Үг нь таталцлын долгионтой адил юм. Таталцлын долгион - нээсэн! Квантын онол ба таталцлын онолыг нэгтгэх асуудал нь талбайн нэгдсэн онолыг бий болгох үндсэн асуултуудын нэг юм.

1917 онд Эйнштейний онолын хувьд таамаглаж байсан таталцлын долгионууд нээлтээ хүлээсээр байна.

1969 оны сүүлээр Мэрилэндийн их сургуулийн физикийн профессор Жозеф Вебер шуугиан тарьсан мэдэгдэл хийжээ. Тэрээр сансар огторгуйн гүнээс дэлхий рүү ирж буй таталцлын долгионыг нээсэн гэдгээ зарлав. Тэр үеийг хүртэл ямар ч эрдэмтэн ийм мэдэгдлийг гаргаж байгаагүй бөгөөд ийм долгионыг илрүүлэх боломж нь тодорхойгүй байсан гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч Вебер өөрийн салбартаа эрх мэдэлтэн гэдгээрээ алдартай байсан тул хамт ажиллагсад нь түүний захиасыг бүрэн нухацтай хүлээн авчээ.

Гэсэн хэдий ч удалгүй урам хугарах нь бий. Веберийн тэмдэглэсэн долгионы далайц нь онолын утгаас хэдэн сая дахин их байсан. Вебер эдгээр долгион нь тоосны үүлээр бүрхэгдсэн манай Галактикийн төвөөс ирсэн гэж тэр үед маш бага мэддэг байсан гэж маргажээ. Тэнд жил бүр олон мянган оддыг залгиж, шингэсэн энергийн зарим хэсгийг таталцлын цацраг хэлбэрээр гадагшлуулдаг аварга том хар нүх нуугдаж байгааг астрофизикчид таамаглаж, одон орон судлаачид энэхүү сансрын каннибализмын илүү тод ул мөрийг олохын тулд дэмий хоосон эрэл хайгуул хийж эхлэв. Тэнд үнэхээр хар нүх байгаа нь одоо батлагдсан, гэхдээ энэ нь биеэ зөв авч явахад хүргэдэг). АНУ, ЗСБНХУ, Франц, Герман, Англи, Италийн физикчид ижил төрлийн детектор дээр туршилт хийж эхэлсэн бөгөөд юу ч олсонгүй.

Эрдэмтэд Веберийн багажийн хачирхалтай уншилтыг юу гэж үзэхээ мэдэхгүй хэвээр байна. Гэсэн хэдий ч таталцлын долгион хараахан илрээгүй ч түүний хүчин чармайлт дэмий хоосон байсангүй. Тэдгээрийг хайж олох хэд хэдэн суурилуулалтыг аль хэдийн барьсан эсвэл барьж байгаа бөгөөд арван жилийн дараа ийм детекторуудыг сансарт хөөргөх болно. Ойрын ирээдүйд таталцлын цацраг нь цахилгаан соронзон хэлбэлзэлтэй адил ажиглагдахуйц физик бодит байдал болох бүрэн боломжтой юм. Харамсалтай нь Жозеф Вебер үүнийг мэдэхээ больсон - тэр 2000 оны 9-р сард нас баржээ.

Таталцлын долгион гэж юу вэ

Таталцлын долгион нь орон зайд тархах таталцлын талбайн эвдрэлийг ихэвчлэн хэлдэг. Энэ тодорхойлолт нь зөв боловч бүрэн бус юм. Харьцангуйн ерөнхий онолын дагуу таталцал нь орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй муруйлтын улмаас үүсдэг. Таталцлын долгион нь таталцлын талбайн хэлбэлзэл хэлбэрээр илэрдэг орон зай-цаг хугацааны хэмжигдэхүүний хэлбэлзэл тул тэдгээрийг ихэвчлэн орон зай-цаг хугацааны долгион гэж нэрлэдэг. Таталцлын долгионыг 1917 онд Альберт Эйнштейн онолын хувьд таамаглаж байжээ. Тэдний оршин байгаа гэдэгт хэн ч эргэлздэггүй ч таталцлын долгионууд нээгчээ хүлээсээр л байна.

Таталцлын долгионы эх үүсвэр нь хүрээлэн буй орон зайд таталцлын хүчийг жигд бус өөрчлөхөд хүргэдэг материаллаг биеийн аливаа хөдөлгөөн юм. Тогтмол хурдтай хөдөлж буй бие нь таталцлын талбайн шинж чанар нь өөрчлөгддөггүй тул юу ч цацруулдаггүй. Таталцлын долгионыг ялгаруулахын тулд хурдатгал хийх шаардлагатай боловч зөвхөн хурдатгал биш юм. Тэгш хэмийн тэнхлэгээ тойрон эргэдэг цилиндрт хурдатгал мэдрэгддэг боловч таталцлын талбар нь жигд хэвээр байх ба таталцлын долгион үүсэхгүй. Гэхдээ хэрэв та энэ цилиндрийг өөр тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлбэл талбар нь хэлбэлзэж эхлэх бөгөөд таталцлын долгион цилиндрээс бүх чиглэлд гүйх болно.

Энэ дүгнэлт нь эргэлтийн тэнхлэгт тэгш хэмтэй бус аливаа биед (эсвэл биеийн системд) хамаарна (ийм тохиолдолд биеийг дөрвөлжин момент гэж нэрлэдэг). Дөрвөн туйлын момент нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг массын систем үргэлж таталцлын долгионыг ялгаруулдаг.

Таталцлын долгионы үндсэн шинж чанарууд

Астрофизикчид энэ нь таталцлын долгионы цацраг, энергийг авч хаях нь хөрш одноос бодис шингээх үед асар том пульсарын эргэлтийн хурдыг хязгаарладаг гэж үздэг.

Сансрын таталцлын гэрэлт цамхагууд

Хуурай газрын эх үүсвэрээс гарах таталцлын цацраг маш сул. 10,000 тонн жинтэй ган багана нь төвөөс хэвтээ хавтгайд өлгөөтэй, босоо тэнхлэгт 600 эрг / мин хүртэл эргэлддэг бөгөөд ойролцоогоор 10 -24 Вт хүч ялгаруулдаг. Тиймээс таталцлын долгионыг илрүүлэх цорын ганц найдвар бол таталцлын цацрагийн сансрын эх үүсвэрийг олох явдал юм.

Үүнтэй холбоотойгоор ойр дотны хос одод маш их ирээдүйтэй. Шалтгаан нь энгийн: ийм системийн таталцлын цацрагийн хүч нь түүний диаметрийн тав дахь хүчин чадалтай урвуу харьцаатай өсдөг. Дөрвөн туйлын моментийн өөрчлөлтийн хурдыг нэмэгдүүлдэг тул оддын замнал маш урт байвал бүр ч сайн. Хоёртын систем нь нейтрон од эсвэл хар нүхнээс бүрддэг бол энэ нь сайн хэрэг юм. Ийм системүүд нь орон зай дахь таталцлын гэрэлт цамхагуудтай төстэй байдаг - тэдгээрийн цацраг нь үе үе байдаг.

Сансарт богино боловч маш хүчтэй таталцлын тэсрэлт үүсгэдэг "импульсийн" эх үүсвэрүүд бас байдаг. Энэ нь суперновагийн дэлбэрэлтээс өмнө асар том од нурах үед тохиолддог. Гэсэн хэдий ч одны хэв гажилт нь тэгш бус байх ёстой, эс тэгвээс цацраг туяа үүсэхгүй. Сүйрлийн үед таталцлын долгион нь одны нийт энергийн 10 хүртэлх хувийг авч явах чадвартай! Энэ тохиолдолд таталцлын цацрагийн хүч нь ойролцоогоор 10 50 Вт байна. Нейтрон оддыг нэгтгэх үед илүү их энерги ялгардаг бөгөөд энд оргил хүч нь 10 52 Вт хүрдэг. Цацрагийн маш сайн эх үүсвэр бол хар нүхнүүдийн мөргөлдөөн юм: тэдгээрийн масс нь нейтрон оддын массаас хэдэн тэрбум дахин давж чаддаг.

Таталцлын долгионы өөр нэг эх үүсвэр бол сансар судлалын инфляци юм. Их тэсрэлтийн дараахан орчлон ертөнц асар хурдацтай тэлж эхэлсэн бөгөөд 10-34 секунд хүрэхгүй хугацаанд түүний диаметр 10-33 см-ээс макроскопийн хэмжээнд хүртэл нэмэгдэв. Энэ үйл явц нь эхлэхээс өмнө байсан таталцлын долгионыг хэмжээлшгүй ихэсгэж, тэдний үр удам өнөөг хүртэл оршсоор байна.

Шууд бус баталгаажуулалт

Таталцлын долгион байдгийн анхны нотолгоог Америкийн радио одон орон судлаач Жозеф Тейлор болон түүний шавь Рассел Хулс нарын бүтээлээс авсан. 1974 онд тэд бие биенээ тойрон эргэдэг хос нейтрон оддыг (чимээгүй хамтрагчтай радио цацруулагч пульсар) нээсэн. Пульсар нь тэнхлэгээ тойрон тогтвортой өнцгийн хурдтайгаар эргэлддэг (энэ нь үргэлж тийм байдаггүй) тул маш нарийвчлалтай цаг болж байв. Энэ онцлог нь хоёр одны массыг хэмжих, тэдний тойрог замын хөдөлгөөний мөн чанарыг тодорхойлох боломжийг олгосон. Энэхүү хоёртын системийн тойрог замын хугацаа (ойролцоогоор 3 цаг 45 минут) жил бүр 70 мкс-ээр багасдаг нь тогтоогджээ. Энэ утга нь таталцлын цацрагийн нөлөөгөөр хос оддын энерги алдагдахыг тодорхойлсон харьцангуйн ерөнхий онолын тэгшитгэлийн шийдэлтэй сайн тохирч байна (гэхдээ эдгээр оддын мөргөлдөх нь 300 сая жилийн дараа удахгүй болохгүй). 1993 онд Тейлор, Хулс нар энэхүү нээлтийнхээ төлөө Нобелийн шагнал хүртжээ.

Таталцлын долгионы антенууд

Таталцлын долгионыг туршилтаар хэрхэн илрүүлэх вэ? Вебер детектор болгон төгсгөлд нь пьезоэлектрик мэдрэгч бүхий метр урт цул хөнгөн цагаан цилиндрийг ашигласан. Тэдгээрийг вакуум камерт гадны механик нөлөөллөөс маш болгоомжтой тусгаарласан. Вебер эдгээр цилиндрийн хоёрыг Мэрилэндийн их сургуулийн гольфын талбайн доорх бункерт, нэгийг нь Аргонн үндэсний лабораторид суурилуулсан.

Туршилтын санаа нь энгийн. Таталцлын долгионы нөлөөн дор орон зай шахагдаж, сунадаг. Үүний ачаар цилиндр нь уртааш чиглэлд чичирч, таталцлын долгионы антенны үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд пьезоэлектрик талстууд нь чичиргээг цахилгаан дохио болгон хувиргадаг. Сансрын таталцлын долгионы аливаа дамжуулалт нь мянган километрээр тусгаарлагдсан детекторуудад бараг нэгэн зэрэг нөлөөлдөг бөгөөд энэ нь таталцлын импульсийг янз бүрийн дуу чимээнээс шүүх боломжтой болгодог.

Веберийн мэдрэгч нь цилиндрийн төгсгөлийн шилжилтийг түүний уртын ердөө 10-15 см-тэй тэнцэх боломжтой байсан - энэ тохиолдолд Вебер яг ийм хэлбэлзлийг илрүүлж чадсан бөгөөд үүнийг 1959 онд анх мэдээлсэн. хуудсууд Физик тойм захидал. Эдгээр үр дүнг давтах гэсэн бүх оролдлого үр дүнгүй байв. Веберийн өгөгдөл нь 10-18-аас дээш харьцангуй шилжилтийг хүлээхийг бараг зөвшөөрдөггүй онолтой зөрчилдөж байна (мөн 10-20-аас бага утга нь илүү магадлалтай). Вебер үр дүнг статистик боловсруулахдаа алдаа гаргасан байж магадгүй юм. Таталцлын цацрагийг туршилтаар илрүүлэх анхны оролдлого бүтэлгүйтсэн.

Дараа нь таталцлын долгионы антеннуудыг ихээхэн сайжруулсан. 1967 онд Америкийн физикч Билл Фэйрбанк тэдгээрийг шингэн гелийд хөргөхийг санал болгов. Энэ нь дулааны дуу чимээний ихэнх хэсгийг арилгах боломжийг олгоод зогсохгүй хамгийн нарийвчлалтай хэт мэдрэмтгий соронзон хэмжигч болох SQUIDs (хэт дамжуулагч квант интерферометр) ашиглах боломжийг нээж өгсөн. Энэхүү санааг хэрэгжүүлэх нь техникийн олон бэрхшээлтэй тулгарсан бөгөөд Фэйрбанк өөрөө үүнийг харж чадаагүй юм. 1980-аад оны эхээр Стэнфордын их сургуулийн физикчид 10-18 мэдрэгчтэй суурилуулалт хийсэн боловч долгион илрээгүй. Одоо хэд хэдэн улс оронд таталцлын долгионы хэт криоген чичиргээ мэдрэгчүүд үнэмлэхүй тэгээс арав, зуу гаруй градусын температурт ажилладаг. Энэ нь жишээлбэл, Падуа дахь AURIGA суурилуулалт юм. Антенн нь хөнгөн цагаан магнийн хайлшаар хийгдсэн гурван метрийн цилиндр бөгөөд диаметр нь 60 см, жин нь 2.3 тонн бөгөөд 0.1 К хүртэл хөргөсөн вакуум камерт байрладаг. ойролцоогоор 1000 Гц) нь 1 кг жинтэй туслах резонатор руу дамждаг бөгөөд энэ нь ижил давтамжтай чичирдэг боловч илүү их далайцтай байдаг. Эдгээр чичиргээг хэмжих төхөөрөмжөөр бүртгэж, компьютер ашиглан шинжилдэг. AURIGA цогцолборын мэдрэмж нь ойролцоогоор 10 -20 -10 -21 байна.

Интерферометр

Таталцлын долгионыг илрүүлэх өөр нэг арга бол гэрлийн цацрагийг илүүд үздэг асар том резонаторуудыг орхих явдал юм. Анх 1962 онд ЗХУ-ын физикч Михаил Герценштейн, Владислав Пустовойт нар санал болгосон бол хоёр жилийн дараа Вебер. 1970-аад оны эхээр тус корпорацийн судалгааны лабораторийн ажилтан Хьюзийн онгоцРоберт Форвард (хуучин Веберийн төгсөгч, хожим нь маш алдартай шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолч) анхны ийм мэдрэгчийг хангалттай мэдрэмжтэй бүтээжээ. Үүний зэрэгцээ Массачусетсийн Технологийн Их Сургуулийн (MIT) профессор Райнер Вайсс таталцлын долгионыг оптик аргаар бүртгэх боломжуудын талаар маш гүнзгий онолын шинжилгээ хийжээ.

Эдгээр аргууд нь 125 жилийн өмнө физикч Альберт Мишельсон гэрлийн хурд бүх чиглэлд яг адилхан гэдгийг нотолсон төхөөрөмжийн аналогийг ашиглах явдал юм. Энэхүү суурилуулалтанд Михельсоны интерферометр, гэрлийн туяа нь тунгалаг хавтанг цохиж, харилцан перпендикуляр хоёр цацрагт хуваагддаг бөгөөд тэдгээр нь хавтангаас ижил зайд байрлах толин тусгалаас тусдаг. Дараа нь цацрагууд дахин нэгдэж, дэлгэцэн дээр унах бөгөөд интерференцийн загвар (цайвар ба бараан судлууд ба шугамууд) гарч ирнэ. Хэрэв гэрлийн хурд нь түүний чиглэлээс хамаардаг бол бүхэл бүтэн суулгацыг эргүүлэх үед энэ зураг өөрчлөгдөхгүй бол өмнөх шигээ байх ёстой;

Таталцлын долгионы хөндлөнгийн мэдрэгч нь ижил төстэй байдлаар ажилладаг. Өнгөрч буй долгион нь орон зайг гажуудуулж, интерферометрийн гар тус бүрийн уртыг өөрчилдөг (гэрэл задлагчаас толин тусгал руу шилжих зам), нэг гараа сунгаж, нөгөө гараа дардаг. Хөндлөнгийн хэв маяг өөрчлөгддөг бөгөөд үүнийг бүртгэж болно. Гэхдээ энэ нь тийм ч хялбар биш юм: хэрэв интерферометрийн гарны уртын хүлээгдэж буй харьцангуй өөрчлөлт нь 10-20 байвал төхөөрөмжийн ширээний хэмжээтэй (Мишельсон шиг) 10-ийн дарааллын далайцтай хэлбэлзэл үүсдэг. 18 см. Харьцуулбал: харагдах гэрлийн долгион нь 10 их наяд дахин урт! Та мөрний уртыг хэдэн километр хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой, гэхдээ асуудал хэвээр байх болно. Лазер гэрлийн эх үүсвэр нь хүчтэй бөгөөд давтамжийн хувьд тогтвортой байх ёстой, толин тусгал нь төгс тэгш, төгс тусгалтай байх ёстой, гэрэл дамжин өнгөрөх хоолойн вакуум нь аль болох гүн байх ёстой, бүхэл системийн механик тогтворжилт нь өндөр түвшинд байх ёстой. үнэхээр төгс. Товчхондоо таталцлын долгионы хөндлөнгийн детектор нь үнэтэй бөгөөд том төхөөрөмж юм.

