Acum trăim într-un univers plin de valuri gravitaționale.
Înainte de declarația istorică, care a avut loc joi dimineață de la întâlnirea de la Washington (NSF), au existat doar zvonuri că Observatorul cu unde interferometrice de undă gravimetrică (LIGO) a deschis o componentă-cheie a teoriei generale de relativitate a lui Albert Einstein, dar acum știm că realitatea este mai profundă decât am crezut.
Cu o claritate uimitoare, LIGO ar putea "auzi" momentul inainte de imbinarea sistemului binar al gaurilor negre (doua gauri negre care se rotesc unul pe celalalt) intr-un intreg unitar, creand astfel un semnal clar de unde gravitationala, conform unui model teoretic care nu este discuție necesară. LIGO a fost martor la "renașterea" unei gauri negre puternice care sa întâmplat acum 1,3 miliarde de ani.
Undele gravitaționale au fost întotdeauna și întotdeauna vor fi, trecând prin planeta noastră (de fapt, trecând prin noi), dar numai acum știm cum să le găsim. Acum ne-am deschis ochii la diferite semnale cosmice, la vibrații cauzate de evenimente energetice cunoscute și suntem martorii nașterii unui nou domeniu de astronomie.
Sunetul a două găuri negre care se amestecă:
"Acum putem auzi Universul", a declarat Gabriela González, fizician și reprezentant al LIGO, în timpul întâlnirii triumfale de joi. "Descoperirea a marcat începutul unei noi ere: câmpul astronomiei gravitaționale este acum o realitate".
Locul nostru în Univers se schimbă foarte mult și această descoperire poate fi fundamentală, precum descoperirea undelor radio și înțelegerea faptului că universul se extinde.
Teoria relativității devine mai rezonabilă
Încercările de a explica ce valuri gravitaționale sunt și de ce sunt atât de importante, cât de complexe precum ecuațiile care le descriu, dar descoperirea lor nu numai că întărește teoria lui Einstein despre natura spațiului și timpului, acum avem un instrument pentru a detecta o parte a Universului invizibilă ne. Acum putem studia undele cosmice create de evenimentele cele mai energice care apar în Univers și, eventual, folosim valuri gravitaționale pentru noi descoperiri fizice și explorăm noi fenomene astronomice.
"Acum trebuie să demonstrăm că avem tehnologia să mergem mai departe decât descoperirea undelor gravitaționale, pentru că oferă multe oportunități", a declarat Lewis Lehner de la Institutul de Fizică Teoretică din Ontario, într-un interviu de după declarația de joi.
Cercetarea lui Lener se concentrează asupra obiectelor dense (cum ar fi găurile negre) care creează valuri gravitaționale puternice. Deși nu este asociat cu cooperarea LIGO, Lehner și-a dat seama rapid importanța acestei descoperiri istorice. "Nu există semnale mai bune", a spus el.
Descoperirea se bazează pe trei căi, argumentează el. În primul rând, acum știm că există valuri gravitaționale și știm cum să le detectăm. În al doilea rând, semnalul detectat de stațiile LIGO la 14 septembrie 2015 este o dovadă puternică a existenței unui sistem binar de găuri negre, iar fiecare gaură neagră cântărește câteva zeci de mase solare. Semnalul este exact ceea ce ne-am așteptat să vedem ca urmare a fuziunii dure a două găuri negre, una cântărește de 29 de ori Soarele, iar celelalte 36 de ori. În al treilea rând, și poate cel mai important, "posibilitatea de a trimite într-o gaură neagră" este cu siguranță cea mai puternică dovadă a existenței găurilor negre.
Intuiția cosmică
Acest eveniment a fost însoțit de noroc, ca multe alte descoperiri științifice. LIGO este cel mai mare proiect finanțat de Fundația Națională pentru Științe, lansat inițial în 2002. Sa dovedit că, după mulți ani de căutare a semnalului evaziv al undelor gravitaționale, LIGO nu este destul de sensibilă, iar în 2010 observatoarele au înghețat, în timp ce cooperarea internațională funcționează pentru a-și crește sensibilitatea. Cinci ani mai târziu, în septembrie 2015, sa născut "îmbunătățirea LIGO".
În acel moment, Kip Thorn, co-fondator al LIGO și o greutate în domeniul fizicii teoretice, a fost încrezător în succesul LIGO, spunând BBC: "Suntem aici. Am intrat în jocul mare. Și este destul de clar că vom ridica voalul secretului. "Și avea dreptate, la câteva zile după reconstrucție, o val de valuri gravitaționale care se rostogoli pe planeta noastră, iar LIGO era suficient de sensibil pentru a le detecta.
Aceste fuziuni ale găurilor negre nu sunt considerate a fi ceva special; conform unor estimări brute, astfel de evenimente se produc la fiecare 15 minute undeva în Univers. Dar tocmai această fuziune a avut loc la locul potrivit (la o distanță de 1,3 miliarde de ani lumină), la momentul potrivit (acum 1,3 miliarde de ani), să fie capturat de observatoarele LIGO. Acesta a fost un semnal pur din univers, iar Einstein a prezis-o, iar undele gravitaționale s-au dovedit a fi reale, descriind un eveniment cosmic de 50 de ori mai puternic decât puterea tuturor stelelor din univers combinate. Această explozie imensă a undelor gravitaționale a fost înregistrată de LIGO ca un semnal de înaltă frecvență cu o modulare liniară de frecvență, în timp ce găurile negre, care se mișcă într-o spirală, au fuzionat într-una. Pentru a confirma propagarea undelor gravitaționale, LIGO constă din două stații de observare, una în Louisiana, cealaltă în Washington. Pentru a elimina pozițiile false, semnalul undei gravitaționale ar trebui detectat la ambele stații. 14 septembrie, rezultatul a fost obținut mai întâi în Louisiana și după 7 milisecunde la Washington. Semnalele se potriveau și, cu ajutorul triangulării, fizicienii au reușit să afle că au provenit din spațiul ceresc al emisferei sudice.
Undele gravitaționale: cum pot fi ele utile?
Deci, avem confirmarea semnalului de fuziune al gaurii negre, deci ce? Aceasta este o descoperire istorică, care este destul de ușor de înțeles - acum 100 de ani, Einstein nu putea nici măcar să viseze să găsească aceste valuri, dar sa întâmplat.
Teoria generală a relativității a fost una dintre cele mai profunde percepții științifice și filozofice ale secolului XX și formează baza cercetării celei mai inteligente în realitate. În astronomie, aplicațiile relativității generale sunt clare: de la o lentilă gravitațională la măsurarea expansiunii Universului. Dar aplicarea practică a teoriilor lui Einstein nu este deloc clară, însă cele mai moderne tehnologii folosesc lecții din teoria relativității în unele lucruri considerate simple. De exemplu, luați sateliți de navigație globali, nu vor fi suficient de exacți dacă nu aplicați o ajustare simplă a dilatării timpului (prezisă de teoria relativității).
Este clar că relativitatea generală are aplicații în lumea reală, dar când Einstein și-a prezentat teoria în 1916, aplicarea sa a fost extrem de discutabilă, ceea ce părea evident. El a conectat pur și simplu Universul, așa cum a văzut-o, și sa născut teoria generală a relativității. Și acum a fost dovedită o altă componentă a teoriei relativității, dar cum pot fi folosite undele gravitaționale? Astrofizicii și cosmologii sunt cu siguranță intrigați. "După ce am colectat date de la perechi de găuri negre care vor juca rolul de faruri împrăștiate în jurul universului", a declarat joi joi directorul Institutului de Fizică Teoretică, Neil Turok, în timpul unei prezentări video. expansiunea universului sau cantitatea de energie întunecată cu precizie extremă este mult mai precisă decât putem astăzi. "
"Einstein și-a dezvoltat teoria cu niște indicii ale naturii, dar pe baza unei secvențe logice. După 100 de ani, vedeți dovezi foarte precise despre previziunile sale. "
În plus, evenimentul din 14 septembrie are câteva trăsături ale fizicii care trebuie încă investigate. De exemplu, Lehner a subliniat că, din analiza unui semnal de undă gravitațională, se poate măsura "rotația" sau impulsul unghiular al unei găuri negre. "Dacă ați lucrat mult timp pe teorie, trebuie să știți că gaura neagră are o rotație foarte specială", a spus el.
Formarea undelor gravitaționale prin fuziunea a două găuri negre:
Din anumite motive, rotația finală a găurii negre este mai lentă decât era de așteptat, indicând că găurile negre se ciocnesc la viteză mică sau că au fost într-o coliziune care a provocat un impuls unghiular articulat care se opune unul altuia. "Este foarte interesant, de ce natura a făcut-o?", A spus Lehner.
Acest mister recent se poate întoarce la unele fundamentale ale fizicii, care nu au fost luate în considerare, dar, mai intrigant, pot dezvălui o fizică neobișnuită "nouă", care nu se încadrează în teoria generală a relativității. Și acest lucru dezvăluie alte aplicații ale undelor gravitaționale: deoarece ele sunt create de fenomene gravitaționale puternice, avem ocazia să cercetăm acest mediu de departe, cu posibile surprize pe drum. În plus, am putea combina observațiile fenomenelor astrofizice cu forțele electromagnetice pentru a înțelege mai mult structura Universului.
Cerere?
Firește, după anunțurile uriașe făcute dintr-un complex de descoperiri științifice, mulți oameni din afara comunității științifice sunt interesați de modul în care îi pot afecta. Adâncimea descoperirii poate fi pierdută, ceea ce, desigur, se aplică valurilor gravitaționale. Dar luați în considerare un alt caz în care Wilhelm Roentgen a descoperit raze X în 1895, în timpul experimentelor cu tuburi catodice, puțini știu că numai câțiva ani mai târziu, aceste valuri electromagnetice vor deveni o componentă cheie în medicina de zi cu zi, de la diagnostic la tratament. În mod similar, prima creație experimentală a undelor radio din 1887, Heinrich Hertz, a confirmat ecuațiile electromagnetice binecunoscute ale lui James Clerk Maxwell. Numai în timp, în anii 90 ai secolului XX, Guglielmo Marconi, care a creat un transmițător radio și un receptor radio, și-a dovedit aplicabilitatea. De asemenea, ecuațiile Schrödinger care descriu lumea complexă a dinamicii cuantice sunt acum folosite în dezvoltarea computerelor cuantice ultra-rapide.
Inginerul LIGO evaluează poluarea interferometrului.
Toate descoperirile științifice sunt utile, iar multe, în cele din urmă, au uz de zi cu zi, pe care le considerăm de la sine înțeles. În prezent, aplicarea practică a undelor gravitaționale este limitată la astrofizică și cosmologie - acum avem o fereastră în "Universul întunecat", care nu este vizibilă pentru radiațiile electromagnetice. Fără îndoială, oamenii de știință și inginerii vor găsi o altă utilizare pentru aceste pulsații cosmice, pe lângă simțirea Universului. Cu toate acestea, pentru a detecta aceste valuri, trebuie să existe progrese bune în tehnologia optică în LIGO, în care vor apărea tehnologii noi în timp. Desigur, detectarea undelor gravitaționale - triumful omenirii, care va ajuta la explorarea Universului nostru pentru generațiile viitoare. Aceasta este cu siguranță o epocă de aur pentru știință, în care descoperirile istorice au devenit obișnuite. Și avem potențialul intelectual de a crea un model al Universului și de a demonstra experimental cazul nostru.
Dar cel mai interesant lucru pentru mine este să văd primele hărți gravitaționale ale spațiului, în care se formează buietul periodic al stelelor neutronice și erupțiile impulsive ale supernovelor, deschizând un nou univers plin de unde cosmice.
