Като част от общата си теория на относителността, Айнщайн прогнозира, че масата трябва да излъчва гравитационни вълни. Тя трябва да може да открива най-мощните гравитационни вълни, докато преминават през Земята. А космическата обсерватория, планирана за стартиране през 2015 г., наречена LISA, все още трябва да бъде по-силна.
Учените са близо до това, че всъщност виждат гравитационни вълни. Кредит за изображение: НАСА
Гравитацията е позната сила. Това е причината за страх от височини. Тя държи Луната към Земята, Земята към слънцето. Той пази бирата да не плава от чашите ни.
Но как? Земята изпраща ли тайни съобщения до Луната?
Е, да - нещо.
Еана Фланаган, доцент на Корнел по физика и астрономия, е посветил живота си на разбирането на гравитацията, тъй като е бил студент в Университетския колеж Дъблин в родната си Ирландия. Сега, почти две десетилетия след напускането на Ирландия, за да учи за докторска степен по прочутия релативист Кип Торн в Калифорнийския технологичен институт, работата му се фокусира върху прогнозирането на размера и формата на гравитационните вълни - неуловимо явление прогноза от теорията на общата относителност на Айнщайн от 1916 г. но които никога не са били директно открити.
През 1974 г. астрономите от университета в Принстън Ръсел Хюлз и Джоузеф Х. Тейлър-младши измерват косвено влиянието на гравитационните вълни върху коорбитиращите неутронни звезди, откритие, което им спечели Нобеловата награда за физика за 1993 г. Благодарение на неотдавнашната работа на Фланаган и неговите колеги, учените сега са на прага да видят първите гравитационни вълни директно.
Звукът не може да съществува във вакуум. Необходима е среда, например въздух или вода, чрез която да достави своето съобщение. По същия начин гравитацията не може да съществува в нищото. То също се нуждае от носител, чрез който да предаде своето съобщение. Айнщайн теоретизира, че тази среда е пространството и времето, или "тъканта на времето на времето".
Промените в налягането - тупване на барабан, вибриращ гласов кабел - произвеждат звукови вълни, пулсации във въздуха. Според теорията на Айнщайн промените в масата - сблъсъкът на две звезди, прахът при кацане на рафт за книги - произвеждат гравитационни вълни и пулсации в космическото време.
Тъй като повечето ежедневни предмети имат маса, гравитационните вълни трябва да са навсякъде около нас. Така че защо не можем да намерим такива?
„Най-силните гравитационни вълни ще причинят измерими смущения на Земята, 1000 пъти по-малки от атомното ядро“, обясни Фланаган. „Откриването им е огромно техническо предизвикателство.“
Отговорът на това предизвикателство е LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, колосален експеримент, включващ колаборация на повече от 300 учени.
LIGO се състои от две инсталации, близо 2 000 мили един от друг - една в Ханфорд, щата Вашингтон, и една в Ливингстън, щата Ла. Всяко съоръжение е оформено като гигантска „L“, с две рамото с дължина 2,5 мили, направено от 4-крачен диаметър вакуумни тръби, затворени в бетон. Ултра стабилни лазерни лъчи преминават през тръбите, подскачайки между огледала в края на всяко рамо. Учените очакват преминаваща гравитационна вълна, която да разтегне едната ръка и да притисне другата, карайки двата лазера да изминат малко различни разстояния.
След това разликата може да бъде измерена чрез „намеса“ на лазерите, където оръжията се пресичат. Той е сравним с две коли, които се движат перпендикулярно към кръстопът. Ако изминат една и съща скорост и разстояние, те винаги ще се сринат. Но ако разстоянията са различни, може да пропуснат. Фланаган и неговите колеги се надяват на пропускане.
Освен това точно колко лазери удрят или пропускат, ще предоставят информация за характеристиките и произхода на гравитационната вълна. Ролята на Фланаган е да предвиди тези характеристики, така че колегите му от LIGO да знаят какво да търсят.
Поради технологичните ограничения, LIGO е способен да долавя само гравитационни вълни с определени честоти от мощни източници, включително експлозии на свръхнови в Млечния път и бързо въртящи се или съвместно орбитиращи неутронни звезди или в Млечния път, или в далечни галактики.
За разширяване на потенциалните източници НАСА и Европейската космическа агенция вече планират наследника на LIGO, LISA, космическата антена на лазерния интерферометър. LISA е подобна в концепцията на LIGO, с изключение на това, че лазерите ще скачат сред три спътника на разстояние 3 милиона мили, проследявайки Земята в орбита около слънцето. В резултат на това LISA ще може да открие вълни с по-ниски честоти от LIGO, като тези, произведени от сблъсъка на неутронна звезда с черна дупка или сблъсъка на две черни дупки. LISA е планирано да стартира през 2015 г.
Фланаган и сътрудници от Масачузетския технологичен институт наскоро дешифрираха подписа на гравитационната вълна, в резултат на който супермасивна черна дупка поглъща неутронна звезда с размер на слънцето. Това е подпис, който ще бъде важно за LISA да разпознае.
„Когато ЛИСА лети, трябва да видим стотици такива неща“, отбеляза Фланаган. „Ще можем да измерим как пространството и времето са изкривени и как пространството трябва да бъде усукано наоколо с черна дупка. Виждаме електромагнитно излъчване и смятаме, че вероятно е черна дупка, но това е приблизително доколкото имаме. Ще бъде много вълнуващо най-накрая да видим, че относителността действително работи. "
Но той предупреди: „Може да не работи. Астрономите наблюдават, че разширяването на Вселената се ускорява. Едно от обясненията е, че общата относителност трябва да бъде променена: Айнщайн е бил прав, но в някои режими нещата могат да работят по различен начин. "
Томас Оберст е стажант на научния писател в Корнелската служба за новини.
Оригинален източник: Cornell University
