Hari resmi penemuan (deteksi) gelombang gravitasi adalah 11 Februari 2016. Saat itulah, pada konferensi pers di Washington, para pemimpin kolaborasi LIGO mengumumkan bahwa tim peneliti telah berhasil merekam fenomena ini untuk pertama kalinya dalam sejarah umat manusia.
Nubuat Einstein yang agung
Bahkan pada awal abad terakhir (1916), Albert Einstein menyatakan bahwa gelombang gravitasi ada dalam kerangka Teori Relativitas Umum (GR) yang dirumuskan olehnya. Seseorang hanya dapat mengagumi kemampuan brilian dari fisikawan terkenal, yang, dengan data nyata yang minimal, mampu menarik kesimpulan yang begitu luas. Di antara banyak fenomena fisik yang diprediksi lainnya yang dikonfirmasi pada abad berikutnya (memperlambat aliran waktu, mengubah arah radiasi elektromagnetik di medan gravitasi, dll.), tidak mungkin untuk secara praktis mendeteksi keberadaan jenis gelombang ini. interaksi tubuh sampai saat ini.
Gravitasi adalah ilusi?
Secara umum, dalam terangTeori relativitas hampir tidak bisa menyebut gravitasi sebagai gaya. Ini adalah konsekuensi dari gangguan atau kelengkungan kontinum ruang-waktu. Contoh bagus yang menggambarkan postulat ini adalah selembar kain yang diregangkan. Di bawah berat benda besar yang ditempatkan di permukaan seperti itu, ceruk terbentuk. Objek lain yang bergerak di dekat anomali ini akan mengubah lintasan pergerakannya, seolah-olah "tertarik". Dan semakin besar berat benda (semakin besar diameter dan kedalaman kelengkungan), semakin tinggi “gaya tarik-menarik”. Saat bergerak melalui kain, Anda dapat mengamati munculnya "riak" yang berbeda.
Hal serupa terjadi di ruang dunia. Setiap materi masif yang bergerak cepat merupakan sumber fluktuasi kepadatan ruang dan waktu. Gelombang gravitasi dengan amplitudo yang signifikan, dibentuk oleh benda dengan massa yang sangat besar atau ketika bergerak dengan percepatan yang sangat besar.
Ciri fisik
Fluktuasi metrik ruang-waktu memanifestasikan dirinya sebagai perubahan dalam medan gravitasi. Fenomena ini disebut riak ruang-waktu. Gelombang gravitasi bekerja pada benda dan benda yang ditemui, mengompresi dan meregangkannya. Nilai deformasi sangat kecil - sekitar 10-21 dari ukuran aslinya. Seluruh kesulitan mendeteksi fenomena ini adalah bahwa para peneliti harus belajar bagaimana mengukur dan mencatat perubahan tersebut dengan bantuan peralatan yang sesuai. Kekuatan radiasi gravitasi juga sangat kecil - untuk seluruh tata surya itubeberapa kilowatt.
Kecepatan rambat gelombang gravitasi sedikit bergantung pada sifat-sifat medium penghantar. Amplitudo osilasi secara bertahap berkurang dengan jarak dari sumber, tetapi tidak pernah mencapai nol. Frekuensi terletak pada kisaran dari beberapa puluh hingga ratusan hertz. Kecepatan gelombang gravitasi di medium antarbintang mendekati kecepatan cahaya.
Bukti tidak langsung
Untuk pertama kalinya, konfirmasi teoritis tentang keberadaan gelombang gravitasi diperoleh oleh astronom Amerika Joseph Taylor dan asistennya Russell Hulse pada tahun 1974. Mempelajari bentangan alam semesta menggunakan teleskop radio Observatorium Arecibo (Puerto Rico), para peneliti menemukan pulsar PSR B1913 + 16, yang merupakan sistem biner bintang neutron yang berputar di sekitar pusat massa bersama dengan kecepatan sudut konstan (kasus yang agak jarang). Setiap tahun, periode revolusi, yang semula 3,75 jam, berkurang 70 ms. Nilai ini cukup konsisten dengan kesimpulan dari persamaan GR yang memprediksi peningkatan kecepatan rotasi sistem tersebut karena pengeluaran energi untuk pembangkitan gelombang gravitasi. Selanjutnya, beberapa pulsar ganda dan katai putih dengan perilaku serupa ditemukan. Astronom radio D. Taylor dan R. Hulse dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1993 karena menemukan kemungkinan baru untuk mempelajari medan gravitasi.
Lolos dari gelombang gravitasi
Pernyataan pertama tentangDeteksi gelombang gravitasi datang dari ilmuwan Universitas Maryland Joseph Weber (AS) pada tahun 1969. Untuk tujuan ini, ia menggunakan dua antena gravitasi desainnya sendiri, dipisahkan oleh jarak dua kilometer. Detektor resonansi adalah silinder aluminium dua meter satu bagian bergetar baik yang dilengkapi dengan sensor piezoelektrik sensitif. Amplitudo fluktuasi yang diduga direkam oleh Weber ternyata lebih dari satu juta kali lebih tinggi dari nilai yang diharapkan. Upaya ilmuwan lain menggunakan peralatan semacam itu untuk mengulangi "keberhasilan" fisikawan Amerika itu tidak membawa hasil positif. Beberapa tahun kemudian, pekerjaan Weber di bidang ini diakui sebagai tidak dapat dipertahankan, tetapi memberikan dorongan untuk pengembangan "ledakan gravitasi" yang menarik banyak spesialis ke bidang penelitian ini. Omong-omong, Joseph Weber sendiri yakin sampai akhir hayatnya bahwa ia menerima gelombang gravitasi.
