Гравитационные волны — загадка современной физики
Поиск гравитационных волн — это одна из крупнейших проблем современной физики. Согласно общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, любая материя, движущаяся с ускорением, создает возмущение пространства-времени — гравитационную волну. Это возмущение тем больше, чем выше ускорение и масса объекта.
Ввиду слабости гравитационных сил по сравнению с другими фундаментальными взаимодействиями эти волны должны иметь весьма малую величину, с трудом поддающуюся регистрации.
Если ОТО верна и гравитационные волны действительно существуют, то наиболее сильными и достаточно частыми их источниками являются катастрофы, связанные с коллапсами массивных двойных систем в ближайших галактиках, например столкновения черных дыр или нейтронных звезд. При вращении вокруг общего центра масс такая система теряет энергию за счет излучения гравитационных волн. Этот процесс обычно длится несколько миллионов лет, и излучение достаточно слабое. В результате объекты сближаются, а их период обращения уменьшается. Однако на заключительном этапе происходит столкновение и несимметричный гравитационный коллапс. Этот процесс длится доли секунды, и за это время в гравитационное излучение — рябь «пространства-времени» — уходит энергия, составляющая, по некоторым оценкам, более 50% от массы системы.
Из всех гравитационных телескопов, работающих на Земле, наибольшей чувствительностью обладает расположенная в США лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Эта обсерватория состоит из двух Г-образных систем, образованных двумя плечами по 4 км каждое. Гравитационная волна обладает свойством изменения метрики, то есть, попав на прибор, она изменит длину плеча каждой из систем, и лазерный интерферометр зафиксирует это изменение.
Системы разнесены между собой на 3002 км.
При регистрации гравитационной волны, распространяющейся, согласно ОТО, со скоростью света, это расстояние даст задержку в регистрации сигнала в 10 миллисекунд, что позволит определить направление на источник волны. Одна из систем находится в Ливингстоне, а другая — в Хэнфорде.
Гравволны: оставайтесь с нами
Проект LIGO был основан в 1992 году, а наблюдения обсерватория начала с 2002 года.
До сих пор LIGO не смогла зарегистрировать ни одной гравитационной волны космического происхождения.
В середине сентября была завершена модернизация проекта, в результате чего датчики установки стали чувствительными в десятки раз по сравнению с предыдущим режимом наблюдений. И почти тут же в научном мире начали расползаться слухи об обнаружении гравитационных волн. Сообщалось, что детекторам лаборатории в США удалось зафиксировать прохождение одной или нескольких гравитационных волн. Источником этих слухов стал известный космолог из Университета штата Аризона Лоуренс Краусс: он просто заявил, что ему известно об факте регистрации гравитационной волны.
На текущей неделе профессор Краусс снова всколыхнул научную общественность, а вместе с ней и мировые СМИ. В своем микроблоге в сети Twitter он написал, что получил подтверждение своих старых слухов из независимых источников.
My earlier rumor about LIGO has been confirmed by independent sources. Stay tuned! Gravitational waves may have been discovered!! Exciting.
Чем вредит профессор Краусс
Отдел науки «Газеты.Ru» получил официальные комментарий ученых, участвующих в проекте.
«Мы занимаемся сбором данных с детекторов уже несколько месяцев, — заявила профессор Габриела Гонсалес из Университете штата Луизиана, официальный представитель научной коллаборации LIGO (LSC — LIGO Scientific Collaboration). — Сейчас идет анализ собранных данных, однако для получения, интерпретации и проверки результатов требуется время. Сейчас у нас нет готовых результатов, которые мы могли бы представить научному сообществу. Как только они будут готовы, вы об этом узнаете».
Помощник Габриелы Гонсалес Марко Кавалья сообщил, что коллеги в LSC обеспокоены тем, что профессор Краусс создает ложные ожидания общественности и СМИ.
Он отметил, что профессор Краусс не является членом LSC и не имеет доступа к собранным данным. «Любая информация, которую распространяет профессор Краусс, не имеет научной основы, это просто слухи, — заявил профессор Кавалья. — Запуск оборудования LIGO завершился только 12 января, сейчас идет анализ полученных данных. После завершения анализа результаты будут обсуждаться внутри LSC, а затем будут отправлены рецензентам. Для этого требуется время. Таким образом, мы пока не можем делать никаких выводов о результатах наблюдений».
Почему все нужно перепроверить
Может ли быть, что гравитационные волны действительно найдены? В случае если это произошло, результаты, безусловно, будут представлены не в микроблоге ученого, не имеющего отношения к проекту, а на научной конференции и в научной публикации.
Кроме того, все данные следует тщательно перепроверить.
Физики еще помнят, как коллаборация OPERA зарегистрировала движение нейтрино со скоростью больше скорости света, что оказалось эффектом от неправильной работы осциллятора, передающего временную информацию для синхронизации с GPS, и разъема оптоволоконного кабеля, по которому внешний сигнал GPS передавался к главным часам эксперимента OPERA.
В 2014 году ученые из коллаборации BICEP заявили было об открытии первичных гравитационных волн.
В течение года это открытие было опровергнуто: оказалось, что астрономы приняли за гравитационные волны поляризованную пыль Млечного Пути.
Наконец, из последнего подобного казуса можно вспомнить открытие перитонов — коротких всплесков в радиодиапазоне, происхождение которых оставалось неясным и которые фиксировал радиотелескоп в Парксе. Как удалось выяснить ученым, перитоны наблюдались на радиотелескопе в тот момент, когда сотрудники обсерватории открывали дверцу работающей микроволновки.