เหตุใดการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงจึงมีความสำคัญ

ในช่วงหลังของศตวรรษที่ 17 นักฟิสิกส์คนแรกของโลก Sir Issac Newton ได้ขยายความ ผลงานของกาลิเลโอระบุว่าคลื่นความโน้มถ่วงเดินทางเร็วกว่าสิ่งอื่นใดใน in จักรวาล. แต่ในปี ค.ศ. 1915 ไอน์สไตน์ได้โต้แย้งแนวคิดของฟิสิกส์ของนิวตันนี้ เมื่อเขาตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและเสนอว่า ไม่มีอะไรเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วแสงแม้กระทั่งคลื่นความโน้มถ่วง

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ความสำคัญของคลื่นความโน้มถ่วง:

• เปิดหน้าต่างใหม่สู่จักรวาล
• พิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์
• หักล้างทฤษฎีของนิวตันที่ว่าเหตุการณ์ความโน้มถ่วงเกิดขึ้นทุกหนทุกแห่งพร้อมกัน
• นำไปสู่การค้นพบสเปกตรัมคลื่นโน้มถ่วง
• อาจนำไปสู่อุปกรณ์และเทคโนโลยีใหม่ที่มีศักยภาพ

เมื่อวันที่ 14 กันยายน 2558 เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงที่วัดได้ครั้งแรกมาถึงโลกในเวลาเดียวกับที่คลื่นแสงทำ จากการชนกันของหลุมดำสองแห่งใกล้ขอบจักรวาลเมื่อ 1.3 พันล้านปีก่อน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้รับการพิสูจน์แล้ว แก้ไข. วัดโดย Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ในสหรัฐอเมริกา เครื่องตรวจจับ Virgo ในยุโรป และ 70 หรือมากกว่านั้นในอวกาศและกล้องโทรทรรศน์และหอดูดาวบนพื้นดิน ระลอกคลื่นเปิดหน้าต่างสู่สเปกตรัมคลื่นโน้มถ่วง ซึ่งเป็นคลื่นความถี่ใหม่ล่าสุด ซึ่งนักวิทยาศาสตร์และนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้มองผ่านผืนผ้าของ กาลอวกาศ

ในสหรัฐอเมริกา หอดูดาว LIGO ตั้งอยู่บนพื้นดินในลิฟวิงสตัน ลุยเซียนา และแฮนฟอร์ด วอชิงตัน ตัวอาคารมีลักษณะคล้ายตัว L จากด้านบน โดยมีปีกสองปีกยาว 2 1/2 ไมล์ในแนวตั้งฉาก ทอดสมออยู่ที่ ปม 90 องศาโดยอาคารหอสังเกตการณ์ที่มีเลเซอร์ ตัวแยกลำแสง เครื่องตรวจจับแสงและการควบคุม ห้อง.

เมื่อติดตั้งกระจกไว้ที่ปลายปีกแต่ละข้าง ลำแสงเลเซอร์ - แบ่งออกเป็นสองส่วน - เร่งความเร็วของแขนแต่ละข้างเพื่อกระแทก to สะท้อนที่ปลายและสะท้อนกลับเกือบจะในทันทีเมื่อตรวจไม่พบคลื่นความโน้มถ่วง แต่เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงผ่านหอดูดาวโดยไม่มีผลกระทบต่อโครงสร้างทางกายภาพ มันจะบิดเบือนสนามโน้มถ่วงและยืดโครงสร้างของกาลอวกาศไปพร้อมกัน แขนของหอดูดาวแล้วบีบเข้าหากัน ทำให้ลำแสงแยกส่วนหนึ่งกลับมาที่จุดศูนย์กลางช้ากว่าอีกลำหนึ่ง ทำให้เกิดสัญญาณเล็กๆ ที่เครื่องตรวจจับแสงเท่านั้นที่ทำได้ วัด.

หอดูดาวทั้งสองแห่งทำงานพร้อมกัน แม้ว่าคลื่นความโน้มถ่วงจะกระทบต่างกันเล็กน้อย ครั้ง และให้นักวิทยาศาสตร์มีจุดข้อมูลสองจุดในอวกาศเพื่อวิเคราะห์และติดตามกลับไปที่เหตุการณ์ สถานที่

นิวตันเชื่อว่าเมื่อมีมวลมากเคลื่อนที่ในอวกาศ สนามโน้มถ่วงทั้งหมดจะเคลื่อนที่ในทันทีและส่งผลต่อวัตถุโน้มถ่วงทั้งหมดทั่วทั้งจักรวาล แต่ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ชี้ว่าเป็นเท็จ เขายืนยันว่าไม่มีข้อมูลจากเหตุการณ์ใดในอวกาศที่สามารถเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วของแสง – พลังงานและข้อมูล – รวมถึงการเคลื่อนไหวของวัตถุขนาดใหญ่ในอวกาศ ทฤษฎีของเขาแนะนำว่าการเปลี่ยนแปลงในสนามโน้มถ่วงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง เหมือนโยนหินลงสระ เมื่อหลุมดำ 2 หลุมมาบรรจบกัน เช่น การเคลื่อนที่เข้าหากัน มวลจุดประกายเหตุการณ์ที่กระเพื่อมข้ามความต่อเนื่องของกาลอวกาศ ยืดเส้นสายของ กาลอวกาศ

ณ เวลาที่เผยแพร่ มีเหตุการณ์ทั้งหมดสี่เหตุการณ์ที่หลุมดำสองหลุมรวมเป็นหนึ่งเดียวในสถานที่ต่างๆ ใน จักรวาลเปิดโอกาสให้นักวิทยาศาสตร์ได้วัดคลื่นแสงและความโน้มถ่วงที่หอดูดาวรอบโลก โลก. เมื่อหอสังเกตการณ์อย่างน้อยสามแห่งวัดคลื่น จะเกิดเหตุการณ์สำคัญสองเหตุการณ์: อันดับแรก นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุแหล่งที่มาของเหตุการณ์ได้อย่างแม่นยำมากขึ้นใน สวรรค์ และประการที่สอง นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตรูปแบบของการบิดเบี้ยวของอวกาศที่เกิดจากคลื่นและเปรียบเทียบกับความโน้มถ่วงที่ทราบได้ ทฤษฎี แม้ว่าคลื่นเหล่านี้จะบิดเบือนโครงสร้างของกาลอวกาศและสนามโน้มถ่วง แต่คลื่นเหล่านี้เคลื่อนผ่านสสารและโครงสร้างทางกายภาพโดยมีผลที่สังเกตได้เพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย

เหตุการณ์อันยิ่งใหญ่นี้เกิดขึ้นเพียงช่วงสั้น ๆ ของวันครบรอบ 100 ปีของการนำเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ต่อราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์ปรัสเซียน เมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน พ.ศ. 2458 เมื่อนักวิจัยวัดทั้งคลื่นความโน้มถ่วงและคลื่นแสงในปี 2558 ได้เปิดสาขาการศึกษาใหม่ที่ ยังคงให้พลังแก่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ นักฟิสิกส์ควอนตัม นักดาราศาสตร์ และนักวิทยาศาสตร์อื่นๆ อย่างต่อเนื่องโดยไม่ทราบสาเหตุ ศักยภาพ

ในอดีต ทุกครั้งที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบแถบความถี่ใหม่ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น พวกเขาและคนอื่นๆ ได้ค้นพบและสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆ ซึ่งรวมถึง อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องเอ็กซ์เรย์ วิทยุและโทรทัศน์ที่ออกอากาศจากสเปกตรัมคลื่นวิทยุพร้อมกับเครื่องส่งรับวิทยุ วิทยุแฮม ในที่สุดโทรศัพท์มือถือและอีกหลายอย่าง อุปกรณ์ สิ่งที่สเปกตรัมคลื่นโน้มถ่วงนำมาสู่วิทยาศาสตร์ยังคงรอการค้นพบ