Peningkatan peralatan penerima
Pada tahun 70-an, ilmuwan Bill Fairbank (AS) mengembangkan desain antena gelombang gravitasi yang didinginkan oleh helium cair menggunakan cumi-cumi - magnetometer supersensitif. Teknologi yang ada pada saat itu tidak memungkinkan penemu untuk melihat produknya, diwujudkan dalam "logam".
Detektor gravitasi Auriga dibuat dengan cara ini di Laboratorium Legnard Nasional (Padua, Italia). Desainnya didasarkan pada silinder aluminium-magnesium, panjang 3 meter dan diameter 0,6 m. Perangkat penerima dengan berat 2,3 tontersuspensi dalam ruang vakum terisolasi didinginkan hampir nol mutlak. Resonator kilogram tambahan dan kompleks pengukuran berbasis komputer digunakan untuk memperbaiki dan mendeteksi getaran. Sensitivitas peralatan yang dideklarasikan 10-20.
Interferometer
Pengoperasian detektor interferensi gelombang gravitasi didasarkan pada prinsip yang sama dengan interferometer Michelson. Sinar laser yang dipancarkan oleh sumber dibagi menjadi dua aliran. Setelah beberapa refleksi dan perjalanan di sepanjang bahu perangkat, aliran kembali disatukan, dan gambar interferensi akhir digunakan untuk menilai apakah ada gangguan (misalnya, gelombang gravitasi) yang memengaruhi arah sinar. Peralatan serupa telah dibuat di banyak negara:
- GEO 600 (Hanover, Jerman). Panjang terowongan vakum adalah 600 meter.
- TAMA (Jepang) bahu 300m
- VIRGO (Pisa, Italia) adalah proyek gabungan Prancis-Italia yang diluncurkan pada tahun 2007 dengan terowongan sepanjang 3 km.
- LIGO (AS, Pantai Pasifik), berburu gelombang gravitasi sejak 2002.
Yang terakhir layak untuk dipertimbangkan secara lebih rinci.
LIGO Lanjutan
Proyek ini diprakarsai oleh para ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology dan California Institute of Technology. Termasuk dua observatorium yang dipisahkan oleh 3 ribu km, di negara bagian Louisiana dan Washington (kota Livingston dan Hanford) dengan tiga interferometer yang identik. Panjang vakum tegak lurusterowongan adalah 4 ribu meter. Ini adalah struktur terbesar yang saat ini beroperasi. Hingga 2011, berbagai upaya untuk mendeteksi gelombang gravitasi tidak membuahkan hasil. Modernisasi signifikan yang dilakukan (Lanjutan LIGO) meningkatkan sensitivitas peralatan di kisaran 300-500 Hz lebih dari lima kali, dan di wilayah frekuensi rendah (hingga 60 Hz) hampir dalam urutan besarnya, mencapai nilai yang didambakan 10-21. Proyek yang diperbarui dimulai pada September 2015, dan upaya lebih dari seribu kolaborator membuahkan hasil.
Gelombang gravitasi terdeteksi
Pada 14 September 2015, detektor LIGO canggih dengan interval 7 ms merekam gelombang gravitasi yang mencapai planet kita dari fenomena terbesar yang terjadi di pinggiran Alam Semesta yang dapat diamati - penggabungan dua lubang hitam besar dengan massa 29 dan 36 kali massa Matahari. Selama proses, yang berlangsung lebih dari 1,3 miliar tahun yang lalu, sekitar tiga massa matahari dihabiskan untuk radiasi gelombang gravitasi dalam hitungan sepersekian detik. Frekuensi awal gelombang gravitasi tercatat sebesar 35 Hz, dan nilai puncak maksimumnya mencapai 250 Hz.
Hasil yang diperoleh berulang kali mengalami verifikasi dan pemrosesan yang komprehensif, interpretasi alternatif dari data yang diperoleh dipotong dengan hati-hati. Akhirnya, pada 11 Februari tahun lalu, pendaftaran langsung fenomena yang diprediksi oleh Einstein diumumkan kepada masyarakat dunia.
Fakta yang menggambarkan pekerjaan raksasa para peneliti: amplitudo fluktuasi dimensi lengan interferometer adalah 10-19m - nilai ini jauh lebih kecil daripada diameter atom karena lebih kecil dari jeruk
Prospek lebih lanjut
Penemuan ini sekali lagi menegaskan bahwa Teori Relativitas Umum bukan hanya sekumpulan rumus abstrak, tetapi pandangan baru yang fundamental pada esensi gelombang gravitasi dan gravitasi secara umum.
Dalam penelitian lebih lanjut, para ilmuwan memiliki harapan besar untuk proyek ELSA: penciptaan interferometer orbital raksasa dengan lengan sekitar 5 juta km, yang mampu mendeteksi bahkan gangguan kecil pada medan gravitasi. Intensifikasi pekerjaan ke arah ini dapat memberi tahu banyak tentang tahapan utama dalam pengembangan Semesta, tentang proses yang sulit atau tidak mungkin untuk diamati dalam pita tradisional. Tidak diragukan lagi bahwa lubang hitam, yang gelombang gravitasinya akan diperbaiki di masa depan, akan memberi tahu banyak tentang sifatnya.
Untuk mempelajari radiasi gravitasi peninggalan, yang dapat memberi tahu tentang momen pertama dunia kita setelah Big Bang, diperlukan instrumen luar angkasa yang lebih sensitif. Proyek semacam itu ada (Pengamat Big Bang), tetapi implementasinya, menurut para ahli, dimungkinkan tidak lebih awal dari dalam 30-40 tahun.
