Каким бы стабильным это ни казалось, пространство на самом деле довольно растянуто. Все объекты во Вселенной искривляют ткань пространства и времени, или пространство-время. Более массивные объекты искажают его сильнее. Такие искажения ощущаются как гравитация. Объекты также могут создавать рябь в пространстве-времени, когда они движутся через него, причем более крупные объекты создают большую рябь. Такие колебания известны как гравитационные волны.
Альберт Эйнштейн предсказал существование этих волн около века назад. Но гравитационные волны впервые были замечены всего несколько лет назад. Почему? Потому что гравитационные волны исчезают по мере своего распространения, как рябь в пруду.
Итак, к тому времени, когда волны от далеких небесных объектов омывают Землю, они становятся крошечными. Словно всего тысячная ширина протона! Только самые экстремальные объекты в космосе производят достаточно большие волны, чтобы их могли уловить земные инструменты.
В этой статье я провожу вас в путешествие, которое начинается с объяснения гравитации — от классической точки зрения Исаака Ньютона (Isaac Newton) до современной и более сложной точки зрения Альберта Эйнштейна (Albert Einstein).
Затем я объясню, как движение массивных объектов создает гравитационные волны, которые представляют собой рябь в пространстве и времени, и как их можно использовать для объяснения некоторых тайн Вселенной.
Профессор Бариш (Barish) совместно с профессорами Райнером Вайсом (Rainer Weiss) и Кипом Торном (Kip Thorne) получили Нобелевскую премию по физике в 2017 году за решающий вклад в детектор LIGO и наблюдение гравитационных волн.
ГРАВИТАЦИЯ — ОТ НЬЮТОНА ДО ЭЙНШТЕЙНАВ 1687 году великий английский математик и физик сэр Исаак Ньютон (Isaac Newton) опубликовал свою знаменитую книгу «Principia», в которой изложил свою теорию гравитации.
Сила, которая заставляет объекты двигаться навстречу друг другу — первая «универсальная» теория в науке.
Теория Ньютона доказала, что гравитационная сила между двумя объектами пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Звучит сложно, но это означает, что чем больше масса объектов и чем ближе они друг к другу, тем сильнее гравитационная сила, которую они оказывают друг на друга.
Хотя это правда, оказалось, что замечательная теория Ньютона имеет несколько ограничений.
Во-первых, вы когда-нибудь задумывались, почему яблоко, падающее с дерева, падает вниз, а не вверх?
Когда вы прыгаете, почему вы возвращаетесь на Землю, а не летите вверх?
Теория Ньютона на самом деле не отвечает на эти простые вопросы.
Она только говорит нам о силе гравитации, которую два объекта оказывают друг на друга, как сила между яблоком и Землей или между вами и Землей.
Теория Ньютона не рассматривает направление силы между объектами (навстречу друг другу или друг от друга) и не объясняет, откуда берется гравитация в первом приближении
Представьте, что Солнце внезапно исчезло.
Если бы оно исчезло прямо сейчас, потребовалось бы около 8 минут, прежде чем мы смогли бы увидеть, что его больше нет, потому что свету требуется 8 минут, чтобы дойти до нас от Солнца.
То же верно и для всего остального, что происходит во Вселенной — требуется время, чтобы информация дошла от события до наблюдателя.
Таким образом, когда яблоко падает с дерева, наблюдателю должно пройти некоторое время (пусть даже крошечная доля секунды), чтобы понять, что же произошло на самом деле.
Теория Ньютона не учитывает этот временной интервал, поэтому, согласно его теории, наблюдатель видит падающее яблоко точно в тот момент, когда оно действительно падает.
Мы знаем, что в действительности это не так — следовательно, мы можем заключить, что в теории Ньютона чего-то не хватает.
Как мы можем решить эти две загадки, поставленные теорией Ньютона?
К счастью, более чем через 200 лет после Ньютона любимый физик Альберт Эйнштейн нашел решение.
В 1915 году Эйнштейн опубликовал новую теорию гравитации
Теория Эйнштейна имеет совершенно иной взгляд на гравитацию, и она помогает нам понять вещи, которые теория Ньютона не могла объяснить.
Это не означает, что теория Ньютона была неправильной или бесполезной — это просто означает, что она была неполной и что более новая теория помогает нам глубже понять вещи.
Теория Эйнштейна утверждает, что вокруг любого массивного объекта пространство и время подвергаются воздействию и искажаются или искривляются, и это создает притяжение к этому объекту.
Вот простой способ понять идею гравитации Эйнштейна.
Представьте, что вы кладете шарик на плоский батут.
Шарик остается неподвижным и не двигается
Однако, если вы поместите большой шар для боулинга в центр батута, что сделает батут изогнутым, шарик упадет к центру батута .
Присутствие тяжелого шара для боулинга исказило пространство, занимаемое батутом, таким образом, что шарик переместился к шару для боулинга, как будто притягиваемый им.
Это в основном то, что происходит в общей теории относительности Эйнштейна.
Наличие любой массы искажает пространство вокруг нее таким образом, что создается притяжение между массами.
Эта картина гравитации отвечает на вопрос, на который не смог ответить Ньютон: почему (и как) гравитация создает силу притяжения и почему вы падаете на Землю, когда подпрыгиваете?
Вторая проблема, связанная со временем, также была решена Эйнштейном, поскольку его теория учитывает скорость света.
В следующем разделе мы увидим интересное и важное явление, называемое гравитационными волнами, которое предсказывает теория гравитации Эйнштейна.
Одно из предсказаний общей теории относительности Эйнштейна состоит в том, что гравитация должна иметь волны — гравитационные волны.
Простой способ подумать о гравитационных волнах — представить себя у неподвижного пруда… затем вы бросаете в пруд камень.
Камень делает всплеск и опускается на дно пруда.
Хотя камень сейчас покоится на дне пруда, вы все еще можете увидеть эффект, который он оказал на поверхность воды, где волны движутся от центра наружу.
Это также способ визуализировать то, что происходит с гравитационными волнами.
Гравитационную волну создает не камень, падающий в пруд, а скорее движение или столкновение массивных объектов в пространстве
Когда мы измеряем гравитационные волны, мы на самом деле измеряем искажения (рябь), которые они создают в пространстве и времени.
Когда эти искажения достигают наших детекторов, они невероятно малы — намного меньше даже размера одного протона.
Положительно заряженная частица, присутствующая в ядре всех атомов.
Протоны меньше одной миллиардной ширины человеческого волоса.
Как вы можете себе представить, этого чрезвычайно трудно достичь, и для этого требуется использование очень специальной техники, называемой интерферометрией.
Метод измерения, использующий лазерные лучи для обнаружения очень малых явлений, таких как в нашем случае гравитационные волны.
Я не буду подробно описывать это здесь, но интерферометрия использует взаимодействие между лазерными лучами, чтобы обнаруживать очень маленькие сжатия и расширения пространства.
Чтобы проводить такие чувствительные измерения, нам необходимо изолировать наше оборудование, чтобы ничто не могло помешать нашим измерениям — даже малейшее движение может заглушить искомый сигнал.
Одним из источников возмущения является движение самой Земли, которая сотрясается при вращении вокруг своей оси (это сотрясение слишком слабое, чтобы его могли почувствовать люди, но его можно обнаружить с помощью чувствительных приборов).
Это означает, что нам нужно переместить наш измерительный прибор так, чтобы он не улавливал движения Земли.
Создание инструментов для измерения гравитационных волн было чрезвычайно сложной задачей.
Инструмент, который мы используем, называется LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), что означает лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории.
LIGO имеет длину несколько километров.
Его строительство и эксплуатация обошлись более чем в 1 миллиард долларов.
Большая часть этой работы по-прежнему связана с разработкой технологий, которые позволяют нам достичь большей чувствительности при обнаружении гравитационных волн без нежелательных движений, разрушающих наши измерения.
Многие спрашивают Бариша, не раздражает ли это работать над одной и той же проблемой более 20 лет.
И его ответ — категорическое нет!
Он получает огромное удовольствие, решая проблемы на этом пути, и для него большая честь делать то, что никто никогда не делал раньше.
Это интересно
+1
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Флаконы с "вакциной" Covid содержат оксид графена
(1)
gos
,
21.02.2022
-
7 признаков Воинов Духа
(1)
Анна 12
,
06.01.2022
-
С Новым Годом!
(1)
teka-45
,
31.12.2021
-
Законы духовного развития
(1)
Victor1
,
16.12.2021
-
Энергетический прогноз на декабрь 2021 года
(1)
Y
,
06.12.2021
20240501015458