Өнөөдөр ийм төрлийн хамгийн том суурилуулалт бол Америкийн LIGO цогцолбор юм (Гэрлийн интерферометр таталцлын долгионыг ажиглах газар). Энэ нь хоёр ажиглалтын газраас бүрдэх ба нэг нь АНУ-ын Номхон далайн эрэгт, нөгөө нь Мексикийн булангийн ойролцоо байрладаг. Хэмжилтийг дөрвөн километрийн урттай гурван интерферометр (Вашингтон мужид хоёр, Луизиана мужид нэг) ашиглан хийдэг. Суурилуулалт нь толин тусгал гэрлийн аккумлятороор тоноглогдсон бөгөөд энэ нь түүний мэдрэмжийг нэмэгдүүлдэг. "2005 оны 11-р сараас хойш манай гурван интерферометр бүгд хэвийн ажиллаж байна" гэж LIGO цогцолборын төлөөлөгч, Сиракузийн их сургуулийн физикийн профессор Питер Солсон Popular Mechanics сэтгүүлд ярьжээ. - Бид хамгийн хүчирхэг суперновагийн дэлбэрэлт, нейтрон од, хар нүх нийлэх үед үүссэн арав, хэдэн зуун герц давтамжтай таталцлын долгионыг илрүүлэхийг оролдож буй бусад ажиглалтын газруудтай байнга мэдээлэл солилцдог. Одоогоор Германы GEO 600 интерферометр (гарын урт - 600 м) ажиллаж байгаа бөгөөд Ганновер хотоос 25 км зайд байрладаг. Японы 300 метрийн TAMA багажийг одоо сайжруулж байна. Пизагийн ойролцоох гурван километрийн Virgo илрүүлэгч нь 2007 оны эхээр хүчин чармайлтад нэгдэх бөгөөд 50 Гц-ээс доош давтамжтайгаар LIGO-г давах боломжтой болно. Хэт криоген резонатор бүхий суурилуулалт нь өндөр үр ашигтай ажилладаг боловч мэдрэмж нь биднийхээс арай бага хэвээр байна."

хэтийн төлөв

Таталцлын долгион илрүүлэх аргуудыг ойрын ирээдүйд юу хүлээж байна вэ? Профессор Райнер Вайсс энэ тухай "Popular Mechanics" сэтгүүлд хэлэхдээ: "Хэдэн жилийн дараа LIGO цогцолборын ажиглалтын газруудад илүү хүчирхэг лазер, илүү дэвшилтэт детекторууд суурилуулагдах бөгөөд энэ нь мэдрэмжийг 15 дахин нэмэгдүүлэх болно. Одоо энэ нь 10 -21 (ойролцоогоор 100 Гц давтамжтай) бөгөөд шинэчлэлтийн дараа 10 -22-аас давах болно. Сайжруулсан цогцолбор, Advanced LIGO нь сансарт нэвтрэх гүнийг 15 дахин нэмэгдүүлэх болно. Таталцлын долгионыг судлах анхдагчдын нэг, Москвагийн Улсын Их Сургуулийн профессор Владимир Брагинский энэ төсөлд идэвхтэй оролцож байна.

LISA сансрын интерферометрийг ирэх арван жилийн дундуур хөөргөхөөр төлөвлөж байна ( Лазер интерферометр сансрын антен) гарны урт нь 5 сая километр бөгөөд НАСА болон Европын сансрын агентлагийн хамтарсан төсөл юм. Энэхүү ажиглалтын төвийн мэдрэмж нь газар дээр суурилсан багаж хэрэгслийн чадвараас хэдэн зуу дахин өндөр байх болно. Энэ нь үндсэндээ агаар мандлын болон газар хөдлөлтийн нөлөөллөөс болж дэлхийн гадаргуу дээр илрэх боломжгүй бага давтамжийн (10 -4 -10 -1 Гц) таталцлын долгионыг хайхад зориулагдсан. Ийм долгионыг Сансар огторгуйн ердийн оршин суугчид болох давхар одны системээс ялгаруулдаг. LISA нь энгийн оддыг хар нүхэнд шингээх үед үүссэн таталцлын долгионыг илрүүлэх боломжтой болно. Гэхдээ Их тэсрэлтийн дараах эхний мөчид материйн төлөв байдлын талаарх мэдээллийг агуулсан реликт таталцлын долгионыг илрүүлэхийн тулд илүү дэвшилтэт сансрын хэрэгсэл шаардлагатай болно. Ийм суурилуулалт Их тэсрэлтийн ажиглагч, одоогоор яригдаж байгаа ч 30-40 жилийн дараагаас эрт бүтээж, ашиглалтад оруулах нь юу л бол.”

2-р сарын 11-ний пүрэв гарагт олон улсын LIGO Scientific Collaboration төслийн хэсэг эрдэмтэд 1916 онд Альберт Эйнштейн оршин тогтнохыг урьдчилан таамаглаж байсан амжилтанд хүрсэн гэдгээ зарлав. Судлаачдын үзэж байгаагаар 2015 оны 9-р сарын 14-нд нарнаас 29 ба 36 дахин их жинтэй хоёр хар нүх мөргөлдсөнөөс үүссэн таталцлын долгионыг бүртгэж, улмаар нэг том хар нүх болон нийлсэн байна. Тэдний үзэж байгаагаар энэ нь 1.3 тэрбум жилийн өмнө манай галактикаас 410 мегапарсекийн зайд болсон гэж таамаглаж байна.

LIGA.net таталцлын долгион болон том хэмжээний нээлтийн талаар дэлгэрэнгүй ярьсан Богдан Хнатык, Украины эрдэмтэн, астрофизикч, физик-математикийн шинжлэх ухааны доктор, Киевийн Тарас Шевченкогийн нэрэмжит Үндэсний их сургуулийн одон орон судлалын судалгааны тэргүүлэх ажилтан, тус ажиглалтын газрыг 2001-2004 он хүртэл удирдаж байсан.

Энгийн хэллэгээр онол

Физик нь биетүүдийн харилцан үйлчлэлийг судалдаг. Биеийн хооронд цахилгаан соронзон, хүчтэй ба сул цөмийн харилцан үйлчлэл, таталцлын харилцан үйлчлэл гэсэн дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэл байдгийг бид бүгд мэдэрдэг. Таталцлын харилцан үйлчлэлийн улмаас гаригууд нарны эргэн тойронд эргэлдэж, бие нь жинтэй болж, газарт унадаг. Хүн таталцлын харилцан үйлчлэлтэй байнга тулгардаг.

1916 онд буюу 100 жилийн өмнө Альберт Эйнштейн Ньютоны таталцлын онолыг боловсронгуй болгож, түүнийг математикийн хувьд зөв болгож, физикийн бүх шаардлагыг хангаж, таталцлын хүч маш хурдацтай тархдаг гэдгийг харгалзан үзэх болсон таталцлын онолыг бий болгосон. өндөр, гэхдээ хязгаарлагдмал хурд. Энэ бол Эйнштейний хамгийн том ололтуудын нэг бөгөөд тэрээр өнөөдөр бидний ажиглаж буй физикийн бүх үзэгдлүүдтэй нийцэх таталцлын онолыг бий болгосон.

Энэ онол нь мөн оршин тогтнохыг санал болгосон таталцлын долгион. Энэхүү таамаглалын үндэс нь таталцлын долгион нь хоёр том биет нийлсэний улмаас үүссэн таталцлын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд бий болсон явдал байв.

Таталцлын долгион гэж юу вэ

Нарийн төвөгтэй хэлээр энэ нь орон зай-цаг хугацааны хэмжүүрийн өдөөлт юм. Сансар огторгуйд тодорхой уян хатан чанар байдаг бөгөөд энэ нь бид хайрга чулууг ус руу шидэж, түүнээс долгион цацрахтай адил юм" гэж физик-математикийн шинжлэх ухааны доктор LIGA.net-т ярьжээ.

Орчлон ертөнцөд үүнтэй төстэй хэлбэлзэл болж, таталцлын долгион бүх чиглэлд эргэлдэж байсныг эрдэмтэд туршилтаар баталж чадсан. “Астрофизикийн хувьд анх удаа хоёртын системийн ийм гамшигт хувьслын үзэгдлийг тэмдэглэсэн бөгөөд энэ нь хоёр объект нэг объект болж нийлж, энэхүү нэгдэл нь таталцлын энергийг маш эрчимтэй ялгаруулж, улмаар сансарт хэлбэрээр тархдаг. таталцлын долгионы тухай" гэж эрдэмтэн тайлбарлав.

Эдгээр таталцлын долгионууд нь маш сул бөгөөд орон зай-цаг хугацааг сэгсрэхийн тулд таталцлын талбайн эрч хүч үүсэх цэгт өндөр байхын тулд маш том, масстай биетүүдийн харилцан үйлчлэл шаардлагатай байдаг. Гэхдээ тэдний сул талыг үл харгалзан ажиглагч тодорхой хугацааны дараа (харилцан хоорондын зайг дохионы хурдаар хуваасантай тэнцүү) энэ таталцлын долгионыг бүртгэх болно.

Нэг жишээ хэлье: хэрэв дэлхий наран дээр унавал таталцлын харилцан үйлчлэл үүснэ: таталцлын энерги ялгарч, таталцлын бөмбөрцөг тэгш хэмтэй долгион үүсч, ажиглагч үүнийг бүртгэх боломжтой болно. "Астрофизикийн үүднээс ижил төстэй боловч өвөрмөц үзэгдэл энд тохиолдсон: хоёр том биет мөргөлдсөн - хоёр хар нүх" гэж Гнатик тэмдэглэв.

Онол руугаа буцъя

Хар нүх бол Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолын өөр нэг таамаглал бөгөөд энэ нь асар их масстай боловч энэ масс нь бага хэмжээгээр төвлөрсөн бие нь хаагдах хүртлээ эргэн тойрон дахь орон зайг ихээхэн гажуудуулах чадвартай байдаг. Өөрөөр хэлбэл, энэ биеийн массын эгзэгтэй концентрацид хүрэх үед биеийн хэмжээ нь таталцлын радиус гэж нэрлэгддэг хэмжээнээс бага байх үед энэ биеийн эргэн тойрон дахь орон зай хаагдаж, түүний топологи бий болно гэж таамаглаж байсан. ийм байх болно, үүнээс ямар ч дохио хаалттай орон зайд цааш тархаж чадахгүй.

"Өөрөөр хэлбэл, хар нүх нь энгийн үгээр хэлбэл, маш хүнд жинтэй асар том биет бөгөөд энэ нь эргэн тойрон дахь орон зай-цаг хугацааг хаадаг" гэж эрдэмтэн хэлэв.

Түүний хэлснээр бид энэ объект руу ямар ч дохио илгээж болно, гэхдээ тэр бидэнд илгээж чадахгүй. Өөрөөр хэлбэл ямар ч дохио хар нүхнээс хэтэрч чадахгүй.

Хар нүх нь ердийн физик хуулиудын дагуу амьдардаг боловч хүчтэй таталцлын үр дүнд нэг ч материаллаг бие, тэр байтугай фотон ч энэ чухал гадаргуугаас цааш гарч чадахгүй. Хар нүхнүүд нь энгийн оддын хувьслын явцад үүсдэг бөгөөд гол цөм нь нурж, одны материйн нэг хэсэг нь нурж, хар нүх болон хувирч, одны нөгөө хэсэг нь суперновагийн бүрхүүл хэлбэрээр гадагшилдаг. суперновагийн "дэлбэрэлт" гэж нэрлэгддэг.

Таталцлын долгионыг бид хэрхэн харсан

Нэг жишээ хэлье. Усны гадаргуу дээр бид хоёр хөвөгч, ус тайван байх үед тэдгээрийн хоорондын зай тогтмол байдаг. Долгион ирэхэд эдгээр хөвөгчдийг нүүлгэн шилжүүлэх ба хөвөгч хоорондын зай өөрчлөгдөнө. Долгион өнгөрч, хөвөгчүүд өмнөх байрлалдаа буцаж, тэдгээрийн хоорондын зай сэргээгддэг.

Таталцлын долгион нь орон зай-цаг хугацаанд ижил төстэй байдлаар тархдаг: энэ нь зам дээр таарч буй бие, объектыг шахаж, сунгадаг. “Долгионы зам дагуу тодорхой биеттэй тулгарах үед тэнхлэгийнхээ дагуу хэв гажиж, түүнийг дайран өнгөрсний дараа таталцлын долгионы нөлөөгөөр бүх биетүүд гажигтай байдаг ч эдгээр хэв гажилт нь маш их байдаг ач холбогдолгүй" гэж Гнатик хэлэв.

Эрдэмтдийн тэмдэглэсэн долгион өнгөрөхөд огторгуй дахь биетүүдийн харьцангуй хэмжээ нь 10-ыг 10 дахин үржүүлж, хасах 21-р зэрэглэлээр өөрчлөгдөв. Жишээлбэл, хэрэв та тоолуурын хэмжигч авбал түүний хэмжээ нь 10-аар үржүүлж, хасах 21-р зэрэгтэй тэнцүү хэмжээгээр багассан байна. Энэ бол маш бага хэмжээ. Асуудал нь эрдэмтэд энэ зайг хэрхэн хэмжиж сурах шаардлагатай байсан юм. Уламжлалт аргууд нь 10-ын 1-ээс сая сая 9-р зэрэглэлийн нарийвчлалыг өгдөг боловч энд илүү өндөр нарийвчлал хэрэгтэй. Энэ зорилгоор таталцлын антенн (таталцлын долгионы детектор) гэж нэрлэгддэг төхөөрөмжийг бүтээсэн.

Таталцлын долгионыг бүртгэсэн антенныг ийм байдлаар барьсан: "L" үсгийн хэлбэртэй, ойролцоогоор 4 км урт, ижил гартай, зөв ​​өнцгөөр байрладаг хоёр хоолой байдаг. Таталцлын долгион нь системд хүрэхэд антенны далавчийг гажигтай болгодог боловч чиглэлээсээ хамааран нэг нь их, нөгөө нь бага гажигтай байдаг. Дараа нь замын ялгаа үүсч, дохионы хөндлөнгийн загвар өөрчлөгдөнө - нийт эерэг эсвэл сөрөг далайц гарч ирнэ.

"Өөрөөр хэлбэл, таталцлын долгион өнгөрөх нь хоёр хөвөгч завсраар дамжин өнгөрөх усан дээрх долгионтой төстэй юм: хэрэв бид долгион өнгөрөх үед болон дараа нь тэдгээрийн хоорондох зайг хэмжвэл зай өөрчлөгдөж, дараа нь өөрчлөгдөхийг харах болно. дахиад л адилхан" гэж Гнатик хэлэв.

Энд интерферометрийн хоёр далавч тус бүр нь 4 километр орчим урттай зайны харьцангуй өөрчлөлтийг хэмждэг. Зөвхөн маш нарийн технологи, системүүд нь таталцлын долгионы улмаас далавчнуудын ийм бичил шилжилтийг хэмжиж чадна.

Орчлон ертөнцийн захад: долгион хаанаас ирсэн бэ?

Эрдэмтэд АНУ-ын Луизиана, Вашингтон гэсэн хоёр мужид 3 мянга орчим километрийн зайд байрладаг хоёр мэдрэгч ашиглан дохиог тэмдэглэжээ. Эрдэмтэд энэ дохио хаанаас, ямар зайнаас ирснийг тооцоолж чаджээ. Тооцоолсноор дохио 410 мегапарсекийн зайнаас ирсэн байна. Мегапарсек гэдэг нь гэрлийн гурван сая жилийн хугацаанд туулах зай юм.

Төсөөлөхөд хялбар болгох үүднээс: төвд нь асар том хар нүхтэй бидэнд хамгийн ойр байгаа идэвхтэй галактик бол манайхаас дөрвөн мегапарсекийн зайд орших Центавр А, харин Андромеда мананцар нь 0,7 мегапарсекийн зайд оршдог. "Өөрөөр хэлбэл, таталцлын долгионы дохио ирсэн зай нь маш их бөгөөд дохио нь 1.3 тэрбум жилийн турш дэлхий рүү явсан бөгөөд эдгээр нь манай ертөнцийн тэнгэрийн хаяаны 10 орчим хувийг эзэлдэг сансар судлалын зай юм" гэж эрдэмтэн хэлэв.

Энэ зайд алс холын галактикт хоёр хар нүх нийлэв. Эдгээр нүхнүүд нэг талаас харьцангуй жижиг хэмжээтэй байсан бол нөгөө талаас дохионы далайц их байгаа нь маш хүнд байсныг илтгэнэ. Тэдний масс нь тус тус 36 ба 29 нарны масстай болохыг тогтоосон. Нарны масс нь мэдэгдэж байгаагаар нэг килограммын 30-ын хүчийг 10-аас 2 дахин ихэсгэдэг. Нэгдсэний дараа энэ хоёр бие нийлж, одоо тэдний оронд нарны 62 масстай тэнцэх масстай ганц хар нүх үүссэн байна. Үүний зэрэгцээ нарны ойролцоогоор гурван масс таталцлын долгионы энерги хэлбэрээр цацагдсан.

Хэн, хэзээ нээлт хийсэн

Олон улсын LIGO төслийн эрдэмтэд 2015 оны 9-р сарын 14-нд таталцлын долгионыг илрүүлж чаджээ. LIGO (Лазер интерферометрийн таталцлын ажиглалтын төв)Энэ нь судалгааны чиглэлээр тэргүүлэгч АНУ, Итали, Япон зэрэг олон улсууд оролцож, санхүүгийн болон шинжлэх ухааны тодорхой хувь нэмэр оруулсан олон улсын төсөл юм.

Дараах зургийг тэмдэглэв: таталцлын долгион манай гаригаар дамжин өнгөрөх ба энэ суурилуулалтын үр дүнд таталцлын детекторын далавчнууд шилжсэн. Энэ тухай мэдээлээгүй, учир нь дохиог боловсруулж, "цэвэрлэж", далайцыг нь олж, шалгах шаардлагатай байв. Энэ бол стандарт журам юм: бодит нээлтээс эхлээд нээлтээ зарлах хүртэл үндэслэлтэй мэдэгдэл гаргахад хэдэн сар шаардагдана. "Хэн ч тэдний нэр хүндийг гутаахыг хүсэхгүй байна. Энэ бол нийтлэхээс өмнө хэн ч мэдээгүй байсан нууц мэдээлэл" гэж Хнатик тэмдэглэв.

Өгүүллэг

Таталцлын долгионыг өнгөрсөн зууны 70-аад оноос судалж эхэлсэн. Энэ хугацаанд хэд хэдэн детектор бий болж, хэд хэдэн суурь судалгаа хийгдсэн. 80-аад онд Америкийн эрдэмтэн Жозеф Вебер таталцлын долгионы дамжуулалтыг бүртгэх ёстой пьезо мэдрэгчээр тоноглогдсон, хэдэн метр орчим хэмжээтэй хөнгөн цагаан цилиндр хэлбэртэй анхны таталцлын антеныг бүтээжээ.

Энэ төхөөрөмжийн мэдрэмж нь одоогийн мэдрэгчээс сая дахин муу байсан. Мэдээжийн хэрэг, тэр үед тэр долгионыг үнэхээр илрүүлж чадаагүй ч Вебер үүнийг хийсэн гэж мэдэгдсэн: хэвлэлүүд энэ тухай бичиж, "таталцлын тэсрэлт" болсон - дэлхий тэр даруй таталцлын антен барьж эхлэв. Вебер бусад эрдэмтдийг таталцлын долгионыг судалж, энэ үзэгдлийн туршилтыг үргэлжлүүлэхийг уриалсан нь детекторуудын мэдрэмжийг сая дахин нэмэгдүүлэх боломжтой болсон.

Гэсэн хэдий ч таталцлын долгионы үзэгдэл өөрөө өнгөрсөн зуунд бүртгэгдсэн бөгөөд эрдэмтэд давхар пульсарыг олж илрүүлсэн. Энэ нь одон орны ажиглалтаар нотлогдсон таталцлын долгион байдгийн шууд бус бичлэг байсан юм. Пульсарыг Рассел Хулс, Жозеф Тейлор нар 1974 онд Аресибо ажиглалтын төвийн радио дурангаар ажиглалт хийх үеэр олж илрүүлжээ. Эрдэмтэд 1993 онд "Таталцлыг судлахад шинэ боломж олгосон пульсарын шинэ төрлийг нээсний төлөө" Нобелийн шагнал хүртжээ.

Дэлхийн болон Украинд хийсэн судалгаа

Италид "Охины орд" нэртэй ижил төстэй төсөл хэрэгжиж дуусах шатандаа оржээ. Япон улс мөн нэг жилийн дараа үүнтэй төстэй детектор гаргах бодолтой байгаа бөгөөд Энэтхэг ч мөн ийм туршилт хийхээр бэлтгэж байна. Өөрөөр хэлбэл, ижил төстэй детекторууд дэлхийн олон оронд байдаг боловч таталцлын долгионыг илрүүлэх талаар ярих боломжтой байхын тулд мэдрэмжийн горимд хараахан хүрээгүй байна.

"Украин нь албан ёсоор LIGO-ийн нэг хэсэг биш бөгөөд Итали, Японы төслүүдэд оролцдоггүй. Ийм үндсэн чиглэлүүдийн дунд Украйн одоо LHC (Том Адрон Коллайдер) төсөл болон CERN-д оролцож байна (бид албан ёсоор зөвхөн оролцогч болно. элсэлтийн хураамж төлсний дараа) "гэж Физик-математикийн шинжлэх ухааны доктор Бохдан Гнатик LIGA.net сайтад ярьжээ.

Түүний хэлснээр, 2015 оноос хойш Украин нь орчин үеийн олон дуран дуран бүтээж буй CTA (Cerenkov Telescope Array) олон улсын хамтын ажиллагааны бүрэн эрхт гишүүн юм. TeVурт гамма хүрээ (1014 эВ хүртэл фотоны энергитэй). "Ийм фотонуудын гол эх үүсвэр нь таталцлын цацрагийг анх LIGO детектороор бүртгэсэн хэт масстай хар нүхнүүдийн ойролцоо байдаг. Тиймээс одон орон судлалд таталцлын долгион болон олон шинэ цонх нээгдэв TeV"Цахилгаан соронзон технологи бидэнд ирээдүйд олон нээлтийг амлаж байна" гэж эрдэмтэн нэмж хэлэв.

Дараа нь юу вэ, шинэ мэдлэг хүмүүст хэрхэн туслах вэ? Эрдэмтэд санал нийлэхгүй байна. Зарим нь энэ бол орчлон ертөнцийн механизмыг ойлгох дараагийн алхам гэж хэлж байна. Бусад хүмүүс үүнийг цаг хугацаа, орон зайд шилжих шинэ технологид хүрэх эхний алхам гэж үздэг. Ямартай ч энэ нээлт нь бид хэчнээн бага зүйлийг ойлгож, хичнээн их зүйлийг сурах шаардлагатай байгааг дахин нотолсон юм.

100 орчим жилийн өмнө Альберт Эйнштейн таамаглаж байсан таталцлын долгион байдгийг астрофизикчид баталжээ. Тэднийг АНУ-д байрладаг LIGO таталцлын долгионы ажиглалтын төвийн детектор ашиглан илрүүлжээ.

Хүн төрөлхтөн түүхэндээ анх удаа таталцлын долгион буюу сансар огторгуйн цаг хугацааны чичиргээг тэмдэглэв. Оросын эрдэмтэд ч энэ нээлтэд хувь нэмрээ оруулсан. Пүрэв гарагт судлаачид дэлхий даяар - Вашингтон, Лондон, Парис, Берлин болон Москва зэрэг бусад хотуудад нээлтийнхээ талаар ярьж байна.

Зураг дээр хар нүхний мөргөлдөөний симуляци харагдаж байна

Rambler&Co оффис дээр болсон хэвлэлийн бага хурал дээр LIGO-ийн хамтын ажиллагааны Оросын хэсгийн тэргүүн Валерий Митрофанов таталцлын долгионыг нээсэн тухай мэдэгдэв.

“Бид энэхүү төсөлд оролцож, үр дүнгээ та бүхэнд танилцуулж байгаадаа баяртай байна. Би одоо орос хэл дээрх нээлтийн утгыг танд хэлэх болно. Бид АНУ-д LIGO илрүүлэгчийн гайхалтай зургуудыг харсан. Тэдний хоорондох зай нь 3000 км юм. Таталцлын долгионы нөлөөн дор детекторуудын нэг нь шилжиж, үүний дараа бид тэдгээрийг нээсэн. Эхлээд бид компьютер дээр зүгээр л чимээ шуугианыг олж харсан бөгөөд дараа нь Хамфордын детекторуудын масс ганхаж эхлэв. Олж авсан өгөгдлүүдийг тооцож үзээд 1.3 тэрбумын зайд мөргөлдсөн хар нүхнүүд мөн болохыг тогтоож чадсан. гэрлийн жилийн зайтай. Дохио маш тод, чимээ шуугианаас маш тод гарч ирэв. Олон хүмүүс биднийг азтай гэж хэлдэг байсан ч байгаль бидэнд ийм бэлэг өгсөн. Таталцлын долгион олдсон, энэ нь гарцаагүй."

Астрофизикчид LIGO таталцлын долгионы ажиглалтын төвийн детекторуудыг ашиглан таталцлын долгионыг илрүүлж чадсан гэсэн цуу яриаг баталжээ. Энэхүү нээлт нь хүн төрөлхтөнд Орчлон ертөнц хэрхэн ажилладагийг ойлгоход чухал ахиц дэвшил гаргах боломжийг олгоно.

Энэхүү нээлт нь 2015 оны 9-р сарын 14-нд Вашингтон, Луизиана мужид хоёр илрүүлэгчтэй нэгэн зэрэг болсон. Хоёр хар нүх мөргөлдсөний үр дүнд детекторуудад дохио иржээ. Мөргөлдөөний үр дүнд таталцлын долгион мөн гэдгийг батлахын тулд эрдэмтэд маш их удсан.

Нүхний мөргөлдөөн нь гэрлийн хагасын хурдтай буюу ойролцоогоор 150,792,458 м/с хурдтай явагдсан.

“Ньютоны таталцлыг хавтгай орон зайд дүрсэлсэн бөгөөд Эйнштейн үүнийг цаг хугацааны хавтгайд шилжүүлж, түүнийг нугалж байна гэж таамагласан. Таталцлын харилцан үйлчлэл маш сул байна. Дэлхий дээр таталцлын долгион үүсгэх туршилт хийх боломжгүй юм. Тэднийг хар нүхнүүд нийлсний дараа л нээсэн. Илрүүлэгч 10-19 метрийн зайд шилжсэн гэж төсөөлөөд үз дээ. Та үүнийг гараараа мэдрэхгүй. Зөвхөн маш нарийн багажийн тусламжтайгаар. Үүнийг хэрхэн хийх вэ? Шилжилтийг тэмдэглэсэн лазер туяа нь өвөрмөц шинж чанартай байв. LIGO-ийн хоёр дахь үеийн лазер таталцлын антенн 2015 онд ашиглалтад орсон. Мэдрэмж нь таталцлын эмгэгийг сард ойролцоогоор нэг удаа илрүүлэх боломжтой болгодог. Энэ бол дэвшилтэт ертөнц бөгөөд Америкийн шинжлэх ухаан дэлхий дээр илүү үнэн зөв зүйл байхгүй; Энэ нь стандарт квант мэдрэмжийн хязгаарыг даван туулж чадна гэж найдаж байна" гэж нээлтээ тайлбарлав. Сергей Вятчанин, Москвагийн Улсын Их Сургуулийн Физикийн тэнхимийн ажилтан ба LIGO-ийн хамтын ажиллагаа.

Квантын механик дахь стандарт квант хязгаар (SQL) нь операторын тодорхойлсон аливаа хэмжигдэхүүнийг өөр өөр цаг үед өөртэйгөө солигддоггүй, тасралтгүй эсвэл дахин дахин хэмжих нарийвчлалд тавьсан хязгаарлалт юм. 1967 онд В.Б.Брагинский таамаглаж байсан бөгөөд Стандарт квант хязгаар (SQL) гэсэн нэр томъёог хожим Торн санал болгосон. SKP нь Heisenberg-ийн тодорхойгүй байдлын харьцаатай нягт холбоотой.

Дүгнэж хэлэхэд Валерий Митрофанов цаашдын судалгааны төлөвлөгөөний талаар ярив.

“Энэ нээлт нь шинэ таталцлын долгионы одон орон судлалын эхлэл юм. Таталцлын долгионы сувгаар бид орчлон ертөнцийн талаар илүү ихийг мэдэх болно гэж найдаж байна. Бид бодисын ердөө 5% -ийн найрлагыг мэддэг, үлдсэн хэсэг нь нууц юм. Таталцлын мэдрэгч нь тэнгэрийг "таталцлын долгион" хэлбэрээр харах боломжийг танд олгоно. Ирээдүйд бид бүх зүйлийн эхлэлийг буюу Их тэсрэлтийн реликт цацрагийг харж, тэр үед яг юу болсныг ойлгоно гэж найдаж байна.”

Таталцлын долгионыг анх Альберт Эйнштейн 1916 онд, бараг яг 100 жилийн өмнө санал болгосон. Долгионуудын тэгшитгэл нь харьцангуйн онолын тэгшитгэлийн үр дагавар бөгөөд хамгийн энгийн аргаар гаргаж авдаггүй.

Канадын онолын физикч Клиффорд Бургесс өмнө нь 36 ба 29 нарны масстай хар нүхнүүдийн хоёртын систем 62 нарны масстай биетэд нийлснээс үүссэн таталцлын цацрагийг ажиглалтын газар илрүүлсэн гэсэн захидал нийтэлсэн. Мөргөлдөөн ба тэгш бус таталцлын уналт нь секундын нэг хэсэг үргэлжилдэг бөгөөд энэ хугацаанд системийн массын 50 хүртэлх хувийг эзэлдэг энерги нь таталцлын цацраг буюу орон зай-цаг хугацааны долгионд алдагддаг.

Таталцлын долгион нь таталцлын ихэнх онолуудад хувьсах хурдатгалтай таталцагч биетүүдийн хөдөлгөөнөөс үүсдэг таталцлын долгион юм. Таталцлын хүчний харьцангуй сул дорой байдлын улмаас (бусадтай харьцуулахад) эдгээр долгион нь маш бага хэмжээтэй байх ёстой бөгөөд үүнийг бүртгэхэд хэцүү байдаг. Тэдний оршин тогтнохыг зуун жилийн өмнө Альберт Эйнштейн таамаглаж байсан.

Таталцлын долгионыг илрүүлэх (илрүүлэх) албан ёсны өдөр бол 2016 оны 2-р сарын 11. Яг тэр үед Вашингтонд болсон хэвлэлийн бага хурал дээр LIGO-ийн хамтын ажиллагааны удирдагчид судлаачдын баг хүн төрөлхтний түүхэнд анх удаа энэ үзэгдлийг бүртгэж чадсан гэж мэдэгдэв.

Агуу Эйнштейний зөгнөлүүд

Таталцлын долгион байдаг гэдгийг Альберт Эйнштейн өнгөрсөн зууны эхээр (1916) Харьцангуйн ерөнхий онолынхоо хүрээнд санал болгосон. Хамгийн бага бодит мэдээллээр ийм өргөн хүрээтэй дүгнэлт хийж чадсан алдарт физикчийн гайхалтай чадварыг зөвхөн гайхшруулж болно. Дараагийн зуунд батлагдсан бусад олон таамагласан физик үзэгдлүүдийн дунд (цаг хугацааны урсгалыг удаашруулах, таталцлын талбайн цахилгаан соронзон цацрагийн чиглэлийг өөрчлөх гэх мэт) энэ төрлийн долгионы харилцан үйлчлэл байгааг бодитоор илрүүлэх боломжгүй байв. саяхныг хүртэл цогцос.

Таталцал хуурмаг зүйл мөн үү?

Ер нь Харьцангуйн онолын үүднээс авч үзвэл таталцлыг хүч гэж нэрлэж болохгүй. орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдлын эвдрэл эсвэл муруйлт. Энэ постулатыг харуулах сайн жишээ бол сунгасан даавуу юм. Ийм гадаргуу дээр байрлуулсан асар том объектын жин дор хотгор үүсдэг. Бусад объектууд энэ гажигийн ойролцоо хөдөлж байхдаа "татагдан" байгаа мэт хөдөлгөөнийхөө чиглэлийг өөрчлөх болно. Объектын жин их байх тусам (муруйлтын диаметр, гүн их байх тусам "таталцлын хүч" өндөр байх болно. Даавуун дээгүүр хөдөлж байх үед "долгионууд" -ын харагдах байдлыг ажиглаж болно.

Үүнтэй төстэй зүйл сансар огторгуйд тохиолддог. Аливаа хурдан хөдөлж буй асар том биет нь орон зай, цаг хугацааны нягтын хэлбэлзлийн эх үүсвэр болдог. Их хэмжээний далайцтай таталцлын долгион нь маш том масстай биетүүд эсвэл асар их хурдатгалтай хөдөлж байх үед үүсдэг.

Физик шинж чанар

Орон зай-цаг хугацааны хэмжигдэхүүн дэх хэлбэлзэл нь таталцлын талбайн өөрчлөлтөөр илэрдэг. Энэ үзэгдлийг өөрөөр хэлбэл орон зай-цаг хугацааны долгион гэж нэрлэдэг. Таталцлын долгион нь тулгарсан бие, объектод нөлөөлж, тэдгээрийг шахаж, сунгадаг. Деформацийн хэмжээ нь маш бага - анхны хэмжээнээс 10 -21 орчим байна. Энэ үзэгдлийг илрүүлэх бүх бэрхшээл нь судлаачид зохих тоног төхөөрөмж ашиглан ийм өөрчлөлтийг хэрхэн хэмжиж, бүртгэж сурах шаардлагатай байсан юм. Таталцлын цацрагийн хүч нь маш бага байдаг - бүх нарны аймгийн хувьд энэ нь хэд хэдэн киловатт юм.

Таталцлын долгионы тархалтын хурд нь дамжуулагч орчны шинж чанараас бага зэрэг хамаардаг. Хэлбэлзлийн далайц нь эх үүсвэрээс холдох тусам аажмаар багасдаг боловч хэзээ ч тэг хүрдэггүй. Давтамж нь хэдэн арваас хэдэн зуун герц хүртэл хэлбэлздэг. Од хоорондын орчин дахь таталцлын долгионы хурд нь гэрлийн хурдтай ойртдог.

Нөхцөл байдлын нотлох баримт

Таталцлын долгион байдгийг онолын хувьд анхны баталгааг Америкийн одон орон судлаач Жозеф Тейлор болон түүний туслах Рассел Хулс нар 1974 онд гаргажээ. Аресибо ажиглалтын төвийн (Пуэрто-Рико) радио телескоп ашиглан орчлон ертөнцийн уудам орон зайг судалж, судлаачид PSR B1913+16 пульсарыг нээсэн бөгөөд энэ нь нийтлэг массын төвийг тойрон тогтмол өнцгийн хурдаар эргэлддэг нейтрон оддын хоёртын систем юм. тохиолдол). Жил бүр 3.75 цаг байсан эргэлтийн хугацаа 70 мс-ээр багасдаг. Энэ утга нь таталцлын долгион үүсгэхэд зарцуулсан энергийн улмаас ийм системийн эргэлтийн хурд нэмэгдэхийг урьдчилан таамагласан харьцангуйн ерөнхий тэгшитгэлийн дүгнэлттэй бүрэн нийцэж байна. Дараа нь ижил төстэй зан авиртай хэд хэдэн давхар пульсар, цагаан одой олдсон. Радио одон орон судлаач Д.Тэйлор, Р.Хулс нар таталцлын талбайг судлах шинэ боломжуудыг нээснийхээ төлөө 1993 онд Физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ.

Таталцлын долгионоос зугтах

Таталцлын долгионыг илрүүлэх тухай анхны мэдэгдлийг 1969 онд Мэрилэндийн их сургуулийн эрдэмтэн Жозеф Вебер (АНУ) гаргажээ. Эдгээр зорилгын үүднээс тэрээр хоёр километрийн зайд тусгаарлагдсан өөрийн загварын хоёр таталцлын антеныг ашигласан. Резонансын детектор нь мэдрэгчтэй пьезоэлектрик мэдрэгчээр тоноглогдсон, чичиргээ сайн тусгаарласан хоёр метрийн хатуу хөнгөн цагаан цилиндр байв. Веберийн тэмдэглэсэн хэлбэлзлийн далайц нь хүлээгдэж буй хэмжээнээс сая дахин их байсан. Бусад эрдэмтдийн ижил төстэй төхөөрөмж ашиглан Америкийн физикчийн "амжилт" -ыг давтах гэсэн оролдлого эерэг үр дүнд хүрээгүй. Хэдэн жилийн дараа Веберийн энэ чиглэлээр хийсэн ажил нь боломжгүй гэж хүлээн зөвшөөрөгдсөн боловч "таталцлын тэсрэлт" -ийг хөгжүүлэхэд түлхэц өгсөн нь энэ чиглэлээр олон мэргэжилтнүүдийг татсан юм. Дашрамд хэлэхэд Жозеф Вебер өөрөө амьдралынхаа эцэс хүртэл таталцлын долгион хүлээн авсан гэдэгт итгэлтэй байсан.

Хүлээн авах төхөөрөмжийг сайжруулах

70-аад онд эрдэмтэн Билл Фэйрбанк (АНУ) SQUIDS - хэт мэдрэмтгий соронзон хэмжигч ашиглан хөргөсөн таталцлын долгионы антенны загварыг боловсруулсан. Тухайн үед бий болсон технологи нь зохион бүтээгчид өөрийн бүтээгдэхүүнээ "металл" -аар хийсэн байхыг харах боломжийг олгосонгүй.

Үндэсний Легнар лабораторийн (Итали, Падуа) Аурига гравитацийн детекторыг энэ зарчмаар бүтээжээ. Энэхүү загвар нь 3 метр урт, 0.6 м диаметртэй хөнгөн цагаан магнийн цилиндр дээр суурилж, 2.3 тонн жинтэй хүлээн авах төхөөрөмж нь бараг үнэмлэхүй тэг хүртэл хөргөлттэй тусгаарлагдсан вакуум камерт байрладаг. Цочролыг бүртгэх, илрүүлэхийн тулд туслах килограмм резонатор ба компьютерт суурилсан хэмжих цогцолборыг ашигладаг. Тоног төхөөрөмжийн мэдрэмтгий байдал нь 10-20 байна.

Интерферометр

Таталцлын долгионы хөндлөнгийн детекторуудын ажиллагаа нь Мишельсоны интерферометрийн ажилладаг зарчим дээр суурилдаг. Эх үүсвэрээс ялгарах лазер туяа нь хоёр урсгалд хуваагдана. Төхөөрөмжийн гарны дагуу олон удаа тусгаж, эргэлдсэний дараа урсгалыг дахин нэгтгэж, сүүлчийнх нь дээр үндэслэн аливаа эвдрэл (жишээлбэл, таталцлын долгион) цацрагийн урсгалд нөлөөлсөн эсэхийг шүүнэ. Үүнтэй төстэй тоног төхөөрөмжийг олон оронд бүтээсэн:

• GEO 600 (Ганновер, Герман). Вакум хонгилын урт нь 600 метр юм.
• TAMA (Япон) 300 м-ийн мөртэй.
• VIRGO (Пиза, Итали) нь 2007 онд хэрэгжиж эхэлсэн гурван километр туннель бүхий Франц-Италийн хамтарсан төсөл юм.
• 2002 оноос хойш таталцлын долгионыг хайж байгаа LIGO (АНУ, Номхон далайн эрэг).

Сүүлийнх нь илүү нарийвчлан авч үзэх нь зүйтэй юм.

LIGO Advanced

Уг төслийг Массачусетс болон Калифорнийн Технологийн хүрээлэнгийн эрдэмтдийн санаачилгаар бүтээжээ. Үүнд гурван мянган км-ийн зайтай, Вашингтон болон Вашингтон (Ливингстон, Ханфорд хотууд) гурван ижил интерферометр бүхий хоёр ажиглалтын төв багтдаг. Перпендикуляр вакуум хонгилын урт нь 4 мянган метр юм. Эдгээр нь одоогоор ажиллаж байгаа хамгийн том ийм байгууламжууд юм. 2011 он хүртэл таталцлын долгионыг илрүүлэх олон оролдлого ямар ч үр дүнд хүрээгүй. Гүйцэтгэсэн томоохон шинэчлэл (Advanced LIGO) нь 300-500 Гц-ийн мужид тоног төхөөрөмжийн мэдрэмжийг тав дахин, бага давтамжийн бүсэд (60 Гц хүртэл) бараг дарааллаар нэмэгдүүлж, Хүссэн үнэ цэнэ 10-21. Шинэчлэгдсэн төсөл нь 2015 оны 9-р сард хэрэгжиж эхэлсэн бөгөөд хамтын ажиллагааны мянга гаруй ажилтны хүчин чармайлт үр дүнд хүрсэн.

Таталцлын долгион илэрсэн

2015 оны 9-р сарын 14-нд 7 мс-ийн интервалтай дэвшилтэт LIGO детекторууд ажиглагдаж болох ертөнцийн захад болсон хамгийн том үйл явдал болох 29 ба 36 удаа масстай хоёр том хар нүх нийлсэнээс манай гаригт хүрэх таталцлын долгионыг бүртгэжээ. нарны массаас их. 1.3 тэрбум гаруй жилийн өмнө болсон энэ үйл явцын үеэр таталцлын долгион ялгаруулж, нарны 3 орчим массыг секундын хэдхэн минутын дотор зарцуулсан байна. Таталцлын долгионы бүртгэгдсэн анхны давтамж нь 35 Гц, хамгийн дээд оргил утга нь 250 Гц хүрчээ.

Хүлээн авсан үр дүнг дахин дахин иж бүрэн баталгаажуулалт, боловсруулалтанд хамруулж, олж авсан мэдээллийн өөр тайлбарыг сайтар арилгасан. Эцэст нь Эйнштейний таамаглаж байсан үзэгдлийн шууд бүртгэлийг өнгөрсөн жил дэлхийн хамтын нийгэмлэгт зарлав.

Судлаачдын титаник ажлыг харуулсан баримт: интерферометрийн гарны хэмжээсийн хэлбэлзлийн далайц нь 10-19 м байв - энэ утга нь атомын диаметрээс хэд дахин бага, учир нь атом өөрөө атомын диаметрээс бага байдаг. жүрж.

Ирээдүйн хэтийн төлөв

Энэхүү нээлт нь Харьцангуйн ерөнхий онол бол зүгээр нэг хийсвэр томьёоны багц биш, харин таталцлын долгионы мөн чанар, таталцлын хүчний талаарх цоо шинэ ойлголт гэдгийг дахин нэг удаа баталж байна.

Цаашдын судалгаагаар эрдэмтэд ELSA төсөлд их найдаж байна: таталцлын талбайн бага зэргийн эвдрэлийг илрүүлэх чадвартай, 5 сая км орчим гартай аварга том тойрог замын интерферометр бүтээх. Энэ чиглэлийн ажлыг идэвхжүүлснээр орчлон ертөнцийн хөгжлийн үндсэн үе шатууд, уламжлалт мужид ажиглахад хэцүү эсвэл боломжгүй үйл явцын талаар олон шинэ зүйлийг хэлж чадна. Ирээдүйд таталцлын долгион нь илрэх хар нүхнүүд өөрсдийн мөн чанарын талаар их зүйлийг өгүүлнэ гэдэгт эргэлзэхгүй байна.

Их тэсрэлтээс хойшхи манай ертөнцийн анхны мөчүүдийг хэлж чадах сансрын богино долгионы арын цацрагийг судлахын тулд илүү мэдрэмтгий сансрын багажууд шаардлагатай болно. Ийм төсөл байдаг ( Их тэсрэлтийн ажиглагч), гэхдээ шинжээчдийн үзэж байгаагаар үүнийг 30-40 жилийн дараа хэрэгжүүлэх боломжтой.

Таталцлын талбайн тэнцвэрт байдалд байгаа шингэний чөлөөт гадаргуу нь тэгш байна. Хэрэв гадны зарим нөлөөний нөлөөн дор шингэний гадаргуу тэнцвэрт байдлаасаа салж байвал шингэн дотор хөдөлгөөн үүсдэг. Энэ хөдөлгөөн нь таталцлын талбайн үйлчлэлээр үүсдэг тул таталцлын долгион гэж нэрлэгддэг долгион хэлбэрээр шингэний бүх гадаргуугийн дагуу тархах болно. Таталцлын долгион нь шингэний гадаргуу дээр голчлон үүсдэг бөгөөд түүний дотоод давхаргыг барих тусам эдгээр давхарга илүү гүнд байрладаг.

Шингэний хэсгүүдийн хөдөлгөөний хурд маш бага тул Эйлерийн тэгшитгэл дэх нэр томъёог үл тоомсорлож болох таталцлын долгионыг энд авч үзэх болно. Энэ нөхцөл нь физикийн хувьд ямар утгатай болохыг олж мэдэхэд хялбар юм. Долгион дахь шингэн хэсгүүдийн хэлбэлзлийн дарааллаар тодорхой хугацааны туршид эдгээр бөөмс нь долгионы далайцын дарааллаар зайг туулдаг тул хөдөлгөөний хурд нь Хурдны дарааллаар явагддаг. ​v нь долгионы тархалтын чиглэлийн дагуу магнитудын дарааллаар цаг хугацааны интервалаар, зайд (- урт долгион) мэдэгдэхүйц өөрчлөгддөг. Тиймээс цаг хугацааны хувьд хурдны дериватив нь магнитудын дарааллаар, координатын хувьд дараалалтай байна Иймээс нөхцөл нь шаардлагад тэнцүү байна.

өөрөөр хэлбэл долгион дахь хэлбэлзлийн далайц нь долгионы урттай харьцуулахад бага байх ёстой. § 9-д бид хөдөлгөөний тэгшитгэл дэх нэр томъёог үл тоомсорлож болох юм бол шингэний хөдөлгөөн нь боломжит гэдгийг бид харсан. Шингэнийг шахагдах боломжгүй гэж үзвэл (10.6) ба (10.7) тэгшитгэлийг ашиглаж болно. (10.7) тэгшитгэлд бид одоо хурдны квадратыг агуулсан нэр томъёог үл тоомсорлож болно; Таталцлын талбарт нэр томъёог оруулж, нэвтрүүлснээр бид дараахь зүйлийг олж авна.

(12,2)

Бид тэнхлэгийг ердийнх шигээ босоогоор дээш, x, y хавтгайд бид шингэний тэнцвэрт тэгш гадаргууг сонгоно.

Бид тэмдэглэнэ - шингэний гадаргуу дээрх цэгүүдийн координатыг ; нь х, у координат ба t хугацааны функц юм. Тэнцвэрт шингэн гадаргуу нь хэлбэлзэх үед босоо шилжилт хөдөлгөөнтэй байдаг.

Шингэний гадаргуу дээр тогтмол даралт үйлчилнэ (12.2) -ын дагуу бид гадаргуу дээр байна

Потенциалыг дахин тодорхойлох замаар (түүн дээр координатаас хамааралгүй хэмжигдэхүүнийг нэмэх замаар) тогтмолыг арилгаж болно. Дараа нь шингэний гадаргуу дээрх нөхцөл байдал хэлбэрийг авна.

Долгион дахь хэлбэлзлийн далайц бага байгаа нь шилжилт бага байна гэсэн үг юм. Иймээс бид ижил төстэй байдлаар гадаргуугийн цэгүүдийн хөдөлгөөний хурдны босоо бүрэлдэхүүн хэсэг нь шилжилтийн үеийн деривативтай давхцаж байна гэж үзэж болно.

Хэлбэлзэл бага тул энэ нөхцөлд деривативын утгыг авах боломжтой тул таталцлын долгион дахь хөдөлгөөнийг тодорхойлдог дараах тэгшитгэлийн системийг олж авна.

Шингэний гадаргуу дээрх долгионыг бид хязгааргүй гэж үзэх болно. Бид мөн долгионы урт нь шингэний гүнтэй харьцуулахад бага байна гэж үзэх болно; Дараа нь шингэнийг хязгааргүй гүн гэж үзэж болно. Тиймээс бид хажуугийн хил болон шингэний ёроолд хилийн нөхцлүүдийг бичдэггүй.

Тэнхлэгийн дагуу тархах таталцлын долгионыг авч үзье, ийм долгионд бүх хэмжигдэхүүн нь y координатаас хамаардаггүй. Бид цаг ба координат х-ийн энгийн үечилсэн функц болох шийдлийг хайх болно.

Энд ( - мөчлөгийн давтамж (бид үүнийг энгийн давтамж гэж ярих болно), k - долгионы долгионы вектор, долгионы урт. Энэ илэрхийллийг тэгшитгэлд орлуулж, функцийн тэгшитгэлийг олж авна.

Шингэний гүнд задрах уусмал (жишээ нь: ):

Бид мөн хилийн нөхцөлийг (12.5) нөхөх ёстой бөгөөд үүнд (12.5) орсноор b давтамж ба долгионы вектор (эсвэл тэдний хэлснээр долгионы тархалтын хууль) хоорондын холболтыг олно.

Шингэн дэх хурдны тархалтыг координатын дагуу потенциалыг ялгах замаар олж авна.

Шингэний гүн рүү хурд нь экспоненциалаар буурч байгааг бид харж байна. Орон зайн өгөгдсөн цэг бүрт (өөрөөр хэлбэл өгөгдсөн x, z-ийн хувьд) хурдны вектор нь x хавтгайд жигд эргэлдэж, хэмжээ нь тогтмол хэвээр байна.

Долгион дахь шингэний хэсгүүдийн траекторийг мөн тодорхойлъё. Шингэний хөдөлж буй бөөмийн координатыг (сансар огторгуйн тогтсон цэгийн координат биш) x, z-ээр түр зуур, мөн бөөмийн тэнцвэрийн байрлалын x утгыг -ээр тэмдэглэе. Дараа нь (12.8)-ийн баруун талд хэлбэлзэл бага байдгийг ашиглан -ын оронд ойролцоогоор бичиж болно. Цаг хугацаа өнгөрөхөд интеграци нь дараахь зүйлийг өгдөг.

Тиймээс шингэний хэсгүүд нь шингэний гүн рүү экспоненциалаар багасдаг радиустай цэгүүдийн тойргийг дүрсэлдэг.

§ 67-д үзүүлснээр долгионы тархалтын U хурд тэнцүү байна. Энд орлуулснаар хязгааргүй гүн шингэний хязгааргүй гадаргуу дээрх таталцлын долгионы тархалтын хурд нь тэнцүү байна.

Энэ нь долгионы урт нэмэгдэх тусам нэмэгддэг.

Таталцлын урт долгион

Шингэний гүнтэй харьцуулахад урт нь бага байдаг таталцлын долгионыг авч үзээд бид одоо шингэний гүнтэй харьцуулахад урт нь том долгионы эсрэг хязгаарлагдмал тохиолдол дээр анхаарлаа хандуулж байна.

Ийм долгионыг урт гэж нэрлэдэг.

Эхлээд суваг дахь урт долгионы тархалтыг авч үзье. Бид сувгийн уртыг (x тэнхлэгийн дагуу чиглүүлсэн) хязгааргүй гэж үзэх болно Сувгийн хөндлөн огтлол нь дурын хэлбэртэй байж болох бөгөөд уртын дагуу өөр өөр байж болно. Суваг дахь шингэний хөндлөн огтлолын талбайг долгионы урттай харьцуулахад сувгийн гүн ба өргөнийг бага гэж үздэг.

Бид энд шингэн нь сувгийн дагуу хөдөлдөг уртааш урт долгионыг авч үзэх болно. Ийм долгионы хувьд сувгийн уртын дагуух хурдны бүрэлдэхүүн хэсэг нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй харьцуулахад их байдаг

Энгийн v-г тэмдэглэж, жижиг нөхцлүүдийг орхигдуулбал Эйлерийн тэгшитгэлийн бүрэлдэхүүн хэсгийг дараах байдлаар бичиж болно.

a-бүрэлдэхүүн хэсэг - хэлбэрээр

(долгионы далайц бага хэвээр байгаа тул бид хурдны квадрат нэр томъёог орхигдуулсан). Хоёр дахь тэгшитгэлээс бид чөлөөт гадаргуу дээр ) байх ёстой гэдгийг тэмдэглэж байна

Энэ илэрхийллийг эхний тэгшитгэлд орлуулснаар бид дараахь зүйлийг олж авна.

Хоёр үл мэдэгдэх зүйлийг тодорхойлох хоёр дахь тэгшитгэлийг тасралтгүй байдлын тэгшитгэлийг гаргахтай төстэй аргаар гаргаж болно. Энэ тэгшитгэл нь үндсэндээ авч үзэж буй тохиолдолд хэрэглэгдэх тасралтгүй байдлын тэгшитгэл юм. Бие биенээсээ хол зайд байрлах сувгийн хоёр хөндлөн огтлолын хавтгайн хооронд хаагдсан шингэний эзэлхүүнийг авч үзье. Нэгж цаг хугацааны дотор нэг хавтгайгаар үүнтэй тэнцэх хэмжээний шингэний хэмжээ орж, нөгөө хавтгайгаар гадагш гарах тул хоёр онгоцны хоорондох шингэний хэмжээ өөрчлөгдөнө