Mere și valuri

Actualizat: 28.02.2016 13:49 ->

Ce leagă mărul lui Woolsthorpe Manor - pe care și-a încheiat cariera ca scaun - cu două dispozitive uriașe care amintesc de un L metalic? Ei bine, gravitația, a cărei teorie, conform legendei populare, a ieșit din creierul lui Newton când un măr a căzut din capul său pe cap.

Potrivit jurnalului omului de știință, Newton s-a uitat doar la mărul care cade de la fereastră, dar presupunerea de astăzi este că realitatea este că el a inventat povestea mai târziu pentru a demonstra ideile din viața reală. Oricum, în mijlocul contemplațiilor sale astronomice, geniul om de știință (care altfel a investit cel puțin la fel de multă energie în activitatea sa alchimistă și în fanatismul religios ca în căutarea științifică a adevărului) a presupus că mărul, care a căzut întotdeauna direct în jos, a fost atras de centrul Pământului. că forța care atrage toate lucrurile pe Pământ poate funcționa la fel în spațiul cosmic dintre planete individuale.

Forța descrisă în legea atracției gravitaționale generale, gravitația, a fost completată și clarificată de mai multe la teoria generală a relativității a lui Einstein, care a dat o descriere teoretică diferită a fenomenului. Potrivit acestuia, gravitația nu este cauzată de o forță exercitată de particule. În schimb, trebuie să ne imaginăm că un corp se îndoaie, se curbează în jurul său în măsura masei sale, un model matematic de unificare în patru dimensiuni a spațiului și timpului care nu este independent unul de celălalt, în ciuda experiențelor noastre de zi cu zi. Simplificat în două dimensiuni, îl putem reprezenta ca și cum am fi pus o minge grea pe o plasă de cauciuc strânsă. Deplasându-se spre minge, suprafața din ce în ce mai abruptă indică, de asemenea, o creștere a curburii spațiului și a gravitației descrise de acesta. Dacă așezăm o bilă mai mică și pe această plasă, aceasta va începe spre bila mare datorită suprafeței înclinate, ca și când ar fi atrasă de ea. Pe măsură ce cele două bile orbitează una în jurul celeilalte, aceasta vibrează rețeaua, provocând undele să înceapă în tot spațiul. Aceste unde gravitaționale, pe care Einstein le-a prezis acum o sută de ani, deși el însuși credea că probabil nu va fi niciodată posibil să le detectăm,.

Odată cu dezvoltarea științei, mai multe fenomene rezultate din teorie au fost dovedite încet. Așa au fost efectul lentilei gravitaționale (când calea luminii de la o sursă îndepărtată, să zicem o stea, este curbată de un obiect mare din fața ei, spunem Soarele nostru), o schimbare la roșu datorată gravitației sau o undă cu microunde care justifică o mare bang din ideea lui Einstein. Cu toate acestea, undele gravitaționale nu au cedat. Este un efect atât de slab încât provoacă o schimbare parțială de zece pe bara de metal de un metru minus douăzeci și unu.

LISTA CITITORILOR

Cele două oglinzi erau izolate seismic pe patru pendule cuplate, iar mișcarea laserelor proiectate pe o fotodiodă măsura lungimea tuburilor. Până la apariția undei, cele două fascicule laser se sting reciproc pe baza interferenței, astfel încât nimic nu este vizibil pe instrument. Când unda gravitațională modifică dimensiunea tuburilor, laserele au nevoie de mai mult timp pentru a parcurge aceeași cale, astfel încât faza lor se schimbă, se amplifică reciproc și, ca rezultat, un semnal începe să clipească.

Instrumentul este incredibil de sensibil și o grămadă de alte dispozitive colectează alte semnale, „zgomote”, pe trei sute de canale, dintre care doar un exemplu ar fi deranjat de valurile de pe coastă la trei sute de kilometri de LIGO din Washington. După cum a spus Zsolt Frei, șeful Departamentului de Fizică Atomică de la Universitatea Eötvös Loránd, șeful celui mai mare grup de cercetare maghiar implicat în proiect din 2007, a spus lucrării noastre că aceeași tehnică a fost folosită pentru a copia atomii americani din Los. Alamos în anii 1950. a provocat unde sonore de joasă frecvență.

Din poziția celor două detectoare, amploarea întârzierii, cercetătorii au putut, de asemenea, să deducă din ce colț de cer a provenit unda gravitațională, care a fost cauzată de două găuri negre care fuzionează. Cu toate acestea, triangulația ar putea determina direcția semnalului mai precis. Prin urmare, LIGO a început să fabrice al treilea instrument care ar fi construit în India. Echipamentul se află deja într-un container, dar finanțarea indiană a fost dificilă până acum. În urma anunțului actual, prim-ministrul de acolo a promis că va accelera lucrările. Există și alți detectoare mai mici (în caz contrar, cooperează cu LIGO), cum ar fi GEO600 de 600 de metri germano-britanici în Germania sau VIRGO franco-italiană de trei kilometri lângă Pisa, care este în prezent în reconstrucție și va fi operațional cel mai devreme în această toamnă. Și sensibilitatea sa va spera, după un timp, să ajungă la LIGO-ul său, care este planificat să crească de cinci ori până la nivelul actual, unde un semnal este așteptat în fiecare săptămână până atunci. Dacă echipamentul mai mic, construit tot de japonezi și australieni, vine la bord, poate fi configurată o întreagă rețea de detectoare, care ne va permite să spunem sursa undelor și mai exact.

Cu detectorul LISA, care va fi operațional înainte de sfârșitul următorului deceniu și este planificat inițial să fie format din trei dispozitive la 5 milioane de kilometri distanță, frecvența de fuziune a găurilor negre lente și supermasive poate fi deja măsurată. Prima sondă spațială a proiectului, LISA Pathfinder, care a demonstrat tehnologia proiectului, a fost trimisă în spațiu chiar în decembrie. NASA s-a retras din proiect în 2011, dar cel mai recent un nou comitet examinează posibilitatea unei întoarceri.

Observația actuală a detectat o undă gravitațională generată de fuziunea a două găuri negre relativ mici de 29 și 36 de mase solare. Amplitudinea sa continuă să crească pe măsură ce cele două găuri se apropie, dar este cea mai mare atunci când are loc fuziunea, după care lucrul dispare brusc. Sensibilitatea actuală a LIGO ar putea măsura acest vârf de 0,2 secunde, nu numai detectând undele gravitaționale în mod direct, ci dovedind mai întâi existența găurilor negre fuzionate și observând de departe cel mai energic fenomen din lume până în prezent. Trei descoperiri de renume mondial.

Dar la ce bun este asta, au întrebat mulți. Întrebarea nu este atât de norocoasă în primul rând. Când Faraday, care studiază impactul electricității asupra picioarelor broaștelor, a fost întrebat de ministrul finanțelor pentru ce ar fi bine, el a răspuns că nu știe încă, dar că mai devreme sau mai târziu i se poate percepe un impozit.

Undele gravitaționale nu sunt doar cubul lipsit al celebrei teorii a lui Einstein, ci și deschid o nouă fereastră către lume. Putem descoperi obiectele inaccesibile până acum ale universului și ne putem uita înapoi la momentele de după crearea universului. Până acum, am reușit să „privim în urmă” la evenimente la 380.000 de ani după big bang, când universul a devenit permeabil la lumină. De acum înainte, putem studia unde nu există sarcină electrică, deoarece în timp ce undele de lumină sunt ascunse de o grămadă de lucruri, undele gravitaționale pătrund în tot.

Cu LIGO îmbunătățit, putem observa și unde gravitaționale generate de două stele de neutroni. Din studiul misteriosului fenomen care apare aici, ejecția bruscă a tubului de raze gamma, putem înțelege de unde au provenit elemente atât de grele ale universului precum uraniul, toriul sau aurul. Dacă putem detecta fuziunea mai multor stele de neutroni, putem afla, de asemenea, mai multe despre natura energiei întunecate despre care se crede că este responsabilă pentru expansiunea accelerată a universului. Astronomul Universității Harvard, Avi Loeb, spune că observarea unora dintre aceste evenimente ar putea schimba totul și ar putea crea zeci de cosmologii complet noi.

Dacă știm locația exactă a evenimentului, putem îndrepta binoclul tradițional în acea direcție pentru a afla amploarea expansiunii universului. În cele din urmă, undele gravitaționale pot arăta calea către o mare teorie unificată a universului care încearcă să descrie toate forțele cu o singură teorie comună. Potrivit acestui fapt, la un moment dat în istoria universului, cele patru forțe sau interacțiuni de bază (puternice, slabe, electromagnetice și gravitaționale) au fuzionat, dar în timpul expansiunii și răcirii, acestea s-au dezintegrat din nou ca urmare a unei serii de evenimente puțin cunoscute astăzi. Dacă ne-am putea apropia de Sfântul Graal al fizicienilor, trecutul și viitorul nostru ar deveni mai clare în fața noastră.

Eötvös Gravity Research Group (EGRG), înființat în colaborare cu ELTE și Atomki din Debrecen, participă la măsurători pe lângă microfoane cu infraroșu, monitorizând semnalele primite în schimburi de opt ore. Ele modelează proprietățile găurilor negre care orbitează pe o orbită alungită și creează un catalog de galaxii care poate ajuta la identificarea originii undelor gravitaționale în post-examinările telescopice tradiționale.