Prečo je objav gravitačných vĺn dôležitý?

V druhej polovici 17. storočia expanduje prvý fyzik na svete Sir Issac Newton práca Galileoho predpokladala, že gravitačné vlny putovali rýchlejšie ako čokoľvek iné v USA vesmír. Ale v roku 1915 Einstein spochybnil tento koncept newtonovskej fyziky, keď vydal Všeobecnú teóriu relativity a navrhol, že nič nemôže cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla, dokonca aj gravitačné vlny.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Dôležitosť gravitačných vĺn:

• Otvára nové okno do vesmíru
• Dokazuje Einsteinovu teóriu všeobecnej relativity
• Vyvracia Newtonovu teóriu, že gravitačné udalosti sa vyskytujú všade naraz
• Viedol k objavu gravitačného vlnového spektra
• Môže to viesť k potenciálnym novým zariadeniam a technológiám

14. septembra 2015, keď prvé merateľné gravitačné vlny dosiahli Zem presne v rovnakom čase ako svetelné vlny z kolízie dvoch čiernych dier blízko okraja vesmíru pred 1,3 miliardami rokov dokázala Einsteinova všeobecná teória relativity správne. Merané laserovým interferometrom Gravitačné vlnové observatórium v ​​USA, detektorom Panny v Európe a približne 70 vesmírnymi a pozemnými teleskopmi a observatóriami, tieto vlnky otvorili okno do spektra gravitačných vĺn - úplne nového frekvenčného pásma - cez ktoré teraz vedci a astrofyzici dychtivo hľadia cez štruktúru vesmírny čas.

V USA sedia observatóriá LIGO na zemi v Livingstone v Louisiane a v Hanforde vo Washingtone. Budovy zhora pripomínajú písmeno L s dvoma krídlami, ktoré sa rozprestierajú na 2 1/2 míle v kolmých smeroch ukotvené na 90-stupňový jadro budovami hvezdárne, v ktorých je umiestnený laser, rozdeľovač lúčov, detektor svetla a riadenie miestnosti.

So zrkadlami nastavenými na konci každého krídla, laserový lúč - rozdelený na dve časti - zrýchľuje po každej ruke a dopadá na zrkadlá na konci a odrazí sa takmer okamžite naspäť, keď nezistí gravitačnú vlnu. Ale keď gravitačná vlna prechádza observatóriom bez účinku na fyzickú štruktúru, deformuje gravitačné pole a tiahne štruktúru časopriestoru pozdĺž jednej rameno observatória a stlačí ho na druhé, čo spôsobí, že sa jeden z rozdelených lúčov vráti k jadru pomalšie ako druhý, a vytvorí malý signál, ktorý dokáže iba detektor svetla. merať.

Obidve observatóriá fungujú súčasne, hoci gravitačné vlny dopadajú mierne odlišne krát a poskytnúť vedcom dva dátové body vo vesmíre na trianguláciu a spätné sledovanie udalosti umiestnenie.

Newton veril, že keď sa veľká hmota pohybuje vo vesmíre, celé gravitačné pole sa tiež pohybuje okamžite a ovplyvňuje všetky gravitačné telesá vo vesmíre. Ale Einsteinova všeobecná teória relativity naznačovala, že to bolo nepravdivé. Tvrdil, že žiadne informácie zo žiadnych udalostí vo vesmíre nemôžu cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla - energie a informácií - vrátane pohybu veľkých telies vo vesmíre. Jeho teória namiesto toho naznačovala, že zmeny v gravitačnom poli sa budú pohybovať rýchlosťou svetla. Ako hodiť skalu do rybníka, keď sa napríklad spoja dve čierne diery, ich pohyb a spojenie omša iskrí udalosť, ktorá sa vlní naprieč časopriestorovým kontinuom a predlžuje štruktúru vesmírny čas.

V čase publikácie celkom štyri udalosti, pri ktorých sa dve čierne diery zlúčili ako jedna na rôznych miestach v vesmír poskytol vedcom viac príležitostí na meranie svetelných a gravitačných vĺn na observatóriách v okolí svet. Keď najmenej tri observatóriá zmerajú vlny, dôjde k dvom významným udalostiam: po prvé, vedci môžu presnejšie lokalizovať zdroj udalosti v nebesá, a po druhé, vedci môžu pozorovať vzorce skreslenia priestoru spôsobené vlnami a porovnávať ich so známymi gravitáciami teórie. Zatiaľ čo tieto vlny deformujú štruktúru časopriestorových a gravitačných polí, prechádzajú fyzickou hmotou a štruktúrami s malým alebo žiadnym pozorovateľným účinkom.

Táto epická udalosť sa stala tesne pred 100. výročím Einsteinovho predstavenia jeho všeobecnej teórie relativity Kráľovskej pruskej akadémii vied 25. novembra 1915. Keď vedci v roku 2015 merali gravitačné aj svetelné vlny, otvorilo to nový študijný odbor naďalej energizuje astrofyzikov, kvantových fyzikov, astronómov a ďalších vedcov neznámou potenciály.

V minulosti vždy, keď vedci odhalili nové frekvenčné pásmo v elektromagnetickom spektre, napríklad oni a ďalší objavili a vytvorili nové technológie, ktoré zahŕňajú napríklad zariadenia ako röntgenové prístroje, rozhlasové a televízne prijímače, ktoré vysielajú z rádiového spektra, vysielačky, rádioprijímače, prípadne mobilné telefóny a veľa ďalších zariadenia. Čo spektrum gravitačných vĺn prináša vede ešte čaká na objavenie.