Гравітаційні хвилі: шість важливих фактів

Що таке гравітаційні хвилі?

Уявіть собі тенісний м'ячикна батуті. Він спокійно лежать і фактично не рухається. Посадимо на батут маленьку дитину - на його поверхні утворилась вм'ятина.

Що ж відбувається тепер? Тенісний м'ячикповільно котиться в напрямку вм'ятини, утвореною дитиною. Чим ближче малюк сидітиме до м'ячика, тим глибше у вм'ятину котиться кулька. Її тягнутиме до вм'ятини.

Чим більша маса рухомого тіла, тим більша сила його тяжіння. У цьому полягає ідея гравітації – приблизно так можна уявити собі гравітаційні хвилі у Всесвіті.

Гравітаційні хвилі виникають, коли відбувається прискорення маси. Наприклад, під час вибуху зірки наприкінці її життя, із драматичними подіями в Космосі - як-от Великий вибух - чи при злитті двох чорних дір. Гравітаційні хвилі стискають і розтягують простір. Таким чином вони змінюють структуру простору-часу.

Фізик Альберт Ейнштейн передбачив існування гравітаційних хвиль сто років тому як частину своєї загальної теорії відносності.

Гравітаційні хвилі поширюються Всесвітом абсолютно безперешкодно. Байдуже, що зустрінеться їм на шляху. Цим вони відрізняються від світлових чи звукових хвиль. За своєю суттю гравітаційні хвилі - викривлення геометрії, викривлення самого простору.

З моменту теоретичного відкриття гравітаційних хвиль вчені намагалися "упіймати" їх на практиці. Проте лише тепер з'явився прямий доказ їхнього існування.

Чому це так важливо?

Ейнштейн змалював, як гравітаційні хвилі стискають і розтягують простір-час, як він викривлюється і як певні об'єкти (нейтронні зірки чи чорні діри) переміщуються в ньому. Досі не існувало доказів цієї теорії, оскільки бракувало необхідної технології, щоб зафіксувати таке явище.

Щоб ви могли уявити собі наукову важливість відкриття: дослідники, котрі довели існування гравітаційних хвиль, мають великий шанс на здобуття Нобелівської премії з фізики.

Чому гравітаційні хвилі не відкрили раніше?

Багато вчених і раніше намагалися довести існування гравітаційних хвиль, але не були успішними. Попередні пошуки були сповнені швидше поразками та помилковими тлумаченнями, ніж успіхом. Чому? Гравітаційні хвилі надзвичайно важко виявити та виміряти.

Щоб засікти гравітаційні хвилі, потрібен напрочуд чутливий детектор. Коли такі коливання сягають Землі, у них дуже мала амплітуда - у тисячі разів менша за атомне ядро.

Як проект LIGOвиявив гравітаційні хвилі?

Проект LIGO (лазерно-інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія) заснували 1992 року в Сполучених Штатах Америки. Перші спроби зафіксувати хвилі за його допомогою провалилися. Проте нові технології в чотири рази збільшили чутливість детекторів.

LIGOскладається з двох високочутливих обсерваторій, які розташовані на відстані біля 3000 км одна від одної - на заході США, у Хенфорді, штат Вашингтон, та на сході - у Лівінгстоні, штат Луїзіана.

В обох обсерваторіях збудовані два однаково довгих, чотирикілометрових L-подібних тунелі, в кінці яких встановлені дзеркала. За допомогою лазерних променів, які дослідники відправляють туди-сюди на станціях, можна виміряти крихітні відхилення, які помітні завдяки затримці при віддзеркаленні - це ознака гравітаційних хвиль. Завдяки віддаленню обсерваторій одна від одної вчені можуть порівняти інформацію про момент утворення гравітаційних хвиль та їхній напрямок.

Чи обсерваторії LIGO єдині, що шукають докази існування гравітаційних хвиль?

Ні. В усьому світі є більше сімдесяти організацій, що намагаються виявити сигнали гравітаційних хвиль. У проекті LIGO беруть участь і німецькі вчені, які розробили менший детектор хвиль.

Європейське космічне агентство ESA нещодавно запустило в космос супутник, який допоможе вимірювати крихітні коливання у Всесвіті.

Ми отримали докази, і що далі?

Визнання вченими доказів існування гравітаційних хвиль може повністю змінити наше уявлення про Всесвіт. У такому разі науковці зможуть дослідити наслідки найбільшої події в історії Всесвіту - Великого вибуху.

Ми зможемо зазирнути у найвіддаленіші куточки Космосу. Хвилі, утворені Великим вибухом, могли б, наприклад, змінити наші погляди на формування Всесвіту. Більше того, це остаточне підтвердження тієї частини теорії Ейнштейна, яка досі вважалась найменш реалістичною.