Вокруг гравитационных волн много шумихи. С одной стороны было заявлено, что они обнаружены при непосредственном эксперименте и теперь предположения Эйнштейна подтверждены. С другой - появляется множество сомнений в реальности этого обнаружения.
Гравитационная волна - это волна, напоминающая возмущение на глади воды, но перемещается она в пространстве-времени. Они распространяются со скоростью света и рождаются при вращении двух сверхмассивных объектов друг относительно друга.
Назло всем хейтерам гравитационные волны были реально обнаружены. Для этого использовалась специальная установка. Применялся так называемый лазерный интерферометр. Этот прибор используют для высокоточных измерений. Например для настройки станков.
Принцип работы интерферометра не столь сложен. Есть лазерный излучатель и два пучка. Один опорный, а другой - измерительный. При сравнении характеристик этих пучков и происходит, собственно говоря, измерение. Если измеряемый объект перемещается, то по разности параметров пучков всегда можно высчитать насколько он сместился.
Подобная логика работает и при поиске гравитационной волны. Установка тут более сложная и представляет собой модифицированный интерферометр Майкельсона. Не будем сейчас разбираться конструкцию сложного устройства от LIGO. Попробуем понять суть эксперимента.
Источник лазерного излучения испускает пучок, который попадает на светоделитель. Половина от исходного пучка направляется в верхнюю часть установки, а половина - вправо. Разделенный луч совершает путь по 4 км в каждую сторону и возвращается обратно к светоделителю. Обратите внимание на солидные пробеги в 4 км. Благодаря такому расстоянию можно зафиксировать малейшее отклонение.
Два луча, которые направляются обратно к лазеру, имеют одинаковую фазу. Они интерферируют друг с другом и складываются. Два луча, которые разделяются и направляются вниз к фотодетектору, имеют противоположные фазы. Когда в интерферометре нет помех, свет не попадает на фотодетектор, так как лучи взаимно уничтожаются из-за разности фаз.
Если на фотодетектор попадают лучи, то можно считать параметры этих лучей и определить различия волновых характеристик. Затем системы сервоуправления перемещают датчики, чтобы сбалансировать установку и фотодетектор не фиксировал попадание лучей.
Величина смещения, которую легко определить в численном виде, и будет пропорциональна воздействию гравитационных волн.
Если мимо прибора проходит гравитационная волна, то изменяется и расстояние между свободно плавающими тестовыми массами. Ведь они смещаются.
Даже незначительное изменение расстояния между контрольными массами изменит и фазу света, попадающего на светоделитель.
Интерференция уже не будет уничтожать лучи и фотодетектор зафиксирует отклонения.
Если перевести это на ещё более понятный язык, то получится следующее: Есть тестовые массы, расстояние между которыми известно. Лазерный луч позволяет контролировать расстояние между ними. Тестовые массы в идеале не должны перемещаться вообще. Как будто это два куска пенопласта, которые плавают по глади воды. Но если пойдёт гравитационная волна, то сетка пространства-времени начинает деформироваться. Массивные объекты, расположенные в этой сетке, начнут перемещаться вместе в пространством-временем. Точно также и пенопласт на воде будет перемещаться при появлении волны на глади озера. Благодаря высокой точности установки, смещение одной из тестовых масс относительно другой мгновенно даст рефлекс на фотодетекторе и, фактически, зафиксирует гравитационную волну.
Реальная установка устроена значительно сложнее. Но базовый принцип используется примерно такой же.
⚠ Обязательно подписывайтесь на канал, тыкайте лайк 👍 и возвращайтесь за обновлениями!
🔹 Не забывайте читать новые статьи на сайте!
🔹 Следите за моим каналом на YouTube