научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

ОТКРЫТЫ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ

Гравитация

14 сентября  2015 года в 05:51 по летнему североамериканскому восточному времени  детекторы-близнецы лазерной гравитационно-волновой обсерватории LIGO, расположенные в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) в США зарегистрировали всплеск прохождения гравитационной волны. Детекторы LIGO обнаружили относительные колебания, амплитуда которых в десять квинтиллионов раз меньше метра. Это чуть меньше соотношения размера песчинки с расстоянием до ближайших звезд. А 12 февраля 2016 года международная группа ученых, которая уже давно  работала в этом направлении, наконец объявила об открытии гравитационных волн.

 

ЛЕГЕНДА ГЛАСИТ, ЧТО ГРАВИТАЦИЯ БЫЛА ОТКРЫТА ПОСЛЕ ТОГО, КАК ИСААК НЬЮТОН обратил внимание на падающее с дерева яблоко. Отчего, мол, все тела, оказавшиеся без поддержки на какой-то высоте над земной поверхностью, непременно падают на Землю. Известная легенда появилась после того, как биограф великого ученого Уильям Сьюкли написал об этом в книге  "Воспоминания о жизни Ньютона". Причем автор  утверждает, что историю с яблоком рассказал ему сам Ньютон. Так это, или нет, вряд ли имеет большое значение. Все гениальные идеи так или иначе возникают благодаря наблюдательности их авторов.Во всяком случае, другой биограф ученого - Генри Пембертон  о яблоке вообще не упоминает. Он приводит рассуждения Ньютона более подробно: сравнивая периоды нескольких планет и их расстояния до Солнца, он обнаружил, что эта сила должна снижаться в квадратичной пропорциональности с увеличением расстояния. И сам Ньютон в письме, адресованном Эдмунду Галлею (в честь которого была названа комета Галлея) в 1686 г., вспоминал: "В бумагах, написанных более 15 лет назад (точно привести дату я не могу, но, во всяком случае, это было перед началом моей переписки с Ольденбургом), я выразил обратную квадратичную пропорциональность тяготения планет к Солнцу в зависимости от расстояния и вычислил правильное соотношение земной тяжести и conatusrecedendi (стремление) Луны к центру Земли, хотя и не совсем точно".

В любом случае, именно тогда, в семидесятых годах ХVII века впервые был сформулирован Закон всемирного тяготения, согласно которому между материальными телами действует сила взаимного тяготения, которая пропорциональна массам этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Открытие именно этого закона стало самым важным инструментом для решения самых различных задач по определению взаимных движений космических объектов, в том числе для расчета искусственных аппаратов, запускаемых для исследования Космоса.

Примерно через два с половиной столетия после того, как Ньютон впервые понял характер гравитационных взаимодействий, другой великий физик Альберт Эйнштейн объявил о создании новой гравитационной теории. Он опубликовал эту теорию, известную под названием "Общая теория относительности" (ОТО) в 1915-1916 годах. И если в физике, предложенной Ньютоном, описывался характер силы гравитации, то новая теория тяготения  объясняла физическую суть гравитационной силы. Эта теория объясняет гравитацию  с точки зрения геометрии. То есть считается, что единое пространство-время описывается некоторой метрикой как лист бумаги, расчерченный в клетку. Если это "простая бумага в клетку", то мы имеем плоское пространство, где нет возмущающих масс. Если же вместо этого плоского листа представим резиновую эластичную плоскость, на поверхности которой находятся, скажем, металлические шарики разных размеров и масс, то в силу воображения увидим, что эти шарики формируют углубления разных диаметров и глубины. На этих углублениях однородный узор в клетку искажается. Именно так представляют специалисты по теории тяготения наше пространство-время, однородность которого искажена теми материальными объектами, которые находятся в ней.

ГравитацияНО ВСЕМ ХОРОШО ИЗВЕСТНО, ЧТО ВО ВСЕЛЕННОЙ ВСЕ НАХОДИТСЯ В ПОСТОЯННОМ ДВИЖЕНИИ: галактики удаляются друг от друга, при этом они вращаются вокруг собственного ядра, двойные звезды вращаются вокруг общего центра тяжести, планеты вращаются вокруг звезд, спутники вращаются вокруг планет и т.д. Это означает, что все время картина искаженности пространства-времени меняется. Тем самым движущиеся массы будут постоянно возмущать пространство, вследствие чего все время по этому пространству будет бежать рябь возмущения. Именно это распространение возмущения, которое напоминает волну на поверхности воды, называется "гравитационной волной". Но если на поверхности воды мы наблюдаем волнообразное колебание самих водных масс, то в случае гравитационных волн происходит распространение изменения пространственной метрики. Образно говоря, пространство ведет себя так, что по пути распространения гравитационной ряби все материальные тела, подчиняясь изменениям метрики, изменяют свои размеры в одном направлении, в другом направлении и возвращаются в прежнее состояние. По крайней мере так себе представляют происходящее физики, которые имеют дело с этим явлением.

Интересное совпадение. Открытие гравитационных волн произошло ровно через 100 лет после создания Общей теории относительности. Хотя до этого тоже были сообщения об открытии этих волн, но эти сообщения либо не подтвердились, либо основывались на косвенных явлениях. Еще в 80-х годах прошлого века американский физик Джозеф Вебер старался эмпирическим путем открыть гравитационные волны и с этой целью построил детектор, представляющий собой алюминиевый цилиндр, оснащенный датчиками, которые должны были регистрировать влияние прохождения гравитационных волн через цилиндр. Правда, чувствительность этого детектора была в миллионы раз ниже по сравнению с приборами в современной обсерватории LIGO, но именно детектор Вебера обеспечил огромный всплеск интереса ученых к данной проблеме. И именно этот всплеск всеобщего интереса в конечном счете обеспечил большой успех ученых в данной области.

Следует отметить, что ученые не сомневались в самом существовании гравитационных волн, которые были предсказаны еще теорией Эйнштейна. Исследователи просто искали то, в существовании чего даже не сомневались. В этом затяжном процессе поиска были также и успехи, когда вместо непосредственной регистрации самих волн, они сумели обнаружить эффекты, которые обусловлены именно их существованием. Таким образом, эффект существования гравитационных волн в 1974 году был зарегистрирован с помощью наблюдений двойного пульсара. Более того, Рассел Халс и Джозеф Тейлор, которые на радиотелескопе обсерватории Арисебо открыли эту систему, состоящую из двух пульсаров, в 1993 году получили Нобелевскую премию "За открытие нового типа пульсаров, давшее новые возможности в изучении гравитации".

ТО, ЧТО НА ЭТОТ РАЗ ЗАРЕГИСТРИРОВАЛИ ДЕТЕКТОРЫ ОБСЕРВАТОРИИ LIGO, можно сказать, является непосредственным воздействием гравитационных волн на приборы. Вследствие прохождения волн изменились взаимные расстояния зеркал, которые все время были "под присмотром" лазерных лучей. Расстояния изменились на незначительную длину, которая описывается числом, в котором единица стоит за 18-ю нулями после запятой. Это действительно чрезвычайно малое число. Регистрация такого смещения сама уже является очень крупным техническим достижением. И это незначительное изменение, которое, по утверждению участников проекта, было спровоцировано гравитационной катастрофой, происходившей на расстоянии 1,3 млрд световых лет, стало тем аргументом, который окончательно доказал существование гравитационных волн.

Да, по-видимому, столетнее ожидание, можно считать, завершилось. Но это не означает, что завершена также и охота за гравитационными волнами. Их регистрация просто убедила ученых, что они на верном пути, что они могут пойти дальше по этому пути. Нет сомнений, что новые эксперименты продолжатся в многократно усиленном темпе, так как любой удачный физический опыт стимулирует прогресс в данном направлении. Будет много новых исследований и опытов, которые помогут разобраться с новыми тайнами, связанными с явлением гравитации. Ведь известно, что решение одной задачи всегда порождает несколько новых…

Опубликовано в Лаборатория
Прочитано 531 раз
Оцените материал
(0 голосов)

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх