Всем привет, друзья!
Сегодня звездануло меня выполнить одно своё обещание. Поговорим мы о гравитационных волнах и еще кое о чём.
В самом начале, как обычно, ловите видео- и аудиоверсию подкаста:
Итак, если вы помните, в выпуске про инфляционную модель Вселенной я сказал, что гравитационные волны доказывают эту самую модель. Ну и пообещал рассказать про всё это позже. Вот это самое позже и наступило.
Так что же такое вообще эти гравитационные волны? А всё довольно просто. Помните, как мы представляли гравитацию?
Напомню. Растянем на весу покрывало и представим, что это – пространство-время. Зануды, цыц! Кладём на это покрывало арбуз – это будет звезда тяжёлая. Покрывало под тяжестью арбуза прогнулось. Теперь положим рядом яблоко – планету какую-нибудь. Яблоко скатилось к арбузу. Если яблоко раскрутить, то оно будет двигаться по какой-то орбите.
Я вас очень прошу, потратьте время, чтобы посмотреть вот этот видос:
Так вот, гравитационные волны – это волны на этом самом покрывале. Если вы начнёте танцевать на этом покрывале, то от вас пойдут волны. Эти гравитационные волны сжимают и растягивают пространство-время. Достаточно сильная волна может сжать, или растянуть нас как мармеладных мишек.
Как они могут появиться? Ну, вообще – мы все являемся источником таких волн. Так почему мы не видели их раньше? А потому что их очень сложно поймать. Мы легко можем поймать электромагнитные волны нашим радиоприёмником, но электромагнитное взаимодействие слабее гравитационного в …эээ… 10^40 раз. Соответственно и приёмник должен быть сложнее примерно настолько же.
Есть ещё одна сложность в том, чтобы ловить гравитационные волны. Мы помним, что эти волны гнут пространство. Попробуем взять рулетку и нарисовать точки через каждый метр. Не суть. Главное, что если даже мы будем постоянно измерять расстояние между этими точками, мы не зафиксируем наши волны, потому что они гнут всё пространство вместе с нами и линейкой.
И как их тогда поймать? Использовать свет. Помните, что скорость света – это максимальная скорость во Вселенной? Так вот, если мы будем светить лазером из точки А в точку Б, то когда пройдёт гравитационная волна, этот лазерный луч немного собьётся. Не буду вдаваться в детали, но для того, чтобы понять, что детектор поймал гравитационную волну, нужно зафиксировать отклонение примерно в 10^(-23) метра. Это примерно как увидеть, что ближайшая звезда стала ближе к нам на сантиметр. Вы же помните выпуск про масштабы?
Да, задачка не то что со звёздочкой… тут звиздец какая задачища. Но учёные справились. Построили обсерваторию и-таки поймали эти самые волны.
Ну ладно, пространство волнуется раз, пространство волнуется два… а в чём смысл-то? Ну, поймали где-то гравитационные волны, и что?
Во-первых, если есть волны, значит, есть и частицы-переносчики) Помните корпускулярно-волновой дуализм? Если есть волна и поле, значит, можно найти частицу среди всего вот этого вот. Такой частицей в гравитационном поле называют гравитон. И если бы не увидели волну, то в него бы не верили. С его помощью можно пробовать обуздать гравитацию, сделать беспроводную гравитационную связь, которую хрен чем заглушишь, в отличие от радиосвязи. Можно сделать гравитационный лазер, который будет изменять гравитацию в какой-то отдельной точке. Вариантов применения – тьма, на самом деле.
Хорошо, но я всё ещё не объяснил, как гравитационные волны доказывают инфляционную модель Вселенной. Итак, начиная с Эйнштейна, разные учёные прямо-таки ванговали, что гравитационные волны появятся в общей теории относительности. Но абы какие волны учёным неинтересно рассматривать, поэтому решили ловить самые старые. Те, которые вморожены в реликтовое излучение, которое ещё с самого Большого взрыва во Вселенной гуляет. Хотя, конечно, мы можем его проследить только до 380 тысяч лет с момента этого самого бабаха. Просто потому что до этого Вселенная даже для света была непроницаема. То есть даже свет нельзя было увидеть. Потом появилась инфляционная модель, и эти реликтовые волны рассмотрела более тщательно. Сказали, что если поляризация этих волн будет такая-то и такая-то, значит, мы правы, вот выкладки, сидите, изучайте. Даже рисунок показали, как должны эти волны на детекторе рисоваться.
Ну ок, посидели, почитали. Посмотрели рисунок. Согласились. И вот в 2014 году поймали вроде такой же рисунок и уже готовились вроде как объявлять, что мол, победила инфляционная модель, но в какой-то момент решили списать всё на межзвёздную пыль. Эта пыль, оказывается, примерно такую же картинку излучает. И вроде как участок неба, в котором проводили измерения, был чистый и всё вроде как правильно, но даже малейшего засвета хватило, чтобы данные выкинуть в мусорку. В общем, точку решили не ставить, но теперь готовят теоретические и практические методы для того, чтобы сократить влияние этой пыли на эксперимент. Такой вот облом вышел.
Но я не хочу отпускать вас просто так. Обещал, блин, рассказать, как гравитационные волны доказывают инфляционную модель, а рассказал, что нифига на самом деле такого нет. Да, кликбейтные заголовки и в науке попадаются. Честно скажу, за что купил – за то и продал, без обид. Так что давайте-ка я вам пока расскажу про кое-какие тёмные делишки Вселенной. Тем более что уже неоднократно просили.
Когда-то дядька Эйнштейн написал целую специальную теорию относительности, которая сейчас является чуть ли не догмой в мире физики. Но нашёлся небольшой изъян. Дело в том, что теория относительности показывает, как галактики и массивные объекты изгибают траекторию движения света. Давайте вернемся к нашему покрывалу, которое пространство-время.
Представим, что мы фломастером будем вести из точки А в точку Б прямую линию. Никуда не сворачиваем, идём чуть ли не по линейке. Это луч света. И вот на пути этого луча попадается уже знакомый нам арбуз. И наша прямая начинает гнуться и закручиваться. Это называется гравитационным линзированием.
И мы видим этот эффект, он установлен, всё хорошо… Хотя, нет. Не всё хорошо. Прикол в том, что по наблюдениям гравитационное воздействие аж в 6 раз больше, чем той массы. Это как если бы лежал на покрывале арбуз, а вмятина была бы как от целого человека. Короче, материя там, или не материя – никто не знает, но окрестили такой эффект тёмной материей. Такое название эта непонятина получила из-за того, что ни увидеть ни пощупать мы её не можем. Она не участвует в электромагнитном взаимодействии. Только в гравитационном. Может, это и не материя вовсе, а какое-нибудь энергетическое состояние вакуума. Помните, я рассказывал про такие штуковины в выпуске про множественные вселенные?) Что интересно, по многим расчетам выходит, что эта материя окружает галактики и защищает их от разлёта. Видели аттракцион, где человека запускают внутрь надутого шара и спускают на воду? Вот примерно так это выглядит, только вместо человека – галактики.
Периодически учёные пишут статьи, в которых эту тёмную материю находят, вычисляют, опровергают и прочими способами отменяют. Как я уже говорил – в науке свои кликбейты. Основным противником тёмной материи сегодня является, как ни странно, модифицированная ньютоновская динамика. О ней можете сами почитать (а уже даже и послушать), а можете не читать. Сути это не поменяет. Важно то, что ребята стараются улучшить то, от чего уже давно отказались. Почему бы и нет, в конце концов, всё новое – хорошо забытое старое.
Ну и раз уж я затронул все эти тёмные делишки, будет честно, если я ещё и про тёмную энергию расскажу что-то.
Помните разговоры про то, что Вселенная расширяется? Вот учёные пытались придумать, почему и как так, но не выходило, пока кто-то не придумал эту самую тёмную энергию. То есть, по всем расчётам она должна была бы уже остановиться и перестать расти, но что-то распирает её изнутри. И чтобы не выглядеть идиотами, учёные придумали себе невидимую энергию. То есть, тёмная энергия была придумана, чтобы объяснить ускоряющееся расширение Вселенной. Так, ладно. Основных вариантов, что бы это могло быть такое – три.
Первый вариант утверждает, что эта энергия и есть энергия вакуума. Опять возвращаемся к выпуску про множественные вселенные. Помните ложный вакуум, который совсем не пустой, квантовые флуктуации и иже с ними?
Второй вариант. Тёмная энергия есть хрен пойми какое поле. Оно меняется и оно неравномерное. Что к чему и как – непонятно, извините.
И третий вариант нам говорит, что тёмная энергия – это изменение гравитации на больших расстояниях.
Очень много ставок делается именно на первый вариант. Сейчас самая модная космологическая модель называется ΛCDM модель, в которой лямбда как раз и есть та самая энергия вакуума, то есть, тёмная энергия, а сидиэм – это холодная тёмная материя.
По данным разных обсерваторий и расчётов выходит, что тёмной энергии в видимой Вселенной около 70%, тёмной материи – около четверти (25%) всей Вселенной, ещё 4% Вселенной составляют свободные водород и гелий, а вот оставшийся процентик как раз делят всякие там звёзды, галактики, нейтринки, и прочая таблица Менделеева.
Такие вот дела. Затронул я аж три вопроса сегодня и ни на один не ответил. Этот выпуск вышел интригующим. Но ведь вопросы без ответов – это как раз то, что двигает вперед науку, да?
С вами был Роман Юдаев.
Всем пока-пока.
UPD: а ещё появились эпизоды про разные теории гравитации, ловите послушать (почитать будет позже):
Ну или найдите более удобную для вас платформу вот тут!
