… Имало едно време, преди милиарди и триста милиона години
в далечна галактика, две черни дупки, уловени една от друга в спирала, привличащи се неумолимо. Двете се сблъскали за части от секундата. Масите им били между 29 пъти и 36 пъти по-големи от тази на Слънцето. При големия им взрив те не обаче не освободили енергия в светлина, тъй като все пак са черни дупки, а произвели гравитационни вълни.
… Преди около 25 години
няколко човека, смятани за луди, Рай Уайс от Масачузетския технологичен институт, Кип Торн и Роналд Древър от Калтех решават да построят гигантски лазерен детектор, с който да търсят и евентуално при добър късмет да уловят гравитационните вълни, предречени от Алберт Айнщай и пораждащи се например от сблъсък черни дупки. Те построяват своя детектор, наречен LIGO – Laser Interferometer Gravitational-Wave или лазерен интерферометър за гравитационни вълни.
Устройствата LIGO
… На 14 септември 2015 г.
през всички хора на Земята преминават гравитационни вълни. Те са слаби – едва 10 на минус 20 м. Но те са уловени от включения само няколко дена по-рано лазерен интерферометър за гравитационни вълни LIGO. Както казва преди четиридесет години един от основателите на LIGO Кип Торн: „Техническите трудности при изграждането на детектори за гравитационни вълни са огромни, но физиците са гениални и ще ги преодолеят”.
Днес са построени три огромни лазерни съоръжения – две в САЩ – в Ливингстън, Луизиана и в Ханфорд, Вашингтон, и едно в Пиза, Италия, наречено Virgo. Откритието е направено в разположените на 3000 км едни от други детектори в САЩ. Във всяка LIGO инсталация лазерният лъч се разцепва на две и се насочва в два перпендикулярни един на друг 4-километрови тунела, после снове между огледала. Прецизната техника долавя нищожната разлика в изминавания от двата лъча път. Именно разликата доказва съществуването на гравитационните вълни.
Какво са гравитационните вълни
Гравитационните вълни са пулсации, концентрично разпръсващи се гънки, които свиват и разтягат самата тъкан на пространство-времето. Предизвиквани са от ускорителни движения на огромни маси, но обикновено са недоловимо слаби.
Физиците наричат събитията, предизвикващи доловими гравитационни вълни, динозаврите във Вселената – експлозиите на неутронни звезди или сблъсъкът на черни дупки са се случили отдавна.
Най-типичният начин за онагледяване на гравитационните вълни е примерът с топчето, поставен върху лист хартия, който се огъва под тежестта му.
Сливане на черни дупки
Пет въпроса на мирозданието
1. Съществуват ли черните дупки наистина?
След като е засечен този сблъсък, изчислена е масата на черните дупки и времето, когато се е случило, най-вероятно може да кажем, че черните дупки наистина съществуват. Според теоретичния физик Тибо Дамур от Института по теоретична математика и физика IHÉS в Париж, двете черни дупки приличат на сапунени мехурчета, които са твърде близо едно до друго и правят едно общо голямо мехурче, което разпръсква пълните си във Вселената.
2. Движат ли се гравитационните вълни със скоростта на светлината?
Един от основните принципи при работата с LIGO или телескопите е да се провери дали сигналите пристигат по едно и също време. Хипотезата на физиците е, че гравитацията се разпространява от частици, наречени гравитон, по аналогия със светлината и фотоните. Ако като фотоните, гравитоните нямат маса, то би трябвало да се движат със скоростта на светлината. Като тяхната скорост може да е леко забързана заради разширяването на Вселената. От друга страна обаче е възможно гравитоните да имат малка маса и в такъв случай гравитационните вълни трябва да са пристигнали по-бавно до земята от вълните, уловени с конвенционален телескоп. На този въпрос предстои да се отговори.
3. Потвърждава ли се струнната теория?
Теория на струните е модел от теоретичната физика, която се стреми да обясни всички налични в природата сили и елементарни частици. Тя разглежда не само едноизмерни струни, но и многоизмерни обекти, предполагайки съществуването на 10 или 11 измерения на пространство-времето, в противовес на класическите 4 измерения (пространствени – x, y и z, и време t). Основната идея е, че градивни частици на действителността представляват струни със свръхмикроскопични размери (вероятно с дължината на Планк – около 10-35 м), които трептят със специфични резонансни честоти. Така всяка частица трябва да се възприема като микроскопичен едноизмерен трептящ обект, вместо като точка. Предполага се, ако струните се разкъсат, че могат да освободят гравитационни вълни, които LIGO може да измери.
4. Какво са неутронните звезди?
Неутроните звезди са последен етап от еволюцията на звезди с маса от 1,2 до ~ 2,4 слънчеви маси. Първоначално е предсказано съществуването им, като следствие от теорията за еволюцията на масивни звезди. Теоретичните изчисления показват, че размерите на тези звезди са от порядъка на 10 км., което ги прави невъзможни за оптично наблюдение, дори да са близки до нас и да имат температура на повърхността на най-горещите звезди от порядъка на 100 000 °С. Те се въртят много бързо, затова имат несиметрично разпределение на масата и може да доведат до деформация на пространство-времето, като произведат гравитационни вълни.
5. Колко бързо се разширява Вселената?
Ако различни детектори на гравитационните вълни, разположени в различни райони на планетата, улавят сигналите на едни и същи неутронни звезди, би могло да се провери колко бързо се разширява Вселената, смятат космолозите.
… Днес
може да уловим гравитационните вълни, смятани за звука на Вселената, а при добро желание и ентусиазъм ще може да разберем и какво ни говори тя.
Една от визуализациите на струнната теория
