I början av 2016 registrerade ett internationellt samarbete mellan fysiker gravitationella vågor för första gången i människans historia. Vågorna genererades genom sammanslagning av två svarta hål och upptäcktes med hjälp av en speciell detektor-interferometer LIGO, som ligger i USA. Vad är gravitationella vågor, varför tog det ett sekel att upptäcka dem, och vilken roll har ryska forskare i detta? Chefen för ISUs astronomiska observatorium, vetenskaplig chef för Irkutsk Planetarium Sergey Yazev berättade om detta till "Oblastnaya".
- För hundra år sedan avslutade Albert Einstein sitt arbete med den allmänna relativitetsteorin. Teorin, ny vid den tiden, tillät existensen av så kallade gravitationsvågor, som uppstår ständigt och överallt. Ett enkelt exempel: vi vinkar med handen, gravitationsvågor avviker från handen. Men tyngdkraften är den svagaste kraften i naturen, och två faktorer krävs för att fixera gravitationella vågor. Först måste det finnas någon kraftfull händelse där gigantiska massor är inblandade, till exempel sammanslagning av stjärnor med varandra, en stjärns fall på en annan eller något liknande. Och för det andra behöver vi otroligt känslig utrustning som skulle spela in signalen från denna händelse på jorden.
Idén om hur man registrerar gravitationsvågor har funnits i årtionden. Fysiker förstod helt vad som behövdes göras, men den nödvändiga tekniken existerade helt enkelt inte på länge. Den USA-baserade LIGO-interferometer-detektorn, som upptäckte gravitationsvågsignaler, blev tänkt tillbaka 1992. Under lång tid kunde fysiker inte fixa någonting eftersom installationen saknade känslighet. Faktum är att gravitationsvågor i själva verket är vibrationer från en viss enhet, som fysiker kallar "rymdtid". Detta betyder till exempel att avståndet mellan två element i installationen kan börja fluktuera, eftersom själva utrymmet ändrar dess egenskaper. Det visade sig att den nödvändiga känsligheten hos enheten är utanför gränserna för verklig uppfattning - amplituden av svängningar bör vara cirka 10 tusen gånger mindre,än storleken på atomkärnan. Detta är fantastisk noggrannhet. Förra året moderniserades installationen, varefter det var möjligt att spela in en signal från universums djup om en extremt kraftfull händelse - sammanslagning av två svarta hål. Det hände för en miljard för trehundra miljoner år sedan, och först den 14 september förra året nådde dess ekon jorden. Tack vare den samtidigt inspelade gammastrålningen blev det klart att detta inte är slumpmässigt brus. Experter har kontrollerat resultatet under mycket lång tid och först i februari riskerade de att informera världen om att en stor upptäckt hade gjorts.och först den 14 september förra året nådde dess ekon jorden. Tack vare den samtidigt inspelade gammastrålningen blev det klart att detta inte är slumpmässigt brus. Experter kontrollerade resultatet under mycket lång tid och först i februari riskerade de att meddela världen att en stor upptäckt hade gjorts.och först den 14 september förra året nådde dess ekon jorden. Tack vare den samtidigt inspelade gammastrålningen blev det klart att detta inte är slumpmässigt brus. Experter kontrollerade resultatet mycket länge och först i februari riskerade de att meddela världen att en stor upptäckt hade gjorts.
Sergey Arturovich, vilken betydelse har upptäckten av gravitationella vågor för vetenskapen?
- Gravitationsvågor går igenom vad som helst. Detta innebär att vi kommer att få en ny typ av information om fysiska processer. Under evenemanget den 14 september förvandlades Solens tre massor, när två svarta hål slogs samman, till gravitationella vågor. Det här är en monströs energi, så även på ett avstånd av en miljard trehundra miljoner ljusår kände vi denna händelse. Föreställ dig: en skakning av rymden som har spridit sig över hela universum.
Det är viktigt att notera att flera andra upptäckter gjordes samtidigt med registreringen av gravitationsvågor. Först har bevis för förekomsten av svarta hål erhållits. Astronomer och astrofysiker tvivlade inte på detta, men vissa teoretiska fysiker förnekade tills nyligen existensen av sådana objekt. För det andra bekräftades att gravitationsvågor färdas med ljusets hastighet, vilket förutspåddes i allmän relativitet.
Ytterligare en upptäckt måste sägas. Det finns ett sådant begrepp "svart hålshändelsehorisont". Två hål slogs samman med varandra, händelsehorisonten fick en viss komplex form och fluktuerade. Resultatet är ett skal, under vilket det redan finns ett svart hål, men ännu inte utanför. Denna effekt - dynamiken i händelsehorisonten - registrerades först under observationer, även om ingen förväntade sig denna typ av upptäckt.
Deltog ryska forskare i ett experiment för att registrera gravitationsvågor?
Kampanjvideo:
- Detektorinterferometern är amerikansk, men upplevelsen tillhandahölls av ett internationellt team, som inkluderade ryska specialister. Installationen fångade själva gravitationsvågorna, men det var nödvändigt att förstå var de kom ifrån, vilken händelse som orsakade dem. Så för detta använde programmet teleskop från hela världen, inklusive det ryska nätverket av teleskop "MASTER". Det var dock fortfarande möjligt att bestämma källan till vågorna med hjälp av utländsk teknik.
Många av de teoretiska grunderna för experimentet i USA skapades i Ryssland. I vårt land var en av pionjärerna i sökandet efter gravitationella vågor den berömda fysikern, en anställd vid Moskvas statsuniversitet, Vladimir Braginsky.
Moskva-astrofysikern, chef för MASTER-projektet, Vladimir Lipunov, tillsammans med sina kollegor publicerade redan 1992 en artikel där det sägs att den första händelsen för att fixa gravitationella vågor skulle vara just sammanslagningen av svarta hål. Dessutom är det känt att ryska forskare har bidragit till utvecklingen av designen av detektorinterferometern. I allmänhet deltog ungefär tusen personer på ett eller annat sätt i projektet, och ryska fysiker bidrog till den gemensamma saken.
Kan upptäckten av gravitationsvågor kvalificera sig för Nobelpriset i fysik?
- I allmänhet är upptäckten av gravitationsvågor en Nobel-klass-händelse. I de flesta fall sker upptäckter oväntat. Men under de senaste åren har det funnits två undantag där upptäckter förutspåddes och de hände. Vi pratar om Higgs-bosonen, vars upptäckt hade väntat i flera decennier, och gravitationsvågor, som det tog hundra år att bekräfta. Alla dessa händelser förutspåddes teoretiskt, i båda fallen visade sig teorin vara korrekt och bekräftad av observationer. År 2013 gick det bästa priset i fysik till François Engler och Peter Higgs. Jag tror att Nobelpriset också kommer att delas ut för upptäckten av gravitationella vågor.