Гравитационные волны двинули салатницу на кухне..
Недавняя сенсация взорвавшая интернет и практически все новостные ресурсы сочилась в массы будоража умы любителей физики и истинных болельщиков нелегкого спорта науки. Газеты взрывались заголовками -
Ученые зафиксировали гравитационные волны! Теория относительности получила очередное подтверждение!
Что же это на самом деле такое и каким образом гравитационные волны подтверждают теорию относительности... В общем давайте разбираться....
Для того что бы понять что такое гравитационные волны в релятивистском представлении, необходимо вспомнить релятивистскую гравитацию. Почему одна планета притягивается к другой? На данный вопрос, Альберт Эйнштейн в рамках своей теории относительности утверждал - искривляется пространство! Более массивное тело создает вокруг себя эдакую воронку кривого пространства в которую скатываются другие планеты и объекты имеющие массу.
До принятия теории относительности и релятивистского метода описания природа гравитации, в механике Ньютона существовало некоторое допущение, которое не давало покоя ученным - С какой скоростью во вселенной распространяется гравитация? К примеру согласно представлений Ньютона при удалении от массивного объекта гравитация становилась слабее, но Ньютон считал что даже самая слабая гравитационная сила начинает действовать на тело - МГНОВЕННО!
Эйнштейн считал иначе, так как понятие "мгновенно" не имеет научного обоснования, всегда остается некоторый шанс спросить - насколько мгновенно?
В его теории самой быстрой величиной, была скорость распространения света и соответственно рассуждая в рамках теории относительности, о скорости распространения чего бы то ни было, Эйнштейн не мог принимать противоречивые его же теории постулаты, но согласился что вполне может быть равной скорости света.
Так вот, если гравитация (искривления пространства) может быть нами наблюдаема, только по поведению массивных и малых объектов, то это укладывается в модель покоящейся гравитационной воронки искривления пространства. Так называемойстатичной воронки. То случае изменения параметров массивного тела, к примеру столкновение двух черных дыр, это непременно изменит статичную воронку и вызовет всплеск гравитационного поля - всплеск искривления пространства. Что самой собой разумеется, может иметь последствия распространения данного всплеска на большие расстояния, опять же, согласно скорости света -гравитационные волны. И вот, обнаруженные в сентябре 2015 года, объявленные "существующими" в феврале 2016 года, гравитационные волны в очередной раз подтвердили теорию относительности.
Что же такого парадоксального в этой находке, не только по отношению к альтернативным теориям но и по отношению к самой теории относительности? Что бы ответить на этот вопрос, нам необходимо вернуться на более чем 100 лет назад, во времена когда решался вопрос существования эфира, во времена провала эфирной теории и победы теории относительности.
Как уже и писал раннее о провальном эксперименте Майкельсона-Морли, который подтвердил отсутствие эфира, как наполнителя всего свободного от материи пространства (объема), в опыте использовался прибор, так называемый интерферометр.
Парадоксально в открытии гравитационных волн именно то, что отсутствие положительных результатов данного опыта Майкельсона-Морли, похоронило эфирную теорию и приподняло на пьедестал "теории всего" теорию относительности, а спустя 100 лет положительные результаты этого же эксперимента не сделали обратного, а наоборот опять подтвердили теорию относительности. В общем теория относительности - это такая теория, которая подтверждается абсолютно любыми результатами опытов, как положительными так и отрицательными (с точки зрения сегодняшних физиков теоретиков).
Каким образом были обнаружены гравитационные волны?
Считаю очень важным моментом, будет отметить то, что это не первый случай обнаружения гравитационных волн, и посему непонятная истерия в СМИ и на просторах интернетов по данному поводу вызывает некоторое умиление.
1) Лаплас указал (1802 год) на то, что если бы, гравитация распространялась с задержкой во времени (хотя бы со скоростью света) то орбиты планет эволюционировали со временем. А мы видим что этого не наблюдается.
2) Том Ван Фландерн уже в наше время 90-тые годы, установил что ориентации устремления Земли направлено не к видимому положению Солнца, а к действительному, так как свет испытывает аберрацию, а гравитация нет. Что указывало на скорость распространения гравитации уже как минимум на 10 порядков быстрее скорости света.
3) Опыт Копейкина-Фомалонта указывает на то что скорость распространения гравитационных волн не превышает скорость света. Насколько эти данные достоверны судить сложно, но факт остается фактом - гравитационные волны и их скорость распространения, измеряют, получают результаты, уже давным давно. Где тут сенсация? Непонятно.
Все это скорее походит на то, как обычно выглядят отчеты перед инвесторами. В бурении иногда и нефть заливают в скважину, только ради того что бы показать что деньги полученные от инвесторов на разработку месторождения, были выделены не зря. А тут на построение интерферометров выделили аж 650 млн долларов, нужно же как-то отбивать результаты, от того и эссенция, тьфу ты.. то есть сенсация!
И так, что же такое интерферометр и как с помощью него можно измерить, засечь гравитационные волны?
Прошу прощение за слегка корявый рисунок, но тем не менее на нем изображен интерферометр. Задача интерферометра заключается в отправке идентичного луча света в разных направлениях пространства, с целью выявления разницы в преодолении одинаковых отрезков длинны с последующим отображением этой разницы в виде интерференционного эффекта на детекторе.
И так, из источника световых квантов выпускается луч, который попадает на зеркало №3 где часть луча проходит сквозь зеркало, а другая отправляется в правую часть к зеркалу №2. Далее оба луча отразившись возвращаются обратно на зеркало №3 где вновь соединяются и отправляются в детектор.
Таким образом можно детектировать две вещи:
1) в рамках теории относительности - искривления пространства (гравитационные волны). К примеру если таковые существуют то они непременно будут сокращать длину одного из плеч интерферометра. И в таком случае одному из лучей понадобиться меньше времени на преодоление дистанции что соответственно выявиться на детекторе.
2) в рамках теории эфира, может быть подтверждена анизотропность пространства или эфирный ветер, в следствии чего длины интерферометра не изменяться но измениться скорость света в зависимости от направления луча по отношению к эфирному ветру.
По сценарию №1 - Именно это и произошло в сентябре 2015 года, а результаты этого достижения были оглашены в феврале 2016 года, что ученные поймали гравитационный волны. То есть долетевшая до нас волна искривления пространства (гравитационная волна) изменила геометрические размеры одного из плеч интерферометра и это удалось зафиксировать. Причем спустя совершенно короткий промежуток времени, то же самое зафиксировали и в на другом интерферометре, который находился на удалении от первого в 3000 км. Что позволило сделать выводы о направлении гравитационной волны. Изменения длины, которые произошли на плече интерферометра, примерно сопоставимы с 1/1000 диаметра ядра атома - понимаете да, насколько это незначительная величина?
Разница по времени в фиксировании гравитационных волн в Вашингтоне и Луизиане составила 7 миллисекунд (0.007 мс). Тогда скорость ее распространения составила 3000 км*(1/0.007) = 428 571 км/сек И это при условии что фронт волны шел по линии расположения обеих станций (но с учетом погрешностей и факта лимита любых скоростей в теории относительности, не более скорости света, ее округлили до 300 000 км/сек)
Но самое поразительное в этой истории то, какие выводы сделали ученые из данных весьма незначительных всплесков, если даже они и были - волна пришла с удаления за 1.3 млрд световых лет как следствие слияния двум массивных черных дыр. Тут следует напомнить что такое понятие как "черная дыра" это пока теоретическое явление, то есть существующее только на бумаге. Реального подтверждения существования данных объектов во Вселенной пока не было найдено .
Как я уже и говорил ранее, что теория относительности подтверждается любыми опытами, с неважно какими результатами положительными или отрицательными. Ведь с изменением формы пространства (искривлением) и как следствие изменением геометрических размеров плеч интерферометра, будет так же изменен и путь для светового потока, а следовательно такой разницы обнаружено быть не может. Ведь теория относительности использует это теоретическое явление когда описывает это самое искривление пространства где луч под действием гравитации (области искривления пространства) тоже искривляется. Но как мы видим на работе интерферометров, специально для теории относительности данные процессы с лучом света не протекают)))))) И луч движется уже как бы не обращая внимание на искривление пространства. Но как только будет необходимость использовать данный эффект в пользу очередного подтверждения теории относительности, луч как заколдованный, будет вновь подчиняться искривлению пространства)))). Вот такие дела.
Если бы гравитационные волны существовали бы в том виде в котором это принимает теория относительности, а пространство имеет эти гравитационные волны, летящие со скоростью света с разных уголков Вселенной, то опять же, по Лапласу, орбиты планет и других небесных тел несомненно эволюционировали со временем.
Ах да и еще, данное открытие и подтверждение конечно же, вполне случайно, совпало с 100 летней годовщиной с момента появления теории относительности.
ссылка на оригинал статьи