Уникальное открытие гравитационных волн
Предисловие
400 лет назад Ньютону на голову упало яблоко, и он объявил: «Все тела притягиваются друг к другу». Впервые было дано понятие о гравитации, и у этой «ньютоновской гравитации» не было никаких волн.
Но только 100 лет назад, в начале 20-го века, другой ученый, Альберт Эйнштейн, пояснил, что гравитация - это искривление пространства. И нет никакого отдельного пространства, нет независимого времени, а есть одно целое пространство-время, являющееся четвертой координатой, в дополнении к трем пространственным. Именно искривление четырехмерного пространства и есть гравитация.
Искривление пространство - время.
Согласно Эйнштейну, присутствие массы искривляет и гнет пространство-время вокруг себя. То есть, Земля никоим образом не притягивает яблоко, и брошенное яблоко по инерции продолжает лететь строго прямо. Однако само пространство-время искривлено, то есть, прямая линия, по которой летит яблоко, искривляется и упирается в поверхность Земли.
И вращающаяся планета Земля тянет за собой, допустим, не яблоко, не воздух вокруг себя, а само пространство-время, сквозь которое падает яблоко. Поэтому оно упадет не строго вниз, а чуточку сместившись по направлению вращения. Из-за невеликой массы Земли эффект небольшой, но при помощи сверхточных приборов данное отклонение было зафиксировано, и это экспериментально доказанный факт.
В обсерватории LIGO
Эйнштейн оказался прав: гравитационные волны найдены
Международная группа физиков зафиксировала гравитационные волны Эйнштейна в пространстве-времени. Волны были зафиксированы детекторами гравитационной обсерватории LIGO в штатах Луизиана и Вашингтон методом лазерной интерферометрии..
Ученые смогли также конвертировать волны в звук и проиграть его на пресс-конференции.
Так что же это такое - гравитационные волны?
Сначала можно рассмотреть уже известные виды волн.
От движущегося поплавка в воде возникают волны на поверхности озера.
От гитарной струны при игре получается звук, то есть акустические волны воздуха.
Электроны при движении излучают электромагнитную волну.
Далее, радиоволны - электромагнитное излучение с длинами волн в электромагнитном спектре длиннее инфракрасного излучения.
Естественными источниками радиоволн являются молнии и астрономические объекты. Искусственно созданные радиоволны используются для спутников связи, компьютерных сетей, радиосвязи,и др.
Если взять эбонитовую палочку, потереть ее о мех и начать трясти заряженной палочкой в воздухе, то можно стать излучателем радиоволн.
Стандартный радиоприемник такую передачу не поймает, но она есть, и эти персональные радиоволны можно обнаружить.
Эбонитовая палочка плюс еще рука ведь что-то весят! Перемещение с ускорением массы в пространстве создает гравитационные волны. Правило простое: перемещение заряда порождает электромагнитную волну, а перемещение массы рождает гравитационную.
Получается, что каждый человек - генератор гравитационных волн. Все дело лишь в интенсивности усилий. Пребывание человека в этом мире четко фиксируется. Стоит лишь взмахнуть рукой, - и во все стороны Вселенной со скоростью света помчатся волны пространства-времени. Излучать гравитационные волны могут любые движущиеся тела: и планеты, и брошенный вверх камень, и этот взмах руки.
Гравитационное взаимодействие гораздо слабей электромагнитного. А значит построить прибор для детектирования гравитационных волн (гравитоприемник) гораздо сложней. Чтобы создать мощную волну, нужно очень сильно исказить пространство-время. Идеальный вариант - две черные дыры, вращающиеся друг вокруг друга в тесном танце.
Обсерватория LIGO зарегистрировала гравитационно-волновой всплеск, порожденный слиянием двух черных дыр с массами 29 и 36 солнечных масс в далекой галактике на расстоянии примерно 1,3 млрд световых лет.
Итак, согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, любая материя, движущаяся с ускорением, создает возмущение пространства-времени - гравитационную волну. Это возмущение тем больше, чем выше ускорение и масса объекта.
Выводы
Изучение гравитационных волн даст новый уровень знаний о том, как создавалась Вселенная, ведь гравитационные волны не поглощаются веществом, для них нет преград, и - теоретически - можно будет заглянуть в прошлое.
Теория Эйнштейна, оказавшись достоверной, открыла новое направление изучения Вселенной - гравитационную астрономию.
Если рассматривать Солнечную систему, например, то наибольшее гравитационное излучение производит подсистема Солнца и Юпитера. В ней пара этих массивных объектов при движении вокруг общего центра масс постепенно теряет энергию, испуская гравитационные волны.
Теория Относительности Эйнштейна объясняет множество феноменов, которые не могут существовать в ньютоновской теории. К примеру, эффекты замедления времени в полях мощного тяготения (как в фильме «Интерстеллар» на планете, которая вращалась вокруг черной дыры, и где один час длился семь лет).
Или эффект гравитационного линзирования, когда пролетая мимо существенной массы, свет уже не путешествует по прямой.
Ученый, который консультировал съемочную группу фантастического фильма «Интерстеллар», убежден: фантастика очень скоро станет реальностью, например, создание разнообразных гравитационных двигателей.
В ближайшие годы предстоит построить новые обсерватории с крайне чувствительными к подобным колебаниям антеннами. Однако уже сейчас можно сказать, что мир на пороге изменения всей геометрии пространства.
Click to viewСплющивание Земли под воздействием гравитационных волн (для наглядности демонстрации масштаб эффекта увеличен, в реальности воздействие гравитационной волны значительно слабее
Звук гравитационных волн