Што такое гравітацыйныя хвалі, за адкрыццё якіх далі Нобелеўскую прэмію?
Нобелеўскую прэмію па фізіцы ў 2017 годзе атрымалі Райнер Вайс, Бары С. Барыш і Кіп Торн за выяўленне гравітацыйных хваляў дэтэктарам LIGO. Што гэта за дэтэктар і што такое «гравітацыйныя хвалі», якія ён выявіў? Распавядаем звычайнай мовай.
Гравітацыйныя хвалі, што скажаюць прастору-час, ва ўяўленні мастака і навукоўцаў
Існаванне гравітацыйных хваляў прадказваў яшчэ Альберт Эйнштэйн у 1916 годзе, але выявіць іх удалося толькі ў верасні 2015 года, калі даследчыкі зафіксавалі ўсплёск такіх хваляў, што былі створаныя зліццём дзвюх чорных дзіраў агульнай масай у 53 Сонцы.
Каб уявіць гравітацыйныя хвалі, можна кінуць у ваду вялікі камень. Сутыкненне вады з камнем змадэлюе сутыкненне дзвюх чорных дзірак, і вы пабачыце хвалі, якія будуць з'яўляцца мадэллю гравітацыйных хваляў, што ўплываюць на прастору і скажаюць яе.
Амаль любая падзея, якая суправаджаецца паскораным рухам масы (напрыклад, кручэнне планеты вакол зоркі), спараджае гравітацыйныя хвалі. Але каб мець магчымасць злавіць гэтыя хвалі, трэба злавіць сігнал ад вельмі масіўных аб'ектаў, якім з'яўляюцца чорныя дзіркі. Але сутыкненне чорных дзірак — з'ява вельмі рэдкая, і хвалі значна згасаюць, пакуль праходзяць вялікія адлегласці.
Зліццё чорных дзірак ва ўяўленні мастака
У 2002 годзе па праектах навукоўцаў Торна і Дрэвера з Каліфарнійскага тэхналагічнага інстытута, а таксама Вайса з Масачусетскага тэхналагічнага інстытута ў абсерваторыі LIGO быў пабудаваны дэтэктар, які ўяўляе з сябе чатыры невялікія люстэркі (па 34 сантыметры ў дыяметры), замацаваныя на канцах дзвюх перпендыкулярных труб. Каб пазбавіць люстэркі вібрацый, іх змясцілі на некалькіх падвесках. Уся сістэма знаходзіцца ў глыбокім вакууме. Пры праходжанні гравітацыйнай хвалі люстэркі пачынаюць вагацца. Святло адлюстроўваецца ад іх, потым збіраецца на спецыяльным раздзяляльніку. Фаза святла змяняецца пры ўздзеянні гравітацыйнае хвалі, і гэта рэгіструе адпаведны прыбор
Першапачаткова ў рамках праекта LIGO навукоўцам не ўдалося выявіць прадказаныя Эйнштэйнам ваганні прасторы-часу, таму пасля васьмі гадоў працы навукоўцы адключылі дэтэктар і пачалі працы па ягонай мадэрнізацыі.
І вось, раніцай 14 верасня 2015 года LIGO зарэгістраваў гравітацыйную хвалю, выкліканую зліццём дзвюх чорных дзірак, якія знаходзіліся на адлегласці 1,36 мільярдаў светлавых гадоў ад Зямлі.
Толькі ўявіце, наколькі вялікі Сусвет! (Светлавы год — гэта адлегласць, якую праходзіць святло ў вакууме за адзін юліянскі год).
На думку Райнера Вайса, далейшае вывучэнне гравітацыйных хваляў дае чалавецтву шанец убачыць тое, што адбывалася ў першыя імгненні пасля Вялікага Выбуху, калі ніякія іншыя формы выпраменьвання яшчэ не існавалі. А ХХІ стагоддзе, безумоўна, стане эпохай росквіту астрафізікі.
