11 февраля 2016

На гребне волны

Ученые подтвердили теорию относительности Эйнштейна, обнаружив гравитационные волны

Открытие произошло 14 сентября 2015 года – многочисленные проверки и расчеты указывают на то, что ученым удалось зафиксировать волну, порождённую столкновением двух черных дыр массой примерно в 30 солнечных каждая, сообщила американская обсерватория LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory). Существование гравитационных волн — практически последнее важное следствие созданной сто лет назад теории относительности Эйнштейна. На эту теорию опирается вся современная физика и астрономия. Однако научный подход к изучению мира таков, что любая, даже очень стройная теория — ничто, пока ее не удается подтвердить на практике. В этой связи подтверждение существования гравитационных волн — по-настоящему эпохальное событие.

Мы, конечно, могли остановиться на том, что гравитационные волны — это очень важно, но очень сложно. Все так, но мы рискнем еще и объяснить.

Гравитационные волны порождаются объектами, имеющими массу, если они движутся ускоренно. Напомним, что разгоняющийся или тормозящий по прямой траектории предмет — это только частный случай ускоренного движения. Скорость может меняться не только по величине, но и по направлению. А потому и прыгающий вверх-вниз мяч, и кресло равномерно вращающейся карусели движутся ускоренно.

Хороший вопрос в том, отчего явление гравитационных волн так трудно доказать, если абсолютно все вокруг имеет массу и куда-то движется. Коль скоро теория Эйнштейна верна, то, даже моргая, мы начинаем «гнать волну». Но даже упавший рядом с вами Эверест не создал бы заметной гравитационной волны. В сравнении с силой, которая порождает хорошо нам известные электромагнитные волны, сила гравитации очень слаба — в 1040 степени раз. Даже разница между диаметром вашей головы и диаметром всей известной нам части Вселенной можно выразить во многие триллионы раз меньшим числом — 1027.

Мало-мальски заметную гравитационную волну могут породить только очень массивные объекты — например, гигантские звезды или черные дыры. При этом они должны еще и двигаться с очень большим ускорением — вполне годятся катастрофы вроде взрывов и столкновений. Подходящих явлений нет ни в Солнечной системе, ни по близости от нее. И чем дальше источник волны, тем труднее ее «поймать».

Для ловли гравитационных волн на Земле используют четырёхкилометровые, очень сложные и сверхточные научные установки. И вот на такой комплекс гравитационная волна, созданная далеким катаклизмом галактического масштаба, окажет лишь ничтожное едва заметное воздействие. Именно поэтому более 10 лет обсерватория LIGO ничего не могла уловить. И вот, кажется, случилось. Две черные дыры, каждая из которых имеет размер в примерно в 150 километров и массу, в 30 раз превышающуюю массу Солнца, столкнулись на скорости примерно в 150 000 км/с — это половина скорости света. Расстояние до этой парочки, которая теперь составляет единое целое, — примерно 1,3 млрд световых лет.

  • LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) — американская обсерватория, исследование гравитации на которой ведут около тысячи ученых из нескольких стран, включая Россию.

Подписка на новости

Новое и лучшее