Гол ялгаа нь дуу чимээг дамжуулахад орчин шаардлагатай байхад таталцлын долгион нь орчинг хөдөлгөдөг - энэ тохиолдолд орон зай өөрөө. Калтекийн таталцлын долгионы астрофизикч Чиара Мингарелли "Тэд огторгуйн цаг хугацааны даавууг жинхэнэ утгаараа буталж, сунгадаг" гэж хэлэв. Бидний чихэнд LIGO-ийн илрүүлсэн долгион нь шуугиан мэт сонсогдоно.
Энэ хувьсгал яг яаж болох вэ? LIGO-д одоогоор эрдэмтдийн "чихний" үүрэг гүйцэтгэх хоёр детектор байгаа бөгөөд ирээдүйд илүү олон детектор бий болно. Хэрэв LIGO анх нээсэн бол энэ нь цорын ганц биш байх нь дамжиггүй. Олон төрлийн таталцлын долгион байдаг. Үнэн хэрэгтээ тэдний бүхэл бүтэн хүрээ байдаг, яг л байдаг шиг янз бүрийн төрөлцахилгаан соронзон спектрийн янз бүрийн долгионы урттай гэрэл. Тиймээс бусад хамтын ажиллагаа нь LIGO-д зориулагдаагүй давтамжтай долгионыг хайж эхлэх болно.
Мингарелли нь NanoGRAV (Хойд Америкийн Nanohertz Gravitational Wave Observatory)-тай хамтран ажилладаг бөгөөд энэ нь Европын Пульсар Цагийн Массив болон Австрали дахь Паркес Пульсар Цагийн Массивыг багтаасан олон улсын томоохон консорциумын нэг хэсэг юм. Нэрнээс нь харахад NanoGRAV-ийн эрдэмтэд 1-ээс 10 наногерцийн горимд бага давтамжийн таталцлын долгионыг агнадаг; LIGO-ийн мэдрэмж нь спектрийн килогерц (сонсох) хэсэгт байдаг бөгөөд маш урт долгионы уртыг хайж байдаг. 
Энэхүү хамтын ажиллагаа нь Пуэрто Рико дахь Аресибо ажиглалтын төв болон Баруун Виржиниа дахь Ногоон банкны телескопоос цуглуулсан пульсарын мэдээлэлд тулгуурладаг. Пульсарууд нь нарнаас илүү масстай одод дэлбэрч, өөр хоорондоо нурах үед үүсдэг нейтрон оддыг маш хурдан эргүүлдэг. Олсны үзүүрт байгаа жин нь олс богиносох тусам хурдан эргэлддэг шиг тэд шахагдах тусам илүү хурдан эргэлддэг.
Тэд мөн гэрэлт цамхаг шиг эргэлдэж байхдаа хүчтэй цацраг ялгаруулдаг бөгөөд үүнийг дэлхий дээр гэрлийн импульс хэлбэрээр илрүүлдэг. Мөн энэ үечилсэн эргэлт нь маш нарийвчлалтай байдаг - бараг атомын цаг шиг нарийвчлалтай. Энэ нь тэднийг хамгийн тохиромжтой сансрын таталцлын долгион илрүүлэгч болгодог. Анхны шууд бус нотолгоо нь 1974 онд бага Жозеф Тейлор, Рассел Хулс нар нейтрон одыг тойрон эргэлдэж буй пульсар цаг хугацааны явцад аажмаар агшиж, массынхаа зарим хэсгийг энерги болгон хувиргаж байгаа бол ийм нөлөө үзүүлэхийг олж мэдсэнээр пульсарын судалгаанаас гарсан юм. таталцлын долгион хэлбэрээр.
NanoGRAV-ийн хувьд тамхи татдаг буу нь нэг төрлийн анивчдаг. Импульс нь нэгэн зэрэг ирэх ёстой, гэхдээ таталцлын долгионд цохиулвал орон зай нь долгион өнгөрөхөд шахагдах эсвэл сунах тул бага зэрэг эрт эсвэл хожуу ирэх болно.
Пульсарын цагийн сүлжээний массив нь хамгийн том галактикуудын төвд нуугдаж байдаг нарны массаас нэг тэрбумаас арван тэрбум дахин том хар нүхнүүдийн нэгдлээс үүссэн таталцлын долгионд онцгой мэдрэмтгий байдаг. Хэрэв ийм хоёр галактик нийлбэл тэдгээрийн төв дэх нүхнүүд мөн нэгдэж, таталцлын долгион ялгаруулна. Мингарелли "LIGO хосууд маш ойрхон байх үед нэгдлийн төгсгөлийг хардаг" гэж хэлэв. "MRV-ийн тусламжтайгаар бид тэдгээрийг спираль фазын эхэн үед, бие биенийхээ тойрог замд дөнгөж орж байх үед харж чадсан."
Мөн LISA (Laser Interferometer Space Antenna) сансрын даалгавар байдаг. Дэлхий дээр суурилсан LIGO нь бидний нэгдэх хар нүхнээс үүссэн шиг сонсогдох дууны спектрийн хэсгүүдтэй тэнцэх таталцлын долгионыг илрүүлэхэд маш сайн. Гэхдээ эдгээр долгионы олон сонирхолтой эх сурвалжууд бага давтамжийг үүсгэдэг. Тиймээс физикчид тэдгээрийг нээхийн тулд сансарт гарах ёстой. Одоогийн LISA Pathfinder() даалгаврын гол зорилго нь илрүүлэгчийн ажиллагааг шалгах явдал юм. MIT-ийн Скотт Хьюз "LIGO-ийн тусламжтайгаар та багажийг зогсоож, вакуумыг нээж, бүх зүйлийг засах боломжтой" гэж хэлэв. "Гэхдээ та сансарт юу ч нээж чадахгүй." Үүнийг зөв ажиллуулахын тулд бид нэн даруй хийх ёстой."
LISA-ийн зорилго нь энгийн: лазер интерферометр ашиглах, сансрын хөлөгчөлөөт уналтанд 1.8 инчийн хоёр алт цагаан шоо дөрвөлжингийн харьцангуй байрлалыг нарийн хэмжихийг оролдох болно. Бие биенээсээ 15 инчийн зайтай электродын хайрцагт байрлуулсан туршилтын объектуудыг нарны салхи болон бусад гадны хүчнээс хамгаалж, таталцлын долгионы улмаас үүссэн жижиг хөдөлгөөнийг илрүүлэх боломжтой болно (найдвартай байна).
Эцэст нь сансрын богино долгионы арын цацраг (Их тэсрэлтийн дараах гэрэл) дахь анхдагч таталцлын долгионы ул мөрийг хайх зорилготой хоёр туршилт байдаг: BICEP2 ба Планкийн зорилго. BICEP2 2014 онд илрүүлснээ зарласан боловч дохио нь хуурамч болох нь тогтоогдсон (сансрын тоос буруутай).
Хоёр хамтын ажиллагаа нь манай орчлон ертөнцийн эхэн үеийн түүхийг гэрэлтүүлэх, инфляцийн онолын гол таамаглалыг батлах итгэл найдвараар ангаа үргэлжлүүлж байна. Энэхүү онол нь орчлон ертөнцийг төрснийхөө дараа удалгүй хурдацтай өсөлттэй байсан бөгөөд энэ нь тусгай гэрлийн долгион (туйлшрал) хэлбэрээр сансрын богино долгионы арын цацрагт дарагдсан хүчтэй таталцлын долгионыг үлдээхээс өөр аргагүй юм.
Таталцлын долгионы дөрвөн горим тус бүр нь одон орон судлаачдад орчлон ертөнц рүү дөрвөн шинэ цонх нээх болно.
Гэхдээ бид та бүхний юу бодож байгааг мэдэж байна: эрч хүчтэй болгох цаг хугацаа, залуусаа! LIGO-ийн нээлт ирэх долоо хоногт Үхлийн одыг бүтээхэд туслах уу? Мэдээж үгүй. Гэхдээ бид таталцлыг сайн ойлгох тусам эдгээр зүйлийг хэрхэн бүтээхийг ойлгох болно. Эцсийн эцэст энэ бол эрдэмтдийн ажил, тэд ингэж л амьдралаа залгуулдаг. Орчлон ертөнц хэрхэн ажилладагийг ойлгосноор бид өөрсдийн чадварт илүү найдаж болно.
Харьцангуйн ерөнхий онолын хүрээнд Альберт Эйнштейний хийсэн онолын таамаглалаас хойш зуун жилийн дараа эрдэмтэд таталцлын долгион байдгийг баталж чадсан. Сансар огторгуйг судлах цоо шинэ арга болох таталцлын долгионы одон орон судлалын эрин үе эхэлж байна.
Янз бүрийн нээлтүүд байдаг. Санамсаргүй зүйлүүд байдаг, тэдгээр нь одон орон судлалд түгээмэл байдаг. Уильям Хершель Тэнгэрийн ван гарагийг нээсэн гэх мэт "бүс нутгийг сайтар самнах" үр дүнд бүтсэн санамсаргүй зүйл байдаггүй. Серендипалууд байдаг - тэд нэг зүйлийг хайж байгаад өөр зүйл олж байхдаа: жишээлбэл, тэд Америкийг нээсэн. Гэхдээ төлөвлөсөн нээлтүүд нь шинжлэх ухаанд онцгой байр суурь эзэлдэг. Тэдгээр нь тодорхой онолын таамаглал дээр суурилдаг. Урьдчилан таамаглаж буй зүйлийг голчлон онолыг батлахын тулд эрэлхийлдэг. Ийм нээлтүүд нь том адрон коллайдер дээр Хиггс бозоныг нээсэн, таталцлын долгионыг лазер интерферометрийн таталцлын долгионы ажиглалтын LIGO ашиглан илрүүлсэн явдал юм. Гэхдээ онолын таамаглаж буй зарим үзэгдлийг бүртгэхийн тулд та яг юу, хаана хайх, үүнд ямар хэрэгсэл хэрэгтэйг сайтар ойлгох хэрэгтэй.
Таталцлын долгионУламжлал ёсоор харьцангуйн ерөнхий онолын (GTR) таамаглал гэж нэрлэгддэг бөгөөд энэ нь үнэхээр тийм юм (хэдийгээр одоо ийм долгионууд GTR-ээс өөр эсвэл түүнийг нөхдөг бүх загварт байдаг). Долгион үүсэх нь таталцлын харилцан үйлчлэлийн тархалтын хурдны хязгаарлагдмал байдлаас үүдэлтэй (харьцангуйн хувьд энэ хурд нь гэрлийн хурдтай яг тэнцүү байдаг). Ийм долгион нь эх үүсвэрээс тархаж буй орон зай-цаг хугацааны эвдрэл юм. Таталцлын долгион үүсэхийн тулд эх үүсвэр нь импульс эсвэл хурдасгасан хурдаар хөдөлдөг боловч тодорхой байдлаар хөдөлдөг. Төгс бөмбөрцөг эсвэл цилиндр хэлбэртэй тэгш хэмтэй хөдөлгөөн нь тохиромжгүй гэж үзье. Ийм эх сурвалжууд нэлээд олон байдаг ч ихэнхдээ тэдгээр нь хүчтэй дохио үүсгэхэд хангалтгүй, жижиг масстай байдаг. Эцсийн эцэст, таталцал нь дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлийн хамгийн сул нь тул таталцлын дохиог бүртгэх нь маш хэцүү байдаг. Нэмж дурдахад, бүртгүүлэхийн тулд дохио нь цаг хугацааны явцад хурдан өөрчлөгдөж, өөрөөр хэлбэл хангалттай өндөр давтамжтай байх шаардлагатай. Үгүй бол өөрчлөлтүүд хэтэрхий удаан байх тул бид үүнийг бүртгэх боломжгүй болно. Энэ нь объектууд бас нягт байх ёстой гэсэн үг юм.
Анх манайх шиг галактикуудад хэдэн арван жилд тохиолддог суперновагийн дэлбэрэлтүүд асар их урам зоригийг төрүүлсэн. Энэ нь хэрвээ бид хэдэн сая гэрлийн жилийн зайнаас дохиог харах боломжтой мэдрэмжтэй болж чадвал жилд хэд хэдэн дохиог тоолж чадна гэсэн үг. Гэвч хожим нь хэт шинэ одны дэлбэрэлтийн үед таталцлын долгион хэлбэрээр энерги ялгарах хүчийг хэт өөдрөгөөр тооцсон нь тогтоогдсон бөгөөд ийм сул дохиог манай Галактикт хэт шинэ од гарсан тохиолдолд л илрүүлж болно.
Хурдан хөдөлдөг асар том биетүүдийн өөр нэг хувилбар бол нейтрон од эсвэл хар нүх юм. Бид тэдгээрийн үүсэх үйл явц, эсвэл бие биетэйгээ харилцах үйл явцыг харж болно. Оддын цөм нурах сүүлчийн үе шатууд нь авсаархан биетүүд үүсэхэд хүргэдэг, түүнчлэн нейтрон од ба хар нүхнүүдийн нэгдэх сүүлчийн үе шатууд нь хэдэн миллисекунд (энэ нь давтамжтай тохирч байна) үргэлжилдэг. хэдэн зуун герц) - яг хэрэгтэй зүйл. Энэ тохиолдолд их хэмжээний авсаархан биетүүд тодорхой хурдацтай хөдөлгөөн хийдэг тул таталцлын долгион хэлбэрээр (заримдаа ихэвчлэн) их хэмжээний энерги ялгардаг. Эдгээр нь бидний хамгийн тохиромжтой эх сурвалж юм.
Галактикт суперновагууд хэдэн арван жилд нэг удаа дэлбэрдэг бол нейтрон оддын нэгдэл нь хэдэн арван мянган жилд нэг удаа, хар нүхнүүд бие биетэйгээ нийлдэг нь үнэн. Гэхдээ дохио нь илүү хүчтэй бөгөөд түүний шинж чанарыг маш нарийн тооцоолж болно. Харин одоо бид хэдэн арван мянган галактикийг хамарч, жилд хэд хэдэн дохиог илрүүлэхийн тулд хэдэн зуун сая гэрлийн жилийн зайнаас дохиог харж чаддаг байх хэрэгтэй.
Эх сурвалжийг шийдсэний дараа бид детекторыг зохион бүтээж эхэлнэ. Үүнийг хийхийн тулд таталцлын долгион юу хийдгийг ойлгох хэрэгтэй. Дэлгэрэнгүй ярихгүйгээр таталцлын долгион өнгөрөх нь түрлэгийн хүчийг үүсгэдэг гэж хэлж болно (ердийн сар эсвэл нарны түрлэг нь тусдаа үзэгдэл бөгөөд таталцлын долгион нь үүнтэй ямар ч холбоогүй юм). Тиймээс та жишээлбэл, металл цилиндрийг авч, мэдрэгчээр тоноглож, чичиргээг нь судалж болно. Энэ нь тийм ч хэцүү биш, тиймээс ийм суурилуулалтыг хагас зуун жилийн өмнөөс хийж эхэлсэн (тэдгээрийг Орост бас ашиглах боломжтой; одоо АДБ-ын МСУ-ийн Валентин Руденкогийн багийн боловсруулсан сайжруулсан детекторыг Баксан газар доорх лабораторид суурилуулж байна). Асуудал нь ийм төхөөрөмж ямар ч таталцлын долгионгүйгээр дохиог харах болно. Олон тооны чимээ шуугиантай тулгарахад хэцүү байдаг. Илрүүлэгчийг газар доор суурилуулж, тусгаарлаж, хөргөх боломжтой (мөн хийсэн!) бага температур, гэхдээ дуу чимээний түвшинг давахын тулд маш хүчтэй таталцлын долгионы дохио хэрэгтэй болно. Гэхдээ хүчтэй дохио ховор ирдэг.
Тиймээс 1962 онд Владислав Пустовойт, Михаил Герценштейн нарын дэвшүүлсэн өөр схемийн төлөө сонголт хийсэн. JETP (Journal of Experimental and Theorical Physics) сэтгүүлд нийтлэгдсэн нийтлэлдээ тэд таталцлын долгионыг илрүүлэхийн тулд Михельсоны интерферометрийг ашиглахыг санал болгосон. Лазер туяа нь интерферометрийн хоёр гарны тольны хооронд гүйж, дараа нь өөр өөр гарны цацрагууд нэмэгддэг. Цацрагийн хөндлөнгийн үр дүнд дүн шинжилгээ хийснээр гарны уртын харьцангуй өөрчлөлтийг хэмжиж болно. Эдгээр нь маш нарийн хэмжилтүүд тул та чимээ шуугианыг даван туулж чадвал гайхалтай мэдрэмжинд хүрч чадна.
