Dita zyrtare e zbulimit (zbulimit) të valëve gravitacionale është 11 shkurt 2016. Pikërisht atëherë, në një konferencë shtypi në Uashington, drejtuesit e bashkëpunimit LIGO njoftuan se një ekip studiuesish kishin arritur të regjistronin këtë fenomen për herë të parë në historinë e njerëzimit.
Profecitë e Ajnshtajnit të madh
Edhe në fillim të shekullit të kaluar (1916), Albert Ajnshtajni sugjeroi që valët gravitacionale ekzistojnë brenda kornizës së Teorisë së Përgjithshme të Relativitetit (GR) të formuluar prej tij. Mund të mahnitet vetëm me aftësitë e shkëlqyera të fizikanit të famshëm, i cili, me një minimum të të dhënave reale, arriti të nxirrte përfundime kaq të gjera. Mes shumë fenomeneve të tjera fizike të parashikuara që u konfirmuan në shekullin e ardhshëm (ngadalësimi i rrjedhës së kohës, ndryshimi i drejtimit të rrezatimit elektromagnetik në fushat gravitacionale etj.), nuk ishte e mundur të zbulohej praktikisht prania e kësaj lloj vale. ndërveprimi i trupave deri vonë.
Graviteti është një iluzion?
Në përgjithësi, në dritëTeoria e relativitetit vështirë se mund ta quajë gravitetin një forcë. Kjo është pasojë e shqetësimit ose lakimit të vazhdimësisë hapësirë-kohë. Një shembull i mirë që ilustron këtë postulat është një copë pëlhure e shtrirë. Nën peshën e një objekti masiv të vendosur në një sipërfaqe të tillë, formohet një prerje. Objektet e tjera që lëvizin pranë kësaj anomalie do të ndryshojnë trajektoren e lëvizjes së tyre, si të "tërhequr". Dhe sa më e madhe të jetë pesha e objektit (sa më i madh të jetë diametri dhe thellësia e lakimit), aq më e lartë është "forca e tërheqjes". Kur lëviz nëpër pëlhurë, mund të vëzhgoni pamjen e një "gullime" divergjente.
Diçka e ngjashme ndodh në hapësirën botërore. Çdo materie masive që lëviz me shpejtësi është një burim luhatjesh në densitetin e hapësirës dhe kohës. Një valë gravitacionale me një amplitudë të konsiderueshme, e formuar nga trupa me masa jashtëzakonisht të mëdha ose kur lëvizin me përshpejtime të mëdha.
Karakteristikat fizike
Luhatjet e metrikës hapësirë-kohë manifestohen si ndryshime në fushën gravitacionale. Ky fenomen quhet ndryshe valëzim hapësirë-kohë. Vala gravitacionale vepron mbi trupat dhe objektet e hasura, duke i ngjeshur dhe shtrirë ato. Vlerat e deformimit janë shumë të vogla - rreth 10-21 nga madhësia origjinale. E gjithë vështirësia e zbulimit të këtij fenomeni ishte se studiuesit duhej të mësonin se si të masnin dhe regjistronin ndryshime të tilla me ndihmën e pajisjeve të përshtatshme. Fuqia e rrezatimit gravitacional është gjithashtu jashtëzakonisht e vogël - për të gjithë sistemin diellor ështëdisa kilovat.
Shpejtësia e përhapjes së valëve gravitacionale varet pak nga vetitë e mediumit përcjellës. Amplituda e lëkundjes zvogëlohet gradualisht me distancën nga burimi, por kurrë nuk arrin zero. Frekuenca qëndron në rangun nga disa dhjetëra në qindra herc. Shpejtësia e valëve gravitacionale në mjedisin ndëryjor po i afrohet shpejtësisë së dritës.
Dëshmi rrethanore
Për herë të parë, konfirmimi teorik i ekzistencës së valëve të gravitetit u mor nga astronomi amerikan Joseph Taylor dhe ndihmësi i tij Russell Hulse në 1974. Duke studiuar hapësirat e Universit duke përdorur teleskopin radio të Observatorit Arecibo (Puerto Riko), studiuesit zbuluan pulsarin PSR B1913 + 16, i cili është një sistem binar i yjeve neutron që rrotullohen rreth një qendre të përbashkët të masës me një shpejtësi këndore konstante (një rast mjaft i rrallë). Çdo vit, periudha e revolucionit, e cila fillimisht ishte 3,75 orë, zvogëlohet me 70 ms. Kjo vlerë është mjaft në përputhje me përfundimet nga ekuacionet GR që parashikojnë një rritje të shpejtësisë së rrotullimit të sistemeve të tilla për shkak të shpenzimit të energjisë për gjenerimin e valëve gravitacionale. Më pas, u zbuluan disa pulsarë të dyfishtë dhe xhuxha të bardhë me sjellje të ngjashme. Astronomët e radios D. Taylor dhe R. Hulse u nderuan me Çmimin Nobel në Fizikë në 1993 për zbulimin e mundësive të reja për studimin e fushave gravitacionale.
vala e gravitetit të shpëtuar
Deklarata e parë rrethZbulimi i valëve të gravitetit erdhi nga shkencëtari i Universitetit të Maryland, Joseph Weber (SHBA) në vitin 1969. Për këto qëllime, ai përdori dy antena gravitacionale të dizajnit të tij, të ndara me një distancë prej dy kilometrash. Detektori rezonant ishte një cilindër alumini prej dy metrash me një vibrim të mirë, i pajisur me sensorë piezoelektrikë të ndjeshëm. Amplituda e luhatjeve të supozuara të regjistruara nga Weber doli të ishte më shumë se një milion herë më e lartë se vlera e pritur. Përpjekjet e shkencëtarëve të tjerë që përdorin pajisje të tilla për të përsëritur "suksesin" e fizikantit amerikan nuk sollën rezultate pozitive. Disa vjet më vonë, puna e Weber në këtë fushë u njoh si e paqëndrueshme, por i dha shtysë zhvillimit të një "bumi gravitacional" që tërhoqi shumë specialistë në këtë fushë të kërkimit. Nga rruga, vetë Joseph Weber ishte i sigurt deri në fund të ditëve të tij se ai mori valë gravitacionale.
Përmirësimi i pajisjeve marrëse
Në vitet '70, shkencëtari Bill Fairbank (SHBA) zhvilloi dizajnin e një antene me valë gravitacionale të ftohur nga helium i lëngshëm duke përdorur SQUID - magnetometra supersensitive. Teknologjitë që ekzistonin në atë kohë nuk e lejuan shpikësi të shihte produktin e tij, të realizuar në "metal".
Detektori gravitacional Auriga është bërë në këtë mënyrë në Laboratorin Kombëtar Legnard (Padova, Itali). Dizajni bazohet në një cilindër alumini-magnez, 3 metra i gjatë dhe 0,6 m në diametër. Një pajisje marrëse me peshë 2,3 tonpezulluar në një dhomë të izoluar vakum të ftohur pothuajse në zero absolute. Një rezonator ndihmës i kilogramëve dhe një kompleks matës i bazuar në kompjuter përdoren për fiksimin dhe zbulimin e dridhjeve. Ndjeshmëria e deklaruar e pajisjeve 10-20.
Interferometra
Funksionimi i detektorëve të ndërhyrjeve të valëve gravitacionale bazohet në të njëjtat parime si interferometri Michelson. Rrezja lazer e emetuar nga burimi ndahet në dy rryma. Pas reflektimeve të shumta dhe udhëtimeve përgjatë shpatullave të pajisjes, rrymat bashkohen përsëri dhe imazhi përfundimtar i ndërhyrjes përdoret për të gjykuar nëse ndonjë shqetësim (për shembull, një valë gravitacionale) ndikoi në rrjedhën e rrezeve. Pajisje të ngjashme janë krijuar në shumë vende:
- GEO 600 (Hanover, Gjermani). Gjatësia e tuneleve të vakumit është 600 metra.
- TAMA (Japoni) 300m shpatulla
- VIRGO (Piza, Itali) është një projekt i përbashkët franko-italian i nisur në 2007 me tunele 3 km.
- LIGO (SHBA, Bregu i Paqësorit), gjueti për valët e gravitetit që nga viti 2002.
E fundit vlen të merret në konsideratë më në detaje.
LIGO Avancuar
Projekti u iniciua nga shkencëtarë nga Instituti i Teknologjisë në Massachusetts dhe Instituti i Teknologjisë në Kaliforni. Përfshin dy observatorë të ndarë me 3 mijë km, në shtetet e Luizianës dhe Uashingtonit (qytetet Livingston dhe Hanford) me tre interferometra identikë. Gjatësia e vakumit pingultunele është 4 mijë metra. Këto janë strukturat më të mëdha të tilla aktualisht në funksion. Deri në vitin 2011, përpjekjet e shumta për të zbuluar valët e gravitetit nuk sollën asnjë rezultat. Modernizimi domethënës i kryer (Advanced LIGO) rriti ndjeshmërinë e pajisjeve në intervalin 300-500 Hz me më shumë se pesë herë, dhe në rajonin me frekuencë të ulët (deri në 60 Hz) me pothuajse një renditje të madhësisë, duke arritur një vlerë kaq e lakmuar prej 10-21. Projekti i përditësuar filloi në shtator 2015 dhe përpjekjet e më shumë se një mijë bashkëpunëtorëve u shpërblyen me rezultate.
Zbulohen valë të gravitetit
Më 14 shtator 2015, detektorë të avancuar LIGO me një interval prej 7 ms regjistruan valë gravitacionale që arritën në planetin tonë nga fenomeni më i madh që ndodhi në periferi të Universit të vëzhgueshëm - bashkimi i dy vrimave të mëdha të zeza me masa. 29 dhe 36 herë masa e Diellit. Gjatë procesit, i cili u zhvillua më shumë se 1.3 miliardë vjet më parë, rreth tre masa diellore të materies u shpenzuan në rrezatimin e valëve të gravitetit në një çështje të fraksioneve të sekondës. Frekuenca fillestare e valëve gravitacionale u regjistrua si 35 Hz dhe vlera maksimale e pikut arriti në 250 Hz.
Rezultatet e marra iu nënshtruan vazhdimisht verifikimit dhe përpunimit gjithëpërfshirës, interpretimet alternative të të dhënave të marra u ndërprenë me kujdes. Më në fund, më 11 shkurt të vitit të kaluar, regjistrimi i drejtpërdrejtë i fenomenit të parashikuar nga Ajnshtajni u njoftua në komunitetin botëror.
Fakt që ilustron punën titanike të studiuesve: amplituda e luhatjeve në dimensionet e krahëve të interferometrit ishte 10-19m - kjo vlerë është po aq më e vogël se diametri i një atom pasi është më i vogël se një portokall.
Perspektiva të mëtejshme
Zbulimi konfirmon edhe një herë se Teoria e Përgjithshme e Relativitetit nuk është vetëm një grup formulash abstrakte, por një vështrim thelbësisht i ri mbi thelbin e valëve gravitacionale dhe gravitetit në përgjithësi.
Në kërkime të mëtejshme, shkencëtarët kanë shpresa të mëdha për projektin ELSA: krijimin e një interferometri gjigant orbital me krahë prej rreth 5 milion km, i aftë për të zbuluar edhe shqetësime të vogla të fushave gravitacionale. Intensifikimi i punës në këtë drejtim mund të tregojë shumë për fazat kryesore të zhvillimit të Universit, për procese që janë të vështira ose të pamundura për t'u vëzhguar në bandat tradicionale. Nuk ka dyshim se vrimat e zeza, valët gravitacionale të të cilave do të rregullohen në të ardhmen, do të tregojnë shumë për natyrën e tyre.
Për të studiuar rrezatimin gravitacional relikt, i cili mund të tregojë për momentet e para të botës sonë pas Big Bengut, do të nevojiten instrumente hapësinore më të ndjeshme. Një projekt i tillë ekziston (Big Bang Observer), por zbatimi i tij, sipas ekspertëve, është i mundur jo më herët se në 30-40 vjet.
