ผลกระทบทางกายภาพใดที่ทำให้ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ คลื่นความโน้มถ่วง เครื่องตรวจจับคลื่น และ LIGO

คลื่นความโน้มถ่วง - ภาพลักษณ์ของศิลปิน

คลื่นความโน้มถ่วงเป็นการก่อกวนของมิติ-เวลาที่แยกออกจากแหล่งกำเนิดและแพร่กระจายเหมือนคลื่น (ที่เรียกว่า "ระลอกอวกาศ-เวลา")

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงสมัยใหม่ส่วนใหญ่ คลื่นความโน้มถ่วงถูกสร้างขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดใหญ่ที่มีความเร่งแปรผัน คลื่นความโน้มถ่วงแพร่กระจายอย่างอิสระในอวกาศด้วยความเร็วแสง เนื่องจากความอ่อนแอสัมพัทธ์ของแรงโน้มถ่วง (เมื่อเทียบกับแรงดึงดูดอื่นๆ) คลื่นเหล่านี้มีขนาดที่เล็กมากซึ่งยากต่อการลงทะเบียน

คลื่นความโน้มถ่วงโพลาไรซ์

คลื่นความโน้มถ่วงถูกทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) และอื่นๆ อีกมากมาย พวกมันถูกตรวจพบโดยตรงครั้งแรกในเดือนกันยายน 2558 โดยเครื่องตรวจจับแฝด 2 เครื่อง ซึ่งบันทึกคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งน่าจะเกิดจากการรวมตัวกันของทั้งสอง และการก่อตัวของหลุมดำหมุนรอบขนาดใหญ่ขึ้นอีก 1 หลุม หลักฐานทางอ้อมของการดำรงอยู่ของพวกเขาเป็นที่รู้จักกันตั้งแต่ทศวรรษ 1970 - ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายอัตราการบรรจบกันของระบบปิดที่สอดคล้องกับการสังเกตเนื่องจากการสูญเสียพลังงานสำหรับการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง การลงทะเบียนโดยตรงของคลื่นความโน้มถ่วงและการใช้เพื่อกำหนดพารามิเตอร์ของกระบวนการทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์เป็นงานที่สำคัญของฟิสิกส์และดาราศาสตร์สมัยใหม่

ในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป คลื่นความโน้มถ่วงถูกอธิบายโดยคำตอบของสมการไอน์สไตน์ของประเภทคลื่น ซึ่งแสดงถึงการรบกวนของมาตรกาลอวกาศที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง (ในการประมาณเชิงเส้น) การปรากฏตัวของการก่อกวนนี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งควรมีการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ๆ ในระยะห่างระหว่างมวลทดสอบที่ตกลงมาอย่างอิสระ (นั่นคือไม่ได้รับผลกระทบจากแรงใด ๆ ) แอมพลิจูด ชม.คลื่นความโน้มถ่วงเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ - การเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของระยะทาง แอมพลิจูดสูงสุดของคลื่นความโน้มถ่วงที่คาดการณ์ไว้จากวัตถุทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (เช่น ระบบดาวคู่ที่มีขนาดกะทัดรัด) และปรากฏการณ์ต่างๆ (การระเบิด การรวมตัว การถูกหลุมดำจับ ฯลฯ) มีค่าน้อยมากเมื่อวัดใน ( ชม.=10 −18 -10 −23). คลื่นความโน้มถ่วงแบบอ่อน (เชิงเส้น) ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นำพาพลังงานและโมเมนตัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง เป็นแนวขวาง สี่ส่วน และอธิบายโดยองค์ประกอบอิสระสองส่วนซึ่งทำมุม 45° ซึ่งกันและกัน (มีสองทิศทางของโพลาไรซ์)

ทฤษฎีต่าง ๆ ทำนายความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นความโน้มถ่วงในรูปแบบต่างๆ ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป จะเท่ากับความเร็วแสง (ในการประมาณเชิงเส้น) ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงอื่น ๆ มันสามารถรับค่าใด ๆ รวมถึงจุดสิ้นสุดโฆษณา จากข้อมูลของการลงทะเบียนคลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรก การกระจายตัวของคลื่นเหล่านั้นเข้ากันได้กับกราวิตอนไร้มวล และคาดว่าความเร็วจะเท่ากับความเร็วแสง

การสร้างคลื่นความโน้มถ่วง

ระบบของดาวนิวตรอนสองดวงสร้างระลอกคลื่นในกาลอวกาศ

คลื่นความโน้มถ่วงถูกปล่อยออกมาจากวัตถุใดๆ ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งแบบอสมมาตร สำหรับการเกิดขึ้นของคลื่นที่มีแอมพลิจูดที่มีนัยสำคัญ จำเป็นต้องใช้อิมิตเตอร์จำนวนมากหรือ / และความเร่งอย่างมาก แอมพลิจูดของคลื่นความโน้มถ่วงจะแปรผันโดยตรงกับ อนุพันธ์อันดับหนึ่งของความเร่งและมวลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่น ~ . อย่างไรก็ตาม หากวัตถุบางอย่างเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่ง แสดงว่ามีแรงบางอย่างกระทำต่อวัตถุนั้นจากด้านข้างของวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง ในทางกลับกัน วัตถุอีกชิ้นนี้จะประสบกับการกระทำย้อนกลับ (ตามกฎข้อที่ 3 ของนิวตัน) ในขณะที่ปรากฎว่า ม 1 ก 1 = − ม 2 ก 2 . ปรากฎว่าวัตถุสองชิ้นแผ่คลื่นความโน้มถ่วงออกมาเป็นคู่เท่านั้น และเป็นผลจากการรบกวน วัตถุทั้งสองจึงดับลงพร้อมกันเกือบทั้งหมด ดังนั้น การแผ่รังสีความโน้มถ่วงในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจึงมีลักษณะของการแผ่รังสีอย่างน้อยสี่เท่าเสมอในแง่ของพหุขั้ว นอกจากนี้ สำหรับอิมิตเตอร์ที่ไม่สัมพันธ์กัน นิพจน์สำหรับความเข้มของรังสีประกอบด้วยพารามิเตอร์ขนาดเล็ก โดยที่รัศมีความโน้มถ่วงของอิมิตเตอร์ ร- ลักษณะขนาด ต- ลักษณะระยะเวลาของการเคลื่อนไหว คคือความเร็วแสงในสุญญากาศ

แหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงที่แรงที่สุดคือ:

• การชนกัน (มวลมหาศาล ความเร่งน้อยมาก)
• การยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงของระบบเลขฐานสองของวัตถุขนาดกะทัดรัด (ความเร่งขนาดมหึมาที่มีมวลค่อนข้างมาก) กรณีพิเศษและน่าสนใจที่สุดคือการรวมตัวของดาวนิวตรอน ในระบบดังกล่าว ความส่องสว่างของคลื่นความโน้มถ่วงจะใกล้เคียงกับค่าความส่องสว่างของพลังค์สูงสุดที่เป็นไปได้ในธรรมชาติ

คลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากระบบสองร่าง

วัตถุสองชิ้นเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน

วัตถุสองก้อนที่มีมวลดึงดูดกันด้วยแรงดึงดูด ม 1 และ ม 2 , เคลื่อนไหวแบบไม่สัมพันธ์กัน ( โวลต์ << ค) โคจรเป็นวงกลมรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมที่ระยะห่างกัน รปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงของพลังงานต่อไปนี้ออกจากกันโดยเฉลี่ยในช่วงเวลาหนึ่ง:

เป็นผลให้ระบบสูญเสียพลังงานซึ่งนำไปสู่การบรรจบกันของร่างกายนั่นคือการลดระยะห่างระหว่างกัน เข้าใกล้ความเร็วของร่างกาย:

สำหรับระบบสุริยะ เช่น ระบบย่อยและผลิตรังสีความโน้มถ่วงที่ยิ่งใหญ่ที่สุด กำลังของรังสีนี้ประมาณ 5 กิโลวัตต์ ดังนั้น พลังงานที่ระบบสุริยะสูญเสียไปจากการแผ่รังสีความโน้มถ่วงต่อปีจึงน้อยมากเมื่อเทียบกับพลังงานจลน์ที่มีลักษณะเฉพาะของวัตถุ

การยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงของระบบเลขฐานสอง

ดาวคู่ใดๆ เมื่อส่วนประกอบต่างๆ หมุนรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน จะสูญเสียพลังงาน (ตามที่สันนิษฐานไว้ - เนื่องจากการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง) และในที่สุดก็รวมเข้าด้วยกัน แต่สำหรับดาวคู่ธรรมดาที่ไม่กะทัดรัด กระบวนการนี้ใช้เวลานานมาก มากกว่าในยุคปัจจุบันมาก หากระบบคอมแพคคู่ประกอบด้วยดาวนิวตรอนคู่หนึ่ง หลุมดำ หรือทั้งสองอย่างรวมกัน การควบรวมอาจเกิดขึ้นภายในเวลาหลายล้านปี ประการแรก วัตถุเข้าใกล้กันและระยะเวลาของการปฏิวัติลดลง จากนั้นในขั้นตอนสุดท้ายจะมีการชนกันและการยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วงแบบอสมมาตร กระบวนการนี้ใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาที และในช่วงเวลานี้ พลังงานจะสูญเสียไปในการแผ่รังสีความโน้มถ่วง ซึ่งตามการประมาณการบางอย่าง มีมากกว่า 50% ของมวลของระบบ

คำตอบที่ถูกต้องพื้นฐานของสมการไอน์สไตน์สำหรับคลื่นความโน้มถ่วง

คลื่นร่างกายของ Bondi - Pirani - Robinson

คลื่นเหล่านี้อธิบายโดยเมตริกของแบบฟอร์ม ถ้าเราแนะนำตัวแปรและฟังก์ชัน จากสมการ GR เราจะได้สมการ

ทาเคโนะเมตริก

มีรูปแบบ , -functions ตรงตามสมการเดียวกัน

โรเซ็นเมตริก

พอใจที่ไหน

เปเรซ เมตริก

ในนั้น

คลื่นทรงกระบอกไอน์สไตน์-โรเซน

ในพิกัดทรงกระบอก คลื่นดังกล่าวมีรูปแบบและถูกเติมเต็ม

การลงทะเบียนของคลื่นความโน้มถ่วง

การลงทะเบียนของคลื่นความโน้มถ่วงค่อนข้างซับซ้อนเนื่องจากจุดอ่อนของคลื่นความโน้มถ่วง (การบิดเบือนเล็กน้อยของเมตริก) เครื่องมือสำหรับการลงทะเบียนคือเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ความพยายามที่จะตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงมีขึ้นตั้งแต่ปลายทศวรรษที่ 1960 คลื่นความโน้มถ่วงของแอมพลิจูดที่ตรวจจับได้นั้นเกิดขึ้นระหว่างการยุบตัวของไบนารี เหตุการณ์ที่คล้ายกันเกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงประมาณหนึ่งครั้งในทศวรรษ

ในทางกลับกัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายการเร่งความเร็วของการหมุนรอบตัวเองของดาวคู่เนื่องจากการสูญเสียพลังงานสำหรับการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง และผลกระทบนี้ได้รับการบันทึกอย่างน่าเชื่อถือในระบบวัตถุคู่ขนาดเล็กหลายระบบที่รู้จัก (โดยเฉพาะ พัลซาร์ พร้อมเพื่อนร่วมทางที่กะทัดรัด) ในปี 1993 "สำหรับการค้นพบพัลซาร์ชนิดใหม่ที่ให้ความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในการศึกษาแรงโน้มถ่วง" แก่ผู้ค้นพบพัลซาร์คู่แรก PSR B1913+16, Russell Hulse และ Joseph Taylor Jr. ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ความเร่งของการหมุนที่สังเกตได้ในระบบนี้สอดคล้องกับการทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสำหรับการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง ปรากฏการณ์เดียวกันนี้ได้รับการบันทึกในกรณีอื่นๆ หลายกรณี: สำหรับพัลซาร์ PSR J0737-3039, PSR J0437-4715, SDSS J065133.338+284423.37 (ปกติจะใช้ตัวย่อว่า J0651) และระบบไบนารี RX J0806 ตัวอย่างเช่น ระยะห่างระหว่างสององค์ประกอบ A และ B ของดาวคู่ดวงแรกของพัลซาร์ทั้งสอง PSR J0737-3039 ลดลงประมาณ 2.5 นิ้ว (6.35 ซม.) ต่อวัน เนื่องจากการสูญเสียพลังงานไปกับคลื่นความโน้มถ่วง และสิ่งนี้เกิดขึ้นตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้ถูกตีความว่าเป็นการยืนยันทางอ้อมของการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง

ตามการประมาณการ แหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงที่แรงที่สุดและบ่อยที่สุดสำหรับกล้องโทรทรรศน์และเสาอากาศความโน้มถ่วงคือหายนะที่เกี่ยวข้องกับการล่มสลายของระบบดาวคู่ในดาราจักรใกล้เคียง คาดว่าในอนาคตอันใกล้นี้ เครื่องตรวจจับความโน้มถ่วงขั้นสูงจะบันทึกเหตุการณ์ดังกล่าวหลายครั้งต่อปี โดยบิดเบือนมาตรวัดในบริเวณใกล้เคียงไป 10 −21 -10 −23 การสังเกตครั้งแรกของสัญญาณเรโซแนนซ์พาราเมตริกแบบออปติคัลซึ่งทำให้สามารถตรวจจับผลกระทบของคลื่นความโน้มถ่วงจากแหล่งกำเนิดเป็นระยะของประเภทไบนารีแบบปิดต่อการแผ่รังสีของมาสเซอร์คอสมิก อาจได้รับจากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุของรัสเซีย Academy of Sciences, พุชชิโน

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งในการตรวจจับพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วงที่ปกคลุมจักรวาลคือจังหวะเวลาที่มีความแม่นยำสูงของพัลซาร์ที่อยู่ห่างไกล ซึ่งเป็นการวิเคราะห์เวลาที่มาถึงของพัลซาร์ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่เปลี่ยนแปลงภายใต้การกระทำของคลื่นความโน้มถ่วงที่ผ่านช่องว่างระหว่างโลกกับพัลซาร์ จากการประมาณการในปี 2013 ความแม่นยำของเวลาจำเป็นต้องเพิ่มขึ้นประมาณหนึ่งลำดับความสำคัญเพื่อให้สามารถตรวจจับคลื่นพื้นหลังจากหลายแหล่งในจักรวาลของเราได้ และภารกิจนี้สามารถแก้ไขได้ก่อนสิ้นทศวรรษ

ตามแนวคิดสมัยใหม่ จักรวาลของเราเต็มไปด้วยคลื่นความโน้มถ่วงที่ปรากฏขึ้นในช่วงเวลาแรกหลังจากนั้น การลงทะเบียนของพวกเขาจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการในช่วงเริ่มต้นของการกำเนิดจักรวาล เมื่อวันที่ 17 มีนาคม 2014 เวลา 20:00 น. ตามเวลามอสโกที่ศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาร์วาร์ด-สมิธโซเนียน กลุ่มนักวิจัยชาวอเมริกันที่ทำงานในโครงการ BICEP 2 ได้ประกาศการตรวจพบการรบกวนของเทนเซอร์ที่ไม่เป็นศูนย์ในเอกภพยุคแรกโดยโพลาไรเซชันของ CMB ซึ่งเป็นการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงโบราณวัตถุเหล่านี้ด้วย อย่างไรก็ตาม เกือบจะในทันทีที่ผลลัพธ์นี้ถูกโต้แย้ง เนื่องจากปรากฏว่า การมีส่วนร่วมของ . หนึ่งในผู้แต่ง เจ. เอ็ม. โควาส ( โควัช เจ.เอ็ม.) ยอมรับว่า "ด้วยการตีความและความครอบคลุมของข้อมูลของการทดลอง BICEP2 ผู้เข้าร่วมการทดลองและนักข่าวด้านวิทยาศาสตร์ค่อนข้างรีบร้อน"

การยืนยันการมีอยู่ของการทดลอง

สัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่บันทึกไว้ครั้งแรก ทางด้านซ้าย ข้อมูลจากเครื่องตรวจจับที่ Hanford (H1) ทางด้านขวา ที่ Livingston (L1) นับจากวันที่ 14 กันยายน 2015, 09:50:45 UTC เพื่อให้เห็นภาพสัญญาณ มันถูกกรองโดยตัวกรองความถี่ที่มีแบนด์วิดธ์ 35-350 Hz เพื่อยับยั้งความผันผวนขนาดใหญ่ที่อยู่นอกช่วงความไวสูงของเครื่องตรวจจับ นอกจากนี้ยังใช้ตัวกรองแบนด์พาสเพื่อลดเสียงรบกวนของการติดตั้งด้วย แถวบนสุด: แรงดันไฟฟ้า h ในเครื่องตรวจจับ GW150914 มาถึง L1 ก่อน และหลังจาก 6 9 +0 5 −0 4 ms ที่ H1; สำหรับการเปรียบเทียบด้วยภาพ ข้อมูลจาก H1 จะแสดงในพล็อต L1 กลับด้านและเลื่อนเวลา (เพื่อพิจารณาการวางแนวสัมพัทธ์ของตัวตรวจจับ) แถวที่สอง: แรงดันไฟฟ้า h จากสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วง ผ่านตัวกรองแบนด์พาสเดียวกัน 35-350 Hz เส้นทึบเป็นผลมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพเชิงตัวเลขสำหรับระบบที่มีพารามิเตอร์ที่เข้ากันได้กับพารามิเตอร์ที่พบจากการศึกษาสัญญาณ GW150914 ซึ่งได้รับจากรหัสอิสระ 2 รหัสที่มีผลลัพธ์ตรงกันคือ 99.9 เส้นหนาสีเทาคือช่วงความเชื่อมั่น 90% ของรูปคลื่นที่กู้คืนจากข้อมูลเครื่องตรวจจับด้วยสองวิธีที่ต่างกัน เส้นสีเทาเข้มจำลองสัญญาณที่คาดหวังจากการควบรวมของหลุมดำ เส้นสีเทาอ่อนไม่ใช้แบบจำลองทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ แต่แสดงสัญญาณเป็นชุดค่าผสมเชิงเส้นของเวฟเล็ตไซน์-เกาส์เซียน การสร้างใหม่ทับซ้อนกัน 94% แถวที่สาม: ข้อผิดพลาดที่เหลือหลังจากแยกการทำนายที่กรองแล้วของสัญญาณสัมพัทธภาพเชิงตัวเลขจากสัญญาณที่กรองแล้วของเครื่องตรวจจับ แถวล่าง: การแสดงแผนที่ความถี่แรงดันไฟฟ้าแสดงการเพิ่มขึ้นของความถี่ที่โดดเด่นของสัญญาณเมื่อเวลาผ่านไป

11 กุมภาพันธ์ 2559 โดยความร่วมมือของ LIGO และ VIRGO สัญญาณการรวมตัวของหลุมดำสองหลุมที่มีแอมพลิจูดสูงสุดประมาณ 10 −21 ถูกตรวจพบเมื่อวันที่ 14 กันยายน 2015 เวลา 09:51 UTC โดยเครื่องตรวจจับ LIGO สองตัวใน Hanford และ Livingston ห่างกัน 7 มิลลิวินาที ในบริเวณที่มีสัญญาณสูงสุด แอมพลิจูด (0.2 วินาที) เมื่อรวมอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนคือ 24:1 สัญญาณถูกกำหนดเป็น GW150914 รูปร่างของสัญญาณตรงกับการทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสำหรับการรวมตัวของหลุมดำสองหลุมที่มีมวล 36 และ 29 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หลุมดำที่เกิดขึ้นควรมีมวล 62 เท่าของมวลดวงอาทิตย์และพารามิเตอร์การหมุน ก= 0.67 ระยะทางจากแหล่งกำเนิดประมาณ 1.3 พันล้าน พลังงานที่แผ่ออกมาใน 10 วินาทีในการควบรวมกิจการเทียบเท่ากับมวลดวงอาทิตย์ประมาณ 3 เท่า

เรื่องราว

ประวัติความเป็นมาของคำว่า "คลื่นความโน้มถ่วง" การค้นหาทางทฤษฎีและการทดลองสำหรับคลื่นเหล่านี้ ตลอดจนการใช้เพื่อศึกษาปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยวิธีอื่น

• 1900 - Lorentz แนะนำว่าแรงโน้มถ่วง "... สามารถแพร่กระจายด้วยความเร็วไม่เกินความเร็วแสง";
• 2448 - พอยน์แคร์เป็นครั้งแรกที่แนะนำคำว่าคลื่นความโน้มถ่วง (onde gravifique) Poincare ในระดับคุณภาพได้ลบข้อโต้แย้งที่เป็นที่ยอมรับของ Laplace และแสดงให้เห็นว่าการแก้ไขที่เกี่ยวข้องกับคลื่นความโน้มถ่วงต่อกฎแรงโน้มถ่วงที่ยอมรับโดยทั่วไปของนิวตันของคำสั่งยกเลิก ดังนั้นข้อสันนิษฐานของการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงจึงไม่ขัดแย้งกับการสังเกต
• พ.ศ. 2459 (ค.ศ. 1916) - ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่าภายในกรอบของ GR ระบบกลไกจะถ่ายโอนพลังงานไปยังคลื่นความโน้มถ่วง และกล่าวอย่างคร่าว ๆ ว่าการหมุนรอบใด ๆ ที่สัมพันธ์กับดาวที่อยู่นิ่งจะต้องหยุดลงไม่ช้าก็เร็ว แม้ว่าภายใต้สภาวะปกติ การสูญเสียพลังงานของ คำสั่งนั้นเล็กน้อยและไม่สามารถวัดได้จริง (ในงานนี้ เขายังเชื่อผิดๆ ว่าระบบกลไกที่รักษาสมมาตรทรงกลมอยู่ตลอดเวลาสามารถแผ่คลื่นความโน้มถ่วงได้)
• 2461- ไอน์สไตน์ได้รับสูตรสี่เท่าซึ่งการแผ่รังสีของคลื่นความโน้มถ่วงกลายเป็นเอฟเฟกต์คำสั่งดังนั้นจึงแก้ไขข้อผิดพลาดในงานก่อนหน้าของเขา (มีข้อผิดพลาดในค่าสัมประสิทธิ์, พลังงานคลื่นน้อยกว่า 2 เท่า);
• พ.ศ. 2466 (ค.ศ. 1923) - เอ็ดดิงตัน - ตั้งคำถามถึงความเป็นจริงทางกายภาพของคลื่นความโน้มถ่วง "... เผยแพร่ ... ด้วยความเร็วของความคิด" ในปีพ.ศ. 2477 เมื่อเตรียมการแปลเอกสารทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขาเป็นภาษารัสเซีย เอ็ดดิงตันได้เพิ่มบทหลายบท รวมถึงบทที่มีสองตัวแปรในการคำนวณการสูญเสียพลังงานด้วยแท่งหมุน แต่สังเกตว่าวิธีการที่ใช้สำหรับการคำนวณโดยประมาณของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในตัวเขา ความคิดเห็นนั้นใช้ไม่ได้กับระบบคู่ควบด้วยแรงโน้มถ่วง ดังนั้น ยังมีข้อสงสัยอยู่
• พ.ศ. 2480 (ค.ศ. 1937) - ไอน์สไตน์ร่วมกับโรเซ็นได้ตรวจสอบคำตอบของคลื่นทรงกระบอกของสมการที่แน่นอนของสนามโน้มถ่วง ในระหว่างการศึกษาเหล่านี้ พวกเขามีข้อสงสัยว่าคลื่นความโน้มถ่วงอาจเป็นสิ่งประดิษฐ์ของคำตอบโดยประมาณสำหรับสมการ GR (มีการติดต่อที่ทราบกันดีเกี่ยวกับการทบทวนบทความโดย Einstein และ Rosen ว่า "มีคลื่นความโน้มถ่วงอยู่จริงหรือไม่") ต่อมาเขาพบข้อผิดพลาดในการให้เหตุผล บทความฉบับสุดท้ายที่มีการแก้ไขพื้นฐานได้รับการตีพิมพ์ในวารสารของสถาบันแฟรงคลินแล้ว
• พ.ศ. 2500 (ค.ศ. 1957) - เฮอร์แมน บอนดี และริชาร์ด ไฟน์แมน เสนอการทดลองทางความคิด "ไม้เท้ากับลูกปัด" ซึ่งพวกเขาได้พิสูจน์การมีอยู่ของผลกระทบทางกายภาพของคลื่นความโน้มถ่วงในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
• 1962 - Vladislav Pustovoit และ Mikhail Gertsenshtein อธิบายหลักการของการใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่มีความยาวคลื่นยาว
• พ.ศ. 2507 (ค.ศ. 1964) - ฟิลิป ปีเตอร์ส และจอห์น แมทธิว อธิบายทฤษฎีคลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากระบบเลขฐานสอง
• พ.ศ. 2512 (ค.ศ. 1969) - โจเซฟ เวเบอร์ ผู้ก่อตั้งดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง รายงานการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยใช้เครื่องตรวจจับเรโซแนนซ์ ซึ่งเป็นเสาอากาศเชิงกล รายงานเหล่านี้ก่อให้เกิดการเติบโตอย่างรวดเร็วของงานในทิศทางนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Rene Weiss หนึ่งในผู้ก่อตั้งโครงการ LIGO เริ่มทำการทดลองในเวลานั้น จนถึงปัจจุบัน (2015) ยังไม่มีใครสามารถได้รับการยืนยันที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับเหตุการณ์เหล่านี้
• 2521- โจเซฟเทย์เลอร์รายงานการตรวจพบการแผ่รังสีความโน้มถ่วงในระบบดาวคู่ของพัลซาร์ PSR B1913+16 ผลงานของ Joseph Taylor และ Russell Hulse ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1993 ในช่วงต้นปี 2558 มีการวัดค่าพารามิเตอร์หลังเคปเลอเรียนสามค่า รวมถึงการลดลงของช่วงเวลาเนื่องจากการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วง สำหรับระบบดังกล่าวอย่างน้อย 8 ระบบ
• 2002 - Sergey Kopeikin และ Edward Fomalont ทำการตรวจวัดการเบี่ยงเบนของแสงในสนามโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีแบบไดนามิกโดยใช้คลื่นวิทยุอินเตอร์เฟอโรเมทรีกับเส้นฐานที่ยาวเป็นพิเศษ ซึ่งสำหรับการขยายสมมุติฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปบางประเภททำให้สามารถประมาณความเร็วของแรงโน้มถ่วงได้ - ความแตกต่างจาก ความเร็วของแสงไม่ควรเกิน 20% (การตีความนี้ไม่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป);
• 2549 - ทีมงานระหว่างประเทศของ Martha Burgay (หอดูดาวสวนสาธารณะ, ออสเตรเลีย) รายงานการยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่แม่นยำยิ่งขึ้นและความสอดคล้องกับขนาดของรังสีคลื่นโน้มถ่วงในระบบของพัลซาร์สองดวง PSR J0737-3039A / B;
• พ.ศ. 2557 - นักดาราศาสตร์ที่ศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ฮาร์วาร์ด-สมิธโซเนียน (BICEP) รายงานการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่มในการวัดความผันผวนของ CMB ในขณะนี้ (2016) ความผันผวนที่ตรวจพบถือว่าไม่ได้มาจากแหล่งกำเนิด แต่อธิบายได้จากการแผ่รังสีของฝุ่นในกาแล็กซี
• 2559 - ทีมชาติ LIGOประกาศการตรวจพบเหตุการณ์การผ่านของคลื่นความโน้มถ่วง GW150914 นับเป็นครั้งแรกที่การสังเกตโดยตรงของวัตถุขนาดใหญ่ที่มีปฏิสัมพันธ์ในสนามโน้มถ่วงที่แรงยิ่งยวดด้วยความเร็วสัมพัทธ์สูงยิ่งยวด (< 1,2 × R s , v/c >0.5) ซึ่งทำให้สามารถตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปด้วยความถูกต้องของเงื่อนไขหลังนิวตันที่มีลำดับสูงหลายข้อ การกระจายคลื่นความโน้มถ่วงที่วัดได้ไม่ขัดแย้งกับการวัดการกระจายตัวก่อนหน้านี้และขีดจำกัดบนของมวลของกราวิตอนสมมุติฐาน (< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.



ดูเหมือนว่าเราจะพูดถึงคลื่นความโน้มถ่วงในอีกไม่กี่วันข้างหน้า แต่ทำไมบางครั้งจึงเรียกผิดว่า "คลื่นแรงโน้มถ่วง"? ในโลกของโซเชียลมีเดียที่ความกะทัดรัดมักถูกให้ความสำคัญเป็นอันดับแรก อาจดูเหมือนว่าการลดวลี "คลื่นแรงโน้มถ่วง" เป็น "คลื่นแรงโน้มถ่วง" ไม่ใช่เรื่องใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากมันช่วยประหยัดอักขระพิเศษสำหรับคนรัก Twitter!

และคุณมักจะเห็นหัวข้อข่าวมากมายในข่าวที่คาดเดาว่า "คลื่นความโน้มถ่วงทางวิทยาศาสตร์" ถูกแทนที่ด้วยคำว่า "แรงโน้มถ่วง" แต่อย่าตกหลุมพรางนั้น แม้ว่าทั้งสองคำจะมีน้ำหนัก แต่โดยเนื้อแท้แล้ว คลื่นความโน้มถ่วงและคลื่นความโน้มถ่วงเป็น "สิ่งมีชีวิต" ที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง อ่านต่อไปและคุณจะพบว่ามันแตกต่างกันอย่างไร และคุณยังสามารถอวดความรู้เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงของคุณต่อหน้าเพื่อนๆ ที่ผับในครั้งต่อไป

คลื่นความโน้มถ่วงเป็นระลอกคลื่นชนิดหนึ่งในอวกาศและเวลา ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของวัตถุมวลมากเมื่อร้อยปีก่อน และเกิดขึ้นจากความเร่ง (หรือการชะลอตัวจริง ๆ) ของวัตถุขนาดใหญ่ในอวกาศ หากดาวฤกษ์ระเบิดเป็นซูเปอร์โนวา คลื่นความโน้มถ่วงจะพัดพาพลังงานจากการระเบิดออกไปด้วยความเร็วแสง หากหลุมดำสองหลุมชนกัน พวกมันจะทำให้เกิดระลอกคลื่นในอวกาศและเวลา ชวนให้นึกถึงระลอกคลื่นในสระน้ำที่มีการขว้างก้อนกรวด หากดาวนิวตรอนสองดวงโคจรรอบกันอย่างใกล้ชิด พลังงานของพวกมันที่ถูกพัดพาออกไปจากระบบนั้นเรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วง หากเราสามารถตรวจจับและสังเกตคลื่นเหล่านี้ได้ ซึ่งยุคใหม่ของดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วงอาจอนุญาต เราก็จะสามารถรับรู้คลื่นความโน้มถ่วงและทำงานร่วมกับปรากฏการณ์ที่ก่อให้เกิดคลื่นเหล่านั้นได้ ตัวอย่างเช่น คลื่นความโน้มถ่วงที่ปะทุอย่างฉับพลันอาจบ่งชี้ว่าพวกมันมาจากการระเบิดของซูเปอร์โนวา ในขณะที่สัญญาณการสั่นอย่างต่อเนื่องสามารถบ่งชี้ถึงวงโคจรที่แน่นของหลุมดำสองหลุมก่อนที่พวกมันจะรวมกัน

