И който не е разбрал, ще разбере

Антония Михайлова

15 февруари 2016 г. в 00:35
Последно: 19 юни 2024 г. в 10:27

Физиците от международната колаборация LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) откриха експериментално вълните на пространство-времето.

Откритието претендира за Нобелова награда. Какво трябва да знаем за това събитие?

Какво точно откриха?

Физиците са регистрирали пряко гравитационни вълни. Това се е случило на 14 септември 2015 година в 5:51 часа лятно северноамериканско източно време (12:51 часа българско) на двата детектора на обсерваторията LIGO.

Те са породени от две черни дупки (29 и 36 пъти по-тежки от Слънцето) в последните части от секундата преди тяхното сливане в по-масивен въртящ се гравитационен обект (62 пъти по-тежък от Слънцето).

Детекторът LIGO.

За части от секундата около три слънчеви маси се превърнали в гравитационни вълни, чиято максимална мощност на излъчване била около 50 пъти по-голяма, отколкото на цялата видима Вселена. Сливането на черни дупки се е случило преди 1,3 милиарда години (толкова време гравитационното смущение се е разпространявало до Земята).

Кое е важно?

Първо, физиците за първи път пряко са регистрирали гравитационни вълни. Преди това е ставало само по косвен път в наблюдения на загубата на енергия от пулсари. Второ, общата теория на относителността, формулирана през 1915 година от Алберт Айнщайн, отново е била потвърдена.

Трето, учените още веднъж са доказали съществуването на черни дупки. Експериментите на физиците отлично се обясняват със съвременни теоретични модели. Четвърто, физиците са демонстрирали на астрономите възможностите за изследване на Космоса с помощта на гравитацията.

Досега основната информация за далечни обекти е получаван в електромагнитните диапазони (оптичен, рентгенов, инфрачервен и ултравиолетов). Основната инициатива за създаването на LIGO е била на физиците, докато астрономите предпочитали да продължат изследването на Космоса с консервативни методи.

Защо са ги открили?

Повишението на чувствителността на гравитационно-вълновите антени може да доведе до откриването на множество източници на вълните на пространство-времето. С тази цел може да бъдат модернизирани съществуващите гравитационни обсерватории и да се открият нови. Прогресът в зараждащия се нов метод за изследване на Космоса ограничава стойността на гравитационните обсерватории (LIGO е струвала около 370 милиона долара).

Струните във Вселената на ранните етапи на нейното развитие.
© B. Allen & E.P. Shellard

В перспектива с помощта на гравитационно-вълновите антени може с висока скорост да се измери ускореното разширение на Вселената, да се оцени работоспособността на съществуващите космологични модели, да се провери отклонението от сферичните форми на неутронните звезди и да се открият (в случай че съществуват) космическите струни – едномерни дефекти на пространство-времето, възникнали след Големия взрив.

Що е то гравитационна вълна?

Гравитационната вълна представлява колебание на пространство-времето – казано с други думи, разпространяваща се в него вълна. Масивно тяло, поместено в пространство-времето, предизвиква неговото изкривяване.

Например траекторията на светлинен лъч, разпространяваща се до тежък обект, се изкривява. Ефектът е потвърден експериментално.

Какво е черната дупка?

През 1916 г. ученият Карл Шварцшилд намерил първото решение на уравненията от общата теория на относителността на Айнщайн. То описва гравитационно поле, създадено от централно-симетрично разпределение на маси с нулев електрически заряд. Това решение съдържало така наречения гравитационен радиус на тялото, определящ размерите на обект със сферично-симетрично разпределяне на материята, който фотоните (движещи се със скоростта на светлината кванти на електромагнитното поле) не са способни да напуснат.

Определената по такъв начин сфера на Шварцшилд е тъждествена на понятието хоризонт на събитията, а масивният ограничен от нея обект – на черна дупка. Описаната от Шварцшилд черна дупка се явява статична, тоест неподвижна (не се върти). В природата такива дупки, по всяка видимост, няма. Практически всяка черна дупка ще се върти и ще има ненулев заряд (за това е достатъчно тя да погълне поне една заредена елементарна частица). Въртящите се заредени черни дупки са описани за първи път от Рой Кер, който наскоро получи награда Крафурд за това.

Чия е заслугата?

Обсерваторията LIGO представлява гравитационно-вълнова антена, образувана от два идентични детектора, разположени в Ливингстън (щата Луизиана) и Ханфорд (щата Вашингтон) в САЩ на разстояние повече от 3000 километра една от друга.