Świat fizyki przez ostatnie kilka tygodni był zawrotny, ponieważ tweety i plotki sugerują, że naukowcy mogli wykryć długo poszukiwane zmarszczki w czasoprzestrzeni zwane falami grawitacyjnymi. Chociaż niektóre z nich są spekulacjami, istnieją pewne dowody sugerujące, że badacze z Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) mogli natknąć się na pierwsze bezpośrednie dowody na istnienie tych fal, odkąd Albert Einstein zaproponował ich istnienie sto lat temu w swojej ogólnej teorii względności.
powiązana zawartość
- Fale grawitacyjne uderzają dwa razy
- Po stuleciu poszukiwań w końcu wykryliśmy fale grawitacyjne
- Siedem prostych sposobów, o których wiemy, że Einstein miał rację (na razie)
- Dane z ery Apollo pomagają naukowcom szukać fal grawitacyjnych
Oto pięć rzeczy, które należy wiedzieć o falach grawitacyjnych, aby przygotować się na nadchodzące ogłoszenie.
Czym oni są?
Jeśli myślisz o wszechświecie jako rozległym oceanie, fale grawitacyjne są jak fale, które powstają, gdy obiekt upuszczany jest na jego powierzchnię. Zgodnie z teorią Einsteina zmiany w przyspieszeniu masywnych obiektów w przestrzeni, takich jak gwiazdy neutronowe i czarne dziury, rozpoczynają te promieniujące fale w przestrzeni czasoprzestrzeni - z najbardziej dramatycznymi skutkami zderzeń, pisze Joshua Sokol dla New Scientist .
Dlaczego to taka wielka sprawa?
Fale grawitacyjne nie tylko wspierałyby względność, ale mogłyby także pomóc naukowcom badać wiele tajemniczych zjawisk w kosmosie. Astronomowie w tej chwili skanują niebo za pomocą spektrum elektromagnetycznego, które ujawnia różne typy obiektów w zależności od długości fali. Fale grawitacyjne byłyby „najbardziej bezpośrednim sposobem badania dużej frakcji wszechświata, która jest ciemna”, mówi naukowiec LISA Pathfinder, Bill Weber, Gizmodo . Fale przepływają przez ciała trudne do wykrycia, zapewniając wgląd w tajemnicze formy, które byłyby podobne do oglądania ich na zupełnie nowej długości fali.
Choć nieuchwytne, te fale są również kluczowe dla wielu teorii na temat najwcześniejszych początków wszechświata. Obliczenia pokazują, że wszechświat przeżył okres szybkiej ekspansji w kilka sekund po Wielkim Wybuchu. Fale grawitacyjne powstałe w tym szybkim okresie inflacji przekręciłyby się w kosmicznym tle mikrofalowym, najwcześniejszym promieniowaniu, które przenika wszechświat. Fale pozostawiłyby ślad jak odcisk palca, który można by prześledzić od samego początku istnienia. LIGO został zaprojektowany do wykrywania nowszych fal, kosmicznie rzecz biorąc, ale udowodnienie, że istnieją, byłoby dużym krokiem.
Jak naukowcy ich szukają?
Maddie Stone podaje Gizmodo, że większość wykrywaczy fal grawitacyjnych działa, próbując dostrzec niewielkie zmiany odległości między obiektami oddzielonymi znaną ilością . Chodzi o to, że fala przechodząca przez Ziemię marszczy czasoprzestrzeń w sposób, który zmienia tę odległość.
Istnieje kilka trwających eksperymentów na całym świecie, z których każdy testuje różne techniki. Na przykład LIGO ma dwa detektory umieszczone w odległości prawie 2000 mil od siebie i agreguje dane z 75 obserwatoriów na całym świecie w celu wykrywania i triangulacji możliwych sygnałów fal grawitacyjnych przechodzących przez Ziemię. Inni badacze zaproponowali użycie bardzo czułych zegarów atomowych do wykrywania zniekształceń czasowych, a Europejska Agencja Kosmiczna niedawno wypuściła satelitę, który przetestuje technologię, która mogłaby pomóc naukowcom w opracowaniu nowych sposobów pomiaru drobnych wahań w przestrzeni kosmicznej.
Dlaczego są tak trudne do wykrycia?
Kiedy upuszczasz kamień do akwenu, zmarszczki stają się mniejsze, im bardziej oddalają się od epicentrum. Fale grawitacyjne podlegają tej samej podstawowej zasadzie. Przestrzeń jest ogromna, a naukowcy uważają, że wiele źródeł fal grawitacyjnych to ciała unoszące się na krawędziach wszechświata, co oznacza, że wszelkie sygnały docierające do Ziemi byłyby bardzo słabe i trudne do odizolowania. Większość obserwatoriów poszukujących fal grawitacyjnych musi przeczesywać drobne zniekształcenia w strukturze czasoprzestrzeni - na przykład detektory LIGO mogą mierzyć przesunięcia tak małe, jak jedna dziesięciotysięczna średnicy protonu, pisze Sokol.
Zaraz, dlaczego to brzmi znajomo?
To nie pierwszy raz naukowcy ogłosili odkrycie fal grawitacyjnych. W 2014 roku astronomowie pracujący z obserwatorium BICEP2 w pobliżu Bieguna Południowego powiedzieli, że znaleźli dowody na fale grawitacyjne od zarania dziejów wszechświata. Okazało się to jednak fałszywym alarmem wywołanym przez kosmiczny pył. LIGO miało również swoje fałszywe wyniki w przeszłości. W 2010 r., Zanim obserwatorium zostało zaktualizowane do jego obecnej czułości, badacze wykryli coś, co według nich może być dowodem na falę grawitacyjną, ale później zdali sobie sprawę, że to tylko sygnał, który sami naukowcy wysłali, aby sprawdzić, czy potrafią odróżnić fałszywy sygnał i prawdziwe.
Chociaż nie będziemy pewni, co wydarzyło się w LIGO do czwartku, w publicznych dziennikach obserwatorium znajdują się dowody, które sugerują, że tym razem naprawdę mogą się przyłączyć. Odkąd obecny eksperyment rozpoczął się we wrześniu ubiegłego roku, dzienniki pokazują, że badacze LIGO śledzili co najmniej trzy odprowadzenia w różnych częściach nieba, informuje Sokol. Może to być kolejny fałszywy alarm, ale na razie fizycy, astronomowie i entuzjaści kosmosu czekają z rosnącą ekscytacją.
