Вчені LIGO відкривають гравітаційні хвилі, доводять право Альберта Ейнштейна

Сьогодні вчені з лазерною інтерферометром гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO) підтвердили, що нарешті знайшли докази гравітаційних хвиль і, таким чином, вирішили 100-річну головоломку, яка одержима Альбертом Ейнштейном. Це одне з найважливіших відкриттів, що коли-небудь робили фізики, і він обіцяє вести до каскаду інших одкровень.

"Ми виявили гравітаційні хвилі", - заявив директор LIGO Девід Рейтце під час оголошення у четвер, підтверджуючи, що навколо наукового співтовариства поширюються багатомісячні чутки. - Це справді науковий момент. І ми це зробили - ми приземлилися на Місяці."

Ще в 1916 році Ейнштейн опублікував свою теорію відносності. Серед дуже багатьох способів вона відіграє вирішальну роль у фундаменті сучасної фізики, теорія передбачає існування гравітаційних хвиль: брижі в просторі-часу, що рухаються назовні, викликані наявністю маси. Поклавши існування цих хвиль, Ейнштейн помер, перш ніж фактично їх розташував.

Оскільки робота Ейнштейна була насінною, майже все, що ми знаємо про гравітацію, залежить від існування гравітаційних хвиль. Це означає, що до сьогоднішнього дня більша частина того, що ми знали про тяжкість, насправді не була підтверджена. Це все змінюється.

Чому це тривало так довго? Гравітаційні хвилі настільки непристойно малі і слабкі, що вчені шукали сигнал, який має масштаб до -23. Завжди існувало надмірне вторинне свідчення, але реальні докази дуже важко знайти в такому масштабі, тому ЛІГО було об'єднано 25 років тому. Співпраця між MIT, Caltech і майже 1000 науковців у 16 ​​країнах, LIGO побудував щось називається інтерферометр: чотири-кілометровий інструмент, який стріляє лазерами назад і вперед з дзеркалами для виявлення сигналів, які є крихітними 1/1000 діаметром протон.

LIGO побудував два з цих ультра-чутливих інструментів - один у Hanford, Вашингтоні, та інший у Livingston, Louisiana - щоб переконатися що будь що вони знайдені могли бути перевірені. Обидва інструменти вийшли в Інтернет в 2002 році, але протягом 13 років не було нічого, крім темряви.

14 вересня 2015 року, через два дні після введення в експлуатацію нових модернізованих інтерферометрів, дослідники LIGO нарешті знайшли щось. Як пізніше вони дізналися, це був сигнал, що виробляється двома чорними дірами - кожен приблизно в 150 кілометрів в діаметрі і в 30 разів більше маси сонця. Вони спіралі один в одного приблизно на половині швидкості світла. Вони зіткнулися і злилися в єдину чорну діру.

Загальна енергія зіткнення зіткнення була більш ніж у 50 разів потужнішою, ніж всі зірки Всесвіту, зібрані разом.

За словами Рейтце, записані сигнали відповідали тому, що в цих обставинах передбачалося б теорією Ейнштейна. Тим не менш, він і його колеги вважали дані "приголомшливими".

Сигнали - це не лише перегляд того, як виглядають гравітаційні хвилі. Вони також ілюструють фактичні характеристики події злиття та чорних дірок до і після зіткнень. На думку вченого ЛІГО Габріели Гонзалес, сигнали захоплених сигналів показують, що об'єднана чорна діра насправді трохи менше, ніж сума перших двох об'єктів. Крім того, "це злиття відбулося 1,3 мільярда років тому", сказала вона, "коли багатоклітинне життя тут, на Землі, тільки починає поширюватися".

Гонсалес зіграв модифікований аудіозапис сигналу - короткий, пташиний шум. «Це перше, що прийде», - сказала вона.

Наслідки цих висновків не можуть бути переоцінені. Відкриття не просто покласти на спочинку вікову таємницю - вона відкриває людину до вивчення всесвіту за допомогою унікального об'єктива. До четверга астрофізики були по суті обмежені вивченням Всесвіту через електромагнітний спектр. Хоча ми багато чому навчилися, існує величезна кількість про зірки, супернови, чорні діри та інші явища, які ми не можемо вивчати без спостереження і вимірювання гравітаційних хвиль. Знаючи, що ми, нарешті, можемо слухати ці сигнали, відкриває вченим цілу частину всесвіту, яка раніше була закритою.

Фактично, результати LIGO ефективно доводять наявність чорних дір.

Можливо, найбільш інтригуючим, підкреслив знаменитий астрофізик і співзасновник LIGO Кіп Торн (7-е місце, але, безумовно, тенденція вгору зараз), буде можливість вивчати те, що відомо як "космічні струни", які вчені вважають, допомагають пояснити розширення і інфляцію. Всесвіту з часів Великого Вибуху.

Інші питання, з якими вчені могли б відповісти більшим вивченням гравітаційних хвиль: Як швидко розвивається Всесвіт? Що викликає сверхнову? Як швидко рухаються гравітаційні хвилі порівняно зі світлом?

Запуск LIGO "був великим ризиком", - сказала Франція Кордова, директор Національного наукового фонду. Але цей ризик сьогодні, здається, окупився. "Ейнштейн буде сяяти".

Оголошення у четвер також обов'язково принесе великі надії LISA Pathfinder - космічний апарат, що виступає в якості тесту для eLISA, космічного інтерферометра, - і значно підтвердить гроші та час, вкладений у цей проект.

І це лише початок. Ми збираємося дізнатися більше про Всесвіт, ніж ми могли б коли-небудь вважати можливим, і, нарешті, можемо наблизитися до розуміння витоків і майбутнього Всесвіту. «Що насправді цікаво - це те, що буде далі», - сказав Рейтце.