Гравитационные волны: открытие века в астрофизике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое гравитационные волны. Как их обнаружили ученые. Почему это открытие считается революционным в физике. Какие перспективы открывает изучение гравитационных волн. Как это меняет наше понимание Вселенной.

Содержание

Что такое гравитационные волны и как их открыли

Гравитационные волны — это «рябь» в ткани пространства-времени, вызванная движением массивных космических объектов. Их существование было предсказано Альбертом Эйнштейном еще в 1916 году на основе общей теории относительности. Однако экспериментально обнаружить гравитационные волны удалось только спустя 100 лет.

14 сентября 2015 года детекторы обсерватории LIGO впервые зарегистрировали гравитационные волны, порожденные слиянием двух черных дыр на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет от Земли. Это стало первым прямым наблюдением гравитационных волн и подтвердило предсказания общей теории относительности.

Как работают детекторы гравитационных волн?

Детекторы LIGO представляют собой гигантские L-образные интерферометры с длиной плеч 4 км. Когда гравитационная волна проходит через детектор, она вызывает ничтожно малое изменение длины плеч интерферометра — всего на 10^-19 метра. Это в 10 000 раз меньше размера протона! Чтобы зафиксировать столь малые колебания, в LIGO используются сверхчувствительные лазерные системы и сложные методы подавления шумов.

Значение открытия гравитационных волн для науки

Обнаружение гравитационных волн стало одним из важнейших научных достижений XXI века. Оно открыло новое окно во Вселенную и положило начало эре гравитационно-волновой астрономии. Почему это открытие считается революционным?

Оно подтвердило один из ключевых аспектов общей теории относительности Эйнштейна
Позволило напрямую наблюдать слияние черных дыр
Дало новый инструмент для изучения экстремальных состояний материи и пространства-времени
Открыло возможность «услышать» недоступные ранее процессы во Вселенной

Какие космические объекты порождают гравитационные волны

Гравитационные волны возникают при движении массивных объектов с переменным ускорением. Наиболее мощные источники гравитационных волн:

Сливающиеся черные дыры
Столкновения нейтронных звезд
Взрывы сверхновых
Вращающиеся нейтронные звезды (пульсары)
Ранняя Вселенная сразу после Большого взрыва

Чем массивнее объекты и выше их скорость, тем более мощные гравитационные волны они порождают. Слияние двух черных дыр может на короткое время излучать энергию, превышающую суммарное излучение всех звезд Вселенной!

Перспективы гравитационно-волновой астрономии

Открытие гравитационных волн положило начало новой эре в изучении Вселенной. Какие перспективы оно открывает перед учеными?

Изучение ранней Вселенной и процессов, происходивших сразу после Большого взрыва
Проверка общей теории относительности в экстремальных условиях
Исследование природы темной материи и темной энергии
Наблюдение за недоступными для электромагнитных телескопов объектами и процессами

Создание «гравитационно-волновой карты» Вселенной

Гравитационные волны несут уникальную информацию о своих источниках и свойствах пространства-времени. Их изучение может привести к революционным открытиям в фундаментальной физике и космологии.

Как обнаружение гравитационных волн меняет наше понимание Вселенной

Открытие гравитационных волн стало одним из важнейших научных достижений XXI века, сравнимым по значимости с открытием реликтового излучения. Как оно меняет наши представления о космосе?

Подтверждает существование черных дыр и позволяет изучать их свойства
Открывает «невидимую» сторону Вселенной, недоступную обычным телескопам
Дает возможность проверять фундаментальные физические теории
Позволяет «заглянуть» в самые ранние мгновения существования Вселенной
Раскрывает новые детали эволюции галактик и крупномасштабной структуры космоса

Гравитационно-волновая астрономия открывает принципиально новый канал получения информации о Вселенной, дополняя традиционные методы наблюдений. Это позволяет получить более полную и точную картину устройства и эволюции космоса.

Будущее гравитационно-волновых исследований

Обнаружение гравитационных волн открыло огромное поле для дальнейших исследований. Каковы перспективы развития этого направления?

Создание сети наземных детекторов нового поколения с повышенной чувствительностью
Запуск космических гравитационно-волновых обсерваторий
Разработка новых методов анализа данных и выделения сигналов
Поиск гравитационных волн от новых типов источников
Объединение гравитационно-волновых и электромагнитных наблюдений

Ученые надеются, что дальнейшее развитие гравитационно-волновой астрономии приведет к революционным открытиям в физике и космологии, сравнимым по значимости с созданием квантовой механики и теории относительности в начале XX века.

Влияние открытия гравитационных волн на технологии

Хотя исследование гравитационных волн относится к фундаментальной науке, оно уже оказывает влияние на развитие технологий. Какие технологические достижения связаны с этой областью?

Разработка сверхчувствительных лазерных интерферометров
Создание систем подавления сейсмических и акустических шумов
Развитие методов анализа больших объемов данных
Совершенствование технологий квантовых измерений
Прогресс в создании сверхпроводящих магнитов

Многие технологии, разработанные для детекторов гравитационных волн, находят применение в других областях науки и техники — от медицинской диагностики до систем навигации и связи.

Гравитационные волны — кто они и с чем их едят? / Хабр

Так что же такое «Гравитационные волны»?

Гравитационные волны — это «пульсации» в ткани пространства-времени, вызванные ускорением массивных объектов. Впервые они были предсказаны общей теорией относительности Альберта Эйнштейна в 1916 году, однако лишь в 21 веке технологии были достаточно развиты, чтобы их обнаружить. В этой статье мы объясним, что такое гравитационные волны, как они обнаруживаются и каково их значение в области физики и астрономии.

Гравитационные волны возникают, когда два массивных объекта (черные дыры, нейтронные звезды или белые карлики) вращаются друг вокруг друга. При движении по орбите они излучают энергию в виде гравитационных волн. Данные волны распространяются со скоростью света и вызывают растяжение и сжатие пространства-времени.

Гравитационная волна — это искривление, которое перемещается в пространстве-времени подобно тому, как водная волна перемещается по поверхности озера

GIF by NASAИтог слияния двух белых карликов и порождение ими одной большой гравитационной волны

На деле же, общая теория относительности Эйнштейна сыграла гораздо бОльшую роль в открытии гравитационных волн. Вот для наглядности «представление Земли в мире» Ньютона и Эйнштейна:

И как же, собственно, гравитационные волны обнаружить?

На данный момент обнаружением гравитационных волн активно занимается лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) — самый известный и успешный детектор гравитационных волн. Он использует лазерные лучи для измерения расстояния между зеркалами, подвешенными на расстоянии нескольких километров друг от друга. Когда гравитационная волна проходит через детектор, она вызывает мизерное изменение расстояния между зеркалами, которое может быть зафиксировано лазерными лучами.

LIGO начал свое первое наблюдение в 2002 году и с тех пор претерпел несколько модернизаций для улучшения чувствительности. Самая значительная модернизация была проведена в 2015 году, в результате которой чувствительность детектора увеличилась в 10 раз. Эта модернизация, известная как Advanced LIGO, позволила LIGO впервые обнаружить гравитационные волны.

Первое обнаружение гравитационных волн было сделано 14 сентября 2015 года, и оно было вызвано столкновением двух черных дыр. Это открытие, известное как GW150914, стало революционным достижением в области физики и астрономии. С тех пор LIGO обнаружил еще несколько гравитационных волн, включая первое обнаружение слияния бинарных нейтронных звезд и первое обнаружение слияния черных дыр.

Научное сотрудничество LIGO (LSC), представляющее собой международную группу из более чем 1000 ученых, управляет детекторами LIGO и анализирует собранные данные. LSC тесно сотрудничает с другими детекторами гравитационных волн по всему миру, такими как детектор Virgo в Италии и детектор KAGRA в Японии, чтобы увеличить шансы на обнаружение гравитационных волн и повысить точность измерений.

Ворота небес широко распахнулись,ты едешь на черной клубящейся туче…

Обнаружение гравитационных волн открыло новую область астрономии, называемую гравитационно-волновой астрономией. Ученые могут использовать гравитационные волны для изучения Вселенной таким образом, который ранее был невозможен. Например, они могут использовать гравитационные волны для изучения свойств черных дыр и нейтронных звезд, а также для того, чтобы узнать больше о происхождении Вселенной. Кроме того, обнаружение гравитационных волн подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна, а также открыло новые возможности для изучения фундаментальной физики и обнаружения других загадочных явлений, таких как темная материя и темная энергия.

Гравитационные волны также способны произвести революцию в нашем понимании Вселенной таким образом, который мы еще не можем себе представить. С разработкой новых и более чувствительных детекторов ученые смогут обнаружить гравитационные волны от более широкого круга источников, включая сверхновые, бинарные системы и даже сам Большой взрыв.

Подведём итоги…

В последние годы было обнаружено множество гравитационных волн, включая первое обнаружение слияния бинарных нейтронных звезд и первое обнаружение слияния черных дыр. Эти открытия не только подтвердили существование гравитационных волн, но и позволили по-новому взглянуть на Вселенную.

Продолжая изучать гравитационные волны, мы можем ожидать открытия новой и захватывающей информации о Вселенной и о том, как она устроена. Будет интересно посмотреть, как эта новая область науки будет развиваться в будущем.

Пространство волнуется раз. Пять лет назад мы узнали, что обнаружены гравитационные волны

Обсерватория LIGO в Хенфорде, Вашингтон

11 февраля 2016 г. ученые из проекта LIGO объявили, что впервые в истории им удалось напрямую засечь гравитационные волны. Их существование еще за сто лет до того предсказал Альберт Эйнштейн, но не хотел себе верить. ТАСС вспоминает, как было сделано открытие и почему оно стало одним из главных событий в физике в XXI в.

1,3 млрд лет назад далеко-далеко от Земли сблизились две черные дыры и спустя еще 20 мс слились воедино. Из-за колоссальной энергии, выделившейся при столкновении, само пространство-время пошло рябью во все стороны от места катастрофы. 14 сентября 2015 г. в 13:51 по московскому времени эти волны на скорости света достигли Земли.

В многокилометровых тоннелях на противоположных концах США — одних из самых сложных инженерных объектах в мире — друг за другом задрожали зеркала. Колебание зеркал было почти незаметным — с амплитудой в 10^-19 м. Это во столько же раз меньше размера атома, во сколько апельсин меньше нашей планеты.

Расчеты, занявшие десятки лет, измерения на грани квантового предела точности, несколько месяцев аккуратных проверок результатов — и 11 февраля в Вашингтоне, Москве, Лондоне, Париже и других городах начались пресс-конференции. Ученые имели сказать одно: человечество впервые зарегистрировало гравитационные волны, и это не могло быть ошибкой. Впереди нас ждали гравитационные телескопы, новая физика и, может, даже новая реальность.

Что такое гравитационные волны?

Если бросить в воду камень, по ней пойдет рябь. Гравитационные волны напоминают такую рябь, только колеблется само пространство-время. Гравитационные волны излучает все, что обладает массой и движется с переменным ускорением, даже тормозящая машина. Но в этом случае волны так малы, что законы физики не позволяют их уловить. Проще всего гравитационные волны обнаружить после вселенских катастроф — при столкновении черных дыр или нейтронных звезд: сравнительно компактных, но чрезвычайно массивных объектов.

Одни из первых экспериментов по обнаружению гравитационных волн ставили еще в 1970-е гг. на физическом факультете МГУ в группе под руководством профессора Владимира Брагинского. Тогда прибор, установленный в подвале здания, вроде бы зарегистрировал сигнал, сильный и стабильно повторяющийся каждый вечер. Назревала сенсация. Но праздник сорвал сам Брагинский: он понял, что прибор регистрировал сейсмический шум от трамваев в расположенном неподалеку депо.

Исследователи, участвовавшие в международном эксперименте BICEP2, были не так аккуратны, как советские физики. В 2014 г. они заявили о неопровержимых следах гравитационных волн в реликтовом излучении, сохранившемся с первых мгновений после Большого взрыва. Но ученые поторопились, не учтя влияние космической пыли при обработке данных.

‘ Ролик Массачусетского технологического института, где рассказывают об устройстве обсерватории LIGO и гравитационных волнах’

Неоднократные попытки обнаружить гравитационные волны делались и на других гравитационных телескопах, в том числе на детекторах коллаборации LIGO.

Что такое LIGO и гравитационные телескопы?

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) — это название обсерватории и международного проекта ученых из 14 стран. Россию в LIGO представляют два научных коллектива: группы Александра Сергеева из Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород) и Валерия Митрофанова с физического факультета МГУ. Последнюю, кстати, одно время возглавлял тот же Владимир Брагинский.

Обсерватория LIGO состоит из двух комплексов в 3 тыс. км друг от друга в американских штатах Луизиана и Вашингтон. В обоих проложены четырехкилометровые тоннели с зеркалами, по которым пускают лазерные лучи. Из-за гравитационных волн пространство-время сжимается и растягивается — расстояние, которое проходит пучок света, чуть-чуть меняется, как меняется и время, нужное, чтобы его преодолеть. Эти отклонения и позволяют засечь волну. В Италии работает похожая обсерватория Virgo, благодаря ей проще определить направление, откуда пришла волна.

Какой сигнал зарегистрировали ученые?

14 сентября 2015 г. зеркала в тоннелях стали колебаться с частотой 150 Гц и немыслимо маленькой амплитудой 10^-19 м. После обработки была найдена причина — слияние двух черных дыр на расстоянии 1,3 млрд световых лет от Земли. Первая была в 29 раз массивнее Солнца, а вторая — в 36 раз. Получившаяся черная дыра потеряла три массы Солнца: столько энергии ушло в виде гравитационных волн. Будь это свет, а не гравитация, он ненадолго затмил бы всю видимую Вселенную.

В 2017 году за это открытие присудили Нобелевскую премию по физике. Половина награды досталась Райнеру Вайссу, который занимался разработкой детекторов гравитационных волн, еще по четверти — теоретику, инициатору проекта LIGO Кипу Торну и Барри Бэришу, первому руководителю и основателю LIGO.

Что будет дальше?

Сначала ученые надеются обзавестись третьим гравитационным телескопом для своей системы, который будет расположен в космосе. Тогда по характерным задержкам сигналов гравитационных волн исследователи смогут определять точное положение источников так же, как сейчас можно узнать свое точное положение на Земле, обменявшись сигналами с тремя спутниками GPS.

На эту тему

Гравитационные телескопы позволят лучше изучить Вселенную. Волны, которые они улавливают, ничто не может остановить. Вдобавок такой телескоп может сканировать сразу все небо: его не нужно наводить в определенную точку или настраивать на одну частоту. В перспективе многие уникальные астрофизические события первыми будут фиксироваться именно на так, а уже потом с помощью полученных данных будут наводить другие инструменты наблюдения.

Еще ученые надеются увидеть реликтовые гравитационные волны — те, что стали распространяться по Вселенной почти сразу после Большого взрыва. Это позволило бы заглянуть в самое начало времен, а может, разработать единую теорию фундаментальных взаимодействий, для которой теория относительности Эйнштейна будет частным случаем. Пока ее нет, и это одна из главных проблем в физике.

Наконец, кое-что с этого пира может перепасть и нам, простым людям, не мечтающим о теории великого объединения. Что это будет? Передача информации сквозь время, как в фильме «Интерстеллар»? Путешествия во времени? Что-то совершенно немыслимое? Мы не можем этого предсказывать — только ждать и смотреть.

Гравитационное определение и значение | Dictionary.com

Основные определения
Викторина
Примеры
Британский

Показывает уровень сложности слова.

[ grav-i-tey-shuh-nl ]

/ ˌgræv ɪˈteɪ ʃə nl /

Сохранить это слово!

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

прилагательное

Физика. о силе притяжения между двумя массами или относящейся к ней: гравитационный эффект Луны вызывает подъем и отлив океанских приливов.

или относящиеся к сильному движению или естественной склонности к чему-то или кому-то: их гравитационное влечение к саморазрушительному поведению было предметом многих исследований.

ВИКТОРИНА

ВСЕ ЗА(U)R ЭТОГО БРИТАНСКОГО ПРОТИВ. АМЕРИКАНСКИЙ АНГЛИЙСКИЙ ВИКТОРИНА

Существует огромное количество различий между тем, как люди говорят по-английски в США и Великобритании. Способны ли ваши языковые навыки определить разницу? Давай выясним!

Вопрос 1 из 7

Правда или ложь? Британский английский и американский английский различаются только сленговыми словами.

Происхождение гравитационного

Впервые зафиксировано в 1850–1855 гг.; gravitation + -al ¹

ДРУГИЕ СЛОВА ОТ GRAVITATIONAL

grav·i·ta·tion·al·ly, наречие·ti·grav·i·ta·tion·al, прилагательное

Слова рядом с gravitational

, грависфера, гравитас, гравитат, тяготение, гравитационный, гравитационный коллапс, гравитационная постоянная, гравитационное поле, гравитационная сила, гравитационное взаимодействие

Как использовать gravitational в предложении

Тем не менее ученые все больше верили, что гравитационные волны будут обнаружены.
Общая теория относительности Эйнштейна открыла динамичный и причудливый космос|Элизабет Куилл|3 февраля 2021 г. |Новости науки
Атмосфера Марса на 99 процентов тоньше земной, а гравитационное притяжение в три раза меньше.
Марсианский вертолет НАСА вскоре может стать первым, кто полетит на другую планету|Паола Роса-Акино|29 января 2021|Популярная наука
Он содержит как минимум шесть миров, пять из которых объединены в определенный тип гравитационного танго.
Эти 6 экзопланет каким-то образом вращаются вокруг своей звезды в идеальном ритме|Чарли Вуд|27 января 2021|Popular-Science состав планеты и гравитационные влияния остальной части Солнечной системы.
НАСА отказывается измерять температуру Марса|Джон Тиммер|15 января 2021|Ars Technica

На самом деле наши тела настолько привыкли к гравитационному притяжению Земли, что без него наши кости и мышцы стать слабым.
Давайте узнаем о гравитации|Бетани Брукшир|13 января 2021 г.|Новости науки для студентов
Наблюдая за медленными вращениями танцоров, в гравитационном танце галактик происходит что-то захватывающее.
Танго черной дыры|Мэттью Р. Фрэнсис|24 ноября 2014 г.|DAILY BEAST
Планета находится глубоко в гравитационном колодце черной дыры, а у черной дыры наверняка очень высокие приливные силы.
Нил де Грасс Тайсон разрушает «Интерстеллар»: черные дыры, замедление времени и массивные волны|Марлоу Стерн|11 ноября 2014 г.|DAILY BEAST данные выглядят полосатыми.
Ледники потеряли 204 миллиарда тонн льда за три года|Мэттью Р. Фрэнсис|5 октября 2014|DAILY BEAST
Во-первых, их симуляции терпят неудачу после прекращения гравитационного коллапса, поэтому они не могут показать, что заменяет черную дыру.
Черные дыры существуют. Плохая наука тоже | Мэтью Р. Фрэнсис | 28 сентября 2014 г. | DAILY BEAST
В новой статье Ланиакея определяется гравитационной границей.
Ланиакея: место Млечного Пути на небесах | Мэтью Р. Фрэнсис | 7 сентября 2014 г. | DAILY BEAST
По словам Бойля, несветящийся и не отражающий свет астероид врезался в гравитационное поле Земли.
Поразительные истории, май 1931 года|Разное
Механизм нейтрализовал гравитационное притяжение — объекты могли парить!
Запрещенный инструмент|Малкольм Б. Морхарт
По мере уменьшения напряженности гравитационного поля скорость корабля увеличивалась — не линейно, а логарифмически.
Неразумный ребенок|Гордон Рэндалл Гаррет
«Двигаться вблизи тяжелой массы — в присутствии сильного гравитационного поля», — сказал Аркот.
Космические острова|Джон В. Кэмпбелл
У нас просто недостаточно топлива, чтобы вырваться из гравитационной хватки этой звезды, какой бы огромной ни была энергия материи.
Космические острова|Джон Кэмпбелл

