Що таке гравітаційна хвиля
Пророцтва великого Ейнштейна
Про те, що гравітаційні хвилі існують, ще на початку минулого століття (1916 г.) припустив Альберт Ейнштейн в рамках сформульованої ним Загальної теорії відносності (ЗТВ). Залишається тільки дивуватися геніальним здібностям знаменитого фізика, який при мінімумі реальних даних зміг зробити такі далекосяжні висновки. Серед безлічі інших передбачених фізичних явищ, які знайшли підтвердження в наступне століття (уповільнення течії часу, зміна напрямку електромагнітного випромінювання в гравітаційних полях та ін.) Практично виявити наявність цього типу хвильового взаємодії тел до останнього часу не вдавалося.
Гравітація - ілюзія?
Взагалі, в світлі Теорії відносності гравітацію складно назвати силою. Це наслідок обурення або викривлення просторово-часового континууму. Хорошим прикладом, який ілюструє цей постулат, може служити натягнутий шматок тканини. Під вагою розміщеного на такій поверхні масивного предмета утворюється поглиблення. Інші об'єкти при русі поблизу цієї аномалії будуть змінювати траєкторію свого руху, як би "притягаючи". І чим більше вага предмета (більше діаметр і глибина викривлення), тим вище "сила тяжіння". При його русі по тканині, можна спостерігати виникнення розходиться "ряби".
Щось подібне відбувається і в світовому просторі. Будь-яка прискорено рухається масивна матерія є джерелом флуктуацій щільності простору і часу. Гравітаційна хвиля з істотною амплітудою, утворюється тілами з надзвичайно великими масами або при русі з величезними прискореннями.
Фізичні характеристики
Коливання метрики простір-час проявляють себе, як зміни поля тяжіння. Це явище інакше називають просторово-часової брижами. Гравітаційна хвиля впливає на зустрінуті тіла і об'єкти, стискаючи і розтягуючи їх. Величини деформації дуже незначні - близько 10 -21 від початкового розміру. Усі труднощі виявлення цього явища полягала в тому, що дослідникам необхідно було навчитися вимірювати і фіксувати подібні зміни за допомогою відповідної апаратури. Потужність гравітаційного випромінювання також надзвичайно мала - для всієї Сонячної системи вона становить кілька кіловат.
Швидкість поширення гравітаційних хвиль незначно залежить від властивостей середовища їх. Амплітуда коливань з віддаленням від джерела поступово зменшується, але ніколи не досягає нульового значення. Частота лежить в діапазоні від декількох десятків до сотень герц. Швидкість гравітаційних хвиль в міжзоряному середовищі наближається до швидкості світла.
непрямі докази
Ускользающая гравітаційна хвиля
Перша заява про детектировании хвиль тяжіння надійшло від вченого Мерілендського університету Джозефа Вебера (США) в 1969 році. Для цих цілей він використовував дві гравітаційні антени власної конструкції, рознесені на відстань в два кілометри. Резонансний детектор був добре віброізольованого цілісний двометровий циліндр з алюмінію, оснащений чутливими п'єзодатчики. Амплітуда, нібито зафіксованих Вебером коливань виявилася більш ніж в мільйон разів вище очікуваного значення. Спроби інших вчених за допомогою подібного обладнання повторити "успіх" американського фізика позитивних результатів не принесли. Через кілька років роботи Вебера в даній області були визнані неспроможними, але дали поштовх розвитку "гравітаційному буму", привернув в цю область досліджень багатьох фахівців. До речі, сам Джозеф Вебер до кінця своїх днів був упевнений, що брав гравітаційні хвилі.
Удосконалення приймальних пристроїв
У 70-х роках учений Білл Фейрбанк (США) розробив конструкцію гравітаційно-хвильової антени, охолоджувальної рідким гелієм із застосуванням СКВИДов - надчутливих магнітовимірювачі. Існуючі на той момент технології не дозволили побачити винахіднику свій виріб, реалізоване в "металі".
За таким принципом виконаний гравітаційний детектор Auriga в Національній леньярской лабораторії (Падуя, Італія). В основі конструкції алюмінієво-магнієвий циліндр, довжиною 3 метри і діаметром 0,6 м. Приймальний пристрій масою 2,3 тонни підвішено в ізольованій, охолодженої майже до абсолютного нуля вакуумній камері. Для фіксації і детектування струсів використовується допоміжний кілограмовий резонатор і вимірювальний комплекс на основі ЕОМ. Заявлена чутливість обладнання 10 -20.
інтерферометри
Останній варто розглянути більш докладно.
LIGO Advanced
Гравітаційні хвилі виявлені
Факт, який ілюструє титанічну роботу дослідників: амплітуда коливань розмірів плечей интерферометров склала 10 -19 м - ця величина в стільки ж разів менше діаметра атома, у скільки він сам менше апельсина.
подальші перспективи
Зроблене відкриття ще раз підтверджує, що Загальна теорія відносності - не просто набір абстрактних формул, а принципово новий погляд на суть гравітаційних хвиль і гравітації в цілому.
У подальших дослідженнях вчені великі надії покладають на проект ELSA: створення гігантського орбітального інтерферометра з плечима близько 5 млн км, здатного виявити навіть незначні збурення полів тяжіння. Активізація робіт у цьому напрямку здатна розповісти багато нового про основні етапи розвитку Всесвіту, про процеси, спостереження яких в традиційних діапазонах ускладнене або неможливе. Безсумнівно, що і чорні діри, гравітаційні хвилі яких будуть зафіксовані в майбутньому, багато розкажуть про свою природу.
Для вивчення реліктового гравітаційного випромінювання, здатного розповісти про перші миттєвостях нашого світу після Великого Вибуху, будуть потрібні більш чутливі космічні інструменти. Такий проект існує (Big Bang Observer), але його реалізація, по завіреннях фахівців, можлива не раніше, ніж через 30-40 років.
