Что такое гравитационные волны, за открытие которых дали Нобелевскую премию?
Нобелевскую премию по физике в 2017 году получили Райнер Вайс, Барри С. Бэриш и Кип Торн за обнаружение детектором гравитационных волн LIGO. Что это за детектор и что такое «гравитационные волны», которые он обнаружил? Рассказываем обычным языком.
Гравитационные волны, которые искажают пространство-время, в представлении художника и ученых
Существование гравитационных волн предсказал еще Альберт Эйнштейн в 1916 году, но обнаружить их удалось только в сентябре 2015 года, когда исследователи зафиксировали всплеск таких волн, что были созданы слиянием двух черных дыр общей массой в 53 Солнца.
Чтобы представить гравитационные волны, можно бросить в воду большой камень. Столкновение воды с камнем смоделирует столкновение двух черных дыр, и вы увидите волны, которые будут являться моделью гравитационных волн, влияющих на пространство и искажающих его.
Почти любое событие, которое сопровождается ускоренным движением массы (например, вращение планеты вокруг звезды), порождает гравитационные волны. Но чтобы иметь возможность поймать эти волны, нужно поймать сигнал от очень массивных объектов, которым являются черные дыры. Но столкновение черных дыр — явление очень редкое, и волны значительно затухают, пока проходят большие расстояния.
Слияние черных дыр в представлении художника
В 2002 году по проектам ученых Торна и Древера из Калифорнийского технологического института, а также Вайса из Массачусетского технологического института в обсерватории LIGO был построен детектор, который представляет собой четыре небольшие зеркала (по 34 сантиметра в диаметре), закрепленных на концах двух перпендикулярных труб. Чтобы избавить зеркала от вибраций, их поместили на нескольких подвесках. Вся система находится в глубоком вакууме. При прохождении гравитационной волны зеркала начинают колебаться. Свет отражается от них, потом собирается на специальном разделителе. Фаза света изменяется при воздействии гравитационной волны, и это регистрирует соответствующий прибор
Изначально в рамках проекта LIGO ученым не удалось обнаружить предсказанные Эйнштейном колебания пространства-времени, поэтому после восьми лет работы ученые отключили детектор и начали работы по его модернизации.
И вот, утром 14 сентября 2015 года LIGO зарегистрировал гравитационную волну, вызванную слиянием двух черных дыр, которые находились на расстоянии 1,36 миллиардов световых лет от Земли.
Только представьте, насколько велика Вселенная! (Световой год — это расстояние, которое проходит свет в вакууме за один юлианский год).
По мнению Райнера Вайса, дальнейшее изучение гравитационных волн дает человечеству шанс увидеть то, что происходило в первые мгновения после Большого Взрыва, когда никакие другие формы излучения еще не существовали. А ХХІ век, безусловно, станет эпохой расцвета астрофизики.