จนถึงตอนนี้ คลื่นความโน้มถ่วงเป็นเพียงทฤษฎี แม้จะมีหลักฐานแวดล้อมที่ชัดเจนก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจคือ เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงแพร่กระจายผ่านอวกาศ คลื่นเหล่านั้นจะทำให้ "ผืนผ้า" ของอวกาศเสียรูป กล่าวคือ หดตัวหรือขยายช่องว่างระหว่างวัตถุสองชิ้นเล็กน้อยมาก ผลกระทบเล็กน้อย แต่การใช้เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ เช่น เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงหรือลิโก (LIGO) ซึ่งวัดการรบกวนน้อยที่สุดในเลเซอร์ที่สะท้อนผ่านอุโมงค์สุญญากาศรูปตัว L ยาว 2.5 กม. การแพร่กระจายของคลื่นความโน้มถ่วงผ่านโลกของเราสามารถ ถูกตรวจพบ ในกรณีของ LIGO มีสถานี 2 แห่งตั้งอยู่คนละฟากของสหรัฐอเมริกา ซึ่งห่างกันเกือบ 2,000 ไมล์ หากสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงเป็นของจริง สัญญาณของคลื่นความโน้มถ่วงจะถูกสังเกตที่ทั้งสองตำแหน่ง หากเป็นสัญญาณหลอก (นั่นคือ รถบรรทุกเพิ่งผ่านไป) ก็จะตรวจจับสัญญาณได้เพียงสถานีเดียวเท่านั้น แม้ว่า LIGO เริ่มดำเนินการในปี 2545 แต่ก็ยังไม่พบคลื่นความโน้มถ่วง แต่ในเดือนกันยายน 2015 ระบบได้รับการอัปเกรดเป็น Advanced LIGO และหวังว่านักฟิสิกส์จะให้ข่าวดีแก่เราในที่สุดในวันพฤหัสบดีนี้

โบนัส: คลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่ม คุณอาจจำความสับสนวุ่นวายกับ "การค้นพบ" ของ BICEP2 (และหลังจากนั้นก็ไม่มีการตรวจจับ) ของคลื่นความโน้มถ่วงใน "การเรืองแสง" ในยุคดึกดำบรรพ์ของบิกแบงที่เรียกว่าพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก (CMB) แม้ว่า "การค้นพบ" ของ BICEP2 จะสิ้นหวัง แต่เชื่อกันว่าการรบกวนจากแรงโน้มถ่วงเพียงเล็กน้อยในช่วงเวลาที่เกิดบิกแบงอาจทิ้ง "รอยประทับ" ไว้ในรังสีโบราณนี้ในรูปของแสงโพลาไรซ์ชนิดพิเศษ หากสังเกตเห็นร่องรอยของคลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่ม (ที่เกิดจากบิ๊กแบง) ก็จะสามารถยืนยันแบบจำลองการพองตัวของจักรวาลและแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้

อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่คลื่นความโน้มถ่วงที่ LIGO กำลังตามหา LIGO (และหอสังเกตการณ์ที่คล้ายกัน) กำลังมองหาคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากเหตุการณ์พลังงานที่กำลังเกิดขึ้นในจักรวาลสมัยใหม่ของเรา การตามล่าหาคลื่นความโน้มถ่วงในยุคแรกเริ่มนั้นเหมือนกับการขุดค้นทางโบราณคดีในอดีตของจักรวาลของเรา

คลื่นแรงโน้มถ่วงเป็นการรบกวนทางกายภาพซึ่งขับเคลื่อนโดยแรงโน้มถ่วงที่กลับคืนมาในสภาพแวดล้อมของดาวเคราะห์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง คลื่นแรงโน้มถ่วงมีลักษณะเฉพาะสำหรับชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และแหล่งน้ำเท่านั้น ในกรณีของชั้นบรรยากาศ อากาศจะพัดผ่านมหาสมุทร จากนั้นจึงกระทบกับเกาะ เช่น ถูกบังคับให้ลอยขึ้น เมื่อล่องลงมา อากาศจะถูกแรงโน้มถ่วงบังคับให้มีระดับความสูงต่ำลง แต่การลอยตัวของอากาศจะต้านแรงโน้มถ่วง ทำให้มันลอยขึ้นอีกครั้ง เป็นผลให้บริเวณที่มีอากาศสั่นในชั้นบรรยากาศสามารถสร้างเมฆที่ยอดคลื่นได้ ตัวอย่างของคลื่นแรงโน้มถ่วง ได้แก่ คลื่นลม กระแสน้ำ และสึนามิ

ดังนั้นจึงกลายเป็นว่าแรงโน้มถ่วงขับเคลื่อนทั้งคลื่นความโน้มถ่วงและคลื่นความโน้มถ่วง แต่พวกมันมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมากซึ่งไม่ควรสับสน

Valentin Nikolaevich Rudenko แบ่งปันเรื่องราวการเยือนเมือง Kashina (อิตาลี) ที่เขาใช้เวลาหนึ่งสัปดาห์กับ ระหว่างทางไปยังจุดหมายปลายทาง คนขับแท็กซี่สนใจว่าการติดตั้งนี้สร้างขึ้นมาเพื่ออะไร “คนที่นี่คิดว่ามีไว้เพื่อคุยกับพระเจ้า” คนขับยอมรับ

- คลื่นความโน้มถ่วงคืออะไร?

– คลื่นความโน้มถ่วงเป็นหนึ่งใน “พาหะของข้อมูลดาราศาสตร์ฟิสิกส์” มีช่องข้อมูลทางดาราศาสตร์ที่มองเห็นได้ซึ่งมีบทบาทพิเศษใน "การมองเห็นไกล" เป็นของกล้องโทรทรรศน์ นักดาราศาสตร์ยังเชี่ยวชาญช่องความถี่ต่ำ - ไมโครเวฟและอินฟราเรด และความถี่สูง - รังสีเอกซ์และแกมมา นอกจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว เราสามารถบันทึกการไหลของอนุภาคจากจักรวาลได้ สำหรับสิ่งนี้ มีการใช้กล้องโทรทรรศน์นิวตริโน ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับขนาดใหญ่ของนิวตริโนในจักรวาล ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างอ่อนกับสสาร ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะลงทะเบียน ประเภทของ "พาหะของข้อมูลทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์" ที่คาดการณ์ในทางทฤษฎีและจากการศึกษาในห้องปฏิบัติการเกือบทั้งหมดนั้นเชี่ยวชาญอย่างน่าเชื่อถือในทางปฏิบัติ ข้อยกเว้นคือความโน้มถ่วง - ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอที่สุดในพิภพเล็ก ๆ และเป็นแรงที่ทรงพลังที่สุดในจักรวาลมหภาค

แรงโน้มถ่วงเป็นรูปทรงเรขาคณิต คลื่นความโน้มถ่วงเป็นคลื่นเรขาคณิต กล่าวคือ เป็นคลื่นที่เปลี่ยนลักษณะทางเรขาคณิตของปริภูมิเมื่อเคลื่อนที่ผ่านอวกาศนั้น พูดอย่างคร่าว ๆ คือคลื่นที่ทำให้อวกาศผิดรูป การเสียรูปคือการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของระยะห่างระหว่างจุดสองจุด การแผ่รังสีความโน้มถ่วงแตกต่างจากการแผ่รังสีประเภทอื่นตรงที่รังสีเหล่านั้นเป็นรูปทรงเรขาคณิต

ไอน์สไตน์ทำนายคลื่นความโน้มถ่วงหรือไม่?

- อย่างเป็นทางการ เชื่อกันว่าคลื่นความโน้มถ่วงถูกทำนายโดยไอน์สไตน์ว่าเป็นหนึ่งในผลที่ตามมาของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา แต่ในความเป็นจริงแล้วการดำรงอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงนั้นชัดเจนอยู่แล้วในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพเสนอว่าเนื่องจากแรงดึงดูด การยุบตัวของแรงโน้มถ่วงจึงเป็นไปได้ นั่นคือการหดตัวของวัตถุอันเป็นผลมาจากการยุบตัว หรือพูดคร่าวๆ ว่าเป็นจุดๆ หนึ่ง จากนั้นแรงโน้มถ่วงก็แรงมากจนแสงไม่สามารถหนีออกจากมันได้ ดังนั้นวัตถุดังกล่าวจึงเรียกโดยนัยว่าหลุมดำ

- ลักษณะเฉพาะของการปฏิสัมพันธ์ด้วยแรงโน้มถ่วงคืออะไร?

คุณลักษณะของอันตรกิริยาโน้มถ่วงคือหลักการของความสมมูล ตามที่เขาพูดการตอบสนองแบบไดนามิกของวัตถุทดสอบในสนามโน้มถ่วงไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุนี้ พูดง่ายๆ ก็คือ วัตถุทั้งหมดตกลงมาด้วยความเร่งเท่ากัน

แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่อ่อนที่สุดที่เรารู้ในปัจจุบัน

- ใครเป็นคนแรกที่พยายามจับคลื่นความโน้มถ่วง?

– การทดลองคลื่นความโน้มถ่วงดำเนินการครั้งแรกโดย Joseph Weber จาก University of Maryland (USA) เขาสร้างเครื่องตรวจจับแรงโน้มถ่วงซึ่งปัจจุบันเก็บไว้ในพิพิธภัณฑ์สมิธโซเนียนในวอชิงตัน ในปี พ.ศ. 2511-2515 โจ เวเบอร์ทำการสังเกตหลายครั้งโดยใช้เครื่องตรวจจับระยะห่าง 2 เครื่องเพื่อพยายามแยกกรณีของ "ความบังเอิญ" การยอมรับความบังเอิญนั้นยืมมาจากฟิสิกส์นิวเคลียร์ สัญญาณความโน้มถ่วงที่ได้รับจากเวเบอร์มีนัยสำคัญทางสถิติต่ำทำให้เกิดทัศนคติเชิงวิจารณ์ต่อผลการทดลอง: ไม่มีความแน่นอนว่าจะสามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์พยายามเพิ่มความไวของเครื่องตรวจจับแบบเวเบอร์ ใช้เวลา 45 ปีในการพัฒนาเครื่องตรวจจับที่มีความไวเพียงพอต่อการทำนายทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ในช่วงเริ่มต้นของการทดลองก่อนการตรึง มีการทดลองอื่น ๆ อีกมากมาย มีการบันทึกแรงกระตุ้นในช่วงเวลานี้ แต่มีความเข้มน้อยเกินไป

- เหตุใดจึงไม่ประกาศแก้ไขทันที?

– คลื่นความโน้มถ่วงถูกบันทึกไว้ในเดือนกันยายน 2558 แต่ถึงแม้จะมีการบันทึกเรื่องบังเอิญไว้ แต่ก็จำเป็นต้องพิสูจน์ก่อนที่จะประกาศว่าไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ในสัญญาณที่นำมาจากเสาอากาศใด ๆ จะมีการระเบิดของสัญญาณรบกวนอยู่เสมอ (การระเบิดในระยะสั้น) และหนึ่งในนั้นอาจเกิดขึ้นพร้อมกันโดยไม่ได้ตั้งใจพร้อมกับสัญญาณรบกวนบนเสาอากาศอื่น เป็นไปได้ที่จะพิสูจน์ว่าความบังเอิญไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญด้วยความช่วยเหลือของการประมาณทางสถิติเท่านั้น

– ทำไมการค้นพบในสนามของคลื่นความโน้มถ่วงจึงมีความสำคัญมาก?

– ความสามารถในการบันทึกพื้นหลังของแรงโน้มถ่วงและวัดลักษณะเฉพาะของมัน เช่น ความหนาแน่น อุณหภูมิ ฯลฯ ช่วยให้เราเข้าใกล้จุดเริ่มต้นของเอกภพได้

สิ่งที่น่าสนใจคือการแผ่รังสีความโน้มถ่วงนั้นตรวจจับได้ยากเพราะมันทำปฏิกิริยากับสสารได้น้อยมาก แต่ด้วยคุณสมบัติเดียวกันนี้จึงผ่านไปโดยปราศจากการดูดซับจากวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดจากเราด้วยคุณสมบัติที่ลึกลับที่สุดจากมุมมองของสสาร

เราสามารถพูดได้ว่าการแผ่รังสีความโน้มถ่วงผ่านไปโดยไม่ผิดเพี้ยน เป้าหมายที่ทะเยอทะยานที่สุดคือการตรวจสอบการแผ่รังสีความโน้มถ่วงที่แยกออกจากสสารหลักในทฤษฎีบิ๊กแบง ซึ่งถูกสร้างขึ้นในขณะที่จักรวาลถูกสร้างขึ้น

– การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นการตัดทฤษฎีควอนตัมหรือไม่?

ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงถือว่าการมีอยู่ของการยุบตัวจากแรงโน้มถ่วง นั่นคือการหดตัวของวัตถุขนาดใหญ่เป็นจุดๆ ในขณะเดียวกัน ทฤษฎีควอนตัมที่พัฒนาโดยโรงเรียนโคเปนเฮเกนเสนอว่า ด้วยหลักการความไม่แน่นอน จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุพารามิเตอร์อย่างแม่นยำ เช่น ตำแหน่ง ความเร็ว และโมเมนตัมของวัตถุในเวลาเดียวกัน มีหลักความไม่แน่นอนอยู่ที่นี่ เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุวิถีโคจรที่แน่นอน เนื่องจากวิถีโคจรเป็นทั้งพิกัดและความเร็ว ฯลฯ คุณสามารถกำหนดทางเดินความเชื่อมั่นแบบมีเงื่อนไขได้เฉพาะภายในข้อผิดพลาดนี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับหลักการของความไม่แน่นอน . ทฤษฎีควอนตัมปฏิเสธความเป็นไปได้ของวัตถุจุดอย่างเด็ดขาด แต่อธิบายความน่าจะเป็นทางสถิติ: มันไม่ได้ระบุพิกัดโดยเฉพาะ แต่บ่งชี้ความน่าจะเป็นที่มีพิกัดบางอย่าง

คำถามของการรวมทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีแรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในคำถามพื้นฐานในการสร้างทฤษฎีสนามรวม

ตอนนี้พวกเขายังคงทำงานต่อไป และคำว่า "แรงโน้มถ่วงควอนตัม" หมายถึงสาขาวิทยาศาสตร์ขั้นสูงอย่างสมบูรณ์ พรมแดนของความรู้และความไม่รู้ ซึ่งนักทฤษฎีทุกคนในโลกกำลังทำงานอยู่

– การค้นพบนี้ให้อะไรในอนาคต?

คลื่นความโน้มถ่วงจะต้องเป็นรากฐานของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบความรู้ของเรา พวกเขาได้รับมอบหมายให้มีบทบาทสำคัญในวิวัฒนาการของจักรวาลและด้วยความช่วยเหลือของคลื่นเหล่านี้ จักรวาลควรได้รับการศึกษา การค้นพบนี้มีส่วนช่วยในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมโดยทั่วไป

หากใครตัดสินใจที่จะก้าวข้ามขอบเขตของวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน ก็อนุญาตให้จินตนาการถึงสายการสื่อสารด้วยแรงโน้มถ่วงของโทรคมนาคม อุปกรณ์เจ็ทในการแผ่รังสีความโน้มถ่วง อุปกรณ์ส่องกล้องคลื่นความโน้มถ่วง

- คลื่นความโน้มถ่วงมีความสัมพันธ์กับการรับรู้นอกประสาทสัมผัสและกระแสจิตหรือไม่?

ไม่ได้มี ผลกระทบที่อธิบายคือผลกระทบของโลกควอนตัม ผลกระทบของทัศนศาสตร์

สัมภาษณ์โดย Anna Utkina

“เมื่อเร็วๆ นี้ ชุดการทดลองระยะยาวเกี่ยวกับการสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรงได้กระตุ้นความสนใจอย่างมากในชุมชนวิทยาศาสตร์” มิชิโอะ คากุ นักฟิสิกส์ทฤษฎีเขียนไว้ในหนังสือ Einstein’s Cosmos เมื่อปี 2004 - โครงการ LIGO (Laser Gravitational Wave Interferometer) อาจเป็นโครงการแรกที่ "เห็น" คลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งน่าจะมาจากการชนกันของหลุมดำสองหลุมในห้วงอวกาศ LIGO คือความฝันที่เป็นจริงของนักฟิสิกส์ สิ่งอำนวยความสะดวกแห่งแรกที่มีพลังมากพอที่จะวัดคลื่นความโน้มถ่วง"

คำทำนายของ Kaku เป็นจริง: ในวันพฤหัสบดีกลุ่มนักวิทยาศาสตร์นานาชาติจากหอดูดาว LIGO ได้ประกาศการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง

คลื่นความโน้มถ่วงคือความผันผวนในกาลอวกาศที่ "หนี" จากวัตถุขนาดใหญ่ (เช่น หลุมดำ) ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง คลื่นความโน้มถ่วงเป็นการรบกวนกาลอวกาศที่แพร่ขยายออกไป การเปลี่ยนรูปต่อเนื่องของความว่างเปล่าอย่างแท้จริง

หลุมดำเป็นพื้นที่ในกาลอวกาศซึ่งมีแรงดึงดูดสูงมากจนแม้แต่วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง (รวมถึงแสงเองด้วย) ก็ไม่สามารถละทิ้งมันไปได้ ขอบเขตที่แยกหลุมดำออกจากส่วนที่เหลือของโลกเรียกว่าขอบฟ้าเหตุการณ์: ทุกสิ่งที่เกิดขึ้นภายในขอบฟ้าเหตุการณ์จะถูกซ่อนจากสายตาของผู้สังเกตการณ์ภายนอก

Erin Ryan ภาพของเค้กที่โพสต์ออนไลน์โดย Erin Ryan

นักวิทยาศาสตร์เริ่มจับคลื่นความโน้มถ่วงเมื่อครึ่งศตวรรษก่อน ตอนนั้นเองที่โจเซฟ เวเบอร์ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันเริ่มสนใจทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) ของไอน์สไตน์ พักสมองและเริ่มศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง Weber คิดค้นอุปกรณ์ชิ้นแรกเพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง และในไม่ช้าก็อ้างว่าได้บันทึก "เสียงของคลื่นความโน้มถ่วง" อย่างไรก็ตาม ชุมชนวิทยาศาสตร์ปฏิเสธข้อความของเขา

อย่างไรก็ตาม ต้องขอบคุณโจเซฟ เวเบอร์ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายคนกลายเป็น "ผู้ไล่ล่าคลื่น" ปัจจุบันเวเบอร์ถือเป็นบิดาแห่งทิศทางทางวิทยาศาสตร์ของดาราศาสตร์คลื่นความโน้มถ่วง

"นี่คือจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ของดาราศาสตร์ความโน้มถ่วง"

หอดูดาว LIGO ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บันทึกคลื่นความโน้มถ่วง ประกอบด้วยการติดตั้งเลเซอร์สามแห่งในสหรัฐอเมริกา: สองแห่งตั้งอยู่ในรัฐวอชิงตันและอีกหนึ่งแห่งในหลุยเซียน่า นี่คือวิธีที่ Michio Kaku อธิบายการทำงานของเครื่องตรวจจับเลเซอร์: "ลำแสงเลเซอร์ถูกแบ่งออกเป็นสองลำแสงแยกกัน ซึ่งจะตั้งฉากกัน จากนั้นสะท้อนจากกระจก พวกเขาเชื่อมต่อกันอีกครั้ง หากคลื่นความโน้มถ่วงผ่านอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (อุปกรณ์วัด) ความยาวเส้นทางของลำแสงเลเซอร์ทั้งสองจะถูกรบกวน และจะสะท้อนให้เห็นในรูปแบบการแทรกสอด เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณที่บันทึกโดยการติดตั้งเลเซอร์ไม่ใช่แบบสุ่ม ควรวางเครื่องตรวจจับไว้ที่จุดต่างๆ บนโลก

ภายใต้อิทธิพลของคลื่นความโน้มถ่วงขนาดยักษ์ ซึ่งใหญ่กว่าโลกของเรามากเท่านั้น เครื่องตรวจจับทั้งหมดจะทำงานพร้อมกัน

ขณะนี้ การทำงานร่วมกันของ LIGO ได้ตรวจพบการแผ่รังสีความโน้มถ่วงที่เกิดจากการรวมตัวของระบบดาวคู่ของหลุมดำที่มีมวล 36 และ 29 เท่าของมวลดวงอาทิตย์เป็นวัตถุที่มีมวล 62 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ "นี่เป็นครั้งแรกโดยตรง (มันสำคัญมากที่จะวัดโดยตรง!) ของการกระทำของคลื่นความโน้มถ่วง" Sergey Vyatchanin ศาสตราจารย์แห่งคณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกแสดงความคิดเห็นต่อผู้สื่อข่าวของแผนกวิทยาศาสตร์ของ กาเซต้า.รู. - นั่นคือได้รับสัญญาณจากหายนะทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของการรวมตัวของหลุมดำสองหลุม และมีการระบุสัญญาณนี้ - สิ่งนี้สำคัญมากเช่นกัน! เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้มาจากหลุมดำสองหลุม และนี่คือจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ของดาราศาสตร์ความโน้มถ่วง ซึ่งจะช่วยให้ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับเอกภพ ไม่เพียงแต่ผ่านแหล่งกำเนิดแสง เอกซ์เรย์ แม่เหล็กไฟฟ้า และนิวตริโน แต่ยังผ่านคลื่นความโน้มถ่วงด้วย

เราสามารถพูดได้ว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของหลุมดำไม่ได้เป็นเพียงวัตถุสมมุติ ความสงสัยบางอย่างยังคงอยู่ แต่ถึงกระนั้น สัญญาณที่จับได้ก็เข้ากันได้ดีกับการจำลองการรวมตัวของหลุมดำสองหลุมจำนวนนับไม่ถ้วนที่ทำนายตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

นี่เป็นข้อโต้แย้งที่ชัดเจนว่ามีหลุมดำอยู่ ยังไม่มีคำอธิบายอื่นใดสำหรับสัญญาณดังกล่าว ดังนั้นจึงสันนิษฐานได้ว่ามีหลุมดำอยู่”

"ไอน์สไตน์คงจะมีความสุขมาก"

คลื่นความโน้มถ่วงถูกทำนายโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (ผู้ซึ่งไม่เชื่อเกี่ยวกับการมีอยู่ของหลุมดำ) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เวลาจะเพิ่มเป็นสามมิติ และโลกจะกลายเป็นสี่มิติ ตามทฤษฎีที่หันหัวไปทางฟิสิกส์ แรงโน้มถ่วงเป็นผลมาจากความโค้งของกาลอวกาศภายใต้อิทธิพลของมวล

ไอน์สไตน์ได้พิสูจน์ว่าสสารใดๆ ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งจะก่อให้เกิดการรบกวนของกาล-อวกาศ ซึ่งเป็นคลื่นความโน้มถ่วง การก่อกวนนี้ยิ่งมากเท่าไร ความเร่งและมวลของวัตถุก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

เนื่องจากความอ่อนแอของแรงโน้มถ่วงเมื่อเทียบกับปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอื่น ๆ คลื่นเหล่านี้จึงควรมีขนาดที่เล็กมาก ซึ่งยากต่อการลงทะเบียน

เมื่ออธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับมนุษยศาสตร์ นักฟิสิกส์มักขอให้พวกเขาจินตนาการถึงแผ่นยางที่ยืดออกซึ่งลูกบอลขนาดใหญ่ถูกลดระดับลง ลูกบอลดันผ่านยาง และแผ่นยืด (ซึ่งแสดงถึงกาล-อวกาศ) ผิดรูป ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เอกภพทั้งหมดเป็นยาง ซึ่งดาวเคราะห์ทุกดวง ทุกดวง และทุกดาราจักรจะทิ้งรอยบุบเอาไว้ โลกของเราหมุนรอบดวงอาทิตย์เหมือนลูกบอลเล็กๆ ที่กลิ้งไปรอบๆ กรวยของกรวยที่เกิดขึ้นจากการ "ต่อย" ของกาลอวกาศโดยลูกบอลหนัก

เอกสารแจก/รอยเตอร์

ลูกหนักคือดวง

มีแนวโน้มว่าการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งเป็นการยืนยันหลักของทฤษฎีของไอน์สไตน์ อ้างว่าได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ “ไอน์สไตน์คงจะมีความสุขมาก” กาเบรียลลา กอนซาเลซ โฆษกของความร่วมมือ LIGO กล่าว

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ยังเร็วเกินไปที่จะพูดถึงการนำการค้นพบไปใช้จริง “ แม้ว่า Heinrich Hertz (นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันผู้พิสูจน์การมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - Gazeta.Ru) คิดว่าจะมีโทรศัพท์มือถือหรือไม่? ไม่! เราไม่สามารถจินตนาการถึงสิ่งใดได้ในตอนนี้” Valery Mitrofanov ศาสตราจารย์แห่งคณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกกล่าว เอ็ม.วี. โลโมโนซอฟ - ฉันได้รับคำแนะนำจากภาพยนตร์เรื่อง "Interstellar" เขาถูกวิพากษ์วิจารณ์ ใช่ แต่แม้แต่คนป่าก็สามารถจินตนาการถึงพรมวิเศษได้ และพรมที่บินได้ก็กลายเป็นเครื่องบิน แค่นั้น และที่นี่จำเป็นต้องจินตนาการถึงบางสิ่งที่ซับซ้อนมาก ใน Interstellar ช่วงเวลาหนึ่งเกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าคน ๆ หนึ่งสามารถเดินทางจากโลกหนึ่งไปยังอีกโลกหนึ่งได้ ถ้าอย่างนั้น คุณเชื่อหรือไม่ว่าคนเราสามารถเดินทางจากโลกหนึ่งไปยังอีกโลกหนึ่งได้ มีหลายจักรวาล - อะไรก็ได้? ฉันไม่สามารถตอบว่าไม่ เพราะนักฟิสิกส์ไม่สามารถตอบคำถามดังกล่าวด้วยคำว่า "ไม่" ได้! เฉพาะในกรณีที่ขัดแย้งกับกฎหมายการอนุรักษ์! มีตัวเลือกที่ไม่ขัดแย้งกับกฎทางกายภาพที่ทราบ เที่ยวรอบโลกก็ได้!

การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงมีความหมายอย่างไรสำหรับเรา

ฉันคิดว่าทุกคนคงทราบดีอยู่แล้วว่าเมื่อสองสามวันก่อน นักวิทยาศาสตร์ได้ประกาศการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก มีข่าวมากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้ ในทีวี เว็บไซต์ข่าว และทั่วไปทุกที่ อย่างไรก็ตาม ในขณะเดียวกันก็ไม่มีใครพบว่าเป็นการยากที่จะอธิบายด้วยภาษาที่เข้าถึงได้ว่าการค้นพบนี้ให้อะไรแก่เราในแง่ปฏิบัติ

ในความเป็นจริงทุกอย่างง่ายพอที่จะเปรียบเทียบกับเรือดำน้ำ:

แหล่งที่มา:

การตรวจจับเรือดำน้ำเป็นภารกิจแรกและภารกิจหลักในการต่อสู้กับพวกมัน เช่นเดียวกับวัตถุใด ๆ เรือที่มีอยู่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม กล่าวอีกนัยหนึ่ง เรือมีพื้นที่ทางกายภาพของมันเอง สนามทางกายภาพที่เป็นที่รู้จักมากขึ้นของเรือดำน้ำ ได้แก่ ไฮโดรอะคูสติก แม่เหล็ก อุทกไดนามิก ไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำ ตลอดจนความร้อน แสง การเลือกฟิลด์ทางกายภาพของเรือกับพื้นหลังของมหาสมุทร (ทะเล) เป็นวิธีการตรวจจับหลัก
วิธีการตรวจจับเรือดำน้ำแบ่งตามประเภทของสนามทางกายภาพ: อะคูสติก, แมกนีโตเมตริก, เรดาร์, ก๊าซ, ความร้อน ฯลฯ

ด้วยพื้นที่ขยะเดียวกัน เราดูดาวผ่านกล้องโทรทรรศน์ ถ่ายภาพดาวอังคาร จับรังสี และโดยทั่วไปแล้วพยายามรู้จักสวรรค์ด้วยวิธีที่มีอยู่ทั้งหมด และตอนนี้ หลังจากแก้ไขคลื่นเหล่านี้แล้ว ก็ได้มีการเพิ่มวิธีการศึกษาอีกวิธีหนึ่ง นั่นคือ แรงโน้มถ่วง เราจะสามารถดูพื้นที่ตามความผันผวนเหล่านี้ได้

นั่นคือเช่นเดียวกับเรือดำน้ำที่แล่นผ่านทะเลและทิ้ง "ร่องรอย" ไว้เบื้องหลังซึ่งสามารถคำนวณได้ ในลักษณะเดียวกับที่ตอนนี้สามารถศึกษาวัตถุท้องฟ้าจากมุมต่างๆ เพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ในอนาคต เราจะสามารถเห็นว่าคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนที่ไปรอบๆ ดวงดารา กาแล็กซี ดาวเคราะห์ต่างๆ ได้อย่างไร เราจะได้เรียนรู้วิธีการคำนวณวิถีจักรวาลของวัตถุต่างๆ ได้ดียิ่งขึ้น (และอาจรู้จักและทำนายการเข้าใกล้ของอุกกาบาตล่วงหน้าด้วยซ้ำ) เราจะเห็นพฤติกรรมของคลื่นในสภาวะพิเศษ อืม และทั้งหมดนั้น

จะให้อะไร?

ยังไม่ชัดเจน แต่เมื่อเวลาผ่านไป อุปกรณ์จะมีความแม่นยำและไวมากขึ้น และวัสดุมากมายเกี่ยวกับคลื่นความโน้มถ่วงจะถูกรวบรวม จากข้อมูลเหล่านี้ จิตใจที่อยากรู้อยากเห็นจะเริ่มค้นหาความผิดปกติ ปริศนา และรูปแบบต่างๆ ทุกประเภท ในทางกลับกัน ความสม่ำเสมอและความผิดปกติเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นทั้งการพิสูจน์หรือยืนยันทฤษฎีเก่า จะมีการสร้างสูตรทางคณิตศาสตร์เพิ่มเติม สมมติฐานที่น่าสนใจ (นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษพบว่านกพิราบหาทางกลับบ้านได้ด้วยคลื่นความโน้มถ่วง!) และอื่นๆ อีกมากมาย และสื่อสีเหลืองจะเปิดตัวตำนานบางอย่างเช่น "Gravity Tsunami" ซึ่งวันหนึ่งจะมาครอบคลุมระบบสุริยะของเราและสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจะถูกเตะ และวังจะถูกลากเข้ามาอีกครั้ง สั้นๆ คงจะสนุกดี :]

และผลเป็นอย่างไร?

เป็นผลให้เราได้รับสาขาวิทยาศาสตร์ที่สมบูรณ์แบบมากขึ้น ซึ่งจะสามารถให้มุมมองที่ถูกต้องและกว้างขึ้นเกี่ยวกับโลกของเรา และถ้าคุณโชคดีและนักวิทยาศาสตร์ได้พบกับผลที่น่าอัศจรรย์บางอย่าง... (เช่น ถ้าคลื่นความโน้มถ่วงสองลูกในพระจันทร์เต็มดวง "ชน" กันในมุมหนึ่งด้วยความเร็วที่เหมาะสม การโฟกัสเฉพาะที่ของแรงต้านแรงโน้มถ่วงจะเกิดขึ้น โอ้พ่อ!)... จากนั้นเราหวังว่าจะมีความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อย่างจริงจัง