Британский словарь определений слова gravitational

gravitational

/ (ˌɡrævɪˈteɪʃənəl) /

прилагательное

относящееся к гравитации или связанное с ней

Производные формы от слова gravitational

gravitationally, наречие

Collins English Dictionary — Complete & Unabridged 2012 Digital Edition © William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins Издатели 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

Что такое гравитационные волны? | Лаборатория ЛИГО

Иллюстрация гравитационных волн, создаваемых двумя вращающимися черными дырами. [Кредит: Хенце/НАСА]

Двумерная иллюстрация того, как масса во Вселенной искажает пространство-время. [Фото: НАСА]

Гравитационные волны — это «рябь» в пространстве-времени, вызванная одними из самых бурных и энергичных процессов во Вселенной. Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн в 1916 году в своей общей теории относительности. Математика Эйнштейна показала, что массивные ускоряющиеся объекты (такие как нейтронные звезды или черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга) разрушат пространство-время таким образом, что «волны» волнообразного пространства-времени будут распространяться во всех направлениях от источника. Эти космические волны будут двигаться со скоростью света, неся с собой информацию о своем происхождении, а также ключи к разгадке природы самой гравитации.

Самые сильные гравитационные волны возникают в результате катастрофических событий, таких как столкновение черных дыр, сверхновых (массивные звезды, взрывающиеся в конце своей жизни) и столкновение нейтронных звезд. Предполагается, что другие волны вызваны вращением нейтронных звезд, которые не являются идеальными сферами, и, возможно, даже остатками гравитационного излучения, созданного Большим взрывом.

Анимация ниже показывает, как гравитационные волны излучаются двумя нейтронными звездами, когда они вращаются вокруг друг друга, а затем сливаются (фото: НАСА/Центр космических полетов имени Годдарда). Обратите внимание, что сами гравитационные волны невидимы. Они сделаны видимыми здесь, чтобы проиллюстрировать их распространение вдали от источника.

Ваш браузер не поддерживает этот тег видео.

Хотя Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн в 1916 году, первое доказательство их существования появилось только в 1974 году, через 20 лет после его смерти. В том же году два астронома с помощью радиообсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико открыли двойной пульсар, который, согласно общей теории относительности, должен излучать гравитационные волны. Зная, что это открытие может быть использовано для проверки смелого предсказания Эйнштейна, астрономы начали измерять, как со временем менялись орбиты звезд. После восьми лет наблюдений они определили, что звезды сближаются друг с другом на

точно скорость, предсказываемая общей теорией относительности, если бы они излучали гравитационные волны. Для более подробного обсуждения этого открытия и работы см. Look Deeper.

Впечатление художника о двойном пульсаре. [Фото: Майкл Крамер, Jodrell Bank, Манчестерский университет]

существование гравитационных волн. Но эти подтверждения всегда приходили косвенно или математически, а не через прямой контакт .

Все изменилось 14 сентября 2015 года, когда LIGO физически ощутил неровности пространства-времени, вызванные гравитационными волнами, порожденными двумя сталкивающимися черными дырами на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет.