Temel fark, sesin içinden geçmek için bir ortama ihtiyaç duymasına rağmen, yerçekimsel dalgaların bu ortamı (bu durumda uzay-zamanın kendisini) hareket ettirmesidir. Caltech'ten yerçekimsel dalga astrofizikçisi Chiara Mingarelli, "Uzay-zamanın dokusunu kelimenin tam anlamıyla ezip geriyorlar" diyor. LIGO tarafından tespit edilen dalgalar kulaklarımıza bir gurultu gibi gelecektir.

Bu devrim tam olarak nasıl gerçekleşecek? LIGO'nun şu anda bilim insanları için "kulak" görevi gören iki dedektörü var ve gelecekte daha fazla dedektör olacak. Ve eğer LIGO ilk keşfeden kişiyse kesinlikle tek kişi olmayacak. Yerçekimi dalgalarının birçok türü vardır. Aslında, elektromanyetik spektrumda farklı dalga boylarına sahip farklı ışık türleri olduğu gibi, bunların da geniş bir spektrumu vardır. Bu nedenle diğer işbirlikleri, LIGO'nun tasarlanmadığı frekanstaki dalgaların peşine düşecek.

Mingarelli, Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisini ve Avustralya'daki Parkes Pulsar Zamanlama Dizisini içeren büyük bir uluslararası konsorsiyumun parçası olan NanoGRAV (Kuzey Amerika Nanohertz Yerçekimi Dalga Gözlemevi) işbirliğiyle çalışıyor. Adından da anlaşılacağı gibi, NanoGRAV bilim adamları 1 ila 10 nanohertz rejiminde düşük frekanslı yerçekimsel dalgaları avlıyorlar; LIGO'nun hassasiyeti spektrumun kilohertz (işitilebilir) kısmındadır ve çok uzun dalga boylarını arar.


İşbirliği, Porto Riko'daki Arecibo Gözlemevi ve Batı Virginia'daki Green Bank Teleskobu tarafından toplanan pulsar verilerine dayanıyor. Pulsarlar, Güneş'ten daha büyük yıldızların patlayıp kendi içine çökmesiyle oluşan, hızla dönen nötron yıldızlarıdır. İpin ucundaki ağırlığın, ip kısaldıkça daha hızlı dönmesi gibi, sıkıştırıldıkça daha hızlı dönerler.

Ayrıca dönerken, bir işaret ışığı gibi güçlü radyasyon patlamaları yayarlar ve bunlar, Dünya üzerinde ışık darbeleri olarak algılanır. Ve bu periyodik dönüş son derece doğrudur; neredeyse atom saati kadar doğrudur. Bu onları ideal kozmik yerçekimsel dalga dedektörleri yapar. İlk dolaylı kanıt, Joseph Taylor Jr. ve Russell Hulse'nin, bir nötron yıldızının etrafında dönen bir pulsarın zamanla yavaş yavaş büzüldüğünü keşfettiği 1974'teki pulsar çalışmalarından geldi; bu, kütlesinin bir kısmını enerjiye dönüştürüyorsa beklenen bir etkiydi. yerçekimi dalgaları şeklinde.

NanoGRAV durumunda dumanı tüten silah bir çeşit titremeye dönüşecek. Darbelerin aynı anda ulaşması gerekir, ancak bir kütleçekim dalgası tarafından vurulurlarsa, dalga geçtikçe uzay-zaman sıkışacağından veya gerileceğinden, biraz daha erken veya geç ulaşacaklardır.

Pulsar zaman ızgarası dizileri, Güneşimizin kütlesinin milyar ila on milyar katı olan, en büyük galaksilerin merkezinde gizlenen süper kütleli kara deliklerin birleşmesiyle üretilen yerçekimsel dalgalara karşı özellikle hassastır. Eğer böyle iki galaksi birleşirse merkezlerindeki delikler de birleşecek ve kütleçekim dalgaları yayacaktır. Mingarelli, "LIGO, çiftlerin birbirine çok yakın olduğu noktada birleşmenin sonunu görüyor" diyor. "MRV'lerin yardımıyla onları sarmal aşamanın başlangıcında, birbirlerinin yörüngesine yeni girdiklerinde görebildik."

Ayrıca LISA (Lazer İnterferometre Uzay Anteni) uzay görevi de var. Dünya tabanlı LIGO, birleşen kara deliklerin ürettiği gibi duyulabilir ses spektrumunun bazı kısımlarına eşdeğer yer çekimi dalgalarını tespit etmede mükemmeldir. Ancak bu dalgaların pek çok ilginç kaynağı düşük frekanslar üretiyor. Bu yüzden fizikçilerin onları keşfetmesi için uzaya gitmesi gerekiyor. Mevcut LISA Pathfinder() misyonunun temel amacı dedektörün performansını test etmektir. MIT'den Scott Hughes, "LIGO ile cihazı durdurabilir, vakumu açabilir ve her şeyi düzeltebilirsiniz" diyor. “Ama uzayda hiçbir şeyi açamazsınız.” Düzgün çalışması için bunu hemen yapmamız gerekecek.

LISA'nın hedefi basit: Uzay aracı, lazer interferometreleri kullanarak, serbest düşüşte iki adet 1,8 inçlik altın-platin küpün göreceli konumunu doğru bir şekilde ölçmeye çalışacak. 15 inç aralıklarla ayrı elektrot kutularına yerleştirilen test nesneleri, güneş rüzgarından ve diğer dış kuvvetlerden korunacak, böylece yerçekimsel dalgaların neden olduğu küçük hareketi tespit etmek mümkün olacak (umarım).

Son olarak, kozmik mikrodalga arka plan ışınımında (Büyük Patlama'nın ardından oluşan ışıma) ilksel kütleçekim dalgalarının bıraktığı izleri araştırmak için tasarlanmış iki deney var: BICEP2 ve Planck misyonu. BICEP2, tespitini 2014 yılında duyurdu ancak sinyalin sahte olduğu ortaya çıktı (suçun kozmik toz olduğu).

Her iki işbirliği de Evrenimizin erken tarihine ışık tutma ve enflasyon teorisinin temel tahminlerini doğrulama umuduyla arayışa devam ediyor. Bu teori, Evren'in doğumundan kısa bir süre sonra hızlı bir büyüme yaşadığını ve bu büyümenin, özel ışık dalgaları (polarizasyon) biçiminde kozmik mikrodalga arka plan ışınımına damgalanmış olan güçlü yerçekimsel dalgaları bırakmadan edemediğini öngördü.

Dört yerçekimi dalgası modunun her biri, gökbilimcilere Evrene dört yeni pencere açacak.

Ama ne düşündüğünüzü biliyoruz: warp sürücüsünü çalıştırmanın zamanı geldi arkadaşlar! LIGO'nun keşfi önümüzdeki hafta Ölüm Yıldızı'nın inşasına yardımcı olacak mı? Tabii ki değil. Ancak yer çekimini ne kadar iyi anlarsak, bunları nasıl inşa edeceğimizi de o kadar iyi anlayacağız. Sonuçta bu bilim adamlarının işi, geçimlerini bu şekilde sağlıyorlar. Evrenin nasıl çalıştığını anlayarak yeteneklerimize daha fazla güvenebiliriz.

Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi çerçevesinde yaptığı teorik tahminden yüz yıl sonra bilim adamları, kütleçekim dalgalarının varlığını doğrulayabildiler. Derin uzayı incelemek için temelde yeni bir yöntemin (yerçekimi dalgası astronomisi) dönemi başlıyor.

Farklı keşifler var. Rastgele olanlar var, astronomide yaygınlar. William Herschel'in Uranüs'ü keşfetmesi gibi "bölgenin kapsamlı bir şekilde taranması" sonucunda ortaya çıkan tamamen tesadüfi olanlar yoktur. Şans eseri olanlar var - bir şeyi arayıp başka bir şey bulduklarında: örneğin Amerika'yı keşfettiler. Ancak planlı keşifler bilimde özel bir yere sahiptir. Açık bir teorik tahmine dayanmaktadırlar. Tahmin edilen şey öncelikle teoriyi doğrulamak için aranır. Bu tür keşifler arasında Büyük Hadron Çarpıştırıcısında Higgs bozonunun keşfi ve lazer interferometre yerçekimsel dalga gözlemevi LIGO kullanılarak yerçekimsel dalgaların tespiti yer alıyor. Ancak teorinin öngördüğü bazı olguları kaydetmek için, tam olarak neye ve nereye bakacağınıza ve bunun için hangi araçlara ihtiyaç duyulduğuna dair oldukça iyi bir anlayışa sahip olmanız gerekir.

Yerçekimi dalgalarına geleneksel olarak genel görelilik teorisinin (GTR) bir tahmini denir ve bu gerçekten de böyledir (her ne kadar artık bu tür dalgalar GTR'ye alternatif veya onu tamamlayan tüm modellerde mevcut olsa da). Dalgaların ortaya çıkışı, yerçekimi etkileşiminin yayılma hızının sınırlılığından kaynaklanır (genel görelilikte bu hız, ışık hızına tam olarak eşittir). Bu tür dalgalar, bir kaynaktan yayılan uzay-zamandaki bozukluklardır. Yerçekimi dalgalarının meydana gelmesi için, kaynağın belirli bir şekilde titreşmesi veya hızlandırılmış bir hızda hareket etmesi gerekir. Diyelim ki mükemmel küresel veya silindirik simetriye sahip hareketler uygun değil. Bu tür kaynaklardan oldukça fazla var, ancak çoğu zaman küçük bir kütleye sahipler ve güçlü bir sinyal oluşturmak için yetersizler. Sonuçta yerçekimi, dört temel etkileşimin en zayıfıdır, bu nedenle yerçekimi sinyalini kaydetmek çok zordur. Ek olarak, kayıt için sinyalin zaman içinde hızlı bir şekilde değişmesi, yani yeterince yüksek bir frekansa sahip olması gerekir. Aksi takdirde değişiklikler çok yavaş olacağından bunu kaydedemeyeceğiz. Bu, nesnelerin aynı zamanda kompakt olması gerektiği anlamına gelir.

Başlangıçta bizimki gibi galaksilerde her birkaç on yılda bir meydana gelen süpernova patlamaları büyük heyecan yaratıyordu. Bu, eğer bir sinyali birkaç milyon ışıkyılı uzaklıktan görmemizi sağlayacak bir hassasiyete ulaşabilirsek, yılda birden fazla sinyale güvenebileceğimiz anlamına gelir. Ancak daha sonra, bir süpernova patlaması sırasında yerçekimsel dalgalar biçimindeki enerji salınımının gücüne ilişkin ilk tahminlerin çok iyimser olduğu ve bu kadar zayıf bir sinyalin ancak Galaksimizde bir süpernova patlak verdiğinde tespit edilebileceği ortaya çıktı.

Hızlı hareket eden devasa kompakt nesneler için başka bir seçenek de nötron yıldızları veya kara deliklerdir. Ya oluşum sürecini ya da birbirleriyle etkileşim sürecini görebiliriz. Kompakt nesnelerin oluşumuna yol açan yıldız çekirdeklerinin çöküşünün son aşamaları ve ayrıca nötron yıldızları ile kara deliklerin birleşmesinin son aşamaları, birkaç milisaniye mertebesinde bir süreye sahiptir (bu, yüzlerce hertz) - tam da ihtiyaç duyulan şey. Bu durumda, büyük kompakt cisimler belirli hızlı hareketler yaptığından, yerçekimi dalgaları da dahil olmak üzere (ve bazen esas olarak) çok fazla enerji açığa çıkar. Bunlar bizim ideal kaynaklarımızdır.

Doğru, galakside süpernovalar birkaç on yılda bir patlıyor, nötron yıldızlarının birleşmesi her birkaç onbin yılda bir meydana geliyor ve kara delikler birbirleriyle daha da az birleşiyor. Ancak sinyal çok daha güçlüdür ve özellikleri oldukça doğru bir şekilde hesaplanabilir. Ancak artık onbinlerce galaksiyi kapsayabilmek ve bir yılda birden fazla sinyali tespit edebilmek için sinyali birkaç yüz milyon ışıkyılı uzaklıktan görebilmemiz gerekiyor.

Kaynaklara karar verdikten sonra dedektörü tasarlamaya başlayacağız. Bunu yapmak için yerçekimi dalgasının ne yaptığını anlamanız gerekir. Detaya girmeden, bir yerçekimi dalgasının geçişinin bir gelgit kuvvetine neden olduğunu söyleyebiliriz (sıradan ay veya güneş gelgitleri ayrı bir olgudur ve yerçekimi dalgalarının bununla hiçbir ilgisi yoktur). Böylece, örneğin metal bir silindiri alabilir, onu sensörlerle donatabilir ve titreşimlerini inceleyebilirsiniz. Bu zor değil, bu yüzden bu tür kurulumlar yarım yüzyıl önce yapılmaya başlandı (bunlar Rusya'da da mevcut; şimdi SAI MSU'dan Valentin Rudenko ekibi tarafından geliştirilen geliştirilmiş bir dedektör Baksan yer altı laboratuvarına kuruluyor). Sorun, böyle bir cihazın sinyali herhangi bir yerçekimi dalgası olmadan görmesidir. Başa çıkılması zor olan birçok gürültü var. Dedektörü yeraltına kurmak, onu izole etmeye çalışmak, düşük sıcaklıklara soğutmak mümkündür (ve yapılmıştır!), ancak yine de gürültü seviyesini aşmak için çok güçlü bir yerçekimsel dalga sinyaline ihtiyacınız vardır. Ancak güçlü sinyaller nadiren gelir.

Bu nedenle seçim, 1962'de Vladislav Pustovoit ve Mikhail Herzenstein tarafından ortaya atılan başka bir plan lehine yapıldı. JETP'de (Deneysel ve Teorik Fizik Dergisi) yayınlanan bir makalede, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için bir Michelson interferometresi kullanılmasını önerdiler. Lazer ışını interferometrenin iki kolundaki aynalar arasından geçer ve ardından farklı kollardan gelen ışınlar eklenir. Işın girişiminin sonucunu analiz ederek kol uzunluklarındaki göreceli değişiklik ölçülebilir. Bunlar çok hassas ölçümlerdir, dolayısıyla gürültüyü yenerseniz olağanüstü hassasiyet elde edebilirsiniz.

1990'ların başında bu tasarımı kullanarak birkaç dedektör yapılmasına karar verildi. İlk faaliyete geçenler, teknolojiyi test etmek için Avrupa'da GEO600 ve Japonya'da TAMA300 (sayılar kolların metre cinsinden uzunluğuna karşılık gelir) gibi nispeten küçük tesislerdi. Ancak asıl oyuncular ABD'deki LIGO tesisleri ve Avrupa'daki VIRGO tesisleri olacaktı. Bu cihazların boyutu halihazırda kilometre cinsinden ölçülüyor ve planlanan nihai hassasiyet, yılda yüzlerce olmasa da düzinelerce olayın görülmesine olanak tanıyacak.

Neden birden fazla cihaza ihtiyaç var? Yerel gürültüler (örn. sismik) mevcut olduğundan öncelikle çapraz doğrulama için. Sinyalin kuzeybatı Amerika Birleşik Devletleri ve İtalya'da eşzamanlı tespiti, dış kaynaklı olduğuna dair mükemmel bir kanıt olacaktır. Ancak ikinci bir neden daha var: Yerçekimi dalgası dedektörleri, kaynağa giden yönü belirlemede çok zayıf. Ancak birbirinden aralıklı birkaç dedektör varsa yönü oldukça doğru bir şekilde belirtmek mümkün olacaktır.

Lazer devleri

Orijinal haliyle LIGO dedektörleri 2002'de, VIRGO dedektörleri ise 2003'te üretildi. Plana göre bu sadece ilk aşamaydı. Tüm tesisler birkaç yıl boyunca faaliyet gösterdi ve 2010-2011'de planlanan yüksek hassasiyete ulaşmak amacıyla modifikasyonlar için durduruldu. LIGO dedektörleri ilk olarak Eylül 2015'te çalışmaya başladı, VIRGO'nun 2016'nın ikinci yarısında katılması bekleniyor ve bu aşamadan itibaren hassasiyet, yılda en az birkaç olayı kaydetmeyi umut etmemizi sağlıyor.

LIGO çalışmaya başladıktan sonra beklenen patlama oranı ayda yaklaşık bir olaydı. Astrofizikçiler ilk beklenen olayların kara delik birleşmeleri olacağını önceden tahmin ediyorlardı. Bunun nedeni, kara deliklerin genellikle nötron yıldızlarından on kat daha ağır olması, sinyalin daha güçlü olması ve çok uzak mesafelerden "görünür" olmasıdır; bu da galaksi başına daha düşük olay oranını fazlasıyla telafi eder. Neyse ki uzun süre beklemek zorunda kalmadık. 14 Eylül 2015'te her iki kurulum da GW150914 adında neredeyse aynı sinyali kaydetti.

Oldukça basit bir analizle kara delik kütleleri, sinyal gücü, kaynağa olan uzaklık gibi veriler elde edilebiliyor. Kara deliklerin kütlesi ve boyutu çok basit ve iyi bilinen bir yolla ilişkilidir ve sinyal frekansından enerji salınım bölgesinin boyutu hemen tahmin edilebilir. Bu durumda boyut, kütlesi 25-30 ve 35-40 güneş kütlesi olan iki delikten, 60 güneş kütlesinden daha fazla kütleye sahip bir kara deliğin oluştuğunu gösterdi. Bu verileri bilerek patlamanın toplam enerjisi elde edilebilir. Neredeyse üç güneş kütlesi yerçekimi radyasyonuna dönüştürüldü. Bu, 1023 güneş parlaklığının parlaklığına karşılık gelir - bu süre zarfında Evrenin görünür kısmındaki tüm yıldızların yaydığı miktarla yaklaşık olarak aynı miktar (saniyenin yüzde biri). Ve ölçülen sinyalin bilinen enerjisinden ve büyüklüğünden mesafe elde edilir. Birleşen cisimlerin büyük kütlesi, uzak bir galakside meydana gelen bir olayın kaydedilmesini mümkün kıldı: Sinyalin bize ulaşması yaklaşık 1,3 milyar yıl sürdü.

Daha ayrıntılı bir analiz, kara deliklerin kütle oranını açıklığa kavuşturmayı ve kendi eksenleri etrafında nasıl döndüklerini anlamanın yanı sıra diğer bazı parametreleri belirlemeyi mümkün kılar. Ek olarak, iki kurulumdan gelen sinyal, patlamanın yönünü yaklaşık olarak belirlemeyi mümkün kılar. Buradaki doğruluk maalesef henüz çok yüksek değil ancak güncellenen VIRGO'nun devreye alınmasıyla artacaktır. Ve birkaç yıl içinde Japon KAGRA dedektörü sinyal almaya başlayacak. Daha sonra LIGO dedektörlerinden biri (başlangıçta üç tane vardı, kurulumlardan biri ikili idi) Hindistan'da monte edilecek ve yılda onlarca olayın kaydedilmesi bekleniyor.

Yeni astronomi çağı

Şu anda LIGO'nun çalışmalarının en önemli sonucu, yerçekimi dalgalarının varlığının doğrulanmasıdır. Buna ek olarak, ilk patlama, gravitonun kütlesi üzerindeki kısıtlamaları iyileştirmeyi (genel görelilikte sıfır kütleye sahiptir) ve ayrıca yerçekiminin yayılma hızı ile yerçekiminin hızı arasındaki farkı daha güçlü bir şekilde sınırlamayı mümkün kıldı. ışık. Ancak bilim adamları, 2016'da LIGO ve VIRGO'yu kullanarak birçok yeni astrofiziksel veri elde edebileceklerini umuyorlar.

Birincisi, yerçekimsel dalga gözlemevlerinden elde edilen veriler kara delikleri incelemek için yeni bir yol sağlıyor. Daha önce yalnızca bu nesnelerin çevresindeki madde akışını gözlemlemek mümkün olsaydı, artık ortaya çıkan kara deliğin birleşme ve "sakinleşme" sürecini, ufkunun nasıl dalgalandığını ve son şeklini aldığını doğrudan "görebilirsiniz" ( rotasyonla belirlenir). Muhtemelen, Hawking'in kara deliklerin buharlaşmasının keşfine kadar (şimdilik bu süreç bir hipotez olarak kalıyor), birleşme çalışmaları onlar hakkında daha iyi doğrudan bilgi sağlayacaktır.

İkinci olarak, nötron yıldızı birleşmelerinin gözlemlenmesi, bu nesneler hakkında acilen ihtiyaç duyulan pek çok yeni bilgiyi sağlayacaktır. İlk kez, nötron yıldızlarını fizikçilerin parçacıkları incelediği gibi inceleyebileceğiz: onların çarpışmasını izleyerek içeride nasıl çalıştıklarını anlayabileceğiz. Nötron yıldızlarının iç yapısının gizemi hem astrofizikçileri hem de fizikçileri endişelendiriyor. Nükleer fizik ve maddenin aşırı yüksek yoğunluklardaki davranışı hakkındaki anlayışımız, bu sorunu çözmeden eksik kalacaktır. Yerçekimi dalgası gözlemlerinin burada önemli bir rol oynaması muhtemeldir.

Kısa kozmolojik gama ışını patlamalarından nötron yıldızı birleşmelerinin sorumlu olduğuna inanılıyor. Nadir durumlarda, hem gama aralığında hem de yerçekimsel dalga dedektörlerinde bir olayı aynı anda gözlemlemek mümkün olacaktır (nadirlik, öncelikle gama sinyalinin çok dar bir ışında yoğunlaşması ve her zaman bize yönlendirilir, ancak ikincisi, çok uzak olaylardan gelen yerçekimi dalgalarını kaydetmeyeceğiz). Görünen o ki, bunu görebilmek için birkaç yıllık gözlem gerekecek (gerçi her zamanki gibi şanslısınız ve bu bugün gerçekleşecek). O zaman, diğer şeylerin yanı sıra, yerçekimi hızını ışık hızıyla çok doğru bir şekilde karşılaştırabileceğiz.

Böylece, lazer interferometreler birlikte tek bir yerçekimsel dalga teleskopu olarak çalışacak ve hem astrofizikçilere hem de fizikçilere yeni bilgiler getirecek. Er ya da geç, ilk patlamaların keşfi ve bunların analizi için hak edilmiş bir Nobel Ödülü verilecek.

11 Şubat 2016

Birkaç saat önce bilim dünyasının uzun zamandır beklediği haber geldi. Uluslararası LIGO Bilimsel İşbirliği projesi kapsamında çalışan çeşitli ülkelerden bir grup bilim insanı, çeşitli dedektör gözlemevleri kullanarak laboratuvar koşullarında yerçekimi dalgalarını tespit edebildiklerini söylüyor.

Amerika Birleşik Devletleri'nin Louisiana ve Washington eyaletlerinde bulunan iki lazer interferometre yerçekimi dalgası gözlemevinden (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO) gelen verileri analiz ediyorlar.

LIGO projesi basın toplantısında belirtildiği gibi, 14 Eylül 2015'te önce bir gözlemevinde, ardından 7 milisaniye sonra başka bir gözlemevinde kütleçekim dalgaları tespit edildi.

Elde edilen verilerin Rusya dahil birçok ülkeden bilim adamları tarafından yapılan analizine dayanarak, kütleçekim dalgasının kütlesinin 29 ve 36 katı olan iki kara deliğin çarpışmasından kaynaklandığı tespit edildi. Güneş. Bundan sonra büyük bir kara deliğe dönüştüler.

Bu 1,3 milyar yıl önce oldu. Sinyal Dünya'ya Macellan Bulutu takımyıldızı yönünden geldi.

Sergei Popov (Moskova Devlet Üniversitesi Sternberg Devlet Astronomi Enstitüsü'nde astrofizikçi) yerçekimi dalgalarının ne olduğunu ve bunları ölçmenin neden bu kadar önemli olduğunu açıkladı.

Modern yerçekimi teorileri, yerçekiminin geometrik teorileridir, az çok görelilik teorisinden gelen her şeydir. Uzayın geometrik özellikleri cisimlerin veya ışık huzmesi gibi nesnelerin hareketini etkiler. Ve bunun tersi de geçerlidir - enerjinin dağılımı (bu, uzaydaki kütle ile aynıdır) uzayın geometrik özelliklerini etkiler. Bu çok havalı, çünkü görselleştirmesi kolay - bir kutuya dizilmiş bu elastik düzlemin bir miktar fiziksel anlamı var, ancak elbette hepsi o kadar gerçek değil.

Fizikçiler "metrik" kelimesini kullanırlar. Metrik, uzayın geometrik özelliklerini tanımlayan bir şeydir. Ve burada ivmeyle hareket eden cisimlerimiz var. En basit şey salatalığı döndürmektir. Örneğin bir top veya düzleştirilmiş bir disk olmaması önemlidir. Böyle bir salatalığın elastik bir düzlem üzerinde döndüğünde ondan dalgaların akacağını hayal etmek kolaydır. Bir yerde durduğunuzu ve salatalığın bir ucunu size, sonra diğer ucunu çevirdiğini hayal edin. Yerçekimi dalgası uzayı ve zamanı farklı şekillerde etkiler.

Yani yerçekimi dalgası, uzay-zaman ölçüsü boyunca ilerleyen bir dalgalanmadır.

Uzaydaki boncuklar

Bu, yerçekiminin nasıl çalıştığına dair temel anlayışımızın temel bir özelliğidir ve insanlar bunu yüz yıldır test etmek istiyorlar. Bir etkinin olduğundan ve laboratuvarda görünür olduğundan emin olmak istiyorlar. Bu, yaklaşık otuz yıl önce doğada görüldü. Yerçekimi dalgaları günlük yaşamda kendilerini nasıl göstermeli?

Bunu göstermenin en kolay yolu şudur: Eğer boncukları bir daire şeklinde olacak şekilde uzaya atarsanız ve bir yerçekimi dalgası düzlemlerine dik olarak geçtiğinde, önce bir yönde sıkıştırılmış bir elipse dönüşmeye başlayacaklar, sonra bir yönde sıkıştırılacaklar. diğerinde. Mesele şu ki etraflarındaki alan rahatsız edilecek ve onlar bunu hissedecekler.

Dünyadaki "G"

İnsanlar böyle bir şeyi sadece uzayda değil, Dünya'da da yapıyorlar.

“G” harfi şeklindeki aynalar (Amerikan LIGO gözlemevlerine atıfta bulunarak) birbirinden dört kilometre uzakta asılı duruyor.

Lazer ışınları çalışıyor - bu bir girişimölçer, iyi anlaşılmış bir şey. Modern teknolojiler olağanüstü küçük etkilerin ölçülmesini mümkün kılmaktadır. Hala inanmadığımdan değil, inanıyorum ama kafamı toparlayamıyorum - birbirinden dört kilometre uzakta asılı duran aynaların yer değiştirmesi atom çekirdeğinin boyutundan daha az . Bu, lazerin dalga boyuyla karşılaştırıldığında bile küçüktür. İşin püf noktası şuydu: Yerçekimi en zayıf etkileşimdir ve bu nedenle yer değiştirmeler çok küçüktür.

Çok uzun zaman aldı, insanlar 1970'li yıllardan beri bunu yapmaya çalışıyorlar, hayatlarını yerçekimi dalgalarını arayarak geçirdiler. Ve şimdi yalnızca teknik yetenekler, yerçekimi dalgasını laboratuvar koşullarında kaydetmeyi mümkün kılıyor, yani buraya geldi ve aynalar değişti.

Yön

Bir yıl içinde her şey yolunda giderse dünyada halihazırda üç dedektör çalışıyor olacak. Üç dedektör çok önemlidir çünkü bunlar sinyalin yönünü belirlemede çok kötüdür. Tıpkı bizim bir kaynağın yönünü kulaktan belirlemede başarısız olmamız gibi. "Sağdan bir yerden gelen bir ses" - bu dedektörler buna benzer bir şeyi algılıyor. Ancak üç kişi birbirinden belli bir mesafede durursa ve biri sağdan, diğeri soldan ve üçüncüsü arkadan ses duyarsa, o zaman sesin yönünü çok doğru bir şekilde belirleyebiliriz. Ne kadar çok dedektör olursa, bunlar dünyaya ne kadar çok dağılırsa, kaynağın yönünü o kadar doğru tespit edebileceğiz ve o zaman astronomi başlayacak.

Sonuçta nihai amaç yalnızca genel görelilik teorisini doğrulamak değil, aynı zamanda yeni astronomik bilgiler elde etmektir. On güneş kütlesi ağırlığında bir kara deliğin olduğunu hayal edin. Ve on güneş kütlesindeki başka bir kara delikle çarpışıyor. Çarpışma ışık hızında gerçekleşir. Enerji atılımı. Bu doğru. Harika bir miktar var. Ve bunun hiçbir yolu yok... Bu sadece uzay ve zamanın dalgaları. İki kara deliğin birleşmesinin tespit edilmesinin, kara deliklerin aşağı yukarı bizim düşündüğümüz kara delikler olduğuna dair uzun bir süre için en güçlü kanıt olacağını söyleyebilirim.

Ortaya çıkarabileceği konuların ve olayların üzerinden geçelim.

Kara delikler gerçekten var mı?

LIGO duyurusundan beklenen sinyal, birleşen iki kara delik tarafından üretilmiş olabilir. Bu tür olaylar bilinen en enerjik olaylardır; Bunların yaydığı kütleçekim dalgalarının gücü, gözlemlenebilir evrendeki tüm yıldızların toplamını kısa süreliğine bile gölgede bırakabilir. Birleşen kara deliklerin çok saf kütleçekim dalgalarından yorumlanması da oldukça kolaydır.

Kara delik birleşmesi, iki kara deliğin birbirinin etrafında sarmal yaparak yerçekimi dalgaları şeklinde enerji yaymasıyla meydana gelir. Bu dalgaların, bu iki nesnenin kütlesini ölçmek için kullanılabilecek karakteristik bir sesi (cıvıltı) vardır. Bundan sonra kara delikler genellikle birleşir.

“İki sabun köpüğünün birbirine çok yaklaşıp tek bir kabarcık oluşturduğunu hayal edin. Paris yakınlarındaki İleri Bilimsel Araştırma Enstitüsü'nden kütleçekim teorisyeni Tybalt Damour, büyük baloncuğun deforme olduğunu söylüyor. Son kara delik tamamen küresel olacak, ancak öncelikle öngörülebilir türde kütleçekim dalgaları yayması gerekiyor.

Bir kara delik birleşmesini tespit etmenin en önemli bilimsel sonuçlarından biri, kara deliklerin varlığının doğrulanması olacaktır - en azından genel göreliliğin öngördüğü gibi saf, boş, kavisli uzay-zamandan oluşan mükemmel yuvarlak nesneler. Bir diğer sonuç ise birleşmenin bilim adamlarının öngördüğü gibi ilerlemesi. Gökbilimcilerin bu fenomene ilişkin çok sayıda dolaylı kanıtı var, ancak şu ana kadar bunlar kara deliklerin kendisi değil, yıldızların ve kara deliklerin yörüngesindeki aşırı ısınmış gazların gözlemleriydi.

“Ben de dahil olmak üzere bilim camiası kara delikleri sevmiyor. New Jersey'deki Princeton Üniversitesi'nden genel görelilik simülasyonu uzmanı France Pretorius, bunları hafife aldığımızı söylüyor. "Fakat bu tahminin ne kadar şaşırtıcı olduğunu düşündüğümüzde, gerçekten şaşırtıcı bir kanıta ihtiyacımız var."

Yerçekimi dalgaları ışık hızında mı hareket eder?

Bilim insanları LIGO gözlemlerini diğer teleskoplarla karşılaştırmaya başladıklarında ilk kontrol ettikleri şey sinyalin aynı anda gelip gelmediğidir. Fizikçiler yerçekiminin, fotonların yerçekimi analoğu olan graviton parçacıkları tarafından iletildiğine inanıyorlar. Eğer fotonlar gibi bu parçacıkların da kütlesi yoksa, o zaman kütleçekim dalgaları ışık hızında hareket edecek ve bu da klasik görelilikteki kütleçekim dalgalarının hızının tahminiyle eşleşecektir. (Hızları, Evrenin artan genişlemesinden etkilenebilir, ancak bu, LIGO'nun kapsadığından önemli ölçüde daha büyük mesafelerde açıkça görülmelidir).

Bununla birlikte, gravitonların küçük bir kütleye sahip olması oldukça mümkündür, bu da yerçekimi dalgalarının ışıktan daha düşük bir hızda hareket edeceği anlamına gelir. Örneğin, LIGO ve Başak yerçekimsel dalgaları tespit ederse ve dalgaların Dünya'ya kozmik olayla ilgili gama ışınlarından sonra geldiğini bulursa, bunun temel fizik açısından yaşamı değiştiren sonuçları olabilir.

Uzay-zaman kozmik sicimlerden mi oluşuyor?

"Kozmik sicimlerden" yayılan kütleçekimsel dalga patlamaları bulunursa daha da tuhaf bir keşif ortaya çıkabilir. Uzay-zamanın eğriliğindeki, sicim teorileriyle ilgili olabilecek veya olmayabilecek bu varsayımsal kusurlar, sonsuz derecede ince olmalı, ancak kozmik mesafelere kadar uzanmalıdır. Bilim insanları, eğer varsa kozmik sicimlerin kazara bükülebileceğini öngörüyor; Eğer ip bükülürse, LIGO veya Virgo gibi dedektörlerin ölçebileceği bir yerçekimsel dalgalanmaya neden olur.

Nötron yıldızları topaklı olabilir mi?

Nötron yıldızları, kendi ağırlıkları altında çöken ve o kadar yoğunlaşan, elektronların ve protonların nötronlara dönüşmeye başladığı büyük yıldızların kalıntılarıdır. Bilim adamlarının nötron deliklerinin fiziği hakkında çok az bilgisi var, ancak yerçekimi dalgaları bize onlar hakkında çok şey söyleyebilir. Örneğin yüzeylerindeki yoğun çekim kuvveti, nötron yıldızlarının neredeyse mükemmel küresel hale gelmesine neden olur. Ancak bazı bilim insanları, çapı 10 kilometreyi geçmeyen bu yoğun nesneleri hafif asimetrik hale getiren birkaç milimetre yüksekliğinde "dağların" da olabileceğini öne sürüyor. Nötron yıldızları genellikle çok hızlı dönerler, dolayısıyla kütlenin asimetrik dağılımı uzay-zamanı bükecek ve sinüs dalgası şeklinde kalıcı bir yerçekimsel dalga sinyali üreterek yıldızın dönüşünü yavaşlatacak ve enerji yayacaktır.

Birbirinin yörüngesinde dönen nötron yıldızı çiftleri de sabit bir sinyal üretir. Kara delikler gibi bu yıldızlar da spiral şeklinde hareket eder ve sonunda karakteristik bir sesle birleşirler. Ancak özgüllüğü kara deliklerin sesinin özgüllüğünden farklıdır.

Yıldızlar neden patlıyor?

Kara delikler ve nötron yıldızları, büyük yıldızların parlamayı bırakıp kendi üzerine çökmesiyle oluşur. Astrofizikçiler, bu sürecin tüm yaygın Tip II süpernova patlamalarının temelinde yattığını düşünüyor. Bu tür süpernovaların simülasyonları, bunların tutuşmasına neyin sebep olduğunu henüz göstermedi, ancak gerçek bir süpernova tarafından yayılan yerçekimsel dalga patlamalarını dinlemenin bir cevap sağlayacağı düşünülüyor. Patlama dalgalarının neye benzediğine, ne kadar gürültülü olduklarına, ne sıklıkta meydana geldiklerine ve elektromanyetik teleskoplar tarafından izlenen süpernovalarla nasıl bir korelasyona sahip olduklarına bağlı olarak bu veriler, mevcut birçok modelin devre dışı bırakılmasına yardımcı olabilir.

Evren ne kadar hızlı genişliyor?

Evrenin genişlemesi, galaksimizden uzaklaşan uzak nesnelerin, yaydıkları ışığın hareket ettikçe gerilmesi nedeniyle gerçekte olduklarından daha kırmızı görünmeleri anlamına gelir. Kozmologlar, galaksilerin kırmızıya kaymasını bizden ne kadar uzak olduklarıyla karşılaştırarak Evrenin genişleme hızını tahmin ediyorlar. Ancak bu mesafe genellikle Tip Ia süpernovanın parlaklığına göre tahmin edilir ve bu teknik birçok belirsizlik bırakır.

Dünyanın dört bir yanındaki birkaç yerçekimi dalgası dedektörü aynı nötron yıldızlarının birleşmesinden gelen sinyalleri tespit ederse, bunlar birlikte sinyalin hacmini ve dolayısıyla birleşmenin meydana geldiği mesafeyi kesinlikle doğru bir şekilde tahmin edebilirler. Ayrıca yönü tahmin edebilecekler ve bu sayede olayın meydana geldiği galaksiyi tanımlayabilecekler. Bu galaksinin kırmızıya kaymasını birleşen yıldızlara olan mesafeyle karşılaştırarak, bağımsız bir kozmik genişleme hızı elde etmek mümkündür; bu, muhtemelen mevcut yöntemlerin izin verdiğinden daha doğru olabilir.

kaynaklar

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

http://cont.ws/post/199519

Burada bir şekilde öğrendik, ama ne olduğunu. Bakın neye benziyor Yazının orjinali sitede InfoGlaz.rf Bu kopyanın alındığı makalenin bağlantısı -

Yerçekimi dalgalarının resmi keşif (tespit) günü 11 Şubat 2016'dır. Daha sonra Washington'da düzenlenen bir basın toplantısında LIGO işbirliğinin liderleri, bir araştırmacı ekibinin bu fenomeni insanlık tarihinde ilk kez kaydetmeyi başardığını duyurdu.

Büyük Einstein'ın kehanetleri

Kütleçekim dalgalarının varlığı, Albert Einstein tarafından geçtiğimiz yüzyılın başında (1916) Genel Görelilik Teorisi (GTR) çerçevesinde ortaya atılmıştı. Asgari miktarda gerçek veriyle bu kadar geniş kapsamlı sonuçlar çıkarabilen ünlü fizikçinin parlak yeteneklerine ancak hayret edilebilir. Gelecek yüzyılda doğrulanan diğer birçok tahmin edilen fiziksel olay arasında (zamanın akışının yavaşlaması, yerçekimi alanlarındaki elektromanyetik radyasyonun yönünün değişmesi, vb.), yakın zamana kadar bu tür bir şeyin varlığını pratik olarak tespit etmek mümkün değildi. cisimler arasındaki dalga etkileşimi.

Yerçekimi bir yanılsama mıdır?

Genel olarak Görelilik Teorisi ışığında yerçekimine kuvvet denemez. uzay-zaman sürekliliğinin bozuklukları veya eğrilikleri. Bu varsayımı gösteren iyi bir örnek, gerilmiş bir kumaş parçasıdır. Böyle bir yüzeye yerleştirilen devasa bir nesnenin ağırlığı altında bir çöküntü oluşur. Bu anormalliğin yakınında hareket eden diğer nesneler sanki "çekiliyormuş" gibi hareketlerinin yörüngesini değiştirecektir. Ve nesnenin ağırlığı ne kadar büyük olursa (eğrinin çapı ve derinliği ne kadar büyük olursa), "çekim kuvveti" de o kadar yüksek olur. Kumaş üzerinde hareket ettikçe birbirinden ayrılan "dalgalanmaların" görünümü gözlemlenebilir.

Uzayda da benzer bir şey oluyor. Hızla hareket eden herhangi bir büyük madde, uzay ve zaman yoğunluğundaki dalgalanmaların kaynağıdır. Önemli bir genliğe sahip bir yerçekimi dalgası, aşırı büyük kütlelere sahip cisimler tarafından veya çok büyük ivmelerle hareket ederken oluşturulur.

fiziksel özellikler

Uzay-zaman ölçüsündeki dalgalanmalar, kendilerini yerçekimi alanındaki değişiklikler olarak gösterir. Bu olaya uzay-zaman dalgalanmaları da denir. Yerçekimi dalgası karşılaşılan cisimleri ve nesneleri etkiler, onları sıkıştırır ve gerer. Deformasyonun büyüklüğü çok önemsizdir - orijinal boyuttan yaklaşık 10 -21. Bu fenomeni tespit etmenin tüm zorluğu, araştırmacıların bu tür değişiklikleri uygun ekipman kullanarak nasıl ölçeceklerini ve kaydedeceklerini öğrenmeye ihtiyaç duymalarıydı. Yerçekimi radyasyonunun gücü de son derece küçüktür - tüm güneş sistemi için birkaç kilovattır.

Yerçekimi dalgalarının yayılma hızı, iletken ortamın özelliklerine biraz bağlıdır. Salınımların genliği, kaynaktan uzaklaştıkça kademeli olarak azalır, ancak asla sıfıra ulaşmaz. Frekans birkaç on ila yüzlerce hertz arasında değişir. Yıldızlararası ortamdaki kütleçekim dalgalarının hızı ışık hızına yaklaşmaktadır.

Emare

Yerçekimi dalgalarının varlığının ilk teorik doğrulaması, 1974 yılında Amerikalı gökbilimci Joseph Taylor ve asistanı Russell Hulse tarafından elde edildi. Arecibo Gözlemevi radyo teleskopunu (Porto Riko) kullanarak Evrenin genişliğini inceleyen araştırmacılar, ortak bir kütle merkezi etrafında sabit bir açısal hızla (oldukça nadir görülen) dönen nötron yıldızlarından oluşan ikili bir sistem olan pulsar PSR B1913+16'yı keşfettiler. dava). Başlangıçta 3,75 saat olan dolaşım süresi her yıl 70 ms kısalmaktadır. Bu değer, yerçekimsel dalgaların oluşumunda enerji harcanması nedeniyle bu tür sistemlerin dönüş hızındaki artışı öngören genel görelilik denklemlerinden elde edilen sonuçlarla tamamen tutarlıdır. Daha sonra benzer davranışlara sahip birkaç çift pulsar ve beyaz cüce keşfedildi. Radyo gökbilimcileri D. Taylor ve R. Hulse, yerçekimi alanlarının incelenmesine yönelik yeni olasılıkları keşfetmeleri nedeniyle 1993 yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

Yerçekimi dalgasından kaçış

Yerçekimi dalgalarının tespiti ile ilgili ilk duyuru 1969 yılında Maryland Üniversitesi'nden bilim insanı Joseph Weber'den (ABD) geldi. Bu amaçlar için, kendi tasarımına sahip, birbirinden iki kilometre uzakta olan iki yerçekimi anteni kullandı. Rezonans dedektörü, hassas piezoelektrik sensörlerle donatılmış, iyi titreşim yalıtımlı, iki metrelik sağlam bir alüminyum silindirdi. Weber tarafından kaydedildiği iddia edilen salınımların genliğinin, beklenen değerden bir milyon kat daha yüksek olduğu ortaya çıktı. Diğer bilim adamlarının Amerikalı fizikçinin "başarısını" benzer ekipmanlarla tekrarlama girişimleri olumlu sonuçlar vermedi. Birkaç yıl sonra Weber'in bu alandaki çalışması savunulamaz olarak kabul edildi, ancak birçok uzmanı bu araştırma alanına çeken "yerçekimi patlamasının" gelişmesine ivme kazandırdı. Bu arada Joseph Weber, günlerinin sonuna kadar yerçekimi dalgaları aldığından emindi.

Alıcı ekipmanın iyileştirilmesi

70'lerde bilim adamı Bill Fairbank (ABD), SQUIDS - ultra hassas manyetometreler kullanılarak soğutulan bir yerçekimsel dalga anteninin tasarımını geliştirdi. O dönemde var olan teknolojiler, mucidin ürününün “metal”den yapılmış halini görmesine izin vermiyordu.

Ulusal Legnar Laboratuvarı'ndaki (Padua, İtalya) Auriga yerçekimsel dedektörü bu prensip kullanılarak tasarlanmıştır. Tasarım, 3 metre uzunluğunda ve 0,6 m çapında bir alüminyum-magnezyum silindire dayanıyor. 2,3 ton ağırlığındaki alıcı cihaz, neredeyse mutlak sıfıra soğutulmuş yalıtımlı bir vakum odasında asılı duruyor. Şokları kaydetmek ve tespit etmek için yardımcı bir kilogram rezonatörü ve bilgisayar tabanlı bir ölçüm kompleksi kullanılır. Ekipmanın belirtilen hassasiyeti 10 -20'dir.

İnterferometreler

Yerçekimi dalgalarının girişim dedektörlerinin çalışması, Michelson girişimölçerinin çalıştığı aynı prensiplere dayanmaktadır. Kaynaktan yayılan lazer ışını iki akıma bölünür. Cihazın kolları boyunca birçok yansıma ve yolculuktan sonra akışlar yeniden bir araya getirilir ve sonuncuya göre herhangi bir rahatsızlığın (örneğin bir yer çekimi dalgasının) ışınların seyrini etkileyip etkilemediğine karar verilir. Birçok ülkede benzer ekipmanlar oluşturulmuştur:

• GEO 600 (Hannover, Almanya). Vakum tünellerinin uzunluğu 600 metredir.
• TAMA (Japonya) 300 m omuzlarla.
• VIRGO (Pisa, İtalya), 2007 yılında başlatılan, üç kilometrelik tünellerden oluşan bir Fransız-İtalyan ortak projesidir.
• LIGO (ABD, Pasifik Kıyısı), 2002'den beri yerçekimi dalgalarını arıyor.

İkincisi daha ayrıntılı olarak ele alınmaya değer.

LIGO Gelişmiş

Proje, Massachusetts ve California Teknoloji Enstitülerinden bilim adamlarının inisiyatifiyle oluşturuldu. İçinde 3 bin km ile ayrılmış iki gözlemevi ve Washington'da (Livingston ve Hanford şehirleri) üç özdeş interferometre bulunur. Dikey vakum tünellerinin uzunluğu 4 bin metredir. Bunlar şu anda faaliyette olan bu türden en büyük yapılardır. 2011 yılına kadar yerçekimi dalgalarını tespit etmeye yönelik çok sayıda girişim herhangi bir sonuç getirmedi. Gerçekleştirilen önemli modernizasyon (Gelişmiş LIGO), ekipmanın hassasiyetini 300-500 Hz aralığında beş kattan fazla ve düşük frekans bölgesinde (60 Hz'e kadar) neredeyse bir büyüklük sırasına göre artırarak, imrenilen değer 10 -21. Güncellenen proje Eylül 2015'te başlamış ve bini aşkın işbirliği çalışanının çabaları, elde edilen sonuçlarla ödüllendirilmiştir.

Yerçekimi dalgaları tespit edildi

14 Eylül 2015'te, gelişmiş LIGO dedektörleri, 7 ms aralıklarla, gözlemlenebilir Evrenin eteklerinde meydana gelen en büyük olaydan - 29 ve 36 kat kütleli iki büyük kara deliğin birleşmesi - gezegenimize ulaşan yerçekimi dalgalarını kaydetti. Güneş'in kütlesinden daha büyük. 1,3 milyar yıldan daha uzun bir süre önce gerçekleşen süreç sırasında, kütleçekim dalgaları yayarak saniyenin çok küçük bir bölümünde yaklaşık üç güneş kütlesindeki madde tüketildi. Yerçekimi dalgalarının kaydedilen başlangıç ​​frekansı 35 Hz idi ve maksimum tepe değeri 250 Hz'e ulaştı.

Elde edilen sonuçlar defalarca kapsamlı doğrulama ve işleme tabi tutuldu ve elde edilen verilere ilişkin alternatif yorumlar dikkatle elendi. Nihayet geçen yıl Einstein'ın öngördüğü olgunun doğrudan tescili dünya kamuoyuna duyuruldu.

Araştırmacıların muazzam çalışmasını gösteren bir gerçek: interferometre kollarının boyutundaki dalgalanmaların genliği 10-19 m idi - bu değer, atomun çapından aynı sayıda kat daha küçüktür, çünkü atomun kendisi bir atomdan daha küçüktür. turuncu.

Gelecek görünüşü

Keşif, Genel Görelilik Teorisinin yalnızca bir dizi soyut formül olmadığını, aynı zamanda genel olarak kütleçekim dalgalarının ve yerçekiminin özüne temelde yeni bir bakış olduğunu bir kez daha doğruladı.

Daha ileri araştırmalarda, bilim adamlarının ELSA projesi için büyük umutları var: yaklaşık 5 milyon km'lik kollara sahip, yerçekimi alanlarındaki küçük bozuklukları bile tespit edebilen dev bir yörünge interferometresinin yaratılması. Çalışmanın bu yönde etkinleştirilmesi, Evrenin gelişiminin ana aşamaları, geleneksel aralıklarda gözlemlenmesi zor veya imkansız süreçler hakkında birçok yeni şey anlatabilir. Gelecekte kütleçekim dalgaları tespit edilecek olan kara deliklerin, doğaları hakkında çok şey anlatacağına şüphe yok.

Bize Büyük Patlama'dan sonra dünyamızın ilk anlarını anlatabilecek kozmik mikrodalga arka plan ışınımını incelemek için daha hassas uzay araçlarına ihtiyaç duyulacak. Böyle bir proje var ( Büyük Patlama Gözlemcisi), ancak uzmanlara göre uygulanması 30-40 yıldan daha erken mümkün değil.

Yerçekimi alanında dengede olan bir sıvının serbest yüzeyi düzdür. Bazı dış etkilerin etkisi altında, bir yerdeki sıvının yüzeyi denge konumundan çıkarılırsa, sıvıda hareket meydana gelir. Bu hareket, yerçekimi alanının etkisinden kaynaklandığı için yerçekimi dalgaları adı verilen dalgalar halinde sıvının tüm yüzeyi boyunca yayılacaktır. Yerçekimi dalgaları esas olarak sıvının yüzeyinde meydana gelir, iç katmanlarını ne kadar az yakalarsa, bu katmanlar o kadar derinde bulunur.

Burada, hareket eden akışkan parçacıklarının hızının Euler denklemindeki terimin ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu yerçekimi dalgalarını ele alacağız. Bu durumun fiziksel olarak ne anlama geldiğini bulmak kolaydır. Bir dalgadaki sıvı parçacıkların gerçekleştirdiği salınım periyodu mertebesinde bir zaman periyodu sırasında, bu parçacıklar dalganın genliği mertebesinde bir mesafe kat ederler, dolayısıyla hareketlerinin hızı Hız mertebesindedir ​​v, dalganın (-uzunluk dalgaları) yayılma yönü boyunca büyüklük sırasına göre zaman aralıklarında ve büyüklük sırasına göre mesafeler boyunca gözle görülür şekilde değişir. Bu nedenle hızın zamana göre türevi büyüklük mertebesinde ve koordinatlara göre ise mertebesindedir. Dolayısıyla koşul, gereksinime eşdeğerdir.

yani dalgadaki salınımların genliği, dalga boyuna göre küçük olmalıdır. § 9'da, hareket denklemindeki terimin ihmal edilmesi durumunda sıvının hareketinin potansiyel olduğunu gördük. Akışkanın sıkıştırılamaz olduğunu varsayarak (10.6) ve (10.7) denklemlerini kullanabiliriz. Denklem (10.7)'de artık hızın karesini içeren terimi ihmal edebiliriz; Yerçekimi alanına bir terim koyarak ve tanıtarak şunu elde ederiz:

(12,2)

Ekseni her zamanki gibi dikey olarak yukarıya doğru seçiyoruz ve x, y düzlemi olarak sıvının denge düz yüzeyini seçiyoruz.

Sıvının yüzeyindeki noktaların koordinatını şu şekilde göstereceğiz; x, y koordinatlarının ve t süresinin bir fonksiyonudur. Dengede, salınım yaparken sıvı yüzeyinin dikey bir yer değiştirmesi vardır.

Sıvının yüzeyine sabit bir basınç etki etsin, sonra (12.2)'ye göre yüzeyde

Sabit, potansiyeli yeniden tanımlayarak (ona koordinatlardan bağımsız bir miktar ekleyerek) ortadan kaldırılabilir. Daha sonra sıvının yüzeyindeki durum şu şekli alır:

Dalgadaki salınım genliğinin küçük olması yer değiştirmenin küçük olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, aynı yaklaşımla, yüzey noktalarının hareket hızının dikey bileşeninin yer değiştirmenin zamana göre türeviyle çakıştığını varsayabiliriz.Fakat şunu elde ederiz:

Salınımların küçük olması nedeniyle, bu durumda türevlerin değerlerini almak mümkündür.Böylece nihayet bir yerçekimi dalgasındaki hareketi belirleyen aşağıdaki denklem sistemini elde ederiz:

Bir sıvının yüzeyindeki dalgaları, bu yüzeyin sınırsız olduğunu dikkate alarak ele alacağız. Ayrıca dalga boyunun sıvının derinliğine göre küçük olduğunu varsayacağız; bu durumda sıvının sonsuz derinlikte olduğu kabul edilebilir. Bu nedenle yan sınırlarda ve sıvının alt kısmında sınır koşullarını yazmıyoruz.

Eksen boyunca yayılan ve eksen boyunca düzgün bir şekilde yayılan bir yerçekimi dalgasını ele alalım; böyle bir dalgada tüm nicelikler y koordinatına bağlı değildir. Zamanın ve x koordinatının basit bir periyodik fonksiyonu olan bir çözüm arayacağız:

burada ( döngüsel frekanstır (bundan sadece frekans olarak bahsedeceğiz), k dalganın dalga vektörüdür, dalga boyudur. Bu ifadeyi denklemde yerine koyarak fonksiyonun denklemini elde ederiz.

Sıvının derinliğine doğru çürüyen çözümü (yani ):

Ayrıca sınır koşulunu da (12.5) karşılamalıyız.(12.5)'i yerine koyarak, b frekansı ile dalga vektörü (veya dedikleri gibi dalga dağılım yasası) arasındaki bağlantıyı buluruz:

Bir sıvıdaki hızların dağılımı, potansiyelin koordinatlar boyunca farklılaştırılmasıyla elde edilir:

Sıvının derinliğine doğru hızın katlanarak azaldığını görüyoruz. Uzayda verilen her noktada (yani verilen x, z için), hız vektörü x düzleminde düzgün bir şekilde döner ve büyüklüğü sabit kalır.

Ayrıca dalgadaki sıvı parçacıkların yörüngesini de belirleyelim. Hareket eden bir sıvı parçacığının koordinatlarını (ve uzaydaki sabit bir noktanın koordinatlarını değil) geçici olarak x, z ile ve parçacığın denge konumu için x değerlerini gösterelim. O zaman ve (12.8) denkleminin sağ tarafına salınımların küçüklüğünden yararlanılarak yerine yaklaşık olarak yazılabilir. Zaman içindeki entegrasyon şunu verir:

Böylece sıvı parçacıkları, sıvının derinliğine doğru katlanarak azalan yarıçapa sahip noktaların etrafında daireler çizer.

Dalga yayılma hızı U, § 67'de gösterileceği gibi eşittir. Burada yerine koyarsak, sonsuz derinliğe sahip bir sıvının sınırsız bir yüzeyi üzerinde yerçekimsel dalgaların yayılma hızının şuna eşit olduğunu buluruz:

Dalga boyu arttıkça artar.

Uzun yerçekimi dalgaları

Uzunluğu sıvının derinliğine göre küçük olan yerçekimsel dalgaları dikkate aldıktan sonra, şimdi uzunluğu sıvının derinliğine göre büyük olan dalgaların karşıt sınırlayıcı durumu üzerinde duracağız.

Bu tür dalgalara uzun denir.

Öncelikle uzun dalgaların kanaldaki yayılımını ele alalım. Kanalın uzunluğunun (x ekseni boyunca yönlendirilmiş) sınırsız olduğunu kabul edeceğiz.Kanalın kesiti isteğe bağlı bir şekle sahip olabilir ve uzunluğu boyunca değişebilir. Kanaldaki sıvının kesit alanı ile gösterilir. Kanalın derinliği ve genişliğinin dalga boyuna göre küçük olduğu varsayılır.

Burada sıvının kanal boyunca hareket ettiği uzunlamasına uzun dalgaları ele alacağız. Bu tür dalgalarda kanal uzunluğu boyunca hız bileşeni, bileşenlere göre büyüktür.

Basitçe v'yi ifade ederek ve küçük terimleri atlayarak Euler denkleminin -bileşenini şu şekilde yazabiliriz:

a bileşeni - formda

(Dalganın genliği hala küçük kabul edildiğinden, hız açısından ikinci dereceden terimleri atlıyoruz). Elimizdeki ikinci denklemden, serbest yüzeyde ) olması gerektiğine dikkat çekerek

Bu ifadeyi ilk denklemde yerine koyarsak şunu elde ederiz:

İki bilinmeyenin belirlenmesine yönelik ikinci denklem, süreklilik denkleminin türetilmesine benzer bir yöntem kullanılarak türetilebilir. Bu denklem esasen incelenen duruma uygulanan bir süreklilik denklemidir. Kanalın birbirinden belirli bir mesafede bulunan iki kesit düzlemi arasında kalan sıvının hacmini ele alalım. Birim zamanda, bir düzlemden eşit hacimde sıvı girecek ve diğer düzlemden de hacim çıkacaktır, dolayısıyla her iki düzlem arasındaki sıvının hacmi o kadar değişecektir.