17. sajandi teisel poolel laienes maailma esimene füüsik Sir Issac Newton Galileo töö, mille kohaselt gravitatsioonilained liikusid kiiremini kui miski muu universum. Kuid 1915. aastal vaidlustas Einstein selle Newtoni füüsika kontseptsiooni, kui avaldas üldise relatiivsusteooria ja soovitas miski ei saa liikuda kiiremini kui valguskiirus, isegi gravitatsioonilained.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Gravitatsioonilainete tähtsus:
- Avab uue akna kosmosesse
- Tõestab Einsteini üldrelatiivsusteooria teooriat
- Kummutab Newtoni teooria, et gravitatsioonilised sündmused toimuvad kõikjal korraga
- Juhtis gravitatsioonilaine spektri avastamist
- See võib viia potentsiaalsete uute seadmete ja tehnoloogiateni
Eepiline sündmus
14. septembril 2015, kui esimesed mõõdetavad gravitatsioonilained jõudsid Maale täpselt samal ajal kui valguslained kahe miljardi augu kokkupõrkest universumi serva lähedal 1,3 miljardit aastat tagasi tõestas Einsteini üldrelatiivsusteooria õige. Mõõdetud USA laser-interferomeetri gravitatsioonilaine observatooriumi, Neitsi detektori ning umbes 70 kosmose- ja maapealse teleskoobi ja vaatluskeskuse poolt. lainetused avasid akna gravitatsioonilaine spektrisse - täiesti uude sagedusriba -, mille kaudu teadlased ja astrofüüsikud nüüd innukalt üle aegruum.
Kuidas teadlased gravitatsioonilaineid mõõdavad
USA-s istuvad LIGO observatooriumid Livingstonis, Louisianas ja Hanfordis Washingtonis. Ehitised sarnanevad ülalt L-ga kahe tiibaga, mis ulatuvad risti 2, 2 miili kaugusel, ankurdatud vaatluskeskuse hoonete 90-kraadine tuum, kus asuvad laser, kiirtejagur, valgusdetektor ja juhtimisseade tuba.
Kui kummagi tiiva otsa on seatud peeglid, siis kaheks jagatud laserkiir kiirendab kummagi käe allapoole löömiseks peegeldub lõpus ja põrkab peaaegu silmapilkselt tagasi, kui see gravitatsioonilaine ei tuvasta. Kuid kui gravitatsioonilaine läbib observatooriumi, mõjutamata selle füüsilist struktuuri, moonutab see gravitatsioonivälja ja venitab aegruumi kangast mööda ühte observatooriumi õlg ja pigistab seda teisele küljele, põhjustades ühe jagatud kiirte naasmise tuumale aeglasemalt kui teine, genereerides väikese signaali, saab ainult valgusdetektor mõõta.
Mõlemad vaatluskeskused toimivad samaaegselt, ehkki gravitatsioonilained löövad veidi erinevalt korda ning andke teadlastele kaks ruumis asuvat andmepunkti, et kolmnurkseks saada ja sündmuse juurde tagasi jõuda asukoht.
Gravitatsioonilained lainetavad aegruumi jätkumist
Newton uskus, et kui suur mass liigub ruumis, liigub ka kogu gravitatsiooniväli silmapilkselt ja mõjutab kõiki gravitatsioonikehasid kogu universumis. Kuid Einsteini üldrelatiivsusteooria viitas sellele, et see on vale. Ta väitis, et ükski teave ühestki kosmosesündmusest ei saa liikuda kiiremini kui valguse kiirus - energia ja teave -, sealhulgas suurte kehade liikumine ruumis. Tema teooria soovitas hoopis, et gravitatsioonivälja muutused liiguksid valguse kiirusel. Nagu kivi viskamine tiiki, kui kaks musta auku ühinevad, näiteks nende liikumine ja ühendamine mass süttib sündmuse, mis ripsib läbi aegruumi kontiinumi, pikendades selle kangast aegruum.
Gravitatsioonilained ja mõjud Maale
Avaldamise ajal kokku neli sündmust, kus kaks musta auku ühinevad ühena erinevates kohtades universum pakkus teadlastele mitmeid võimalusi valguse ja gravitatsioonilainete mõõtmiseks maailmas. Kui vähemalt kolm vaatluskeskust mõõdavad laineid, toimub kaks olulist sündmust: esiteks saavad teadlased sündmuse allika taevas ja teiseks saavad teadlased jälgida lainete põhjustatud ruumi moonutuste mustreid ja võrrelda neid teadaolevate gravitatsiooniliste teooriad. Ehkki need lained moonutavad aegruumi ja gravitatsiooniväljade kangast, läbivad nad füüsikalist ainet ja struktuure, millel puudub vähene jälgitav mõju.
Mida tulevik kätkeb
See eepiline sündmus toimus napilt 100. aastapäevast, mil Einstein 25. novembril 1915 esitles Preisi Kuninglikule Teaduste Akadeemiale oma üldrelatiivsusteooria teooriat. Kui teadlased mõõtsid 2015. aastal nii gravitatsiooni- kui valguslaineid, avas see uue uurimisvaldkonna jätkab astrofüüsikute, kvantfüüsikute, astronoomide ja teiste teadlaste energiat oma teadmata potentsiaalid.
Varem avastasid teadlased elektromagnetilises spektris iga kord uue sagedusriba, näiteks avastasid ja lõid uued tehnoloogiad, mis sisaldasid selliseid seadmed nagu röntgeniaparaadid, raadio- ja televiisorid, mis edastavad raadiolaine spektrit, koos raadiosaatjate, singiraadio, lõpuks mobiiltelefonide ja hulga muude seadmeid. See, mida gravitatsioonilaine spekter teadusele toob, ootab endiselt avastamist.