Таталцлын долгионыг нээсэн (илрүүлсэн) албан ёсны өдөр бол 2016 оны 2-р сарын 11. Яг тэр үед Вашингтонд болсон хэвлэлийн бага хурал дээр LIGO-гийн хамтын ажиллагааны удирдагчид судлаачдын баг хүн төрөлхтний түүхэнд анх удаа энэхүү үзэгдлийг бүртгэж чадсан гэж мэдэгдэв.
Агуу Эйнштейний зөгнөл
Өнгөрсөн зууны эхээр (1916) Альберт Эйнштейн өөрийн боловсруулсан Харьцангуйн ерөнхий онолын хүрээнд таталцлын долгион байдаг гэж үзсэн. Хамгийн бага бодит мэдээллээр ийм өргөн хүрээтэй дүгнэлт хийж чадсан алдарт физикчийн гайхалтай чадварыг зөвхөн гайхшруулж болно. Дараагийн зуунд батлагдсан бусад олон урьдчилан таамагласан физик үзэгдлүүдийн дунд (цаг хугацааны урсгалыг удаашруулах, таталцлын талбайн цахилгаан соронзон цацрагийн чиглэлийг өөрчлөх гэх мэт) энэ төрлийн долгион байгааг бодитоор илрүүлэх боломжгүй байв. Саяхныг хүртэл биеүүдийн харилцан үйлчлэл.
Таталцал бол хуурмаг зүйл мөн үү?
Ер нь бол гэрэлдХарьцангуйн онол таталцлыг хүч гэж нэрлэх аргагүй юм. Энэ нь орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдлын хямрал эсвэл муруйлтаас үүдэлтэй үр дагавар юм. Энэхүү постулатыг харуулсан сайн жишээ бол сунгасан даавуу юм. Ийм гадаргуу дээр байрлуулсан асар том объектын жин дор завсарлага үүсдэг. Энэ аномалийн ойролцоо хөдөлж буй бусад объектууд нь "татагдан" байгаа мэт хөдөлгөөнийхөө чиглэлийг өөрчилнө. Мөн объектын жин их байх тусам (гулзайлтын диаметр, гүн их байх тусам "таталцлын хүч" өндөр байх болно. Энэ нь даавуугаар дамжин өнгөрөх үед та өөр өөр "долгион" гарч ирэхийг ажиглаж болно.
Дэлхийн сансарт үүнтэй төстэй зүйл тохиолддог. Аливаа хурдан хөдөлж буй асар том биет нь орон зай, цаг хугацааны нягтын хэлбэлзлийн эх үүсвэр болдог. Маш том масстай биетүүд эсвэл асар их хурдатгалтай хөдөлж байх үед үүсдэг, мэдэгдэхүйц далайцтай таталцлын долгион.
Биеийн онцлог
Орон зай-цаг хугацааны хэмжүүрийн хэлбэлзэл нь таталцлын талбайн өөрчлөлтөөр илэрдэг. Энэ үзэгдлийг өөрөөр хэлбэл орон зай-цаг хугацааны долгион гэж нэрлэдэг. Таталцлын долгион нь тулгарсан бие, биетүүдэд үйлчилж, тэдгээрийг шахаж, сунгадаг. Деформацийн утга нь маш бага - анхны хэмжээнээс ойролцоогоор 10-21 байна. Энэ үзэгдлийг илрүүлэх бүх бэрхшээл нь судлаачид зохих тоног төхөөрөмжийн тусламжтайгаар ийм өөрчлөлтийг хэрхэн хэмжиж, бүртгэж сурах ёстой байсан юм. Таталцлын цацрагийн хүч нь маш бага байдаг - бүхэл бүтэн нарны аймгийн хувьд тийм юмхэдэн киловатт.
Таталцлын долгионы тархалтын хурд нь дамжуулагч орчны шинж чанараас бага зэрэг хамаардаг. Хэлбэлзлийн далайц нь эх үүсвэрээс холдох тусам аажмаар буурдаг боловч хэзээ ч тэг хүрдэггүй. Давтамж нь хэдэн араваас хэдэн зуун герц хүртэл байдаг. Од хоорондын орчин дахь таталцлын долгионы хурд гэрлийн хурдтай ойртож байна.
Нөхцөл байдлын нотлох баримт
Таталцлын долгион байдгийг онолын хувьд анх удаа Америкийн одон орон судлаач Жозеф Тейлор болон түүний туслах Рассел Хулс нар 1974 онд олж авчээ. Аресибо (Пуэрто-Рико) ажиглалтын төвийн радио телескоп ашиглан ертөнцийн өргөн цар хүрээг судалж, судлаачид тогтмол өнцгийн хурдтай, нийтлэг массын төвийг тойрон эргэлддэг нейтрон оддын хоёртын систем болох пульсар PSR B1913 + 16-г нээсэн. нэлээд ховор тохиолдол). Жил бүр анх 3.75 цаг байсан хувьсгалын хугацаа 70 мс-ээр багасдаг. Энэ утга нь таталцлын долгион үүсгэхэд зарцуулсан энергийн улмаас ийм системийн эргэлтийн хурд нэмэгдэхийг таамагласан GR тэгшитгэлийн дүгнэлттэй нэлээд нийцэж байна. Дараа нь ижил төстэй зан авиртай хэд хэдэн давхар пульсар, цагаан одой олдсон. Радио одон орон судлаач Д. Тэйлор, Р. Хулс нар 1993 онд таталцлын талбайг судлах шинэ боломжуудыг нээснийхээ төлөө физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ.
Таталцлын долгионоос зугтсан
Тухайн анхны мэдэгдэлТаталцлын долгионыг илрүүлэх аргыг 1969 онд Мэрилэндийн их сургуулийн эрдэмтэн Жозеф Вебер (АНУ) хийсэн. Эдгээр зорилгын үүднээс тэрээр хоёр километрийн зайд тусгаарлагдсан өөрийн загварын хоёр таталцлын антеныг ашигласан. Резонансын детектор нь мэдрэмтгий пьезоэлектрик мэдрэгчээр тоноглогдсон, сайн чичиргээтэй, хоёр метрийн хөнгөн цагаан цилиндр байв. Веберийн тэмдэглэсэн хэлбэлзлийн далайц нь хүлээгдэж буй хэмжээнээс сая дахин их байсан. Америкийн физикчийн "амжилт"-ыг давтах гэж ийм төхөөрөмж ашиглан бусад эрдэмтдийн оролдлого эерэг үр дүнд хүрсэнгүй. Хэдэн жилийн дараа Веберийн энэ чиглэлээр хийсэн ажил нь боломжгүй гэж хүлээн зөвшөөрөгдсөн боловч "таталцлын тэсрэлт" -ийг хөгжүүлэхэд түлхэц өгсөн бөгөөд энэ судалгааны чиглэлээр олон мэргэжилтнүүдийг татсан юм. Дашрамд хэлэхэд Жозеф Вебер өөрөө амьдралынхаа эцэс хүртэл таталцлын долгион хүлээн авсан гэдэгт итгэлтэй байсан.
Хүлээн авах төхөөрөмжийг сайжруулах
70-аад онд эрдэмтэн Билл Фэйрбанк (АНУ) SQUIDs буюу хэт мэдрэг соронзон хэмжигч ашиглан шингэн гелийээр хөргөсөн таталцлын долгионы антенны загварыг боловсруулжээ. Тухайн үед байсан технологи нь зохион бүтээгчид өөрийн бүтээгдэхүүнээ "металл" -аар олж харах боломжийг олгосонгүй.
Таталцлын мэдрэгч Аурига ийм аргаар Үндэсний Легнардын лабораторид (Итали, Падуа) хийгдсэн. Энэхүү загвар нь 3 метр урт, 0,6 м диаметртэй хөнгөн цагаан магнийн цилиндрт суурилж, 2,3 тонн жинтэй хүлээн авах төхөөрөмжбараг үнэмлэхүй тэг хүртэл хөргөсөн тусгаарлагдсан вакуум камерт түдгэлзүүлсэн. Чичиргээг тогтоох, илрүүлэхэд туслах килограмм резонатор ба компьютерт суурилсан хэмжих цогцолборыг ашигладаг. Тоног төхөөрөмжийн мэдрэмтгий байдал 10-20.
Интерферометр
Таталцлын долгионы хөндлөнгийн детекторуудын ажиллагаа нь Мишельсоны интерферометртэй ижил зарчим дээр суурилдаг. Эх үүсвэрээс ялгарах лазер туяа нь хоёр урсгалд хуваагдана. Төхөөрөмжийн мөрний дагуу олон удаа тусгаж, гүйлсний дараа урсгалыг дахин нэгтгэж, эцсийн хөндлөнгийн дүрсийг ашиглан ямар нэгэн цочрол (жишээлбэл, таталцлын долгион) цацрагийн урсгалд нөлөөлсөн эсэхийг шүүнэ. Үүнтэй төстэй төхөөрөмжийг олон оронд бүтээсэн:
- GEO 600 (Ганновер, Герман). Вакуум хонгилын урт нь 600 метр.
- TAMA (Япон) 300м мөр
- VIRGO (Пиза, Итали) нь 2007 онд эхлүүлсэн 3 км туннель бүхий Франц-Италийн хамтарсан төсөл юм.
- LIGO (АНУ, Номхон далайн эрэг), 2002 оноос хойш таталцлын долгионыг хайж байна.
Сүүлийнх нь илүү дэлгэрэнгүй авч үзэх нь зүйтэй.
LIGO Advanced
Төслийг Массачусетсийн Технологийн Институт болон Калифорнийн Технологийн Хүрээлэнгийн эрдэмтэд санаачилсан. Луизиана, Вашингтон мужуудад (Ливингстон, Ханфорд хотууд) 3 мянган км-ийн зайд тусгаарлагдсан хоёр ажиглалтын цэгийг гурван ижил интерферометрээр багтаасан болно. Перпендикуляр вакуумын уртхонгил нь 4 мянган метр юм. Эдгээр нь одоогоор ажиллаж байгаа хамгийн том ийм байгууламжууд юм. 2011 он хүртэл таталцлын долгионыг илрүүлэх олон оролдлого ямар ч үр дүнд хүрээгүй. Гүйцэтгэсэн томоохон шинэчлэл (Advanced LIGO) нь 300-500 Гц давтамжийн муж дахь төхөөрөмжийн мэдрэмжийг тав дахин, бага давтамжийн бүсэд (60 Гц хүртэл) бараг дарааллаар нэмэгдүүлж, ийм хүсэн хүлээсэн 10-21. Шинэчлэгдсэн төсөл 2015 оны 9-р сард эхэлсэн бөгөөд мянга гаруй хамтран ажиллагсдын хичээл зүтгэл үр дүнд хүрсэн.
Таталцлын долгион илэрсэн
2015 оны 9-р сарын 14-нд 7 мс-ийн интервалтай дэвшилтэт LIGO детекторууд ажиглагдаж болох Орчлон ертөнцийн захад болсон хамгийн том үзэгдлээс буюу масстай хоёр том хар нүхний нэгдэлээс манай гаригт хүрсэн таталцлын долгионыг бүртгэж авсан. Нарны массаас 29 ба 36 дахин их. 1.3 тэрбум гаруй жилийн өмнө болсон үйл явцын үеэр нарны массын гурав орчим бодисыг секундын хэдхэн хормын дотор таталцлын долгионы цацрагт зарцуулсан байна. Таталцлын долгионы анхны давтамжийг 35 Гц гэж бүртгэсэн бөгөөд хамгийн дээд оргил утга нь 250 Гц хүрсэн.
Хүлээн авсан үр дүнг иж бүрэн баталгаажуулалт, боловсруулалтад дахин дахин хамруулж, олж авсан мэдээллийн өөр тайлбарыг сайтар таслав. Эцэст нь өнгөрсөн оны хоёрдугаар сарын 11-нд Эйнштейний таамаглаж байсан үзэгдлийн шууд бүртгэлийг дэлхийн хамтын нийгэмлэгт зарлав.
Судлаачдын титаник ажлыг харуулсан баримт: интерферометрийн гарны хэмжээсийн хэлбэлзлийн далайц нь 10-19m байсан - энэ утга нь диаметрээс хамаагүй бага юм. улбар шараас жижиг тул атом.
Цаашид хэтийн төлөв
Нээлт нь Харьцангуйн ерөнхий онол бол зүгээр нэг хийсвэр томьёоны багц биш, харин таталцлын долгион ба таталцлын мөн чанар, ерөнхийдөө таталцлын хүчний талаарх цоо шинэ үзэл санаа гэдгийг дахин нэг удаа баталж байна.
Цаашдын судалгаагаар эрдэмтэд ELSA төсөлд их найдвар тавьж байгаа: таталцлын талбайн өчүүхэн ч гэсэн цочролыг илрүүлэх чадвартай, ойролцоогоор 5 сая км гартай тойрог замын аварга интерферометр бүтээх. Энэ чиглэлийн ажлыг эрчимжүүлэх нь орчлон ертөнцийн хөгжлийн үндсэн үе шатууд, уламжлалт хамтлагуудад ажиглахад хэцүү эсвэл боломжгүй үйл явцын талаар маш их зүйлийг хэлж чадна. Ирээдүйд таталцлын долгион нь тогтворжих хар нүхнүүд мөн чанарынхаа талаар ихийг өгүүлнэ гэдэгт эргэлзэхгүй байна.
Их тэсрэлтийн дараах манай ертөнцийн анхны мөчүүдийн тухай өгүүлэх реликт таталцлын цацрагийг судлахын тулд илүү мэдрэмтгий сансрын багажууд шаардлагатай болно. Ийм төсөл байдаг (Big Bang Observer) гэхдээ түүнийг хэрэгжүүлэх нь мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар 30-40 жилийн дотор хэрэгжих боломжтой.
