МЫ НЕ АСТРОНОМЫ, ДА. Мы все еще производители инструментов. Мы построили телескоп, но звезды еще не видели .
Итак, Уоррен У. Джонсон, профессор физики Луизианского государственного университета, подвел итог нынешнего состояния астрономии гравитационных волн - науке с, возможно, миллиардами долларов, вложенных в оборудование по всему миру, и более чем за три десятилетия усилий, но без прямого обнаружения гравитационных волн ... Пока что , этой осенью можно было увидеть первое, и десятки астрономов, физиков и математиков по всему миру наблюдают за детекторами - действительно, делают ставку на то, что гравитационные волны будут обнаружены очень скоро.
Что такое гравитационные волны? Что они скажут нам о вселенной? И кого это волнует, обнаружены ли они?
Гравитационные волны - это пульсации в пространстве-времени. Это обычное объяснение, предлагаемое непрофессиональной аудитории: сравнивать гравитационные волны с расширяющимися круговыми волнами, которые можно увидеть, когда вы бросаете камешек в пруд.
Неплохая аналогия для вызова изображения гребней и впадин, исходящих от возмущения. Но это яркое сравнение, конечно, вызывает вопрос: что такое пространство-время?
Пространство-время - это то, в чем мы живем - три измерения пространства, в которых мы все ходим в школу или на работу, стрижем газон и смотрим телевизор, плюс четвертое измерение времени, в котором мы измеряем, сколько времени нам потребуется, чтобы сделать это. Вещи или заметки, когда мы начинаем и останавливаемся. Каждый из нас постоянно путешествует в пространстве-времени, поскольку Земля несет нас вокруг Солнца, а стрелка времени неумолимо уносит нас от наших появлений к нашим смертям.
Возможно, вам нужно быть физиком, чтобы по-настоящему визуализировать пространство-время в полном четырехмерном великолепии, искривленном проходящей гравитационной волной, но даже дети могут удивительно точно понять эту концепцию, представив красно-белую клетчатую скатерть, разложенную для летнего пикник. Сама скатерть представляет собой пространство-время, сжатое из четырех измерений в два; действительно, проверки можно использовать для указания местоположения в старых добрых координатах X / Y («картофельный салат - это 20 проверок на восток и 15 проверок к северу от края стола для пикника»). Брызги сока, которые запятнали три белых флажка в одной области, встроены в ткань скатерти.
Теперь смотри внимательно. Если скатерть вокруг пятен сока натянута на уклон ткани, квадратные чеки вытянуты в форме ромба, растянуты в одном направлении и сжаты в другом. Одна пара пятен сока будет двигаться дальше друг от друга, а другая пара будет двигаться ближе друг к другу. Координаты X / Y всех трех соковых пятен на скатерти остаются неизменными, потому что пятна прочно встроены в их структуру; все же расстояния между тремя пятнами изменились, потому что сама скатерть была деформирована.
Предполагается, что именно это и делают проходящие гравитационные волны: они не мешают расположению объектов в четырехмерном пространстве-времени, но изменяют расстояние между ними, растягивая само пространство-время в одном направлении, сжимая его в перпендикулярном направлении. , Это то, что Альберт Эйнштейн математически предсказал в 1916 году в своей общей теории относительности.
Теория Эйнштейна столкнулась с изменением гравитационных полей, таких как массивная звезда, когда она взрывается и сбрасывает большую часть своей массы. Много веков назад у Галилея, Кеплера и Ньютона были все производные уравнения, которые точно описывали поведение гравитации между обычными объектами и Землей или взаимное взаимодействие между солнцами и планетами в космосе - эквивалент муравьев, ползающих по проверенной скатерти. Но Эйнштейн задавался вопросом, как именно объекты могут «ощущать» изменения в положениях или массах других объектов в вакууме пространства. Поэтому он изобрел новую концепцию гравитации. Он понял, что гравитация может быть объяснена как искривление пространства-времени.
Математические расчеты показывают, что один объект, дрейфующий по прямой линии с неизменной скоростью, будет оставаться встроенным в пространство-время, сидя на дне своей гравитационной ямы, а его гравитационное поле - статической силой. Но объект, ускоряющийся - взрывающийся или вращающийся асимметрично - или два объекта, вращающихся вокруг друг друга, вызовут возмущения в пространстве-времени или гравитационные волны, которые распространятся наружу во всех направлениях. Чем массивнее объекты и чем быстрее движения, тем больше деформация пространства-времени и тем сильнее возмущения. И если бы можно было построить правильные инструменты, гравитационные волны должны быть обнаружены.
Зачем нам это???
Продолжение следует во второй части: https://zen.yandex.ru/media/id/5d976179e6cb9b00adc1d40a/chto-takoe-gravitacionnye-volny-i-zachem-oni-nujny-nam-5d9777ccddfef600b0322504