1990-ээд оны эхээр энэ загварыг ашиглан хэд хэдэн детектор барихаар шийдсэн. Технологийг туршихын тулд Европт GEO600, Японд TAMA300 (тоо нь гарны уртыг метрээр илэрхийлдэг) харьцангуй жижиг суурилуулалтуудыг анх ашиглалтад оруулсан. Гэхдээ гол тоглогчид нь АНУ-д LIGO, Европ дахь VIRGO суурилуулах байсан. Эдгээр хэрэгслүүдийн хэмжээг аль хэдийн километрээр хэмждэг бөгөөд эцсийн төлөвлөсөн мэдрэмж нь жилд хэдэн арван, эсвэл хэдэн зуун үйл явдлыг харах боломжийг олгоно.
Яагаад олон төхөөрөмж хэрэгтэй байна вэ? Орон нутгийн чимээ шуугиан (жишээ нь, газар хөдлөлт) байдаг тул голчлон хөндлөн баталгаажуулалт хийхэд зориулагдсан. АНУ, Италийн баруун хойд хэсэгт дохиог нэгэн зэрэг илрүүлэх нь түүний гадаад гарал үүслийн маш сайн нотолгоо байх болно. Гэхдээ хоёр дахь шалтгаан бий: таталцлын долгион мэдрэгч нь эх үүсвэр рүү чиглэсэн чиглэлийг тодорхойлоход маш муу байдаг. Гэхдээ хэд хэдэн детекторууд хоорондоо зайтай байвал чиглэлийг маш нарийн зааж өгөх боломжтой болно.
Лазерын аварга
Анхны хэлбэрээрээ LIGO илрүүлэгчийг 2002 онд, VIRGO илрүүлэгчийг 2003 онд бүтээжээ. Төлөвлөгөөний дагуу энэ нь зөвхөн эхний шат байсан. Бүх суурилуулалт хэдэн жилийн турш ажиллаж байсан бөгөөд 2010-2011 онд төлөвлөсөн өндөр мэдрэмжинд хүрэхийн тулд өөрчлөлт хийхээр зогсоосон. LIGO илрүүлэгч нь 2015 оны 9-р сард ажиллаж эхэлсэн бөгөөд VIRGO 2016 оны хоёрдугаар хагаст нэгдэх ёстой бөгөөд энэ үе шатнаас эхлэн мэдрэмж нь жилд дор хаяж хэд хэдэн үйл явдлыг бүртгэх болно гэж найдаж байна.
LIGO ажиллаж эхэлсний дараа тэсрэлтүүдийн хүлээгдэж буй түвшин сард ойролцоогоор нэг үйл явдал байсан. Анхны хүлээгдэж буй үйл явдал бол хар нүхний нэгдэл байх болно гэж астрофизикчид урьдчилан тооцоолсон. Энэ нь хар нүхнүүд ихэвчлэн нейтрон одноос арав дахин хүнд, дохио нь илүү хүчтэй, хол зайнаас "харагдах" байдагтай холбоотой бөгөөд энэ нь галактикт ногдох үйл явдлын бага хурдыг нөхөхөөс ч илүү юм. Аз болоход бид удаан хүлээх шаардлагагүй болсон. 2015 оны 9-р сарын 14-нд хоёр суулгац GW150914 нэртэй бараг ижил дохиог бүртгэсэн.
Маш энгийн дүн шинжилгээ хийснээр хар нүхний масс, дохионы хүч, эх үүсвэр хүртэлх зай зэрэг өгөгдлийг олж авах боломжтой. Хар нүхний масс, хэмжээ нь маш энгийн бөгөөд сайн мэддэг арга замаар холбоотой байдаг бөгөөд дохионы давтамжаас энерги ялгарах бүсийн хэмжээг шууд тооцоолох боломжтой. Энэ тохиолдолд хэмжээ нь 25-30, 35-40 нарны масстай хоёр нүхнээс 60-аас дээш нарны масстай хар нүх үүссэнийг харуулсан. Эдгээр өгөгдлүүдийг мэдсэнээр дэлбэрэлтийн нийт энергийг олж авах боломжтой. Бараг гурван нарны массыг таталцлын цацраг болгон хувиргасан. Энэ нь 1023 нарны гэрлийн гэрэлтэлттэй тохирч байгаа бөгөөд энэ хугацаанд (секундын 100 хувь) орчлон ертөнцийн харагдах хэсгийн бүх оддын ялгардагтай ижил байна. Мөн хэмжсэн дохионы мэдэгдэж буй энерги, хэмжээнээс зайг олж авна. Нэгтгэсэн биетүүдийн том масс нь алс холын галактикт болсон үйл явдлыг бүртгэх боломжтой болсон: дохио бидэнд хүрэхийн тулд ойролцоогоор 1.3 тэрбум жил зарцуулсан.
Илүү нарийвчилсан дүн шинжилгээ хийх нь хар нүхний массын харьцааг тодруулах, тэнхлэгээ тойрон хэрхэн эргэлдэж байгааг ойлгох, түүнчлэн бусад параметрүүдийг тодорхойлох боломжтой болгодог. Нэмж дурдахад, хоёр суурилуулалтын дохио нь дэлбэрэлтийн чиглэлийг ойролцоогоор тодорхойлох боломжийг олгодог. Харамсалтай нь энд байгаа нарийвчлал тийм ч өндөр биш байгаа ч шинэчлэгдсэн VIRGO ашиглалтанд орсноор энэ нь нэмэгдэх болно. Хэдэн жилийн дараа Японы KAGRA детектор дохио хүлээн авч эхэлнэ. Дараа нь LIGO детекторуудын нэгийг (анх гурван, нэг суурилуулалт нь давхар байсан) Энэтхэгт угсарч, жилд олон арван үйл явдал бүртгэгдэх төлөвтэй байна.
Шинэ одон орон судлалын эрин үе
Одоогийн байдлаар LIGO-ийн ажлын хамгийн чухал үр дүн бол таталцлын долгион байгааг батлах явдал юм. Нэмж дурдахад хамгийн анхны тэсрэлт нь таталцлын массын хязгаарлалтыг сайжруулах (харьцангуйн хувьд ерөнхийдөө тэг масстай), мөн таталцлын тархалтын хурд ба хурдны хоорондох ялгааг илүү хүчтэй хязгаарлах боломжтой болсон. гэрэл. Гэхдээ эрдэмтэд аль хэдийн 2016 онд LIGO болон VIRGO ашиглан астрофизикийн олон шинэ мэдээлэл олж авах боломжтой болно гэж найдаж байна.
Нэгдүгээрт, таталцлын долгионы ажиглалтын газруудын өгөгдөл нь хар нүхийг судлах шинэ боломжийг олгодог. Хэрэв өмнө нь зөвхөн эдгээр объектуудын ойролцоох бодисын урсгалыг ажиглах боломжтой байсан бол одоо үүссэн хар нүхийг нэгтгэх, "тайвшруулах" үйл явц, түүний давхрага хэрхэн өөрчлөгдөж, эцсийн хэлбэрээ авч байгааг шууд "харж" болно ( эргэлтээр тодорхойлно). Магадгүй, Хокинг хар нүхний ууршилтыг илрүүлэх хүртэл (одоогоор энэ үйл явц нь таамаглал хэвээр байгаа) нэгдлийн судалгаа нь тэдгээрийн талаар илүү сайн шууд мэдээлэл өгөх болно.
Хоёрдугаарт, нейтрон оддын нэгдлийн ажиглалт нь эдгээр объектуудын талаар маш их шинэ, яаралтай шаардлагатай мэдээллийг өгөх болно. Бид анх удаа нейтрон оддыг физикчид бөөмсийг судалдаг шиг судлах боломжтой болно: тэдгээрийн дотор хэрхэн ажилладагийг ойлгохын тулд мөргөлдөхийг ажиглах. Нейтрон оддын дотоод бүтцийн нууц нь астрофизикчид болон физикчдийн аль алинд нь санаа зовдог. Цөмийн физик болон хэт өндөр нягтрал дахь бодисын үйл ажиллагааны талаарх бидний ойлголт энэ асуудлыг шийдэхгүйгээр бүрэн дүүрэн биш юм. Энд таталцлын долгионы ажиглалт гол үүрэг гүйцэтгэх бололтой.
Нейтрон оддын нэгдэл нь богино сансар огторгуйн гамма-цацрагийн тэсрэлтийг хариуцдаг гэж үздэг. Ховор тохиолдолд үйл явдлыг гамма муж болон таталцлын долгионы детекторууд дээр нэгэн зэрэг ажиглах боломжтой болно (ховор байдал нь нэгдүгээрт, гамма дохио нь маш нарийн цацрагт төвлөрдөгтэй холбоотой бөгөөд энэ нь тийм биш юм. үргэлж бидэн рүү чиглүүлдэг, гэхдээ хоёрдугаарт, бид маш хол үйл явдлуудаас таталцлын долгионыг бүртгэхгүй). Үүнийг харахын тулд хэдэн жил ажиглалт хийх шаардлагатай байна (хэдийгээр та ердийнхөөрөө азтай байж магадгүй бөгөөд өнөөдөр ийм зүйл тохиолдох болно). Дараа нь бусад зүйлсийн дунд бид таталцлын хурдыг гэрлийн хурдтай маш нарийн харьцуулах боломжтой болно.
Ийнхүү лазер интерферометрүүд хамтдаа таталцлын долгионы дуран болон ажиллаж, астрофизикчид болон физикчдэд шинэ мэдлэг авчрах болно. За, эрт орой хэзээ нэгэн цагт анхны тэсрэлтүүдийг илрүүлж, дүн шинжилгээ хийснийхээ төлөө Нобелийн шагнал хүртэх болно.
2016 оны хоёрдугаар сарын 11Хэдхэн цагийн өмнө шинжлэх ухааны ертөнцөд удаан хүлээсэн мэдээ ирлээ. Олон улсын LIGO Scientific Collaboration төслийн хүрээнд ажиллаж буй хэд хэдэн орны хэсэг эрдэмтэд хэд хэдэн детекторын ажиглалтын газруудыг ашиглан таталцлын долгионыг лабораторийн нөхцөлд илрүүлж чадсан гэж мэдэгдэв.
Тэд АНУ-ын Луизиана, Вашингтон мужид байрлах хоёр лазер интерферометр таталцлын долгионы ажиглалтын төвөөс (Лазер интерферометр гравитацийн долгионы ажиглалтын төв - LIGO) ирж буй мэдээлэлд дүн шинжилгээ хийж байна.
LIGO төслийн хэвлэлийн бага хурал дээр дурьдсанчлан таталцлын долгионыг 2015 оны 9-р сарын 14-нд эхлээд нэг ажиглалтын газарт, дараа нь 7 миллисекундын дараа өөр газарт илрүүлсэн.
Орос гэлтгүй олон орны эрдэмтдийн хийсэн мэдээлэлд дүн шинжилгээ хийсний үндсэн дээр таталцлын долгион нь 29 ба 36 дахин их масстай хоёр хар нүх мөргөлдсөнөөс үүссэн болохыг тогтоожээ. Нар. Үүний дараа тэд нэг том хар нүхэнд нэгдсэн.
Энэ нь 1.3 тэрбум жилийн өмнө болсон. Магелланы үүл одны чиглэлээс дэлхий рүү дохио иржээ.
Сергей Попов (Москвагийн Улсын Их Сургуулийн Штернберг улсын одон орон судлалын хүрээлэнгийн астрофизикч) таталцлын долгион гэж юу болох, түүнийг хэмжих нь яагаад чухал болохыг тайлбарлав.
Орчин үеийн таталцлын онолууд нь харьцангуйн онолоос эхлээд их бага хэмжээгээр таталцлын геометрийн онолууд юм. Орон зайн геометрийн шинж чанарууд нь гэрлийн туяа гэх мэт биетүүдийн хөдөлгөөнд нөлөөлдөг. Мөн эсрэгээр - энергийн хуваарилалт (энэ нь орон зай дахь масстай ижил) орон зайн геометрийн шинж чанарт нөлөөлдөг. Энэ нь маш гайхалтай, учир нь үүнийг төсөөлөхөд хялбар байдаг - хайрцагт доторлогоотой энэ уян хатан хавтгай нь тодорхой физик утгатай боловч мэдээжийн хэрэг энэ нь тийм ч шууд биш юм.
Физикчид "метрик" гэдэг үгийг ашигладаг. Метрик гэдэг нь орон зайн геометрийн шинж чанарыг тодорхойлдог зүйл юм. Энд бид хурдатгалтай хөдөлж буй биетүүдтэй. Хамгийн энгийн зүйл бол өргөст хэмхийг эргүүлэх явдал юм. Энэ нь жишээлбэл, бөмбөг эсвэл хавтгай диск биш байх нь чухал юм. Ийм өргөст хэмх уян хатан хавтгай дээр эргэлдэж байх үед долгион нь түүнээс урсах болно гэж төсөөлөхөд хялбар байдаг. Та хаа нэгтээ зогсож байна гэж төсөөлөөд үз дээ, өргөст хэмх нэг үзүүрийг тань руу эргүүлж, дараа нь нөгөө талыг нь эргүүлнэ. Энэ нь орон зай, цаг хугацаанд янз бүрийн байдлаар нөлөөлдөг, таталцлын долгион ажилладаг.
Тэгэхээр таталцлын долгион нь орон зай-цаг хугацааны хэмжигдэхүүнээр дамждаг долгион юм.
Сансарт бөмбөлгүүдийг
Энэ бол таталцал хэрхэн ажилладаг тухай бидний үндсэн ойлголтын үндсэн шинж чанар бөгөөд хүмүүс үүнийг зуун жилийн турш туршиж үзэхийг хүсч байна. Тэд үр нөлөө байгаа эсэх, лабораторид харагдах эсэхийг шалгахыг хүсч байна. Энэ нь 30 орчим жилийн өмнө байгальд ажиглагдсан. Таталцлын долгион нь өдөр тутмын амьдралд хэрхэн илэрдэг вэ?
Үүнийг харуулах хамгийн хялбар арга бол: хэрэв та бөмбөлгүүдийг тойрог хэлбэрээр байрлуулахаар сансарт шидэж, таталцлын долгион тэдгээрийн хавтгайд перпендикуляр өнгөрөхөд тэдгээр нь эхлээд нэг чиглэлд шахагдсан эллипс болж хувирна. нөгөөд. Гол нь тэдний эргэн тойрон дахь орон зай эвдэрч, тэд үүнийг мэдрэх болно.
Дэлхий дээрх "G"
Хүмүүс ийм зүйл хийдэг, зөвхөн сансарт биш, харин Дэлхий дээр.
"G" үсэг хэлбэртэй тольнууд нь бие биенээсээ дөрвөн километрийн зайд өлгөөтэй байдаг.
Лазер туяа ажиллаж байна - энэ бол интерферометр, сайн ойлгогдсон зүйл юм. Орчин үеийн технологи нь гайхалтай жижиг эффектүүдийг хэмжих боломжийг олгодог. Би үүнд итгэхгүй байна, итгэж байна, гэхдээ би зүгээр л толгойгоо ороож чадахгүй байна - бие биенээсээ дөрвөн километрийн зайд өлгөөтэй тольны шилжилт нь атомын цөмийн хэмжээнээс бага байна. . Энэ нь лазерын долгионы урттай харьцуулахад бага юм. Энэ нь барьж авсан зүйл байсан: таталцал бол хамгийн сул харилцан үйлчлэл бөгөөд тиймээс шилжилт нь маш бага юм.
Энэ нь маш удаан хугацаа шаардаж, хүмүүс 1970-аад оноос хойш үүнийг хийхийг хичээж, таталцлын долгионыг хайж амьдралаа өнгөрөөсөн. Одоо зөвхөн техникийн чадавхи нь таталцлын долгионыг лабораторийн нөхцөлд бүртгэх боломжийг олгодог, өөрөөр хэлбэл энд ирж, толин тусгал шилжсэн.
Чиглэл
Жилийн дотор бүх зүйл хэвийн болбол дэлхийд аль хэдийн гурван детектор ажиллах болно. Гурван мэдрэгч нь маш чухал, учир нь эдгээр нь дохионы чиглэлийг тодорхойлоход маш муу байдаг. Бид эх сурвалжийн чиглэлийг чихээр тодорхойлохдоо муу байдагтай адил. "Баруун талын хаа нэгтээгээс дуу чимээ" - эдгээр мэдрэгч нь иймэрхүү зүйлийг мэдэрдэг. Гэхдээ гурван хүн бие биенээсээ хол зайд зогсоход нэг нь баруун талаас, нөгөө нь зүүнээс, гурав дахь нь ардаас чимээ сонсвол бид дууны чиглэлийг маш нарийн тодорхойлж чадна. Хэдий чинээ олон детектор байна, төдий чинээ олон тал руугаа тараана бөмбөрцөг рүү, бид эх сурвалж руу чиглэсэн чиглэлийг илүү нарийвчлалтай тодорхойлж чадна, дараа нь одон орон судлал эхэлнэ.
Эцсийн эцэст, эцсийн зорилго нь харьцангуйн ерөнхий онолыг батлах төдийгүй одон орны шинэ мэдлэг олж авах явдал юм. Арван нарны масстай хар нүх байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Тэгээд арван нарны масстай өөр нэг хар нүхтэй мөргөлддөг. Мөргөлдөөн нь гэрлийн хурдаар явагддаг. Эрчим хүчний нээлт. Энэ бол үнэн. Үүнд гайхалтай хэмжээ бий. Тэгээд ч арга алга... Энэ бол зүгээр л орон зай, цаг хугацааны долгион юм. Хоёр хар нүх нийлж байгааг илрүүлэх нь хар нүхнүүд бидний бодож байгаа хар нүхнүүдтэй их эсвэл бага хэмжээтэй байдгийн урт хугацааны хамгийн хүчтэй нотолгоо байх болно гэж би хэлмээр байна.
Энэ нь илчлэх боломжтой асуудал, үзэгдлийн талаар ярилцъя.
Хар нүхнүүд үнэхээр байдаг уу?
LIGO-ийн мэдэгдлээс хүлээгдэж буй дохио нь хоёр хар нүхийг нэгтгэснээр үүссэн байж магадгүй юм. Иймэрхүү үйл явдлууд нь мэдэгдэж байгаа хамгийн эрч хүчтэй үйл явдлууд юм; Тэдгээрээс ялгарах таталцлын долгионы хүч нь ажиглагдахуйц орчлон ертөнцийн бүх оддыг нийлээд богино хугацаанд гэрэлтүүлж чаддаг. Хар нүхийг нэгтгэх нь тэдний маш цэвэр таталцлын долгионоос тайлбарлахад маш хялбар байдаг.
Хоёр хар нүх бие биенээ тойрон эргэлдэж, таталцлын долгион хэлбэрээр энерги ялгаруулж байх үед хар нүхний нэгдэл үүсдэг. Эдгээр долгионууд нь эдгээр хоёр объектын массыг хэмжихэд ашиглаж болох өвөрмөц дуу чимээтэй байдаг. Үүний дараа хар нүхнүүд ихэвчлэн нэгддэг.
“Хоёр савангийн хөөс маш ойрхон ирэн нэг хөөс үүсгэдэг гээд төсөөлөөд үз дээ. Том бөмбөлөг гажигтай байна” гэж Парисын ойролцоох Шинжлэх ухааны дэвшилтэт судалгааны хүрээлэнгийн таталцлын онолч Тибалт Дамур хэлэв. Эцсийн хар нүх нь төгс бөмбөрцөг хэлбэртэй байх боловч эхлээд урьдчилан таамаглах боломжтой таталцлын долгионыг ялгаруулах ёстой.
Хар нүхний нэгдлийг илрүүлэх шинжлэх ухааны хамгийн чухал үр дагаврын нэг нь харьцангуйн ерөнхий онолын таамаглаж байгаачлан цэвэр, хоосон, муруй сансрын цаг хугацаанаас бүрдэх хамгийн багадаа төгс бөөрөнхий биетүүд болох хар нүхнүүд байгааг батлах явдал юм. Өөр нэг үр дагавар нь эрдэмтдийн таамаглаж байсанчлан нэгдэх ажил үргэлжилж байна. Одон орон судлаачид энэ үзэгдлийн талаар маш олон шууд бус нотолгоотой байдаг ч өнөөг хүртэл эдгээр нь хар нүхний тойрог зам дахь одод болон хэт халсан хийн ажиглалт байсан болохоос хар нүх өөрөө биш юм.
“Шинжлэх ухааны нийгэмлэг, тэр дундаа би хар нүхэнд дургүй. Бид тэдгээрийг энгийн зүйл гэж үздэг" гэж Нью Жерсигийн Принстоны их сургуулийн харьцангуйн ерөнхий симуляцийн мэргэжилтэн Франс Преториус хэлэв. "Гэхдээ бид энэ таамаглал ямар гайхалтай болохыг бодоход бидэнд үнэхээр гайхалтай нотлох баримт хэрэгтэй байна."
Таталцлын долгион гэрлийн хурдаар тархдаг уу?
Эрдэмтэд LIGO-ийн ажиглалтыг бусад телескопуудын ажиглалттай харьцуулж эхлэхэд хамгийн түрүүнд дохио нэгэн зэрэг ирсэн эсэхийг шалгадаг. Физикчид таталцлыг фотонуудын таталцлын аналог гравитон тоосонцор дамжуулдаг гэж үздэг. Хэрэв фотонуудын нэгэн адил эдгээр бөөмс массгүй бол таталцлын долгион нь гэрлийн хурдаар тархаж, сонгодог харьцангуйн онолын таталцлын долгионы хурдыг урьдчилан таамагласантай тохирно. (Тэдний хурд нь орчлон ертөнцийн хурдацтай тэлэлтэд нөлөөлж болох ч энэ нь LIGO-д хамрагдсан зайнаас хамаагүй илүү зайд илт харагдах ёстой).
Гэсэн хэдий ч гравитонууд жижиг масстай байх нь бүрэн боломжтой бөгөөд энэ нь таталцлын долгион гэрлээс бага хурдтай хөдөлнө гэсэн үг юм. Жишээлбэл, LIGO болон Virgo нар таталцлын долгионыг илрүүлж, долгион нь сансар огторгуйн үйл явдалтай холбоотой гамма цацрагийн дараа Дэлхий дээр ирсэн болохыг олж мэдвэл энэ нь суурь физикийн амьдралыг өөрчлөх үр дагаварт хүргэж болзошгүй юм.
Сансрын цаг хугацаа сансар огторгуйн утаснаас бүтдэг үү?
Хэрэв таталцлын долгионы тэсрэлт "сансар огторгуйн утаснууд" -аас гарч ирвэл бүр хачирхалтай нээлт тохиолдож магадгүй юм. Утасны онолуудтай холбоотой эсвэл хамааралгүй орон зайн цаг хугацааны муруйлтын эдгээр таамагласан согогууд нь хязгааргүй нимгэн боловч сансар огторгуйн зай хүртэл сунасан байх ёстой. Эрдэмтэд сансрын утаснууд байгаа бол санамсаргүйгээр нугалж магадгүй гэж таамаглаж байна; Хэрэв утас нугалах юм бол LIGO эсвэл Virgo гэх мэт детекторууд хэмжиж чадах таталцлын хүчийг үүсгэх болно.
Нейтрон одод бөөгнөрсөн байж болох уу?
Нейтрон одод бол үлдэгдэл юм том одод, энэ нь өөрсдийн жингийн дор нурж, маш нягт болж электрон болон протонууд хайлж нейтрон болж эхлэв. Эрдэмтэд нейтроны нүхний физикийн талаар бага ойлголттой байдаг ч таталцлын долгион нь тэдгээрийн талаар маш их зүйлийг хэлж чадна. Жишээлбэл, тэдгээрийн гадаргуу дээрх хүчтэй таталцал нь нейтрон оддыг бараг төгс бөмбөрцөг хэлбэртэй болгодог. Гэвч зарим эрдэмтэд 10 км-ээс ихгүй диаметртэй эдгээр өтгөн биетүүдийг бага зэрэг тэгш хэмтэй бус болгодог хэдхэн миллиметр өндөртэй "уулс" байж магадгүй гэж таамаглаж байна. Нейтрон одод ихэвчлэн маш хурдан эргэлддэг тул массын тэгш бус хуваарилалт нь орон зайн цагийг гажуудуулж, синус долгион хэлбэртэй байнгын таталцлын долгионы дохиог үүсгэж, одны эргэлтийг удаашруулж, энерги ялгаруулдаг.
Бие биенээ тойрон эргэдэг хос нейтрон одууд мөн тогтмол дохио үүсгэдэг. Хар нүхний нэгэн адил эдгээр одод спираль хэлбэрээр хөдөлж, эцэст нь өвөрмөц дуу чимээтэй нийлдэг. Гэхдээ түүний өвөрмөц байдал нь хар нүхний дуу чимээний онцлогоос ялгаатай.
Од яагаад дэлбэрдэг вэ?
Их хэмжээний одод гэрэлтэхээ больж, өөр дээрээ унах үед хар нүхнүүд болон нейтрон одод үүсдэг. Астрофизикчид энэ үйл явц нь II төрлийн суперновагийн дэлбэрэлтийн үндэс суурь болдог гэж үздэг. Ийм суперновагийн симуляци нь юунаас болж гал авалцаж байгааг хараахан харуулаагүй байгаа ч жинхэнэ суперновагаас ялгарах таталцлын долгионы тэсрэлтийг сонсох нь хариултыг өгнө гэж үздэг. Тэсрэх долгион нь ямар харагдах, хэр чанга, хэр давтамжтай, цахилгаан соронзон дурангаар хянагдаж буй хэт шинэ туяатай хэрхэн уялдаж байгаагаас хамааран энэ өгөгдөл нь одоо байгаа олон загварыг үгүйсгэхэд тусална.
Орчлон ертөнц хэр хурдан тэлж байна вэ?
Орчлон ертөнц тэлэх гэдэг нь манай галактикаас холдож буй алс холын биетүүд хөдөлж байх үед ялгарах гэрэл нь сунадаг тул жинхэнээсээ улаан өнгөтэй болдог гэсэн үг. Сансар судлаачид галактикуудын улаан шилжилтийг биднээс хэр хол байгаатай харьцуулан орчлон ертөнцийн тэлэлтийн хурдыг тооцоолдог. Гэхдээ энэ зайг ихэвчлэн Ia төрлийн суперновагийн гэрэлтүүлгээс тооцдог бөгөөд энэ техник нь маш их эргэлзээ төрүүлдэг.
Хэрэв дэлхий даяар хэд хэдэн таталцлын долгионы детекторууд ижил нейтрон оддын нэгдлийн дохиог илрүүлбэл тэд хамтдаа дохионы хэмжээ, тиймээс нэгдэл болсон зайг маш нарийн тооцоолж чадна. Тэд мөн чиглэлийг тооцоолж, үүний тусламжтайгаар үйл явдал болсон галактикийг тодорхойлох боломжтой болно. Энэ галактикийн улаан шилжилтийг нийлж буй од хүртэлх зайтай харьцуулж үзвэл сансар огторгуйн тэлэлтийн бие даасан хурдыг олж авах боломжтой, магадгүй одоогийн аргуудаас илүү нарийвчлалтай.
эх сурвалжууд
http://www.bbc.com/russian/science/2016/02/160211_gravitational_waves
http://cont.ws/post/199519
Энд бид ямар нэгэн байдлаар олж мэдсэн, гэхдээ юу болохыг олж мэдэв. Энэ нь ямар харагдаж байгааг хараарай Өгүүллийн эх хувийг вэбсайт дээр байрлуулсан InfoGlaz.rfЭнэ хуулбарыг хийсэн нийтлэлийн холбоос -Таталцлын долгионыг илрүүлэх (илрүүлэх) албан ёсны өдөр бол 2016 оны 2-р сарын 11. Яг тэр үед Вашингтонд болсон хэвлэлийн бага хурал дээр LIGO-ийн хамтын ажиллагааны удирдагчид судлаачдын баг хүн төрөлхтний түүхэнд анх удаа энэ үзэгдлийг бүртгэж чадсан гэж мэдэгдэв.
Агуу Эйнштейний зөгнөлүүд
Таталцлын долгион байдаг тухай баримтыг Альберт Эйнштейн өнгөрсөн зууны эхээр (1916) Харьцангуйн ерөнхий онолынхоо хүрээнд санал болгосон. Хамгийн бага бодит мэдээллээр ийм өргөн хүрээтэй дүгнэлт хийж чадсан алдарт физикчийн гайхалтай чадварыг зөвхөн гайхшруулж болно. Дараагийн зуунд батлагдсан бусад олон урьдчилан таамагласан физик үзэгдлүүдийн дунд (цаг хугацааны урсгалыг удаашруулах, таталцлын орон дахь цахилгаан соронзон цацрагийн чиглэлийг өөрчлөх гэх мэт) саяхан болтол энэ төрлийн туяа байгааг бодитоор илрүүлэх боломжгүй байсан. бие хоорондын долгионы харилцан үйлчлэл.
Таталцал хуурмаг зүйл мөн үү?
Ер нь Харьцангуйн онолын үүднээс авч үзвэл таталцлыг хүч гэж нэрлэж болохгүй. орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдлын эвдрэл эсвэл муруйлт. Сайн жишээСунгасан даавуу нь энэхүү постулатын жишээ болж чадна. Ийм гадаргуу дээр байрлуулсан асар том объектын жин дор хотгор үүсдэг. Бусад объектууд энэ гажигийн ойролцоо хөдөлж байхдаа "татагдан" байгаа мэт хөдөлгөөнийхөө чиглэлийг өөрчлөх болно. Мөн объектын жин их байх тусам (муйралт нь диаметр, гүн их байх тусам "таталцлын хүч" өндөр байх болно. Даавуун дээгүүр хөдөлж байх үед "долгионууд" -ын ялгарах дүр төрхийг ажиглаж болно.
Үүнтэй төстэй зүйл сансар огторгуйд тохиолддог. Аливаа хурдан хөдөлж буй асар том биет нь орон зай, цаг хугацааны нягтын хэлбэлзлийн эх үүсвэр болдог. Их хэмжээний далайцтай таталцлын долгион нь маш том масстай биетүүд эсвэл асар их хурдатгалтай хөдөлж байх үед үүсдэг.
Физик шинж чанар
Орон зай-цаг хугацааны хэмжигдэхүүн дэх хэлбэлзэл нь таталцлын талбайн өөрчлөлтөөр илэрдэг. Энэ үзэгдлийг өөрөөр хэлбэл орон зай-цаг хугацааны долгион гэж нэрлэдэг. Таталцлын долгион нь тулгарсан бие, объектод нөлөөлж, тэдгээрийг шахаж, сунгадаг. Деформацийн хэмжээ нь маш бага - анхны хэмжээнээс 10 -21 орчим байна. Энэ үзэгдлийг илрүүлэх бүх бэрхшээл нь судлаачид зохих төхөөрөмж ашиглан ийм өөрчлөлтийг хэрхэн хэмжиж, бүртгэж сурах шаардлагатай байсан юм. Таталцлын цацрагийн хүч нь бас маш бага байдаг - бүгдэд нарны системЭнэ нь хэд хэдэн киловатт болно.
Таталцлын долгионы тархалтын хурд нь дамжуулагч орчны шинж чанараас бага зэрэг хамаардаг. Хэлбэлзлийн далайц нь эх үүсвэрээс холдох тусам аажмаар багасдаг боловч хэзээ ч тэг хүрдэггүй. Давтамж нь хэдэн арваас хэдэн зуун герц хүртэл хэлбэлздэг. Од хоорондын орчин дахь таталцлын долгионы хурд нь гэрлийн хурдтай ойртдог.
Нөхцөл байдлын нотлох баримт
Таталцлын долгион байдгийг онолын хувьд анхны баталгааг Америкийн одон орон судлаач Жозеф Тейлор болон түүний туслах Рассел Хулс нар 1974 онд гаргажээ. Аресибо ажиглалтын төвийн (Пуэрто-Рико) радио телескоп ашиглан орчлон ертөнцийн уудам орон зайг судалж, судлаачид PSR B1913+16 пульсарыг нээсэн бөгөөд энэ нь нийтлэг массын төвийг тойрон тогтмол өнцгийн хурдаар эргэлддэг нейтрон оддын хоёртын систем юм. тохиолдол). Жил бүр 3.75 цаг байсан эргэлтийн хугацаа 70 мс-ээр багасдаг. Энэ утга нь таталцлын долгион үүсгэхэд зарцуулсан энергийн улмаас ийм системийн эргэлтийн хурд нэмэгдэхийг урьдчилан таамагласан харьцангуйн ерөнхий тэгшитгэлийн дүгнэлттэй бүрэн нийцэж байна. Үүний дараа ижил төстэй зан авиртай хэд хэдэн давхар пульсар, цагаан одой олдсон. Радио одон орон судлаач Д.Тэйлор, Р.Хулс нар таталцлын талбайг судлах шинэ боломжуудыг нээснийхээ төлөө 1993 онд Физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ.
Таталцлын долгионоос зугтах
Таталцлын долгионыг илрүүлэх тухай анхны мэдэгдлийг 1969 онд Мэрилэндийн их сургуулийн эрдэмтэн Жозеф Вебер (АНУ) гаргажээ. Эдгээр зорилгын үүднээс тэрээр хоёр километрийн зайд тусгаарлагдсан өөрийн загвараар хоёр таталцлын антеныг ашигласан. Резонансын мэдрэгч нь мэдрэмтгий пьезоэлектрик мэдрэгчээр тоноглогдсон, чичиргээ сайн тусгаарлагдсан хоёр метрийн хатуу хөнгөн цагаан цилиндр байв. Веберийн тэмдэглэсэн хэлбэлзлийн далайц нь хүлээгдэж буй хэмжээнээс сая дахин их байсан. Бусад эрдэмтдийн ижил төстэй төхөөрөмж ашиглан Америкийн физикчийн "амжилт" -ыг давтах гэсэн оролдлого эерэг үр дүнд хүрээгүй. Хэдэн жилийн дараа Веберийн энэ чиглэлээр хийсэн ажил нь боломжгүй гэж хүлээн зөвшөөрөгдсөн боловч "таталцлын тэсрэлт" -ийг хөгжүүлэхэд түлхэц өгсөн нь энэ чиглэлээр олон мэргэжилтнүүдийг татсан юм. Дашрамд хэлэхэд, Жозеф Вебер өөрөө амьдралынхаа эцэс хүртэл таталцлын долгион хүлээн авсан гэдэгт итгэлтэй байсан.
