Гравитационные волны: дорога к открытию

11 фев­ра­ля 2016 года на пресс-кон­фе­рен­ци­ях в США и Евро­пе было одно­вре­мен­но объ­яв­ле­но о круп­ней­шем науч­ном дости­же­нии — пер­вой пря­мой реги­стра­ции волн тяго­те­ния. Эпо­халь­ное откры­тие сде­ла­ли чле­ны меж­ду­на­род­ной кол­ла­бо­ра­ции LIGO, объ­еди­ня­ю­щей более тыся­чи уче­ных из пят­на­дца­ти стран. Этот про­ект был пред­ло­жен в 1980-е годы про­фес­со­ра­ми Кали­фор­ний­ско­го тех­но­ло­ги­че­ско­го инсти­ту­та Кипом Тор­ном (Kip Thorne) и Рональ­дом Дре­ве­ром (Ronald Drever) и про­фес­со­ром Мас­са­чу­сет­ско­го тех­но­ло­ги­че­ско­го инсти­ту­та Рей­не­ром Вейс­сом (Rainer Weiss). Откры­тие гра­ви­та­ци­он­ных волн про­изо­шло почти что ров­но через сто лет после пуб­ли­ка­ции ста­тьи Аль­бер­та Эйн­штей­на Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation, Preussische Akademie der Wissenschaften, Sitzungsberichte, 1916 (part 1), 688–696, где было пред­ска­за­но их суще­ство­ва­ние.

Несостоявшаяся сенсация

Джозеф Вебер в униформе Военно-морской академии США (1940 год). Фото из "Википедии"

Джо­зеф Вебер в уни­фор­ме Воен­но-мор­ской ака­де­мии США (1940 год). Фото из «Вики­пе­дии» 

Гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны уже «откры­ва­ли», прав­да, неудач­но. В кон­це 1969 года про­фес­сор физи­ки Мэри­ленд­ско­го уни­вер­си­те­та Джо­зеф Вебер (Joseph Weber) заявил, что обна­ру­жил вол­ны тяго­те­ния кос­ми­че­ско­го про­ис­хож­де­ния. До того вре­ме­ни ни один уче­ный не высту­пал с подоб­ным заяв­ле­ни­ем, да и сама воз­мож­ность детек­ти­ро­ва­ния таких волн счи­та­лась дале­ко не оче­вид­ной. Одна­ко Вебер слыл авто­ри­те­том в сво­ей обла­сти, поис­ком гра­ви­та­ци­он­ных волн он зани­мал­ся более деся­ти лет, и посе­му кол­ле­ги вос­при­ня­ли его сооб­ще­ние (вско­ре после­до­ва­ли и дру­гие) с пол­ной серьез­но­стью.

Одна­ко вско­ре насту­пи­ло отрезв­ле­ние. Ампли­ту­ды волн, яко­бы заре­ги­стри­ро­ван­ных Вебе­ром, в мил­ли­о­ны раз пре­вы­ша­ли тео­ре­ти­че­ски разум­ную вели­чи­ну. Вебер утвер­ждал, что эти вол­ны при­шли из закры­то­го пыле­вы­ми обла­ка­ми цен­тра нашей Галак­ти­ки, о кото­ром тогда было мало что извест­но. Аст­ро­фи­зи­ки тут же пред­по­ло­жи­ли, что там скры­ва­ет­ся гигант­ская чер­ная дыра, кото­рая еже­год­но пожи­ра­ет тыся­чи звезд и выбра­сы­ва­ет часть погло­щен­ной энер­гии в виде гра­ви­та­ци­он­но­го излу­че­ния, а аст­ро­но­мы заня­лись тщет­ным поис­ком более явствен­ных сле­дов это­го кос­ми­че­ско­го кан­ни­ба­лиз­ма (сей­час дока­за­но, что хотя дыра там и име­ет­ся, ведет она себя вполне скром­но). Физи­ки из США, СССР, Фран­ции, Гер­ма­нии, Англии и Ита­лии при­сту­пи­ли к экс­пе­ри­мен­там на детек­то­рах того же типа и ниче­го не доби­лись. К кон­цу 1972 года мало кто сомне­вал­ся в том, что вебе­ров­ские резуль­та­ты мож­но объ­яс­нить чем угод­но, но толь­ко не воз­дей­стви­ем гра­ви­та­ци­он­ных волн.

Уче­ные и досе­ле не зна­ют, чему при­пи­сать стран­ные пока­за­ния при­бо­ров Вебе­ра. Одна­ко его уси­лия сти­му­ли­ро­ва­ли созда­ние более чув­стви­тель­ных детек­то­ров волн тяго­те­ния, к чис­лу кото­рых при­над­ле­жит LIGO, MiniGrail и др. К сожа­ле­нию, Джо­зеф Вебер не дожил даже до нача­ла рабо­ты LIGO — в сен­тяб­ре 2000 года он скон­чал­ся от рака.

Природа гравитационных волн

Часто гово­рят, что гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны — это рас­про­стра­ня­ю­щи­е­ся в про­стран­стве воз­му­ще­ния поля тяго­те­ния. Такое опре­де­ле­ние пра­виль­но, но непол­но. Соглас­но Общей тео­рии отно­си­тель­но­сти, тяго­те­ние воз­ни­ка­ет из-за искрив­ле­ния про­стран­ствен­но-вре­мен­но­го кон­ти­ну­у­ма. Его струк­ту­ра опи­сы­ва­ет­ся мет­ри­че­ским тен­зо­ром, опре­де­ля­ю­щим рас­сто­я­ния меж­ду бес­ко­неч­но близ­ки­ми точ­ка­ми про­стран­ства-вре­ме­ни по всем воз­мож­ным направ­ле­ни­ям. Вол­ны тяго­те­ния — это флук­ту­а­ции про­стран­ствен­но-вре­мен­ной мет­ри­ки, кото­рые про­яв­ля­ют себя как коле­ба­ния гра­ви­та­ци­он­но­го поля. По этой-то при­чине их часто назы­ва­ют про­стран­ствен­но-вре­мен­ной рябью — срав­не­ние образ­ное, хотя и силь­но заез­жен­ное.

Источ­ни­ком гра­ви­та­ци­он­ных волн слу­жат любые дви­же­ния мате­ри­аль­ных тел, при­во­дя­щие к неод­но­род­но­му изме­не­нию силы тяго­те­ния в окру­жа­ю­щем про­стран­стве. Дви­жу­ще­е­ся с посто­ян­ной ско­ро­стью тело ниче­го не излу­ча­ет, посколь­ку харак­тер его поля тяго­те­ния не изме­ня­ет­ся. Для испус­ка­ния волн тяго­те­ния необ­хо­ди­мо уско­ре­ние, одна­ко отнюдь не вся­кое. Цилиндр, кото­рый вра­ща­ет­ся вокруг сво­ей глав­ной оси, испы­ты­ва­ет уско­ре­ние (вспом­ним школь­ный курс физи­ки), одна­ко его гра­ви­та­ци­он­ное поле оста­ет­ся повсю­ду одно­род­ным, и вол­ны тяго­те­ния не воз­ни­ка­ют. А вот если рас­кру­тить этот цилиндр вокруг дру­гой оси, поле нач­нет осцил­ли­ро­вать, и от цилин­дра во все сто­ро­ны побе­гут гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны.

Тот, кто пом­нит, что такое квад­ру­поль­ный момент, сра­зу дога­да­ет­ся, что в этой ситу­а­ции он не оста­нет­ся посто­ян­ным. Тако­во про­яв­ле­ние обще­го пра­ви­ла — систе­ма масс, квад­ру­поль­ный момент кото­рой меня­ет­ся со вре­ме­нем, все­гда излу­ча­ет гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны. Поэто­му, в част­но­сти, гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны излу­ча­ют любые два кос­ми­че­ских объ­ек­та, обра­ща­ю­щи­е­ся вокруг обще­го цен­тра тяже­сти.

Вол­ны тяго­те­ния обла­да­ют мно­же­ством инте­рес­ней­ших свойств, огра­ни­чим­ся основ­ны­ми.

  1. В пустом про­стран­стве они рас­про­стра­ня­ют­ся со ско­ро­стью све­та. Более того, эта ско­рость прак­ти­че­ски все­гда сохра­ня­ет­ся при встре­че с мате­ри­аль­ны­ми объ­ек­та­ми, так что гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны не пре­тер­пе­ва­ют пре­лом­ле­ния. Экс­тре­маль­но сверх­плот­ное веще­ство спо­соб­но умень­шить ско­рость гра­ви­та­ци­он­ных волн, но в про­чих слу­ча­ях этот эффект пре­не­бре­жи­мо мал. Ампли­ту­ды волн тяго­те­ния уга­са­ют при уда­ле­нии от источ­ни­ка, одна­ко вовсе не пада­ют до нуля. Мож­но ска­зать, что еди­но­жды воз­ник­шая вол­на тяго­те­ния обре­че­на на веч­ную жизнь. В част­но­сти, Все­лен­ная долж­на быть про­ни­за­на релик­то­вы­ми вол­на­ми тяго­те­ния, уна­сле­до­ван­ны­ми от инфля­ци­он­ной фазы. В них зако­ди­ро­ва­на инфор­ма­ция о стро­е­нии «заро­ды­ше­вой» Все­лен­ной, кото­рую, прав­да, еще надо умуд­рить­ся рас­шиф­ро­вать.
  2. Вол­ны тяго­те­ния попе­реч­ны. Это озна­ча­ет, что такая вол­на иска­жа­ет струк­ту­ру про­стран­ства в плос­ко­сти, пер­пен­ди­ку­ляр­ной век­то­ру ее рас­про­стра­не­ния. Твер­дое тело, попав­шее в область вол­но­во­го гра­ви­та­ци­он­но­го фрон­та, будет испы­ты­вать дефор­ма­ции имен­но в этой плос­ко­сти (какие имен­но, зави­сит от харак­те­ра вол­ны). В про­стей­шем слу­чае про­стран­ство пери­о­ди­че­ски рас­тя­ги­ва­ет­ся и сжи­ма­ет­ся вдоль двух вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ных направ­ле­ний, лежа­щих в этой плос­ко­сти.
  3. Гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны уно­сят энер­гию, кото­рую они отби­ра­ют у излу­ча­ю­щей мате­рии. Поэто­му со вре­ме­нем звез­ды двой­ной систе­мы сбли­жа­ют­ся друг с дру­гом, и про­дол­жи­тель­ность их обо­ро­тов вокруг обще­го цен­тра умень­ша­ет­ся.

Гра­ви­та­ци­он­ное излу­че­ние от зем­ных источ­ни­ков чрез­вы­чай­но сла­бо. Возь­мем сталь­ную колон­ну мас­сой 10 тыс. тонн, под­ве­сим за центр в гори­зон­таль­ной плос­ко­сти и рас­кру­тим вокруг вер­ти­каль­ной оси до деся­ти обо­ро­тов в секун­ду (намно­го быст­рее не полу­чит­ся — сталь нач­нет рвать­ся). Мощ­ность гра­ви­та­ци­он­но­го излу­че­ния такой гигант­ской вер­туш­ки соста­вит при­мер­но 10–24 ват­та. Поэто­му един­ствен­ная надеж­да обна­ру­жить вол­ны тяго­те­ния в сколь­ко-нибудь близ­ком буду­щем — это най­ти источ­ник гра­ви­та­ци­он­но­го излу­че­ния, при­шед­ше­го из кос­мо­са.

В этом плане весь­ма пер­спек­тив­ны тес­ные двой­ные звез­ды, пары звезд, раз­де­лен­ных неболь­шой дистан­ци­ей. При­чи­на про­ста: мощ­ность гра­ви­та­ци­он­но­го излу­че­ния такой систе­мы рас­тет в обрат­ной про­пор­ции к пятой сте­пе­ни ее попе­реч­ни­ка. Еще луч­ше, если тра­ек­то­рии звезд силь­но вытя­ну­ты, так как при этом воз­рас­та­ет ско­рость изме­не­ния квад­ру­поль­но­го момен­та. Совсем хоро­шо, если двой­ная систе­ма состо­ит из ком­пакт­ных реля­ти­вист­ских объ­ек­тов — белых кар­ли­ков, ней­трон­ных звезд или чер­ных дыр.

Черные дыры искажают пространство-время (желтые линии) и излучают гравитационные волны (изображение: Henze/NASA)

Чер­ные дыры иска­жа­ют про­стран­ство-вре­мя (жел­тые линии) и излу­ча­ют гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны (изоб­ра­же­ние: Henze/​NASA)

Гра­ви­та­ци­он­ное излу­че­ние так­же порож­да­ет­ся кол­лап­сом мас­сив­ной звез­ды, исчер­пав­шей свое тер­мо­ядер­ное топ­ли­во. Одна­ко дефор­ма­ция звез­ды долж­на быть асим­мет­рич­ной, ина­че излу­че­ние не воз­ник­нет. Во вре­мя кол­лап­са гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны могут уне­сти с собой до деся­той части пол­ной энер­гии све­ти­ла, той, кото­рая опре­де­ля­ет­ся эйн­штей­нов­ской фор­му­лой E=mс2. Мощ­ность гра­ви­та­ци­он­но­го излу­че­ния в этом слу­чае по поряд­ку вели­чи­ны состав­ля­ет 1050 ватт. Мно­го боль­ше энер­гии выде­ля­ет­ся при сли­я­нии ней­трон­ных звезд, здесь пико­вая мощ­ность дости­га­ет 1052 ватт. Но самый луч­ший источ­ник излу­че­ния — столк­но­ве­ние чер­ных дыр, посколь­ку их мас­сы могут пре­вы­шать мас­сы ней­трон­ных звезд не толь­ко в разы, но и в мил­ли­о­ны и даже мил­ли­ар­ды раз. В мар­те 2006 года аме­ри­кан­ские аст­ро­фи­зи­ки опуб­ли­ко­ва­ли очень впе­чат­ля­ю­щие резуль­та­ты ком­пью­тер­ной симу­ля­ции гра­ви­та­ци­он­ных волн, порож­ден­ных при таком сли­я­нии (www.newscientist.com/article/dn9012-black-holes-collide-in-the-best-simulation-yet), кото­рые теперь были исполь­зо­ва­ны пер­во­от­кры­ва­те­ля­ми гра­ви­та­ци­он­ных волн. Необ­хо­ди­мо отме­тить, что гра­ви­та­ци­он­ное излу­че­ние двой­ной систе­мы име­ет пери­о­ди­че­ский харак­тер, а при кол­лап­сах и столк­но­ве­ни­ях оно высво­бож­да­ет­ся в виде корот­ких всплес­ков.

Гравитационные резонаторы: Вебер и другие

В пер­вой поло­вине про­шло­го века физи­ки, вклю­чая Эйн­штей­на, не вери­ли в воз­мож­ность детек­ти­ро­ва­ния гра­ви­та­ци­он­ных волн. Впер­вые ее обос­но­вал в 1957 году англий­ский физик Феликс Пира­ни (Felix Pirani), на рабо­ты кото­ро­го опи­рал­ся Вебер. Он скон­чал­ся 31 декаб­ря 2015 года, воз­мож­но, так и не успев узнать о тор­же­стве сво­ей идеи.

Вебер исполь­зо­вал в каче­стве детек­то­ров сплош­ные алю­ми­ни­е­вые цилин­дры мет­ро­вой дли­ны с пье­зо­элек­три­че­ски­ми дат­чи­ка­ми на тор­цах. Их поме­ща­ли в ваку­ум­ную каме­ру и с мак­си­маль­ной тща­тель­но­стью изо­ли­ро­ва­ли от внеш­них меха­ни­че­ских воз­дей­ствий. Два таких цилин­дра Вебер уста­но­вил в бун­ке­ре на поле для голь­фа Мэри­ленд­ско­го уни­вер­си­те­та и один в Аргонн­ской наци­о­наль­ной лабо­ра­то­рии непо­да­ле­ку от Чика­го.

Идея это­го экс­пе­ри­мен­та пре­дель­но про­ста. Про­стран­ство под дей­стви­ем гра­ви­та­ци­он­ных волн сжи­ма­ет­ся и рас­тя­ги­ва­ет­ся, так что цилиндр виб­ри­ру­ет в про­доль­ном направ­ле­нии, высту­пая в каче­стве гра­ви­та­ци­он­но-вол­но­вой антен­ны. Пье­зо­элек­три­че­ские кри­стал­лы отве­ча­ют на виб­ра­цию элек­три­че­ской поля­ри­за­ци­ей, кото­рую не слиш­ком слож­но изме­рить. Любое про­хож­де­ние цуга кос­ми­че­ских волн тяго­те­ния одно­вре­мен­но дей­ству­ет на детек­то­ры, раз­не­сен­ные на тыся­чу кило­мет­ров, что поз­во­ля­ет отфиль­тро­вать гра­ви­та­ци­он­ные импуль­сы от раз­лич­но­го рода шумов. И изме­ре­ния, и обра­бот­ку резуль­та­тов мож­но про­из­во­дить по несколь­ким схе­мам (что Вебер и делал), одна­ко общий прин­цип оста­ет­ся неиз­мен­ным.

Вебе­ров­ские дат­чи­ки были в состо­я­нии заме­тить сме­ще­ния тор­цов цилин­дра, рав­ные все­го 10–15 его дли­ны — в дан­ном слу­чае 10–13 см. Имен­но такие коле­ба­ния Вебе­ру уда­лось обна­ру­жить, о чем он впер­вые и сооб­щил в 1969 году на стра­ни­цах Physical Review Letters. Все попыт­ки повто­рить эти резуль­та­ты ока­за­лись тщет­ны­ми. Дан­ные Вебе­ра к тому же про­ти­во­ре­чи­ли тео­ре­ти­че­ским выклад­кам, кото­рые прак­ти­че­ски не поз­во­ля­ли ожи­дать отно­си­тель­ных сме­ще­ний выше 10–18 (при­чем гораз­до веро­ят­ней зна­че­ния менее 10–20). Не исклю­че­но, что Вебер напу­тал при ста­ти­сти­че­ской обра­бот­ке резуль­та­тов, но это все­го лишь гипо­те­за. Коро­че гово­ря, пер­вая попыт­ка обна­ру­жить гра­ви­та­ци­он­ное излу­че­ние закон­чи­лась неуда­чей.

В даль­ней­шем гра­ви­та­ци­он­но-вол­но­вые антен­ны зна­чи­тель­но усо­вер­шен­ство­ва­ли. В 1967 году аме­ри­кан­ский физик Уильям Фэр­бенк (William Martin Fairbank) пред­ло­жил охла­ждать их в жид­ком гелии. Это не толь­ко поз­во­ли­ло изба­вить­ся от боль­шей части теп­ло­вых шумов, но и откры­ло воз­мож­ность при­ме­не­ния скви­дов — точ­ней­ших сверх­про­во­дя­щих дат­чи­ков элек­три­че­ско­го тока, исполь­зу­ю­щих эффект Джо­зеф­со­на. Реа­ли­за­ция этой идеи ока­за­лась сопря­же­на со мно­же­ством тех­ни­че­ских слож­но­стей, и сам Фэр­бенк до нее не дожил. К нача­лу 1980-х годов физи­ки из Стэн­форд­ско­го уни­вер­си­те­та постро­и­ли уста­нов­ку с чув­стви­тель­но­стью поряд­ка 10–18, одна­ко волн не заре­ги­стри­ро­ва­ли. Сей­час в ряде стран дей­ству­ют уль­тра­крио­ген­ные виб­ра­ци­он­ные детек­то­ры волн тяго­те­ния, рабо­та­ю­щие при тем­пе­ра­ту­рах, лишь на деся­тые и сотые доли гра­ду­са выше абсо­лют­но­го нуля. Тако­ва, напри­мер, уста­нов­ка AURIGA (Antenna Ultracriogenica Risonante per l’Indagine Gravitazionale Astronomica) в ита­льян­ском горо­де Падуе. Антен­ной для нее слу­жит трех­мет­ро­вый цилиндр из алю­ми­ни­е­во-маг­ни­е­во­го спла­ва, диа­метр кото­ро­го состав­ля­ет 60 см, а вес 2,3 тон­ны. Он под­ве­шен в ваку­ум­ной каме­ре, охла­жда­е­мой до 0,1 кель­ви­на. Его сотря­се­ния (с часто­той поряд­ка 1000 герц) пере­да­ют­ся на вспо­мо­га­тель­ный резо­на­тор мас­сой в 1 кг, кото­рый колеб­лет­ся с такой же часто­той, но мно­го боль­шей ампли­ту­дой. Эти виб­ра­ции реги­стри­ру­ют­ся изме­ри­тель­ной аппа­ра­ту­рой и ана­ли­зи­ру­ют­ся с помо­щью ком­пью­те­ра. Чув­стви­тель­ность ком­плек­са AURIGA лежит в интер­ва­ле 10–20–10–21.

Астрономы не дремлют

Рассел Халс в своей лаборатории в Принстоне ("Википедия")

Рас­сел Халс в сво­ей лабо­ра­то­рии в Прин­стоне («Вики­пе­дия»)

Пер­вое — и еще толь­ко кос­вен­ное — дока­за­тель­ство суще­ство­ва­ния волн тяго­те­ния свя­за­но с рабо­та­ми аме­ри­кан­ско­го радио­астро­но­ма Джо­зе­фа Тей­ло­ра (Joseph Hooton Taylor) и его сту­ден­та Рас­се­ла Хал­са (Russell Alan Hulse). В 1974 году они впер­вые обна­ру­жи­ли пару обра­ща­ю­щих­ся друг вокруг дру­га ней­трон­ных звезд PSR B1913+16, что само по себе было серьез­ным аст­ро­но­ми­че­ским откры­ти­ем. Точ­нее, сна­ча­ла они выяви­ли излу­ча­ю­щую в радио­ди­а­па­зоне ней­трон­ную звез­ду (радио­пуль­сар), а потом нашли у нее мол­ча­ли­вую ком­па­ньон­ку. Пуль­сар вра­ща­ет­ся вокруг сво­ей оси со ста­биль­ной угло­вой ско­ро­стью (что быва­ет дале­ко не все­гда) и поэто­му слу­жит исклю­чи­тель­но точ­ны­ми часа­ми. Эта осо­бен­ность и поз­во­ли­ла чрез­вы­чай­но точ­но изме­рить мас­сы обе­их звезд и выяс­нить харак­тер их орби­таль­но­го дви­же­ния. Ока­за­лось, что пери­од этой двой­ной систе­мы, кото­рый сей­час состав­ля­ет 3 часа 45 мин, еже­год­но сокра­ща­ет­ся на 70 мик­ро­се­кунд. Эта вели­чи­на хоро­шо согла­су­ет­ся с реше­ни­я­ми урав­не­ний Общей тео­рии отно­си­тель­но­сти, опи­сы­ва­ю­щих поте­рю энер­гии звезд­ной пары, обу­слов­лен­ную гра­ви­та­ци­он­ным излу­че­ни­ем. Впро­чем, столк­но­ве­ние звезд слу­чит­ся не ско­ро, через 300 млн лет. В 1993 году Тей­лор и Халс были удо­сто­е­ны за это откры­тие Нобе­лев­ской пре­мии. Любо­пыт­но, что откры­тия пер­во­го двой­но­го радио­пуль­са­ра при­шлось ждать еще дол­го, он был обна­ру­жен уче­ны­ми из Австра­лии, Бри­та­нии, Ита­лии и США лишь в кон­це 2003 года. Ему оста­лось жить «все­го ниче­го», каких-нибудь 85 млн лет.

Интерферометры

Еще один спо­соб детек­ти­ро­ва­ния волн тяго­те­ния осно­ван на отка­зе от мас­сив­ных резо­на­то­ров в поль­зу све­то­вых лучей. Пер­вы­ми в 1962 году его пред­ло­жи­ли совет­ские физи­ки М.Е. Гер­цен­штейн и В.И. Пусто­войт, а дву­мя года­ми поз­же и Вебер. В нача­ле 1970-х сотруд­ник иссле­до­ва­тель­ских лабо­ра­то­рий кор­по­ра­ции «Хьюз Эйр­крафт» Роберт Фор­вард (Robert L. Forward), в про­шлом аспи­рант Вебе­ра, в даль­ней­шем весь­ма извест­ный писа­тель-фан­таст, постро­ил пер­вый такой детек­тор с вполне при­лич­ной чув­стви­тель­но­стью. Тогда же Рай­нер Вайсс выпол­нил очень глу­бо­кий тео­ре­ти­че­ский ана­лиз воз­мож­но­стей опти­че­ских мето­дов реги­стра­ции гра­ви­та­ци­он­ных волн.

Эти мето­ды пред­по­ла­га­ют исполь­зо­ва­ние ана­ло­гов вошед­ше­го в исто­рию физи­ки при­бо­ра, с помо­щью кото­ро­го 125 лет назад аме­ри­кан­ский физик Аль­берт Май­кель­сон дока­зал, что ско­рость све­та стро­го оди­на­ко­ва по всем направ­ле­ни­ям. В этой уста­нов­ке, интер­фе­ро­мет­ре Май­кель­со­на, парал­лель­ный пучок све­та попа­да­ет на полу­про­зрач­ную пла­стин­ку и раз­де­ля­ет­ся на два вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ных луча, кото­рые отра­жа­ют­ся от зер­кал, рас­по­ло­жен­ных на оди­на­ко­вом рас­сто­я­нии от пла­стин­ки. Затем све­то­вые пуч­ки опять сли­ва­ют­ся и пада­ют на экран, где воз­ни­ка­ет интер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на (свет­лые и тем­ные поло­сы и линии). Если ско­рость све­та зави­сит от его направ­ле­ния, то при пово­ро­те всей уста­нов­ки эта кар­тин­ка долж­на изме­нить­ся, если нет — остать­ся такой же, что и рань­ше.

Владислав Иванович Пустовойт читает лекцию-доклад «О проблеме обнаружения гравитационных волн» (МИЭТ, 10 февраля 2009 года). Фото из "Википедии"

Вла­ди­слав Ива­но­вич Пусто­войт чита­ет лек­цию-доклад «О про­бле­ме обна­ру­же­ния гра­ви­та­ци­он­ных волн» (МИЭТ, 10 фев­ра­ля 2009 года). Фото из «Вики­пе­дии» 

Интер­фе­рен­ци­он­ный детек­тор волн тяго­те­ния рабо­та­ет сход­ным обра­зом. Про­хо­дя­щая вол­на дефор­ми­ру­ет про­стран­ство и тем изме­ня­ет дли­ну каж­до­го пле­ча интер­фе­ро­мет­ра (пути, по кото­ро­му свет идет от дели­те­ля до зер­ка­ла), рас­тя­ги­вая одно и сжи­мая дру­гое. В резуль­та­те интер­фе­рен­ци­он­ная кар­тин­ка меня­ет­ся, и это-то изме­не­ние и нуж­но заре­ги­стри­ро­вать. К сожа­ле­нию, прак­ти­че­ское вопло­ще­ние этой идеи сопря­же­но с гигант­ски­ми тех­ни­че­ски­ми труд­но­стя­ми. Вот одна из них, при­чем не глав­ная. Если ожи­да­е­мое отно­си­тель­ное изме­не­ние дли­ны плеч интер­фе­ро­мет­ра состав­ля­ет 10–20, то при настоль­ных раз­ме­рах при­бо­ра (как у Май­кель­со­на) оно обо­ра­чи­ва­ет­ся осцил­ля­ци­я­ми про­тя­жен­но­стью поряд­ка 10–18 см (вол­ны види­мо­го све­та в 10 трлн раз длин­нее). Мож­но уве­ли­чить про­тя­жен­ность плеч до несколь­ких кило­мет­ров, одна­ко про­бле­мы всё рав­но оста­ют­ся. Лазер­ный источ­ник све­та дол­жен быть одно­вре­мен­но и доста­точ­но мощ­ным, и чрез­вы­чай­но ста­биль­ным по часто­те, зер­ка­ла — иде­аль­но плос­ки­ми и иде­аль­но отра­жа­ю­щи­ми, ваку­ум в тру­бах, по кото­рым рас­про­стра­ня­ет­ся свет, — мак­си­маль­но глу­бо­ким, меха­ни­че­ская ста­би­ли­за­ция всей систе­мы — воис­ти­ну совер­шен­ной. Коро­че гово­ря, интер­фе­рен­ци­он­ный детек­тор гра­ви­та­ци­он­ных волн — при­бор доро­гой и гро­мозд­кий.

Сего­дня самая боль­шая уста­нов­ка это­го рода — аме­ри­кан­ский ком­плекс LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Он состо­ит из двух обсер­ва­то­рий, раз­не­сен­ных на 3 тыс. км. Одна из них нахо­дит­ся на Тихо­оке­ан­ском побе­ре­жье США в Хан­фор­де в шта­те Вашинг­тон, а дру­гая — в Ливинг­стоне в шта­те Луи­зи­а­на. Изме­ре­ния про­из­во­дят с помо­щью трех интер­фе­ро­мет­ров (два в Хан­фор­де, один в Ливинг­стоне) с пле­ча­ми четы­рех­ки­ло­мет­ро­вой дли­ны. Уста­нов­ка снаб­же­на зер­каль­ны­ми нако­пи­те­ля­ми све­та, кото­рые уве­ли­чи­ва­ют ее чув­стви­тель­ность.

Пар­ный детек­тор­ный ком­плекс LIGO начал дей­ство­вать в 2002 году и рабо­тал до 2010 года. Он был в состо­я­нии реги­стри­ро­вать сме­ще­ния зер­кал на фан­та­сти­че­ски малые рас­сто­я­ния — при­мер­но 4 х 10–16 см. Одна­ко тогда сиг­на­лов от гра­ви­та­ци­он­ных волн заре­ги­стри­ро­вать не уда­лось. Затем экс­пе­ри­мент был оста­нов­лен для глу­бо­кой модер­ни­за­ции ком­плек­са, кото­рая обо­шлась в 205 млн долл. Там были уста­нов­ле­ны твер­до­тель­ные лазе­ры, излу­ча­ю­щие на длине вол­ны в 1 мик­ро­метр, новые систе­мы гид­рав­ли­че­ской и элек­тро­маг­нит­ной ста­би­ли­за­ции зер­кал и усо­вер­шен­ство­ван­ные детек­то­ры. Это поз­во­ли­ло суще­ствен­но сни­зить уро­вень низ­ко­ча­стот­ных шумов и при­ве­ло к мно­го­крат­но­му уве­ли­че­нию чув­стви­тель­но­сти при­бо­ров (в 3–5 раз для коле­ба­ний в диа­па­зоне 100–300 герц, и более чем в 10 раз для коле­ба­ний с часто­той менее 60 герц). До модер­ни­за­ции пре­дел чув­стви­тель­но­сти на часто­тах поряд­ка 100 герц состав­лял 10–21, а после нее сни­зил­ся менее чем до 10–22. Это поз­во­ли­ло реги­стри­ро­вать сме­ще­ния зер­кал на 10–17 см, что в 10 тыс. раз мень­ше диа­мет­ра про­то­на.

Усо­вер­шен­ство­ван­ный ком­плекс, Advanced LIGO, при­сту­пил к рабо­те в нача­ле осе­ни 2015 года. Все­го через три дня, ран­ним утром 14 сен­тяб­ря, на нем был детек­ти­ро­ван сиг­нал, кото­рый участ­ни­ки кол­ла­бо­ра­ции после тща­тель­но­го ана­ли­за и отсеч­ки аль­тер­на­тив­ных интер­пре­та­ций интер­пре­ти­ро­ва­ли как всплеск гра­ви­та­ци­он­но­го излу­че­ния, рож­ден­ный сли­я­ни­ем двух чер­ных дыр. Его началь­ная часто­та рав­ня­лась 35 герц, а мак­си­маль­ная — 250 герц. Раз­ни­ца во вре­ме­ни меж­ду при­хо­дом сиг­на­ла на детек­то­ры соста­ви­ла 7 мил­ли­се­кунд. При­мер­но это­го и надо было ожи­дать, при­ни­мая во вни­ма­ние дистан­цию меж­ду интер­фе­ро­мет­ра­ми и то обсто­я­тель­ство, что гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны соглас­но ОТО рас­про­стра­ня­ют­ся со ско­ро­стью све­та. Досто­вер­ность сде­лан­ных выво­дов очень высо­ка — более 5,1σ.

Два наложенных сигнала от двух установок. Картинка из презентации

Два нало­жен­ных сиг­на­ла от двух уста­но­вок. Кар­тин­ка из пре­зен­та­ции

Собран­ные дан­ные поз­во­ли­ли опре­де­лить мас­сы столк­нув­ших­ся дыр, 29 и 36 масс Солн­ца, и их уда­лен­ность от Зем­ли — око­ло 1,3 млрд све­то­вых лет. В резуль­та­те это­го ката­клиз­ма обра­зо­ва­лась быст­ро вра­ща­ю­ща­я­ся чер­ная дыра в 62 сол­неч­ных мас­сы. Энер­ге­ти­че­ский экви­ва­лент трех сол­неч­ных масс унес­ло гра­ви­та­ци­он­ное излу­че­ние, кото­рое через 1300 млн лет дошло до Зем­ли.

Участ­ни­ки кол­ла­бо­ра­ции LIGO полу­чи­ли и дру­гие важ­ные резуль­та­ты. Они зано­во оце­ни­ли комп­то­нов­скую дли­ну вол­ны гра­ви­то­на, кван­та гра­ви­та­ци­он­но­го поля. Соглас­но этой оцен­ке, она пре­вы­ша­ет 1013 км. Отсю­да сле­ду­ет, что верх­няя гра­ни­ца мас­сы гра­ви­то­на состав­ля­ет 1,2 х 10–22 эВ. Этот резуль­тат уточ­ня­ет ана­ло­гич­ные оцен­ки, сде­лан­ные на осно­ве изу­че­ния двой­ных пуль­са­ров. Кро­ме того, теперь дока­за­но суще­ство­ва­ние чер­ных дыр звезд­но­го про­ис­хож­де­ния (то есть воз­ник­ших в резуль­та­те кол­лап­са звезд, израс­хо­до­вав­ших свое тер­мо­ядер­ное топ­ли­во), чьи мас­сы пре­вы­ша­ют 25 сол­неч­ных масс. Теперь так­же мож­но с уве­рен­но­стью ска­зать, что за вре­мя суще­ство­ва­ния нашей Все­лен­ной в ней воз­ник­ло мно­же­ство двой­ных чер­ных дыр, что рань­ше было не вполне оче­вид­но. Нако­нец, иссле­до­ва­те­ли под­счи­та­ли, что за год в обла­сти про­стран­ства объ­е­мом в один куби­че­ский гига­пар­сек про­ис­хо­дит от двух до четы­рех­сот сли­я­ний спа­рен­ных чер­ных дыр. Все эти выво­ды пред­став­ле­ны в ста­тье B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (published 11 February 2016).

А что дальше?

Advanced LIGO ско­ро обре­тет достой­но­го парт­не­ра. Во вто­рой поло­вине нынеш­не­го года пред­по­ла­га­ет­ся запуск моди­фи­ци­ро­ван­ной вер­сии детек­то­ра Virgo, рас­по­ло­жен­но­го в Ита­лии непо­да­ле­ку от Пизы. Это тоже интер­фе­ро­метр с трех­ки­ло­мет­ро­вы­ми пле­ча­ми, ана­ло­гич­ный LIGO. Он дей­ство­вал с 2007 по 2011 годы, после чего был оста­нов­лен для модер­ни­за­ции. В 2018 году в Япо­нии может при­сту­пить к рабо­те интер­фе­ро­метр KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector), зато­чен­ный на реги­стра­цию гра­ви­та­ци­он­ных волн, воз­ни­ка­ю­щих при сли­я­нии ней­трон­ных звезд; пред­по­ла­га­ет­ся так­же созда­ние еще одно­го детек­то­ра про­ек­та LIGO в Индии. Евро­пей­ское кос­ми­че­ское агент­ство рас­смат­ри­ва­ет про­ект кос­ми­че­ской обсер­ва­то­рии для поис­ка гра­ви­та­ци­он­ных волн eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) с дли­ной плеч в 5 млн км, одна­ко ее запуск, по послед­ним дан­ным, может состо­ять­ся не ранее сере­ди­ны 2030-х годов.

Алек­сей Левин

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

27 комментариев

  • dedul137:

    Как все­гда отлич­но, Алек­сей. Спа­си­бо.

  • фонтан:

    Я, конеч­но, дуб дубом в кван­то­вой меха­ни­ке, но тем не менее осме­люсь задать вопрос.

    Напри­мер, еже­ли мы рас­кру­тим два элек­три­че­ских заря­да, то они будут излу­чать элек­тро­маг­нит­ную вол­ну. А её часто­та будет рав­на часто­те вра­ще­ния оных заря­дов. То бишь дли­ну вол­ны мож­но сде­лать какой угод­но. Я все­гда пола­гал, что сия дли­на и будет комп­то­нов­ской дли­ной вол­ны полу­ча­ю­щих­ся фото­нов, и что с гра­ви­то­на­ми и пр. долж­но быть точ­но так же.

    Тогда как здесь, напро­тив, дли­на гра­ви­та­ци­он­ных волн поряд­ка 1е3 км (ибо 250 герц и ско­рость све­та), тогда как комп­то­нов­ская дли­на вол­ны гра­ви­то­на полу­чи­лась 1е13 км. Отче­го так полу­ча­ет­ся? И как из при­ве­дён­но­го экс­пе­ри­мен­та узна­ли комп­то­нов­скую дли­ну вол­ны?

    С ней­три­но, кста­ти, ана­ло­гич­ная пет­руш­ка. Вро­де как гово­рят, что части­цы с нену­ле­вой мас­сой покоя не могут дви­гать­ся со ско­ро­стью све­та, а про ней­три­но гово­рят, что оно дви­жет­ся со ско­ро­стью све­та и в то же вре­мя име­ет нену­ле­вую мас­су покоя.

    • Б.Штерн:

      Комп­то­нов­ская дли­на вол­ны фото­на – бес­ко­неч­ность. Она име­ет смысл толь­ко для мас­сив­ных частиц

      • Amperion:

        ну это толь­ко если гра­ви­тон не име­ет мас­сы

      • Алексей Левин:

        О том, как уда­лось оце­нить пара­мет­ры гра­ви­то­на, будет рас­ска­за­но в дру­гой ста­тье, кото­рая еще не опубл­ко­ва­на.

  • Amperion:

    теперь основ­ной вопрос, кто нобе­ля полу­чит:
    три кита-осно­ва­те­ля,
    или всё-таки кол­лек­тив из 1000 авто­ров пиэр­э­ля.

    • Алексей Левин:

      Самые веро­ят­ные кан­ди­да­ты – ини­ци­а­то­ры про­ек­та LIGO. Боро­лись за него дол­го: про­ект был пред­ло­жен в 1984 году, а Наци­о­наль­ный науч­ный фонд США выде­лил день­ги толь­ко в 1994. Пре­мию заслу­жил и Пира­ни, но его уже нет в живых.

  • Прин­цип неопре­де­лён­но­сти Гей­зен­бер­га про­яв­ля­ет­ся не толь­ко на мик­ро­уровне, но и на мак­ро­уровне.
    Нащу­пы­вая поло­же­ние одной части­цы с помо­щью дру­гой, мы как бы узна­ём её место­по­ло­же­ние, но при этом, одно­вре­мен­но воз­дей­ствуя сво­ей проб­ной части­цей на иско­мую, мы изме­ня­ем её лока­ли­за­цию. Том Пар­ди (Tom Purdy) с коман­дой из Коло­рад­ско­го уни­вер­си­те­та в Боул­де­ре (США) покрыл раму со сто­ро­ной в пол­мил­ли­мет­ра листом нит­ри­да крем­ния 40-нано­мет­ро­вой тол­щи­ну. Раз­ме­ры полу­чен­но­го «бара­бан­чи­ка» при этом ока­за­лись срав­ни­мы с раз­ме­ра­ми пес­чин­ки. Что­бы слу­чай­ные флук­ту­а­ции не гаси­ли кван­то­вые эффек­ты в «бара­бан­чи­ке» его поме­сти­ли в ваку­ум­ную каме­ру и охла­ди­ли до несколь­ких гра­ду­сов выше абсо­лют­но­го нуля. «Бара­бан­чик» ста­ли с помо­щью лазе­ра облу­чать фото­на­ми, пыта­ясь изме­рить точ­ные поло­же­ния колеб­лю­щей­ся при этом его рабо­чей поверх­но­сти в каж­дый момент вре­ме­ни. Это не уда­лось, ошиб­ки в изме­ре­ни­ях ста­ли нарас­тать. И это про­ис­хо­ди­ло в соот­вет­ствии с прин­ци­пом неопре­де­лён­но­сти.
    Пря­мое наблю­де­ние прин­ци­па неопре­де­лён­но­сти на полу­мил­ли­мет­ро­вом мас­шта­бе ука­зы­ва­ет на невоз­мож­ность созда­ния при­бо­ров бес­ко­неч­ной точ­но­сти. Все­гда когда некие уч0ные заяв­ля­ют об изме­ре­нии неко­го пара­мет­ра с точ­но­стью срав­ни­мой с раз­ме­ра­ми ато­мов, не упо­ми­ная, и не думая о прин­ци­пе неопре­де­лен­но­сти, они либо недо­по­ни­ма­ют, что они изме­ря­ют, либо лгут.

    Всё это отно­сит­ся и к экс­пе­ри­мен­ту Advanced LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), сде­лав­ших офи­ци­аль­ное объ­яв­ле­ние отно­си­тель­но фак­та, кото­рый, как они верят, «явля­ет­ся одним из самых боль­ших про­ры­вов в физи­ке за про­шед­шие сто лет, это реги­стра­ция гра­ви­та­ци­он­ных волн».

    Обо­ру­до­ва­ние обсер­ва­то­рии LIGO рабо­та­ет, мно­го­крат­но отра­жая лучи лазе­ров, кото­рые про­хо­дят через 4-кило­мет­ро­вые тун­не­ли, рас­по­ла­га­ю­щи­е­ся под пря­мым углом отно­си­тель­но друг дру­га. Рядом с систе­мой зер­кал рас­по­ло­же­ны сверх­чув­стви­тель­ные дат­чи­ки дви­же­ния, кото­рые реги­стри­ру­ют малей­шие откло­не­ния лазер­но­го луча, про­ис­хо­дя­щие под воз­дей­стви­ем гра­ви­та­ци­он­ных волн в момент, когда они про­хо­дят в обла­сти Зем­ли. Чув­стви­тель­ность всей систе­мы столь высо­ка, что дат­чи­ки могут заре­ги­стри­ро­вать откло­не­ние луча лазе­ра на вели­чи­ну, мень­шее, чем тысяч­ная часть от диа­мет­ра про­то­на.

    В реаль­ном мире нет ника­ко­го посту­ли­ро­ван­но­го Эйн­штей­ном про­стран­ствен­но-вре­мен­но­го кон­ти­ну­у­ма».

    Общая тео­рия отно­си­тель­но­сти (ОТО) – тео­рия тяго­те­ния опуб­ли­ко­ван­ная Аль­бер­том Эйн­штей­ном в 1915–1916 годах. В общей тео­рии отно­си­тель­но­сти посту­ли­ру­ет­ся, что гра­ви­та­ция это не вза­и­мо­дей­ствие тел посред­ством каких-то носи­те­лей гра­ви­та­ции, а дефор­ма­ция мас­сой мате­рии неко­е­го суб­стра­та, заяв­лен­но­го Эйн­штей­ном чет­вёр­тым изме­ре­ни­ем наше­го мира и назван­но­го им «про­стран­ством-вре­ме­нем».
    В слу­чае реля­ти­вист­ских моде­лей вре­мя не может быть отде­ле­но от трёх изме­ре­ний про­стран­ства, пото­му что наблю­да­е­мая ско­рость, с кото­рой течёт вре­мя для объ­ек­та, зави­сит от его ско­ро­сти отно­си­тель­но наблю­да­те­ля, а так­же от силы гра­ви­та­ци­он­но­го поля, уси­ле­ние кото­ро­го замед­ля­ет тече­ние вре­ме­ни.
    В про­стран­стве-вре­ме­ни коор­ди­нат­ная сет­ка, кото­рая про­сти­ра­ет­ся в 3+1 изме­ре­ни­ях, лока­ли­зу­ет собы­тия (вме­сто про­сто точ­ки в про­стран­стве), то есть вре­мя добав­ля­ет­ся как ещё одно изме­ре­ние в коор­ди­нат­ной сет­ке.
    Уско­ре­ние вре­ме­ни вда­ли от мас­сив­ных тел озна­ча­ет, что пере­ме­щён­ные от мас­сив­ных тел в такое место объ­ек­ты неболь­шой мас­сы долж­ны дви­гать­ся по коор­ди­на­те вре­ме­ни быст­рее таких же объ­ек­тов остав­ших­ся в поле тяго­те­ния мас­сив­ных объ­ек­тов. То есть, нахо­дя­щи­е­ся вда­ли от мас­сив­ных тел объ­ек­ты, для объ­ек­тов остав­ших­ся в поле тяго­те­ния мас­сив­ных объ­ек­тов, уйдут в буду­щее, и наблю­де­ние их акту­аль­ных состо­я­ний ока­жет­ся невоз­мож­ным, будут наблю­дать­ся толь­ко сле­ды остав­ши­е­ся в про­шлом. Послать и полу­чить сиг­нал в буду­щее и из буду­ще­го не полу­чит­ся. Так же невоз­мож­но суще­ство­ва­ние ника­ких объ­ек­тов боль­шой мас­сы, так как при их дви­же­нии по орби­там их внут­рен­ние части, нахо­дясь в замед­лен­ном вре­ме­ни, будут оста­вать­ся в про­шлом, по срав­не­нию с внеш­ни­ми частя­ми. А чёр­ные дыры вооб­ще долж­ны при воз­ник­но­ве­нии остать­ся в том вре­ме­ни, в кото­ром воз­ник­ли, и исче­зать для тех объ­ек­тов, кото­рые про­дол­жа­ют дви­гать­ся во вре­ме­ни.

    Ниче­го из след­ствий общей тео­рии отно­си­тель­но­сти в реаль­но­сти не наблю­да­ет­ся.
    http://round-the-world.org/?p=1101

    • Vit Mats:

      Сер­гей, поз­воль­те с Вами не согла­сить­ся каса­тель­но того, что «Ниче­го из след­ствий общей тео­рии отно­си­тель­но­сти в реаль­но­сти не наблю­да­ет­ся.»

      В систе­му нави­га­ции GPS встро­е­ны поправ­ки на замед­ле­ние хода вре­ме­ни с уче­том ско­ро­сти поле­та спут­ни­ков, и на уско­ре­ние хода вре­ме­ни с уче­том высо­ты их поле­та. Эти поправ­ки рас­счи­ты­ва­ют­ся по СТО и ОТО. Если бы эти тео­рии были невер­ны или их след­ствия «не наблю­да­лись в реаль­но­сти», мы не мог­ли бы поль­зо­вать­ся нави­га­то­ром.

      • Ува­жа­е­мый Vit Mats вы застав­ля­е­те себя мыс­лить фраг­мен­тар­но. (Это харак­тер­но для пара­ло­ги­че­ско­го мыш­ле­ния. Такое мыш­ле­ние поз­во­ля­ет чело­ве­ку верить в несколь­ко вза­и­мо­ис­клю­ча­ю­щих мне­ний.) В GPS при­ме­ня­ют­ся атом­ные часы кото­рые дей­стви­тель­но «тика­ют» чаще таких же зем­ных, но это не зна­чит, что спут­ни­ко­вые часы вме­сте со спут­ни­ком ухо­дят от нас в буду­щее «ибо там вре­мя по ОТО идёт быст­рее»… Все про­ще: про­цес­сы в усло­ви­ях пони­жен­ной гра­ви­та­ции идут быст­рее. А из совре­мен­но­сти те часы не убе­га­ют! Что­бы вам понят­нее было пред­став­те, что вы иде­те налег­ке и вы же иде­те с меш­ком цемен­та на пле­чах. Будет отли­чать­ся ваша поход­ка?
        Лоренц создав­ший фор­му­лы реля­ти­виз­ма имен­но мыс­лил, что не вре­мя меня­ет­ся, а вре­мя про­хож­де­ния про­цес­са меня­ет­ся, но Эйн­штейн измыс­лил посту­лат суще­ство­ва­ния «про­строн­ства-вре­ме­ни».. Кста­ти сам тер­мин посту­лат взят из рели­гии.

        • dedul137:

          Ува­жа­е­мый Сер­гей,

          Что за мане­ра при­пи­сы­вать мне то, чего я не гово­рил. Я лишь при­вел при­мер того, что фор­му­лы СТО и ОТО реаль­но рабо­та­ют в реаль­ном мире. Я вовсе не гово­рил, что «спут­ни­ко­вые часы вме­сте со спут­ни­ком ухо­дят от нас в буду­щее». Такое, мяг­ко гово­ря, неор­то­док­саль­ное утвер­жде­ние мне как-то даже не к лицу.

          Обви­нять собе­сед­ни­ка в «пара­ло­ги­че­ском мыш­ле­нии» тоже доволь­но ста­рый при­ем пере­хо­да на лич­но­сти вме­сто аргу­мен­та­ции по суще­ству. Несо­лид­но.

          Кста­ти, поня­тие (а не посту­лат) про­стран­ства-вре­ме­ни впер­вые ввел не Эйн­штейн, а Мин­ков­ский. Эйн­штейн же пона­ча­лу отно­сил­ся к это­му поня­тию весь­ма скеп­ти­че­ски.

          • Я вас ни в чём не обви­няю, будь­те таким, какой вы есть. Я кон­стан­ти­рую, что вы не хоти­те думать так что­бы попы­тать­ся свя­зать все ваши пред­став­ле­ния о про­стран­стве и вре­ме­ни окру­жа­ю­щем вас, и о посту­ли­ро­ван­ном Минь­ков­ским и Эйн­штей­ном их фан­та­сти­че­ском «про­стран­стве-вре­ме­ни», воеди­но. Вы даже не попы­та­лись понять, что дви­же­ние с раз­ной ско­ро­стью по эйн­штей­нов­ской коор­ди­на­те вре­ме­ни с раз­ной ско­ро­стью для раз­ных объ­ек­тов, озна­ча­ет что объ­ект дви­жу­щий­ся быст­рее ока­жет­ся в буду­щем быст­рее как раз для наблю­да­те­ля нахо­дя­ще­го­ся в объ­ек­те, дви­жу­щем­ся в буду­щее мед­лен­нее. Это непо­ни­ма­ния явно­го про­ти­во­ре­чия идеи и реаль­но­сти и есть пара­ло­ги­ка по её опре­де­ле­нию.

    • NickName:

      У вас не стан­дарт­ное опре­де­ле­ние буду­ще­го, взя­тое из какой-то дру­гой моде­ли не СТО. Без уточ­не­ния какую модель вы исполь­зу­е­те обсуж­дать ваши утвер­жде­ния не воз­мож­но.

      «То есть, нахо­дя­щи­е­ся вда­ли от мас­сив­ных тел объ­ек­ты, для объ­ек­тов остав­ших­ся в поле тяго­те­ния мас­сив­ных объ­ек­тов, уйдут в буду­щее, и наблю­де­ние их акту­аль­ных состо­я­ний ока­жет­ся невоз­мож­ным, будут наблю­дать­ся толь­ко сле­ды остав­ши­е­ся в про­шлом. Послать и полу­чить сиг­нал в буду­щее и из буду­ще­го не полу­чит­ся. »

      Ваше пред­ло­же­ние зву­чит при­мер­но, как : «В бору рас­тут гри­бы, он содер­жит пять про­то­нов.»

      • Похо­же, что вы ува­жа­е­мый NickName вооб­ще не зна­е­те ниче­го о суще­ство­ва­нии двух тео­рий Эйн­штей­на СТО И ОТО. Так вот, в имен­но в ОТО (Общей Тео­рии Отно­си­тель­но­сти забей­те это в поис­ко­вик и почи­тай­те) заяв­ле­но, что гра­ви­та­ция замед­ля­ет пере­ме­ще­ние в кон­ти­ну­у­ме «про­стран­ства-вре­ме­ни» то есть нахо­дя­щий­ся в усло­ви­ях высо­кой гра­ви­та­ции объ­ект пре­рме­ща­ет­ся мед­лен­нее тако­го же но нахо­дя­ще­го­ся вда­ли от высо­кой гра­ви­та­ции. В «чёр­ных дыах дви­же­ние во вре­ме­ни и вооб­ще вся­кое дви­же­ние рав­но нулю по фор­му­лам ОТО.
        Так что про­то­ны в бору, и в част­но­сти в гри­бах, есть, их боль­ше чем пять, и если гри­бы съе­доб­ные, то их мож­но есть:)

        • NickName:

          Это не про­яс­ня­ет, что такое буду­щее в вашем пони­ма­нии.

          > В «чёр­ных дыах дви­же­ние во вре­ме­ни и вооб­ще вся­кое дви­же­ние рав­но
          > нулю по фор­му­лам ОТО»

          - это утвер­жде­ние, в рам­ках ОТО бес­смыс­лен­ное, в ОТО есть утвер­жде­ние, что ско­рость дви­же­ния для сто­рон­не­го наблю­да­те­ля стре­мит­ся к нулю.

          Впро­чем есть и рас­счет момен­та, когда сто­рон­ний наблю­да­тель пере­ста­нет отли­чать пада­ю­щее тело и чер­ную дыру в кото­рую оно пада­ет. То есть для уда­лен­но­го наблю­да­те­ля вре­мя паде­ния будет конеч­но.

          А для объ­ек­та, пада­ю­ще­го в чер­ную дыру, дви­же­ние вооб­ще не пре­кра­ща­ет­ся. Более того есть куча моде­лей, рас­смат­ри­ва­ю­щая всю види­мую все­лен­ную, как внут­рен­нюю часть чер­ной дыры. Так как свет испу­щен­ный в ней не может её поки­нуть.

          Вы исполь­зу­е­те тер­ми­ны не выяс­няя, что они озна­ча­ют.

          • Ну и заяви­те себя наблю­да­те­лем и оце­ни­те ско­рость тече­ния вре­ме­ни в «чёр­ной дыре» и то в каком про­шлом вре­ме­ни для вас, как наблю­да­те­ля, эта «дыра» сей­час долж­на нахо­дить­ся! Имен­но для вас, нахо­дя­ще­го­ся в 2016 году «дыра» оста­но­вив­шая для вас своё дви­же­ние и вре­мя мил­ли­ард лет назад, может быть наблю­да­е­ма?

            • NickName:

              Отку­да вы взя­ли, что ско­рость дви­же­ние чер­ной дыры мала. Замед­ле­ние наблю­да­ет­ся для объ­ек­тов в её гра­ви­та­ци­он­ном поле, а не для самой чер­ной дыры. Если у неё был какой-то импульс, то он нику­да не дел­ся.

              Чер­ная дыра наблю­да­е­ма за счет сво­е­го гра­ви­та­ци­он­но­го поля. Это может быть аккре­ция, гра­ви­та­ци­он­ное лин­зи­ро­ва­ние, вза­и­мо­дей­ствие с сосед­ни­ми звез­да­ми и т.д.

              Кста­ти, что такое ско­рость тече­ния вре­ме­ни, в вашем пони­ма­нии? Обыч­но ско­рость про­цес­са это про­из­вод­ная по вре­ме­ни.

              • Ува­жа­е­мый NickName. В соот­вет­ствии с ОТО «про­стран­ство-вре­мя» это некий кон­ти­ну­ум в кото­ром в соот­вет­ствии с фор­му­а­ми изме­не­ния вре­ме­ни каж­дый локус име­ет РАЗНУЮ СКОРОСТЬ ТЕЧЕНИЯ ВРЕМЕНИ из-за при­сут­ствия или отсут­ствия в этом локу­се мас­сы мате­рии. ВСЁ (sis!!!) нахо­дя­ще­е­ся в локу­се кон­ти­ну­у­ма «про­стран­ства-вре­ме­ни» и кам­ни и суще­ства… нахо­дит­ся, дви­жет­ся, раз­ви­ва­ет­ся и уми­ра­ет с раз­ной ско­ро­стью про­пор­ци­о­ноль­ной гра­ви­ти­ру­ю­щей мас­се, как это видит внеш­ний наблю­да­тель. Нет мас­сы для внеш­не­го наблю­да­те­ля всё мчит­ся – есть мас­са для него же все тянет­ся. Мас­са рав­ная «ЧД» все для внеш­не­го наблю­да­те­ля сто­ит непо­движ­но. А импульс «ЧД» в её вре­ме­ни нику­да не денет­ся он оста­ет­ся рав­ным про­из­ве­де­нию мас­сы на ско­рость, но ско­рость, как вы пони­ма­е­те, опре­де­ля­ет­ся по реля­ти­вист­ским фор­му­лам. То есть внеш­ний наблю­да­тель видеть эту ско­рость не смо­жет.

                Вот и смот­ри­те на всё как внеш­ний для все­го это­го наблю­да­тель. И думай­те. Про­чи­тай­те до кон­ца http://round-the-world.org/?p=1101 что­бы понять что же наблю­да­ли в лабо­ра­то­рии LIGO
                и ком­мен­та­рий о том, что Эйн­штейн пытал­ся отка­зать­ся от гра­ви­та­ци­он­ных волн.

                • NickName:

                  Не путай­те ско­рость дви­же­ния чер­ной дыры отно­си­тель­но внеш­не­го наблю­да­те­ля и ско­рость паде­ния тела в чер­ную дыру с точ­ки зре­ния внеш­не­го наблю­да­те­ля.

                  Мас­са рав­ная «ЧД» – тако­го поня­тия нет, так мас­са ЧД может быть любой. Если вы гово­ри­те про гори­зонт собы­тий, так как наблю­да­тель, там ниче­го не видит так как свет не выхо­дит. А то что сна­ру­жи гори­зон­та собы­тий наблю­да­те­лю вид­но.

                  Тер­ми­но­ло­гия, кото­рую вы исполь­зу­е­те отно­ше­ния к ОТО не име­ет.

                  Эйн­штейн хотел решить про­бле­му ста­биль­но­сти ато­ма, так как элек­трон вра­ща­ю­щий­ся вокруг ядра дол­жен излу­чать гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны. Соот­вет­ствен­но атом полу­чал­ся не ста­биль­ным.

                • Amperion:

                  Чёр­ные дыры пре­крас­но дви­жут­ся.
                  В цен­тре каж­дой галак­ти­ки сидит огро­мен­ная чёр­ная дыра. Наде­юсь, не буде­те отри­цать, что галак­ти­ки дви­жут­ся? Кста­ти наша галак­ти­ка доволь­но ско­ро столк­нёт­ся с туман­но­стью Андро­ме­ды.

  • res:

    «Это поз­во­ли­ло реги­стри­ро­вать сме­ще­ния зер­кал на 10–17 см, что в 10 тыс. раз мень­ше диа­мет­ра про­то­на.»
    Т.е. точ­ность где-то дале­ко внут­ри квар­ков. Сомни­тель­но как-то для мак­ро-при­бо­ра. Мак­ро-пар­тон­ный при­бор – меч­та физи­ки высо­ких энер­гий ;)

    • Amperion:

      ну когда ато­мов мно­го, то это воз­мож­но.

      • res:

        Если выбрать мас­шта­бом 10–17 см, то поверх­ность пье­зо­кварц-дат­чи­ков будет выгля­деть Гима­ла­я­ми, не гово­ря уже о длине вол­ны лазе­ра. Охла­жде­ние, да, под­мо­ро­зить сте­пе­ни сво­бо­ды. Но что­бы на суб­к­вар­ко­вом уровне?

  • Александр:

    А вот такой вопрос:
    У меня есть идея созда­ния очень про­сто­го детек­то­ра гра­ви­та­ци­он­ных волн!
    Кому нибудь в нашей стране это инте­рес­но?

  • ЮКС:

    Если пред­по­ло­жить что гра­ви­та­ция это не гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны, а обык­но­вен­ная виб­ра­ция некой плот­но­сти меж­атом­но­го про­стран­ства (эфи­ра?). Т.е. тоже самое, что про­ис­хо­дит при сепа­ра­ции на нашем «Зем­ном» частот­но-вол­но­вом уровне, когда виб­ра­ция раз­де­ля­ет мате­рию на лёг­кие и тяжё­лые фрак­ции (нефть, моло­ко…). Соот­вет­ствен­но «тяжё­лая фрак­ция» это пла­не­та» к кото­рой при­тя­ги­ва­ет­ся мате­рия, «лёг­кая» меж­пла­нет­ное про­стран­ство. В даль­ней­шем выде­лить поня­тие «управ­ле­ние» и «сило­вая» часть что бы выяс­нить каким обра­зом при­тя­ги­ва­ют­ся пла­не­ты и галак­ти­ки, живые орга­низ­мы одно­го вида к друг дру­гу и понять, что осно­ва все­го, это виб­ра­ции бес­ко­неч­ных частот­но-вол­но­вых уров­ней во все­лен­ной. А как эти уров­ни мы будем назы­вать, «эфир» , «некая плот­ность» или как то по дру­го­му, это уже дета­ли. Мож­но рас­суж­дать с точ­ки зре­ния изме­не­ния раз­ме­ров тела «Али­сы», и пред­по­ло­жить что при уве­ли­че­нии и умень­ше­нии раз­ме­ров изме­ня­ют­ся её частот­но-вол­но­вые харак­те­ри­сти­ки, малень­кая Али­са – часто­та боль­ше, боль­шая – мень­ше. Изме­нять раз­ме­ры мож­но как до уров­ня ато­мов так и до уров­ня все­лен­ной. Ну это что бы луч­ше ори­ен­ти­ро­вать­ся про­стран­ствен­ных уров­нях.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com