17. gadsimta otrajā pusē pasaulē pirmais fiziķis sers Issaks Ņūtons turpināja darbu Galileo darbs, kas liek domāt, ka gravitācijas viļņi pārvietojās ātrāk nekā jebkas cits Visums. Bet 1915. gadā Einšteins apstrīdēja šo Ņūtona fizikas jēdzienu, kad viņš publicēja Vispārējo relativitātes teoriju un ieteica nekas nevar pārvietoties ātrāk par gaismas ātrumu, pat gravitācijas viļņi.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Gravitācijas viļņu nozīme:
- Atver jaunu logu kosmosā
- Pierāda Einšteina vispārējās relativitātes teoriju
- Apgāž Ņūtona teoriju, ka gravitācijas notikumi notiek visur vienlaikus
- Veda pie gravitācijas viļņu spektra atklāšanas
- Var novest pie potenciāli jaunām ierīcēm un tehnoloģijām
Episks notikums
2015. gada 14. septembrī, kad pirmie izmērāmie gravitācijas viļņi sasniedza Zemi tieši tajā pašā laikā, kad to izdarīja gaismas viļņi no divu melno caurumu sadursmes netālu no Visuma malas pirms 1,3 miljardiem gadu Einšteina vispārējā relativitātes teorija pierādīja pareizi. Mērot lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijā ASV, Jaunavas detektorā Eiropā un apmēram 70 kosmosa un zemes teleskopos un observatorijās, šie viļņojumi pavēra logu gravitācijas viļņu spektrā - pavisam jaunā frekvenču joslā -, caur kuru zinātnieki un astrofiziķi ar nepacietību tagad skatās pāri telpa-laiks.
Kā zinātnieki mēra gravitācijas viļņus
ASV LIGO observatorijas sēž uz zemes Livingstonā, Luiziānā un Hanfordā, Vašingtonā. Ēkas no augšas atgādina L ar diviem spārniem, kas perpendikulāros virzienos ir 2/2 jūdzes, noenkuroti observatorijas ēku 90 grādu būtība, kurā atrodas lāzers, staru sadalītājs, gaismas detektors un vadība istaba.
Ar spoguļiem, kas uzstādīti katra spārna galā, lāzera stars, kas sadalīts divās daļās, ātrumu nosaka pa katru roku, lai trāpītu spoguļi beigās un gandrīz uzreiz atlec, kad tas nenosaka gravitācijas vilni. Bet, kad gravitācijas vilnis iziet cauri observatorijai, neietekmējot fizisko struktūru, tas izkropļo gravitācijas lauku un stiepj telpas-laika audumu gar vienu observatorijas roku un saspiež to uz otru, liekot vienam no sadalītajiem stariem atgriezties pie galvenā centra lēnāk nekā otram, radot nelielu signālu, tikai gaismas detektors var mērs.
Abas observatorijas darbojas vienlaikus, lai gan gravitācijas viļņi ir nedaudz atšķirīgi reizes, un sniedz zinātniekiem divus datu punktus kosmosā, lai trīsstūrveida un izsekotu notikumam atrašanās vieta.
Gravitācijas viļņi viļņo telpas-laika turpinājumu
Ņūtons uzskatīja, ka tad, kad kosmosā pārvietojas liela masa, arī viss gravitācijas lauks kustas acumirklī un ietekmē visus gravitācijas ķermeņus visā Visumā. Bet Einšteina vispārējā relativitātes teorija liecināja, ka tas ir nepatiess. Viņš apgalvoja, ka nekāda informācija no jebkura notikuma kosmosā nevar pārvietoties ātrāk nekā gaismas ātrums - enerģija un informācija -, ieskaitot lielu ķermeņu kustību kosmosā. Viņa teorija tā vietā ieteica, ka izmaiņas gravitācijas laukā virzīsies ar gaismas ātrumu. Tāpat kā iemest akmeni dīķī, kad saplūst divi melnie caurumi, piemēram, to kustība un apvienošanās masu dzirksteļo notikumu, kas viļņojas pa telpas-laika kontinuumu, pagarinot tā audumu telpa-laiks.
Gravitācijas viļņi un ietekme uz Zemi
Publicēšanas laikā kopā četri notikumi, kuros divi melnie caurumi saplūst kā viens dažādās vietās Visums nodrošināja zinātniekiem vairākas iespējas mērīt gaismas un gravitācijas viļņus observatorijās ap pasaulē. Kad vismaz trīs observatorijas mēra viļņus, notiek divi nozīmīgi notikumi: pirmkārt, zinātnieki var precīzāk noteikt notikuma avotu debesīs, otrkārt, zinātnieki var novērot viļņu radītos kosmosa deformācijas modeļus un salīdzināt tos ar zināmiem gravitācijas teorijas. Kaut arī šie viļņi izkropļo telpas-laika un gravitācijas lauku audumu, tie iziet cauri fiziskajai vielai un struktūrām ar nelielu vai bez ievērojamu efektu.
Kas ir nākotne
Šis episkais notikums notika neilgi pēc simtās gadadienas kopš Einšteins 1915. gada 25. novembrī Prinsijas Zinātņu akadēmijai iesniedza savu vispārējās relativitātes teoriju. Kad pētnieki 2015. gadā mērīja gan gravitācijas, gan gaismas viļņus, tas pavēra jaunu pētījumu lauku turpina enerģēt astrofiziķus, kvantu fiziķus, astronomus un citus zinātniekus ar nezināmo potenciālu.
Iepriekš katru reizi, kad zinātnieki elektromagnētiskajā spektrā atklāja jaunu frekvenču joslu, piemēram, viņi un citi atklāja un radīja jaunas tehnoloģijas, kas ietver šādas ierīces kā rentgena aparāti, radio un televīzijas aparāti, kas pārraida no radioviļņu spektra, kopā ar rācijām, šķiņķa radioaparātiem, galu galā mobilajiem tālruņiem un vēl virkni citu ierīču. ierīces. Tas, ko gravitācijas viļņu spektrs nes zinātnei, joprojām gaida atklājumus.