Хүлээн авах төхөөрөмжийг сайжруулах
70-аад онд эрдэмтэн Билл Фэйрбанк (АНУ) SQUIDS - хэт мэдрэмтгий соронзон хэмжигч ашиглан хөргөсөн таталцлын долгионы антенны загварыг боловсруулжээ. Тухайн үед бий болсон технологи нь зохион бүтээгчид өөрийн бүтээгдэхүүнийг "металл" -аар олж харах боломжийг олгосонгүй.
Үндэсний Легнар лабораторийн (Итали, Падуа) Аурига гравитацийн детекторыг энэ зарчмаар бүтээжээ. Энэхүү загвар нь 3 метр урт, 0.6 м диаметртэй хөнгөн цагаан магнийн цилиндр дээр суурилж, 2.3 тонн жинтэй хүлээн авах төхөөрөмж нь тусгаарлагдсан, бараг хөргөлттэй байна. үнэмлэхүй тэгвакуум камер. Цочролыг бүртгэх, илрүүлэхийн тулд туслах килограмм резонатор ба компьютерт суурилсан хэмжих цогцолборыг ашигладаг. Тоног төхөөрөмжийн мэдрэмтгий байдал нь 10-20 байна.
Интерферометр
Таталцлын долгионы хөндлөнгийн детекторуудын ажиллагаа нь Мишельсоны интерферометр ажилладаг ижил зарчим дээр суурилдаг. Эх үүсвэрээс ялгарах лазер туяа нь хоёр урсгалд хуваагдана. Төхөөрөмжийн гарны дагуу олон удаа тусгаж, эргэлдсэний дараа урсгалыг дахин нэгтгэж, эцсийн үр дүнд үндэслэн аливаа эвдрэл (жишээлбэл, таталцлын долгион) цацрагийн урсгалд нөлөөлсөн эсэхийг дүгнэнэ. Үүнтэй төстэй тоног төхөөрөмжийг олон оронд бүтээсэн:
- GEO 600 (Ганновер, Герман). Вакум хонгилын урт нь 600 метр юм.
- TAMA (Япон) 300 м-ийн мөртэй.
- VIRGO (Пиза, Итали) нь 2007 онд хэрэгжиж эхэлсэн гурван километр туннель бүхий Франц-Италийн хамтарсан төсөл юм.
- 2002 оноос хойш таталцлын долгионыг хайж байгаа LIGO (АНУ, Номхон далайн эрэг).
Сүүлийнх нь илүү нарийвчлан авч үзэх нь зүйтэй юм.
LIGO Advanced
Уг төслийг Массачусетс болон Калифорнийн Технологийн хүрээлэнгийн эрдэмтдийн санаачилгаар бүтээжээ. Үүнд гурван мянган км-ийн зайтай, Вашингтон болон Вашингтон (Ливингстон, Ханфорд хотууд) гурван ижил интерферометр бүхий хоёр ажиглалтын төв багтдаг. Перпендикуляр вакуум хонгилын урт нь 4 мянган метр юм. Эдгээр нь одоогоор ажиллаж байгаа хамгийн том ийм байгууламжууд юм. 2011 он хүртэл таталцлын долгионыг илрүүлэх олон оролдлого ямар ч үр дүнд хүрээгүй. Гүйцэтгэсэн томоохон шинэчлэл (Advanced LIGO) нь 300-500 Гц-ийн муж дахь төхөөрөмжийн мэдрэмжийг тав дахин, бага давтамжийн бүсэд (60 Гц хүртэл) бараг дарааллаар нэмэгдүүлж, хүссэн үнэ цэнэ нь 10-21. Шинэчлэгдсэн төсөл нь 2015 оны 9-р сард хэрэгжиж эхэлсэн бөгөөд хамтын ажиллагааны мянга гаруй ажилтны хүчин чармайлт үр дүнд хүрсэн.
Таталцлын долгион илэрсэн
2015 оны 9-р сарын 14-нд 7 мс-ийн интервалтай дэвшилтэт LIGO детекторууд ажиглагдаж болох ертөнцийн захад болсон хамгийн том үйл явдал болох 29 ба 36 удаа масстай хоёр том хар нүх нийлсэнээс манай гаригт хүрэх таталцлын долгионыг бүртгэжээ. нарны массаас их. 1.3 тэрбум гаруй жилийн өмнө болсон энэ үйл явцын үеэр таталцлын долгион ялгаруулж, нарны 3 орчим массыг секундын хэдхэн минутын дотор зарцуулсан байна. Таталцлын долгионы бүртгэгдсэн анхны давтамж нь 35 Гц, хамгийн дээд оргил утга нь 250 Гц хүрчээ.
Хүлээн авсан үр дүнг дахин дахин иж бүрэн баталгаажуулалт, боловсруулалтанд хамруулж, олж авсан мэдээллийн өөр тайлбарыг сайтар арилгасан. Эцэст нь Эйнштейний таамаглаж байсан үзэгдлийн шууд бүртгэлийг өнгөрсөн жил дэлхийн хамтын нийгэмлэгт зарлав.
Судлаачдын титаник ажлыг харуулсан баримт: интерферометрийн гарны хэмжээсийн хэлбэлзлийн далайц нь 10-19 м байв - энэ утга нь атомын диаметрээс хэд дахин бага, учир нь атом өөрөө атомын диаметрээс бага байдаг. жүрж.
Ирээдүйн хэтийн төлөв
Энэхүү нээлт нь Харьцангуйн ерөнхий онол бол зүгээр нэг хийсвэр томьёоны багц биш, харин таталцлын долгионы мөн чанар, таталцлын хүчний талаарх цоо шинэ ойлголт гэдгийг дахин нэг удаа баталж байна.
Цаашдын судалгаагаар эрдэмтэд ELSA төсөлд их найдаж байна: таталцлын талбайн бага зэргийн эвдрэлийг илрүүлэх чадвартай, 5 сая км орчим гартай аварга том тойрог замын интерферометр бүтээх. Энэ чиглэлийн ажлыг идэвхжүүлснээр орчлон ертөнцийн хөгжлийн үндсэн үе шатууд, уламжлалт мужид ажиглахад хэцүү эсвэл боломжгүй үйл явцын талаар олон шинэ зүйлийг хэлж чадна. Ирээдүйд таталцлын долгион нь илрэх хар нүхнүүд мөн чанарынхаа талаар ихийг өгүүлнэ гэдэгт эргэлзэхгүй байна.
Их тэсрэлтээс хойшхи манай ертөнцийн анхны мөчүүдийг хэлж чадах сансрын богино долгионы арын цацрагийг судлахын тулд илүү мэдрэмтгий сансрын багажууд шаардлагатай болно. Ийм төсөл байдаг ( Их тэсрэлтийн ажиглагч), гэхдээ шинжээчдийн үзэж байгаагаар үүнийг 30-40 жилийн дараа хэрэгжүүлэх боломжтой.
Таталцлын талбайн тэнцвэрт байдалд байгаа шингэний чөлөөт гадаргуу нь тэгш байна. Хэрэв гадны зарим нөлөөний нөлөөн дор шингэний гадаргуу тэнцвэрт байдлаасаа салж байвал шингэн дотор хөдөлгөөн үүсдэг. Энэ хөдөлгөөн нь таталцлын талбайн үйлчлэлээр үүсдэг тул таталцлын долгион гэж нэрлэгддэг долгион хэлбэрээр шингэний бүх гадаргуугийн дагуу тархах болно. Таталцлын долгион нь шингэний гадаргуу дээр голчлон үүсдэг бөгөөд түүний дотоод давхаргыг барих тусам эдгээр давхарга илүү гүнд байрладаг.
Шингэний хэсгүүдийн хөдөлгөөний хурд маш бага тул Эйлерийн тэгшитгэл дэх нэр томъёог үл тоомсорлож болох таталцлын долгионыг энд авч үзэх болно. Энэ нөхцөл нь физикийн хувьд ямар утгатай болохыг олж мэдэхэд хялбар юм. Долгион дахь шингэн хэсгүүдийн хэлбэлзлийн дарааллаар тодорхой хугацааны туршид эдгээр бөөмс нь долгионы далайцын дарааллаар зайг туулдаг тул хөдөлгөөний хурд нь Хурдны дарааллаар явагддаг. v нь долгионы тархалтын чиглэлийн дагуу магнитудын дарааллаар цаг хугацааны интервалаар, зайд (- урт долгион) мэдэгдэхүйц өөрчлөгддөг. Тиймээс цаг хугацааны хувьд хурдны дериватив нь магнитудын дарааллаар, координатын хувьд дараалалтай байна Иймээс нөхцөл нь шаардлагад тэнцүү байна.
өөрөөр хэлбэл долгион дахь хэлбэлзлийн далайц нь долгионы урттай харьцуулахад бага байх ёстой. § 9-д бид хөдөлгөөний тэгшитгэл дэх нэр томъёог үл тоомсорлож болох юм бол шингэний хөдөлгөөн нь боломжит гэдгийг бид харсан. Шингэнийг шахах боломжгүй гэж үзвэл бид (10.6) ба (10.7) тэгшитгэлийг ашиглаж болно. (10.7) тэгшитгэлд бид одоо хурдны квадратыг агуулсан нэр томъёог үл тоомсорлож болно; Таталцлын талбарт нэр томъёог оруулж, нэвтрүүлснээр бид дараахь зүйлийг олж авна.
(12,2)
Бид тэнхлэгийг ердийнх шигээ босоогоор дээш, x, y хавтгайд бид шингэний тэнцвэрт тэгш гадаргууг сонгоно.
Бид тэмдэглэнэ - шингэний гадаргуу дээрх цэгүүдийн координатыг ; нь х, у координат ба t хугацааны функц юм. Тэнцвэрт шингэн гадаргуу нь хэлбэлзэх үед босоо шилжилт хөдөлгөөнтэй байдаг.
Шингэний гадаргуу дээр тогтмол даралт үйлчилнэ (12.2) -ын дагуу бид гадаргуу дээр байна
Потенциалыг дахин тодорхойлох замаар (түүн дээр координатаас хамааралгүй хэмжигдэхүүнийг нэмэх замаар) тогтмолыг арилгаж болно. Дараа нь шингэний гадаргуу дээрх нөхцөл байдал хэлбэрийг авна.
Долгион дахь хэлбэлзлийн далайц бага байгаа нь шилжилт бага байна гэсэн үг. Иймээс бид ижил төстэй байдлаар гадаргуугийн цэгүүдийн хөдөлгөөний хурдны босоо бүрэлдэхүүн хэсэг нь шилжилтийн үеийн деривативтай давхцаж байна гэж үзэж болно.
Хэлбэлзэл бага тул энэ нөхцөлд деривативын утгыг авах боломжтой тул таталцлын долгион дахь хөдөлгөөнийг тодорхойлдог дараах тэгшитгэлийн системийг олж авна.
Шингэний гадаргуу дээрх долгионыг бид энэ гадаргууг хязгааргүй гэж үзэх болно. Бид мөн долгионы урт нь шингэний гүнтэй харьцуулахад бага байна гэж үзэх болно; Дараа нь шингэнийг хязгааргүй гүн гэж үзэж болно. Тиймээс бид хажуугийн хил болон шингэний ёроолд хилийн нөхцлийг бичдэггүй.
Тэнхлэгийн дагуу тархах таталцлын долгионыг авч үзье, ийм долгионд бүх хэмжигдэхүүн нь y координатаас хамаардаггүй. Бид цаг ба координат х-ийн энгийн үечилсэн функц болох шийдлийг хайх болно.
Энд ( мөчлөгийн давтамж (бид үүнийг энгийн давтамж гэж ярих болно), k нь долгионы долгионы вектор, долгионы урт. Энэ илэрхийллийг тэгшитгэлд орлуулж, функцийн тэгшитгэлийг олж авна.
Шингэний гүнд задрах уусмал (жишээ нь: ):
Бид мөн хилийн нөхцөлийг (12.5) хангах ёстой бөгөөд үүнд (12.5) орсноор b давтамж ба долгионы вектор (эсвэл тэдний хэлснээр долгионы тархалтын хууль) хоорондын холболтыг олно.
Шингэн дэх хурдны тархалтыг координатын дагуу потенциалыг ялгах замаар олж авна.
Шингэний гүн рүү хурд нь экспоненциалаар буурч байгааг бид харж байна. Орон зайн өгөгдсөн цэг бүрт (өөрөөр хэлбэл өгөгдсөн x, z-ийн хувьд) хурдны вектор нь x хавтгайд жигд эргэлдэж, хэмжээ нь тогтмол хэвээр байна.
Долгион дахь шингэний хэсгүүдийн траекторийг мөн тодорхойлъё. Шингэний хөдөлж буй бөөмийн координатыг (сансар огторгуйн тогтсон цэгийн координат биш) x, z-ээр түр зуур, мөн бөөмийн тэнцвэрийн байрлалын x утгыг -ээр тэмдэглэе. Дараа нь (12.8)-ийн баруун талд хэлбэлзэл бага байдгийг ашиглан -ын оронд ойролцоогоор бичиж болно. Цаг хугацаа өнгөрөхөд интеграци нь дараахь зүйлийг өгдөг.
Тиймээс шингэний хэсгүүд нь шингэний гүн рүү экспоненциалаар багасдаг радиустай цэгүүдийн тойргийг дүрсэлдэг.
§ 67-д үзүүлснээр долгионы тархалтын U хурд тэнцүү байна. Энд орлуулснаар хязгааргүй гүн шингэний хязгааргүй гадаргуу дээрх таталцлын долгионы тархалтын хурд нь тэнцүү байна.
Энэ нь долгионы урт нэмэгдэх тусам нэмэгддэг.
Таталцлын урт долгион
Шингэний гүнтэй харьцуулахад урт нь бага байдаг таталцлын долгионыг авч үзээд бид одоо шингэний гүнтэй харьцуулахад урт нь том долгионы эсрэг хязгаарлагдмал тохиолдол дээр анхаарлаа хандуулж байна.
Ийм долгионыг урт гэж нэрлэдэг.
Эхлээд суваг дахь урт долгионы тархалтыг авч үзье. Бид сувгийн уртыг (x тэнхлэгийн дагуу чиглүүлсэн) хязгааргүй гэж үзэх болно Сувгийн хөндлөн огтлол нь дурын хэлбэртэй байж болох бөгөөд уртын дагуу өөр өөр байж болно. Суваг дахь шингэний хөндлөн огтлолын талбайг долгионы урттай харьцуулахад сувгийн гүн ба өргөнийг бага гэж үздэг.
Бид энд шингэн нь сувгийн дагуу хөдөлдөг уртааш урт долгионыг авч үзэх болно. Ийм долгионы хувьд сувгийн уртын дагуух хурдны бүрэлдэхүүн хэсэг нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй харьцуулахад их байдаг
Энгийн v-г тэмдэглэж, жижиг гишүүдийг орхигдуулбал Эйлерийн тэгшитгэлийн бүрэлдэхүүн хэсгийг дараах байдлаар бичиж болно.
a-бүрэлдэхүүн хэсэг - хэлбэрээр
(долгионы далайц бага хэвээр байгаа тул бид хурдны квадрат нэр томъёог орхигдуулсан). Хоёр дахь тэгшитгэлээс бид чөлөөт гадаргуу дээр ) байх ёстой гэдгийг тэмдэглэж байна
Энэ илэрхийллийг эхний тэгшитгэлд орлуулснаар бид дараахь зүйлийг олж авна.
Хоёр үл мэдэгдэх зүйлийг тодорхойлох хоёр дахь тэгшитгэлийг тасралтгүй байдлын тэгшитгэлийг гаргахтай төстэй аргаар гаргаж болно. Энэ тэгшитгэл нь үндсэндээ авч үзэж буй тохиолдолд хэрэглэгдэх тасралтгүй байдлын тэгшитгэл юм. Бие биенээсээ хол зайд байрлах сувгийн хоёр хөндлөн огтлолын хавтгайн хооронд хаагдсан шингэний эзэлхүүнийг авч үзье. Нэгж цаг хугацааны дотор нэг хавтгайгаар үүнтэй тэнцэх хэмжээний шингэн орж, нөгөө хавтгайгаар гадагш гарах тул хоёр хавтгайн хоорондох шингэний хэмжээ өөрчлөгдөнө
