Στο τελευταίο μέρος του 17ου αιώνα, ο πρώτος φυσικός στον κόσμο, ο Sir Issac Newton, επεκτάθηκε το έργο του Galileo, θεώρησε ότι τα κύματα βαρύτητας ταξίδευαν γρηγορότερα από οτιδήποτε άλλο στο σύμπαν. Αλλά το 1915, ο Αϊνστάιν αμφισβήτησε αυτήν την έννοια της Νεύτωνας φυσικής όταν δημοσίευσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και πρότεινε ότι τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός, ακόμη και βαρυτικά κύματα.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Η σημασία των βαρυτικών κυμάτων:
- Ανοίγει ένα νέο παράθυρο στον Κόσμο
- Αποδεικνύει τη θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν
- Απορρίπτει τη θεωρία του Νεύτωνα ότι τα βαρυτικά γεγονότα συμβαίνουν παντού ταυτόχρονα
- Οδήγησε στην ανακάλυψη του φάσματος βαρυτικών κυμάτων
- Θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιθανές νέες συσκευές και τεχνολογίες
Ένα επικό συμβάν
Στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, όταν τα πρώτα μετρήσιμα βαρυτικά κύματα έφτασαν στη Γη την ίδια στιγμή που τα κύματα του φωτός από τη σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών κοντά στην άκρη του σύμπαντος 1,3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν απέδειξε σωστός. Μετρημένο από το Παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων Laser Interferometer στις ΗΠΑ, τον ανιχνευτή Παρθένου στην Ευρώπη και περίπου 70 διαστημικά και επίγεια τηλεσκόπια και παρατηρητήρια, αυτά κυματισμοί άνοιξαν ένα παράθυρο στο φάσμα των βαρυτικών κυμάτων - μια ολοκαίνουργια ζώνη συχνοτήτων - μέσω της οποίας οι επιστήμονες και οι αστροφυσικοί τώρα βλέπουν με ανυπομονησία το ύφασμα χωροχρόνος.
Πώς οι επιστήμονες μετρούν τα βαρυτικά κύματα
Στις ΗΠΑ, τα παρατηρητήρια LIGO βρίσκονται στο έδαφος στο Λίβινγκστον, τη Λουιζιάνα και το Χάνφορντ της Ουάσιγκτον. Τα κτίρια μοιάζουν με L από πάνω με δύο φτερά που εκτείνονται σε 2 1/2 μίλια σε κάθετες κατευθύνσεις, αγκυροβολημένα τον πυρήνα 90 μοιρών από τα κτήρια του παρατηρητηρίου που στεγάζουν λέιζερ, διαχωριστή δέσμης, ανιχνευτή φωτός και έλεγχο δωμάτιο.
Με καθρέφτες τοποθετημένους στο τέλος κάθε πτέρυγας, μια ακτίνα λέιζερ - χωρισμένη σε δύο - επιταχύνει κάθε βραχίονα για να χτυπήσει καθρέφτες στο τέλος και αναπηδά σχεδόν αμέσως όταν δεν ανιχνεύει ένα βαρυτικό κύμα. Αλλά όταν ένα βαρυτικό κύμα διέρχεται από το παρατηρητήριο χωρίς καμία επίδραση στη φυσική δομή, παραμορφώνει το βαρυτικό πεδίο και απλώνεται το ύφασμα του χωροχρόνου κατά μήκος ενός βραχίονα του παρατηρητηρίου και το πιέζει από την άλλη, προκαλώντας μια από τις διαχωρισμένες ακτίνες να επιστρέψει στον πυρήνα πιο αργή από την άλλη, δημιουργώντας ένα μικρό σήμα μόνο ένας ανιχνευτής φωτός μπορεί μετρούν.
Και τα δύο παρατηρητήρια λειτουργούν ταυτόχρονα, αν και τα κύματα βαρύτητας χτυπούν ελαφρώς διαφορετικά φορές, και παρέχει στους επιστήμονες δύο σημεία δεδομένων στο διάστημα για τριγωνισμό και παρακολούθηση των γεγονότων τοποθεσία.
Τα κύματα βαρύτητας κυματίζουν το διαστημικό χρονικό διάστημα
Ο Νεύτωνας πίστευε ότι όταν μια μεγάλη μάζα κινείται στο διάστημα, ολόκληρο το βαρυτικό πεδίο κινείται επίσης στιγμιαία και επηρεάζει όλα τα βαρυτικά σώματα σε όλο το σύμπαν. Αλλά η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν πρότεινε ότι ήταν λάθος. Ισχυρίστηκε ότι καμία πληροφορία από οποιοδήποτε συμβάν στο διάστημα δεν θα μπορούσε να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός - ενέργεια και πληροφορίες - συμπεριλαμβανομένης της κίνησης μεγάλων σωμάτων στο διάστημα. Η θεωρία του ανέφερε ότι οι αλλαγές στο βαρυτικό πεδίο θα κινούνται με την ταχύτητα του φωτός. Σαν να πετάς ένα βράχο σε μια λίμνη, όταν δύο μαύρες τρύπες συγχωνεύονται, για παράδειγμα, η κίνησή τους και συνδυάζονται η μάζα πυροδοτεί ένα γεγονός που κυματίζει πέρα από το συνεχές διάστημα-χρόνου, επιμηκύνοντας το ύφασμα του χωροχρόνος.
Κύματα βαρύτητας και τα αποτελέσματα στη Γη
Τη στιγμή της δημοσίευσης, συνολικά τέσσερα γεγονότα στα οποία δύο μαύρες τρύπες συγχωνεύονται ως ένα σε διαφορετικές τοποθεσίες στο Το σύμπαν παρείχε στους επιστήμονες πολλές ευκαιρίες για τη μέτρηση του φωτός και των βαρυτικών κυμάτων στα παρατηρητήρια γύρω από το κόσμος. Όταν τουλάχιστον τρία παρατηρητήρια μετρούν τα κύματα, συμβαίνουν δύο σημαντικά γεγονότα: πρώτα, οι επιστήμονες μπορούν να εντοπίσουν με ακρίβεια την πηγή του συμβάντος στο οι ουρανοί, και δεύτερον, οι επιστήμονες μπορούν να παρατηρήσουν τα μοτίβα της διαστημικής παραμόρφωσης που προκαλούνται από τα κύματα και να τα συγκρίνουν με τη γνωστή βαρυτική θεωρίες. Ενώ αυτά τα κύματα διαστρεβλώνουν τον ιστό του χωροχρόνου και των βαρυτικών πεδίων, περνούν μέσα από τη φυσική ύλη και τις δομές με ελάχιστο έως καθόλου παρατηρήσιμο αποτέλεσμα.
Τι κρατά το μέλλον
Αυτό το επικό γεγονός συνέβη λίγο πριν από την 100η επέτειο από την παρουσίαση του Einstein της γενικής θεωρίας της σχετικότητας στη Βασιλική Ακαδημία Επιστημών της Πρωσίας στις 25 Νοεμβρίου 1915. Όταν οι ερευνητές μέτρησαν τόσο τα βαρυτικά όσο και τα φωτεινά κύματα το 2015, άνοιξε ένα νέο πεδίο μελέτης που συνεχίζει να ενεργοποιεί τους αστροφυσικούς, τους κβαντικούς φυσικούς, τους αστρονόμους και άλλους επιστήμονες με το άγνωστο δυνατότητες.
Στο παρελθόν, κάθε φορά που οι επιστήμονες αποκάλυψαν μια νέα ζώνη συχνοτήτων στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, για παράδειγμα, αυτοί και άλλοι ανακάλυψαν και δημιούργησαν νέες τεχνολογίες που περιλαμβάνουν τέτοιες συσκευές όπως μηχανές ακτίνων Χ, ραδιόφωνο και τηλεοπτικές συσκευές που εκπέμπονται από το ραδιοφάσμα, μαζί με φορητά ραδιοτηλέφωνα, ραδιόφωνα ζαμπόν, τελικά κινητά τηλέφωνα και πολλά άλλα συσκευές. Αυτό που φέρνει το φάσμα των βαρυτικών κυμάτων στην επιστήμη περιμένει ακόμα την ανακάλυψή του.
