Що таке гравітаційні хвилі фактрум
Астрофізик і популяризатор науки Сергій Попов пояснив журналісту «Медузи» Костянтину Бенюмову, що таке гравітаційні хвилі і як вони біжать по простору-часу.
Фактрум публікує це невелике цікаве інтерв'ю.
Що таке гравітаційні хвилі?
- Починаючи з загальної теорії відносності ми вважаємо, що гравітація пов'язана з геометрією простору-часу; сучасні теорії гравітації - геометричні. У цих теоріях геометрію простору описують метрикою: на площині це легко намалювати - такий килим, розлініяний в клітинку. Це плоске простір. Ми можемо його по-всякому згинати, але краще робити це не руками, а, наприклад, масивними тілами - будь важке тіло спотворює простір навколо себе. Далі - якщо це важке тіло буде соватися, або, наприклад, два важких тіла будуть крутитися навколо загального центру зірки, то вони будуть періодично обурювати простір, і по простору побіжить брижі. Ось це і є гравітаційні хвилі.
Уявіть собі, що хтось пливе по воді, і від нього по поверхні йдуть хвилі. Ось приблизно так само і гравітаційні хвилі біжать по простору-часу. І коли вони проходять якийсь шматочок, де ми живемо, вони обурюють простір-час навколо нас. Обурюють зовсім слабо, тому що гравітація в порівнянні з іншими силами дуже слабка. Виміряти це важко, але можна. І люди на протязі останніх 50 років намагалися це зробити. І ось, нарешті, це вийшло.
Те, що зафіксувати хвилі вдалося саме зараз, пов'язане з появою відповідної апаратури?
- Так, в першу чергу це апаратура. Детектор LIGO, детектор VIRGO, який скоро почне працювати в Європі, - це абсолютно приголомшливі машини по точності вимірювань. До цього люди використовували більш дешеві, більш прості підходи. LIGO - це 25 років праці, величезні суми грошей, витрачені, в першу чергу, на дослідження, на створення нових технологій, на доведення цих технологій до розуму і на виготовлення цих приголомшливо точних приладів.
Чорні діри з цією історією пов'язані тільки тому, що це і є масивні тіла, спотворюють простір?
- Для того, щоб отримати сильний сигнал, потрібно не просто масивне тіло, а одночасно масивне і компактне. По суті, те, що відбувається - це одна чорна діра падає на іншу. У цей момент важкі тіла взаємодіють один з одним і рухаються майже зі швидкістю світла, тому багато енергії випромінюється відразу, за дуже короткий інтервал часу. Тому LIGO і VIRGO спеціально створювали для фіксації сигналів від нейтронних зірок і чорних дір. Нейтронних зірок більше, і вони зливаються частіше, але чорні діри масивніше - їх видно з великої відстані.
Скільки довелося спостерігати за чорними дірами, щоб виявити зливається пару?
- В даному випадку LIGO просто пощастило. Практично як тільки вони включилися, вони побачили сигнал - злиття двох дуже масивних чорних дір. Сигнал дуже сильно залежить від маси. У нормі, в середньому чорні діри рази в три, а то і в чотири легше, але в цьому випадку вдалося побачити сигнал з дуже великої відстані.
У міру того, як сигнал проходить через простір-час, він слабшає? Якщо явище відбулося в мільярд світлових років від Землі, то до нас він повинен дістатися в ледь вловимим вигляді?
- Природно, і тому теж важливо, що вдалося виявити дві дуже важкі чорні діри. У звичайній ситуації детектори будуть бачити сигнали від злиття двох нейтронних зірок, які знаходяться в п'ять або десять разів ближче до нас.
Останнє запитання: чому сигнал зафіксований у вигляді звуку?
- Тут є два моменти. По-перше, люди люблять картинки і звуки. Тому багато сигнали - коливання зірок, ще якісь - переводять в звукову форму. Але тут волею долі сигнал насправді приходить на частоті, приблизно відповідає частоті нашої мови. Фізично це явища різні, але частоти ті ж - кілогерц. Тому вчені вирішили, що це такий гарний хід. Намальований графік, прийнятий в ході досвіду, говорить про форму гравітаційно-хвильового сигналу, про те, як хвиля коливає дзеркала в вимірювальному приладі. Але зазвичай люди хочуть не просто закарлюку побачити, а отримати якийсь мультимедійний контент.
Сподобався пост? Підтримай Фактрум, натисни: