Гравитационные волны
11.02.2016 на пресс-конференции в Вашингтоне ученые объявили об обнаружении предсказанных Эйнштейном гравитационных волн. Это крупнейшее за последние несколько лет научное открытие.
После запуска осенью 2015 года новейших детекторов международной лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO в США, ученым удалось впервые зафиксировать в космосе гравитационные волны, которые являются результатом слияния двойной системы крупных черных дыр с массами 36 и 29 солнечных масс в один объект массой в 62 массы Солнца.
Слияние черных дыр звучит так: https://soundcloud.com/tintorero/blackholescolliding
При вращении вокруг общего центра черные дыры излучают огромную энергию в виде специальных гравитационных волн. Со временем происходит столкновение, приводящее к несимметричному гравитационному коллапсу. Как отмечают ученые, данный процесс длится всего несколько секунд, в течение которых выделяется невероятное количество энергии, составляющей порядка половины всей массы двойной системы.
LIGO состоит из двух обсерваторий: в Ливингстоне (штат Луизиана) и в Хэнфорде (штат Вашингтон), удалённых друг от друга на 3002 километра. Поскольку скорость распространения гравитационных волн, как ожидают, равна скорости света, это расстояние даёт разницу в 10 миллисекунд, которая позволит определить направление на источник зарегистрированного сигнала.
Основной элемент каждой обсерватории — Г-образная система, состоящая из двух четырёхкилометровых плеч с высоким вакуумом внутри. Внутри такой системы устанавливается интерферометр Майкельсона, в каждом из плеч которого благодаря дополнительным зеркалам образуются резонаторы Фабри-Перо. Гравитационная волна, попав на прибор, изменяет длину плеча каждой из систем, и лазерный интерферометр фиксирует это изменение.
В настоящее время поиск гравитационных волн является одной из главных проблем физики. Согласно теории относительности Эйнштейна, любая материя во Вселенной, движущаяся с ускорением, излучает такую волну, которую также называют возмущением пространства и времени. Размер такой волны зависит от массы и ускорения объекта. В большинстве случаев возмущение имеет очень малую величину, а потому его весьма сложно регистрировать.
В общей теории относительности пространство-время можно сравнить с полотном, которое может сжиматься и растягиваться. При определенных обстоятельствах это полотно может растягиваться быстрее скорости света. Если схватить полотно за край и быстро потрясти, мы увидим, что по полотну побегут волны, причем побегут с определенной скоростью. Любое серьезное возмущение во Вселенной, такое как столкновение черных дыр или Большой взрыв, рождает на этом полотне пространства-времени рябь, которая разбегается в разные стороны. Эта рябь, или гравитационные волны, слишком малы, чтобы их можно было заметить при помощи обычных инструментов. Для их исследования в 2034 году NASA и ЕКА планируют запуск лазерной интерферометрической космической антенны eLISA (ранее LISA), которая будет регистрировать гравитационные волны, до сих пор блуждающие по Вселенной после Большого взрыва.
Проект eLISA нацелен на исследование гравитационных волн посредством лазерной интерферометрии на астрономических расстояниях. Измерения будут проводиться при помощи трёх космических аппаратов, расположенных в вершинах правильного треугольника. Две стороны этого треугольника длиной 5 миллионов километров будут образовывать плечи гигантского интерферометра Майкельсона. Когда гравитационная волна искажает структуру пространства-времени между двумя космическими аппаратами, появляется возможность измерить относительные изменения длины плеч интерферометра по сдвигу фазы лазерного луча.
Это будет самый крупный прибор, когда-либо выведенный в космос. Аппараты системы LISA будут слегка покачиваться на гравитационных волнах, до сих пор блуждающих по Вселенной после Большого взрыва. Лазерные лучи, соединяющие аппараты, почувствуют любое возмущение, а специальные датчики позволят зарегистрировать частоту и другие характеристики этого возмущения. Если проект получится, ученые смогут увидеть мир таким, каким он был сразу после Большого взрыва, скажем, через одну триллионную долю секунды после него. В декабре 2015 года был запущен спутник LISA Pathfinder для тестирования некоторых решений для оборудования eLISA.
Обнаружение гравитационных волн может свидетельствовать о том, что Большой взрыв действительно был, а спустя первую долю секунды после его начала запустился процесс космической инфляции, или практически моментального расширения пространства-времени. В результате Большого взрыва расширение некоторых частей пространства-времени могло произойти быстрее, чем в других. Этот эффект мог создать пространственно-временные «пузыри», которые в свою очередь развились бы в другие Вселенные. Гравитационные волны, как считают ученые, в пространстве-времени были образованы именно космической инфляцией, а скорость инфляции космоса превосходила в несколько раз скорость света.
Как сказал Алан Гут: «Сложно построить какую — либо из моделей инфляции космоса, которая бы в итоге не привела к теории о Мультивселенной. Я думаю, это просто невозможно».
