშრომლობის ლიდერებმა განაცხადეს, რომ მკვლევართა ჯგუფმა მოახერხა ამ ფენომენის ჩაწერა პირველად კაცობრიობის ისტორიაში.

დიდი აინშტაინის წინასწარმეტყველებები

გრავიტაციული ტალღების არსებობის შესახებ შემოთავაზებული იყო ალბერტ აინშტაინი გასული საუკუნის დასაწყისში (1916 წ.) მისი ფარდობითობის ზოგადი თეორიის (GTR) ფარგლებში. მხოლოდ გაოცება შეიძლება ცნობილი ფიზიკოსის ბრწყინვალე შესაძლებლობებით, რომელმაც მინიმალური რეალური მონაცემებით შეძლო ასეთი შორსმიმავალი დასკვნების გაკეთება. ბევრ სხვა წინასწარმეტყველურ ფიზიკურ მოვლენას შორის, რომლებიც დადასტურდა მომდევნო საუკუნეში (დროის დინების შენელება, გრავიტაციულ ველებში ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მიმართულების შეცვლა და ა.შ.), ბოლო დრომდე შეუძლებელი იყო ამ ტიპის არსებობის პრაქტიკულად გამოვლენა. ტალღური ურთიერთქმედება სხეულებს შორის.

არის თუ არა გრავიტაცია ილუზია?

ზოგადად, ფარდობითობის თეორიის ფონზე, გრავიტაციას ძნელად შეიძლება ეწოდოს ძალა. სივრცე-დროის კონტინიუმის დარღვევები ან გამრუდება. კარგი მაგალითიადაჭიმული ქსოვილის ნაჭერი შეიძლება ამ პოსტულატის ილუსტრაციად იქცეს. ასეთ ზედაპირზე მოთავსებული მასიური ობიექტის წონის ქვეშ წარმოიქმნება დეპრესია. სხვა ობიექტები, როდესაც მოძრაობენ ამ ანომალიასთან ახლოს, შეცვლიან მათი მოძრაობის ტრაექტორიას, თითქოს "მიზიდულნი" არიან. და რაც უფრო დიდია ობიექტის წონა (რაც უფრო დიდია მრუდის დიამეტრი და სიღრმე), მით უფრო მაღალია „მიზიდვის ძალა“. როდესაც ის მოძრაობს ქსოვილზე, შეგიძლიათ დააკვირდეთ განსხვავებული "ტალღების" გამოჩენას.

მსგავსი რამ ხდება გარე სივრცეში. ნებისმიერი სწრაფად მოძრავი მასიური მატერია არის სივრცისა და დროის სიმკვრივის რყევების წყარო. მნიშვნელოვანი ამპლიტუდის მქონე გრავიტაციული ტალღა წარმოიქმნება უკიდურესად დიდი მასის მქონე სხეულებით ან უზარმაზარი აჩქარებით მოძრაობისას.

ფიზიკური მახასიათებლები

სივრცე-დროის მეტრიკის რყევები ვლინდება გრავიტაციულ ველში ცვლილებებით. ამ ფენომენს სხვაგვარად უწოდებენ სივრცე-დროის ტალღებს. გრავიტაციული ტალღა გავლენას ახდენს შემხვედრ სხეულებსა და ობიექტებზე, შეკუმშავს და აჭიმავს მათ. დეფორმაციის სიდიდე ძალიან უმნიშვნელოა - დაახლოებით 10 -21 საწყისი ზომიდან. ამ ფენომენის გამოვლენის მთელი სირთულე იმაში მდგომარეობდა, რომ მკვლევარებს სჭირდებოდათ იმის სწავლა, თუ როგორ გაზომონ და ჩაეწერათ ასეთი ცვლილებები შესაბამისი აღჭურვილობის გამოყენებით. გრავიტაციული გამოსხივების ძალა ასევე ძალიან მცირეა - ყველასთვის მზის სისტემაის რამდენიმე კილოვატს შეადგენს.

გრავიტაციული ტალღების გავრცელების სიჩქარე ოდნავ დამოკიდებულია გამტარ საშუალების თვისებებზე. რხევების ამპლიტუდა თანდათან მცირდება წყაროდან დაშორებით, მაგრამ არასოდეს აღწევს ნულს. სიხშირე მერყეობს რამდენიმე ათეულიდან ასობით ჰერცამდე. გრავიტაციული ტალღების სიჩქარე ვარსკვლავთშორის გარემოში უახლოვდება სინათლის სიჩქარეს.

ირიბი მტკიცებულება

გრავიტაციული ტალღების არსებობის პირველი თეორიული დადასტურება მიიღეს ამერიკელმა ასტრონომმა ჯოზეფ ტეილორმა და მისმა თანაშემწემ რასელ ჰულსმა 1974 წელს. არესიბოს ობსერვატორიის რადიოტელესკოპის (პუერტო რიკო) გამოყენებით სამყაროს სივრცის შესწავლისას მკვლევარებმა აღმოაჩინეს პულსარი PSR B1913+16, რომელიც არის ნეიტრონული ვარსკვლავების ორობითი სისტემა, რომელიც ბრუნავს მასის საერთო ცენტრის გარშემო მუდმივი კუთხური სიჩქარით (საკმაოდ იშვიათია. საქმე). ყოველწლიურად ცირკულაციის პერიოდი, თავდაპირველად 3,75 საათი, მცირდება 70 ms-ით. ეს მნიშვნელობა სრულად შეესაბამება ფარდობითობის ზოგადი განტოლებების დასკვნებს, რომლებიც პროგნოზირებენ ასეთი სისტემების ბრუნვის სიჩქარის ზრდას გრავიტაციული ტალღების წარმოქმნაზე ენერგიის დახარჯვის გამო. შემდგომში აღმოაჩინეს რამდენიმე ორმაგი პულსარი და მსგავსი ქცევის თეთრი ჯუჯა. რადიოასტრონომებს დ.ტეილორს და რ.ჰულსს მიენიჭათ ნობელის პრემია ფიზიკაში 1993 წელს გრავიტაციული ველების შესწავლის ახალი შესაძლებლობების აღმოჩენისთვის.

გრავიტაციული ტალღისგან თავის დაღწევა

გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენის შესახებ პირველი განცხადება მოვიდა მერილენდის უნივერსიტეტის მეცნიერმა ჯოზეფ ვებერმა (აშშ) 1969 წელს. ამ მიზნებისათვის მან გამოიყენა საკუთარი დიზაინის ორი გრავიტაციული ანტენა, რომლებიც ერთმანეთისგან ორი კილომეტრით იყო დაშორებული. რეზონანსული დეტექტორი იყო კარგად ვიბრაციით იზოლირებული მყარი ორმეტრიანი ალუმინის ცილინდრი, რომელიც აღჭურვილი იყო მგრძნობიარე პიეზოელექტრული სენსორებით. ვებერის მიერ სავარაუდო ჩაწერილი რხევების ამპლიტუდა მილიონჯერ მეტი აღმოჩნდა მოსალოდნელ მნიშვნელობაზე. სხვა მეცნიერების მცდელობებმა გაიმეორონ ამერიკელი ფიზიკოსის "წარმატება" მსგავსი აღჭურვილობის გამოყენებით, დადებითი შედეგი არ მოიტანა. რამდენიმე წლის შემდეგ, ვებერის მუშაობა ამ სფეროში აღიარებულ იქნა, როგორც დაუსაბუთებელი, მაგრამ ბიძგი მისცა "გრავიტაციული ბუმის" განვითარებას, რამაც მრავალი სპეციალისტი მიიპყრო კვლევის ამ სფეროში. სხვათა შორის, თავად ჯოზეფ ვებერი სიცოცხლის ბოლომდე დარწმუნებული იყო, რომ გრავიტაციული ტალღები მიიღო.

მიმღები აღჭურვილობის გაუმჯობესება

70-იან წლებში მეცნიერმა ბილ ფეირბანკმა (აშშ) შეიმუშავა გრავიტაციული ტალღის ანტენის დიზაინი, გაცივებული SQUIDS - ულტრამგრძნობიარე მაგნიტომეტრების გამოყენებით. იმ დროს არსებული ტექნოლოგიები არ აძლევდა საშუალებას გამომგონებელს ენახა თავისი პროდუქტი „მეტალში“ რეალიზებული.

Auriga-ს გრავიტაციული დეტექტორი ეროვნულ ლეგნარის ლაბორატორიაში (პადუა, იტალია) შექმნილია ამ პრინციპით. დიზაინი დაფუძნებულია ალუმინის-მაგნიუმის ცილინდრზე, 3 მეტრი სიგრძისა და 0,6 მ დიამეტრის მიმღები მოწყობილობა, რომელიც იწონის 2,3 ტონას, შეჩერებულია იზოლირებული, გაცივებული თითქმის აბსოლუტური ნულივაკუუმ კამერა. დარტყმების ჩასაწერად და გამოსავლენად გამოიყენება დამხმარე კილოგრამიანი რეზონატორი და კომპიუტერზე დაფუძნებული საზომი კომპლექსი. აღჭურვილობის მითითებული მგრძნობელობა არის 10 -20.

ინტერფერომეტრები

გრავიტაციული ტალღების ჩარევის დეტექტორების მოქმედება ეფუძნება იმავე პრინციპებს, რომლებზეც მუშაობს Michelson ინტერფერომეტრი. წყაროს მიერ გამოსხივებული ლაზერის სხივი იყოფა ორ ნაკადად. მოწყობილობის მკლავებზე მრავალჯერადი არეკვლისა და მოგზაურობის შემდეგ, ნაკადები კვლავ გაერთიანებულია და ბოლოდან გამომდინარე, ფასდება, გავლენა მოახდინა თუ არა რაიმე დარღვევამ (მაგალითად, გრავიტაციულმა ტალღამ) სხივების მიმდინარეობაზე. მსგავსი აღჭურვილობა შეიქმნა ბევრ ქვეყანაში:

• GEO 600 (ჰანოვერი, გერმანია). ვაკუუმური გვირაბების სიგრძე 600 მეტრია.
• TAMA (იაპონია) მხრებით 300 მ.
• VIRGO (პიზა, იტალია) არის ერთობლივი ფრანგულ-იტალიური პროექტი, რომელიც 2007 წელს დაიწყო სამი კილომეტრიანი გვირაბებით.
• LIGO (აშშ, წყნარი ოკეანის სანაპირო), რომელიც 2002 წლიდან ნადირობს გრავიტაციულ ტალღებზე.

ამ უკანასკნელის უფრო დეტალურად განხილვა ღირს.

LIGO Advanced

პროექტი მასაჩუსეტსის და კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტების მეცნიერთა ინიციატივით შეიქმნა. იგი მოიცავს ორ ობსერვატორიას, გამოყოფილი 3 ათასი კილომეტრით, და ვაშინგტონში (ქალაქები ლივინგსტონი და ჰენფორდი) სამი იდენტური ინტერფერომეტრით. პერპენდიკულარული ვაკუუმური გვირაბების სიგრძე 4 ათასი მეტრია. ეს არის ყველაზე დიდი ასეთი სტრუქტურები, რომლებიც ამჟამად ფუნქციონირებს. 2011 წლამდე გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენის მრავალრიცხოვანმა მცდელობამ შედეგი არ მოიტანა. განხორციელებულმა მნიშვნელოვანმა მოდერნიზაციამ (Advanced LIGO) გაზარდა აღჭურვილობის მგრძნობელობა 300-500 ჰც დიაპაზონში ხუთჯერ მეტით, ხოლო დაბალი სიხშირის რეგიონში (60 ჰც-მდე) თითქმის სიდიდის ბრძანებით, მიაღწია სასურველი ღირებულება 10 -21. განახლებული პროექტი დაიწყო 2015 წლის სექტემბერში და მიღებული შედეგებით დაჯილდოვდა ათასზე მეტი თანამშრომლის ძალისხმევა.

აღმოჩენილია გრავიტაციული ტალღები

2015 წლის 14 სექტემბერს, მოწინავე LIGO-ს დეტექტორებმა, 7 ms ინტერვალით, დააფიქსირეს გრავიტაციული ტალღები ჩვენს პლანეტაზე ყველაზე დიდი მოვლენიდან, რომელიც მოხდა დაკვირვებადი სამყაროს გარეუბანში - ორი დიდი შავი ხვრელის შერწყმა 29 და 36-ჯერ მასით. მზის მასაზე მეტი. პროცესის დროს, რომელიც მოხდა 1,3 მილიარდ წელზე მეტი ხნის წინ, მატერიის დაახლოებით სამი მზის მასა წამის ნაწილებში მოიხმარა გრავიტაციული ტალღების გამოსხივებით. გრავიტაციული ტალღების დაფიქსირებული საწყისი სიხშირე იყო 35 ჰც, ხოლო მაქსიმალური პიკური მნიშვნელობა 250 ჰც-ს აღწევდა.

მიღებული შედეგები არაერთხელ დაექვემდებარა ყოვლისმომცველ შემოწმებას და დამუშავებას, ხოლო მიღებული მონაცემების ალტერნატიული ინტერპრეტაციები საგულდაგულოდ იქნა აღმოფხვრილი. საბოლოოდ, გასულ წელს მსოფლიო საზოგადოებას გამოაცხადა აინშტაინის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ფენომენის პირდაპირი რეგისტრაცია.

ფაქტი, რომელიც ასახავს მკვლევართა ტიტანურ მუშაობას: ინტერფერომეტრის მკლავების ზომაში რყევების ამპლიტუდა იყო 10 -19 მ - ეს მნიშვნელობა არის იგივე რაოდენობა, ვიდრე ატომის დიამეტრი, რადგან თავად ატომი უფრო მცირეა ვიდრე ფორთოხალი.

სამომავლო პერსპექტივები

აღმოჩენა კიდევ ერთხელ ადასტურებს, რომ ფარდობითობის ზოგადი თეორია არ არის მხოლოდ აბსტრაქტული ფორმულების ერთობლიობა, არამედ ფუნდამენტურად ახალი ხედვა გრავიტაციული ტალღების არსისა და ზოგადად გრავიტაციის არსზე.

შემდგომი კვლევების დროს მეცნიერებს დიდი იმედი აქვთ ELSA პროექტზე: გიგანტური ორბიტალური ინტერფერომეტრის შექმნა დაახლოებით 5 მილიონი კმ-იანი იარაღით, რომელსაც შეუძლია გრავიტაციულ ველებში მცირე დარღვევებიც კი აღმოაჩინოს. ამ მიმართულებით მუშაობის გააქტიურებამ შეიძლება ბევრი ახალი რამის თქმა სამყაროს განვითარების ძირითად ეტაპებზე, პროცესებზე, რომელთა დაკვირვება ტრადიციულ დიაპაზონებში რთული ან შეუძლებელია. ეჭვგარეშეა, რომ შავი ხვრელები, რომელთა გრავიტაციული ტალღები მომავალში იქნება აღმოჩენილი, ბევრს ეტყვიან მათ ბუნებაზე.

კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების შესასწავლად, რომელიც მოგვითხრობს ჩვენი სამყაროს პირველი მომენტების შესახებ დიდი აფეთქების შემდეგ, უფრო მგრძნობიარე კოსმოსური ინსტრუმენტები იქნება საჭირო. ასეთი პროექტი არსებობს ( დიდი აფეთქების დამკვირვებელი), მაგრამ მისი განხორციელება, ექსპერტების აზრით, შესაძლებელია არა უადრეს 30-40 წლისა.

გრავიტაციულ ველში წონასწორობაში მყოფი სითხის თავისუფალი ზედაპირი ბრტყელია. თუ რაიმე გარე გავლენის გავლენის ქვეშ, სითხის ზედაპირი გარკვეულ ადგილას ამოღებულია წონასწორული პოზიციიდან, მაშინ სითხეში მოძრაობა ხდება. ეს მოძრაობა სითხის მთელ ზედაპირზე გავრცელდება ტალღების სახით, რომელსაც გრავიტაციული ტალღები ეწოდება, რადგან ისინი გამოწვეულია გრავიტაციული ველის მოქმედებით. გრავიტაციული ტალღები ძირითადად ჩნდება სითხის ზედაპირზე, რაც უფრო ნაკლებად იჭერს მის შიდა ფენებს, რაც უფრო ღრმაა ეს ფენები.

აქ განვიხილავთ გრავიტაციულ ტალღებს, რომლებშიც მოძრავი სითხის ნაწილაკების სიჩქარე იმდენად მცირეა, რომ ეილერის განტოლებაში მოცემული ტერმინი შეიძლება უგულებელვყოთ, შედარებით ადვილია იმის გარკვევა, თუ რას ნიშნავს ეს მდგომარეობა ფიზიკურად. თხევადი ნაწილაკების მიერ ტალღის რხევების პერიოდის გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, ეს ნაწილაკები გადიან მანძილს ტალღის a ამპლიტუდის რიგითობით, ამიტომ მათი მოძრაობის სიჩქარე სიჩქარის რიგისაა. v შესამჩნევად იცვლება დროის ინტერვალებში სიდიდის რიგის მიხედვით და დისტანციებზე სიდიდის რიგის მიხედვით ტალღის გავრცელების მიმართულებით ( - სიგრძის ტალღები). მაშასადამე, სიჩქარის წარმოებული დროის მიმართ არის სიდიდის რიგის, ხოლო კოორდინატებთან მიმართებაში არის რიგის მაშასადამე, პირობა მოთხოვნის ექვივალენტურია

ანუ ტალღაში რხევების ამპლიტუდა ტალღის სიგრძესთან შედარებით მცირე უნდა იყოს. § 9-ში დავინახეთ, რომ თუ მოძრაობის განტოლებაში ტერმინი შეიძლება უგულებელვყოთ, მაშინ სითხის მოძრაობა პოტენციურია. თუ ვივარაუდოთ, რომ სითხე შეუკუმშვაა, ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ განტოლებები (10.6) და (10.7). განტოლებაში (10.7) ახლა შეგვიძლია უგულებელვყოთ ტერმინი, რომელიც შეიცავს სიჩქარის კვადრატს; გრავიტაციულ ველში ტერმინის ჩასმა და შემოღება მივიღებთ:

(12,2)

ჩვენ ვირჩევთ ღერძს, როგორც ყოველთვის, ვერტიკალურად ზემოთ, ხოლო x, y სიბრტყის სახით ვირჩევთ სითხის წონასწორობის ბრტყელ ზედაპირს.

ჩვენ აღვნიშნავთ - სითხის ზედაპირზე წერტილების კოორდინატს ; არის x, y და დროის t კოორდინატების ფუნქცია. წონასწორობაში, თხევადი ზედაპირის ვერტიკალური გადაადგილება ხდება მისი რხევისას.

მოდით, მუდმივი წნევა იმოქმედოს სითხის ზედაპირზე, შემდეგ კი (12.2) გვაქვს ზედაპირზე

მუდმივი შეიძლება აღმოიფხვრას პოტენციალის ხელახალი განსაზღვრით (მას კოორდინატებისგან დამოუკიდებელი რაოდენობის დამატებით. შემდეგ სითხის ზედაპირზე არსებული მდგომარეობა იღებს ფორმას.

ტალღაში რხევების მცირე ამპლიტუდა ნიშნავს, რომ გადაადგილება მცირეა. მაშასადამე, ჩვენ შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ იმავე მიახლოებით, რომ ზედაპირული წერტილების მოძრაობის სიჩქარის ვერტიკალური კომპონენტი ემთხვევა გადაადგილების დროის წარმოებულს.

რხევების სიმცირის გამო, ამ მდგომარეობაში შესაძლებელია წარმოებულების მნიშვნელობების ნაცვლად, ამგვარად, საბოლოოდ მივიღოთ განტოლებათა შემდეგი სისტემა, რომელიც განსაზღვრავს მოძრაობას გრავიტაციულ ტალღაში:

ჩვენ განვიხილავთ ტალღებს სითხის ზედაპირზე, მიგვაჩნია, რომ ეს ზედაპირი შეუზღუდავია. ასევე ვივარაუდებთ, რომ ტალღის სიგრძე მცირეა სითხის სიღრმესთან შედარებით; მაშინ სითხე შეიძლება ჩაითვალოს უსასრულოდ ღრმად. ამიტომ, ჩვენ არ ვწერთ სასაზღვრო პირობებს გვერდითა საზღვრებზე და სითხის ბოლოში.

განვიხილოთ გრავიტაციული ტალღა, რომელიც ვრცელდება ღერძის გასწვრივ და ერთგვაროვანი ღერძის გასწვრივ, ყველა სიდიდე არ არის დამოკიდებული y კოორდინატზე. ჩვენ ვეძებთ ამონახსნებს, რომელიც არის დროის მარტივი პერიოდული ფუნქცია და x კოორდინატი:

სადაც ( არის ციკლური სიხშირე (მასზე ვისაუბრებთ უბრალოდ, როგორც სიხშირე), k არის ტალღის ვექტორი, არის ტალღის სიგრძე. ამ გამოხატვის განტოლებაში ჩანაცვლებით ვიღებთ ფუნქციის განტოლებას.

მისი ხსნარი, რომელიც იშლება სითხის სიღრმეში (ანუ ზე):

ჩვენ ასევე უნდა დავაკმაყოფილოთ სასაზღვრო პირობა (12.5) მასში ჩანაცვლებით, ვპოულობთ კავშირს b სიხშირესა და ტალღის ვექტორს შორის (ან, როგორც ამბობენ, ტალღის დისპერსიის კანონი).

სითხეში სიჩქარის განაწილება მიიღება კოორდინატების გასწვრივ პოტენციალის დიფერენცირებით:

ჩვენ ვხედავთ, რომ სიჩქარე ექსპონენტურად მცირდება სითხის სიღრმეზე. სივრცის თითოეულ მოცემულ წერტილში (ანუ მოცემულ x, z-სთვის), სიჩქარის ვექტორი ერთნაირად ბრუნავს x სიბრტყეში, სიდიდით მუდმივი რჩება.

მოდით ასევე განვსაზღვროთ თხევადი ნაწილაკების ტრაექტორია ტალღაში. მოდით დროებით ავღნიშნოთ x-ით, z-ით სითხის მოძრავი ნაწილაკების კოორდინატები (და არა სივრცეში ფიქსირებული წერტილის კოორდინატები) და - x-ის მნიშვნელობები ნაწილაკების წონასწორობის პოზიციისთვის. შემდეგ და მარჯვენა მხარეს (12.8) შეიძლება დაახლოებით ჩაიწეროს ნაცვლად რხევების სიმცირით. დროთა განმავლობაში ინტეგრაცია იძლევა შემდეგს:

ამრიგად, თხევადი ნაწილაკები აღწერენ წრეებს წერტილების გარშემო რადიუსით, რომელიც ექსპონენტურად მცირდება სითხის სიღრმემდე.

ტალღის გავრცელების სიჩქარე U ტოლია, როგორც ნაჩვენები იქნება § 67-ში. აქ ჩანაცვლებით აღმოვაჩენთ, რომ უსასრულოდ ღრმა სითხის შეუზღუდავ ზედაპირზე გრავიტაციული ტალღების გავრცელების სიჩქარე უდრის

ის იზრდება ტალღის სიგრძის მატებასთან ერთად.

გრძელი გრავიტაციული ტალღები

გრავიტაციული ტალღების განხილვის შემდეგ, რომელთა სიგრძე სითხის სიღრმესთან შედარებით მცირეა, ახლა ვსაუბრობთ ტალღების საპირისპირო შემზღუდველ შემთხვევაზე, რომელთა სიგრძე სითხის სიღრმესთან შედარებით დიდია.

ასეთ ტალღებს გრძელს უწოდებენ.

ჯერ განვიხილოთ არხში გრძელი ტალღების გავრცელება. ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ არხის სიგრძე (მიმართული x ღერძის გასწვრივ) შეუზღუდავია. არხში სითხის განივი კვეთის ფართობი აღინიშნება არხის სიღრმე და სიგანე ტალღის სიგრძესთან შედარებით მცირედ.

აქ განვიხილავთ გრძივი გრძელ ტალღებს, რომლებშიც სითხე მოძრაობს არხის გასწვრივ. ასეთ ტალღებში არხის სიგრძის სიჩქარის კომპონენტი კომპონენტებთან შედარებით დიდია

უბრალოდ v აღსანიშნავად და მცირე ტერმინების გამოტოვებით, ჩვენ შეგვიძლია დავწეროთ ეილერის განტოლების -კომპონენტი, როგორც

ა-კომპონენტი - სახით

(ჩვენ გამოვტოვებთ ტერმინებს სიჩქარით კვადრატული, რადგან ტალღის ამპლიტუდა ჯერ კიდევ მცირედ ითვლება). მეორე განტოლებიდან გვაქვს, აღვნიშნავთ, რომ თავისუფალ ზედაპირზე ) უნდა იყოს

ამ გამოთქმის პირველ განტოლებაში ჩანაცვლებით, მივიღებთ:

მეორე განტოლება ორი უცნობის დასადგენად შეიძლება მიღებული იყოს უწყვეტობის განტოლების გამოყვანის მსგავსი მეთოდის გამოყენებით. ეს განტოლება არსებითად არის უწყვეტობის განტოლება, რომელიც გამოიყენება განსახილველ შემთხვევაში. განვიხილოთ სითხის მოცულობა, რომელიც ჩასმულია არხის ორ განივი სიბრტყეს შორის, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან დაშორებით. დროის ერთეულში სითხის ტოლი მოცულობა შემოვა ერთი სიბრტყით და მოცულობა გამოვა მეორე სიბრტყით, ამიტომ სითხის მოცულობა ორივე სიბრტყეს შორის შეიცვლება