Hnub tseem ceeb ntawm kev tshawb pom (nrhiav) ntawm gravitational nthwv dej yog Lub Ob Hlis 11, 2016. Nws yog thaum ntawd, ntawm lub rooj sib tham hauv Washington, uas cov thawj coj ntawm LIGO kev koom tes tshaj tawm tias ib pab neeg tshawb fawb tau ua tiav hauv kev sau cov xwm txheej no thawj zaug hauv keeb kwm ntawm noob neej.
Cov lus faj lem ntawm tus yawm Einstein
Txawm tias thaum pib ntawm ib puas xyoo dhau los (1916), Albert Einstein tau hais tias cov nthwv dej gravitational muaj nyob rau hauv lub moj khaum ntawm General Theory of Relativity (GR) tsim los ntawm nws. Ib tug tsuas yog xav tsis thoob ntawm lub peev xwm ci ntsa iab ntawm tus naas ej physicist, uas, nrog tsawg kawg ntawm cov ntaub ntawv tiag tiag, muaj peev xwm kos cov lus xaus. Ntawm ntau lwm qhov kev kwv yees lub cev tshwm sim uas tau lees paub nyob rau hauv lub xyoo pua tom ntej (kev ua kom qeeb ntawm lub sijhawm, hloov cov kev taw qhia ntawm hluav taws xob hluav taws xob hauv qhov chaw gravitational, thiab lwm yam), nws tsis tuaj yeem ua kom pom qhov muaj ntawm hom nthwv dej no. kev sib cuam tshuam ntawm lub cev mus txog rau tam sim no.
Kev nqus yog qhov kev xav tsis zoo?
Feem ntau, hauv qhov kajTxoj kev xav ntawm kev sib raug zoo tsis tuaj yeem hu lub ntiajteb txawj nqus ib lub zog. Qhov no yog qhov tshwm sim ntawm perturbation los yog curvature ntawm qhov chaw-lub sij hawm txuas ntxiv. Ib qho piv txwv zoo piav qhia txog qhov postulate no yog ib daim ntaub stretched. Nyob rau hauv qhov hnyav ntawm ib qho khoom loj tso rau ntawm qhov chaw, ib qho chaw so yog tsim. Lwm yam khoom txav ze ntawm qhov tsis txaus ntseeg no yuav hloov txoj hauv kev ntawm lawv txoj kev txav mus los, zoo li yog "kev nyiam". Thiab qhov ntau dua qhov hnyav ntawm cov khoom (qhov ntau dua qhov kab thiab qhov tob ntawm qhov curvature), qhov siab dua "kev quab yuam ntawm kev nyiam". Thaum nws txav mus los ntawm cov ntaub, koj tuaj yeem pom qhov pom ntawm qhov sib txawv "ripple".
Ib yam zoo sib xws tshwm sim hauv ntiaj teb qhov chaw. Ib qho teeb meem loj uas txav nrawm nrawm yog qhov hloov pauv ntawm qhov ceev ntawm qhov chaw thiab lub sijhawm. Lub gravitational nthwv dej nrog lub amplitude tseem ceeb, tsim los ntawm lub cev nrog cov huab cua loj heev lossis thaum tsiv nrog kev nrawm nrawm.
Lub cev yam ntxwv
Qhov kev hloov pauv ntawm qhov chaw-lub sijhawm metric qhia lawv tus kheej raws li kev hloov pauv hauv thaj chaw gravitational. Qhov no tshwm sim yog lwm yam hu ua space-time ripples. Lub gravitational yoj ua rau ntawm lub cev thiab cov khoom uas tau ntsib, compressing thiab ncab lawv. Tus nqi deformation tsawg heev - txog 10-21 los ntawm qhov loj me. Tag nrho qhov nyuaj ntawm kev kuaj pom qhov tshwm sim no yog cov kws tshawb fawb yuav tsum tau kawm paub ntsuas thiab sau cov kev hloov pauv no nrog kev pab ntawm cov cuab yeej tsim nyog. Lub zog ntawm gravitational hluav taws xob kuj tseem me me - rau tag nrho lub hnub ci nws yogob peb kilowatts.
Qhov nrawm ntawm kev nthuav tawm ntawm cov nthwv dej gravitational me ntsis nyob ntawm cov khoom ntawm qhov nruab nrab. Lub oscillation amplitude maj mam txo nrog kev ncua deb ntawm qhov chaw, tab sis yeej tsis ncav cuag xoom. Qhov zaus nyob hauv thaj tsam ntawm ntau kaum mus rau pua pua ntawm hertz. Qhov ceev ntawm gravitational nthwv dej nyob rau hauv nruab nrab interstellar yog nce mus txog qhov ceev ntawm lub teeb.
Cov pov thawj tseeb
Thawj zaug, qhov kev lees paub ntawm kev muaj sia nyob ntawm lub ntiajteb txawj nqus tau txais los ntawm American astronomer Joseph Taylor thiab nws tus pab cuam Russell Hulse hauv xyoo 1974. Kawm txog kev nthuav dav ntawm lub Ntiaj Teb siv lub xov tooj cua telescope ntawm Arecibo Observatory (Puerto Rico), cov kws tshawb fawb tau tshawb pom lub pulsar PSR B1913 + 16, uas yog ib qho binary system ntawm neutron hnub qub tig ib ncig ntawm ib qho chaw nruab nrab ntawm huab hwm coj nrog lub nrawm nrawm nrawm (ib rooj plaub uas tsis tshua muaj). Txhua xyoo, lub sijhawm hloov pauv, uas yog thawj 3.75 teev, raug txo los ntawm 70 ms. Tus nqi no zoo ib yam nrog cov lus xaus los ntawm GR qhov sib npaug kwv yees qhov nce ntawm kev sib hloov ceev ntawm cov tshuab no vim yog kev siv hluav taws xob rau tiam ntawm gravitational nthwv dej. Tom qab ntawd, ob peb lub pulsars thiab dawb dwarfs nrog tus cwj pwm zoo sib xws tau pom. Xov tooj cua astronomers D. Taylor thiab R. Hulse tau txais txiaj ntsig Nobel nqi zog hauv Physics hauv 1993 rau kev tshawb pom muaj peev xwm tshiab rau kev kawm gravitational fields.
Txoj kev nqus nqus dej
Thawj nqe lus hais txogKev tshawb pom ntawm lub ntiajteb txawj nqus los ntawm University of Maryland tus kws tshawb fawb Joseph Weber (USA) xyoo 1969. Rau cov hom phiaj no, nws siv ob lub kav hlau txais xov gravitational ntawm nws tus kheej tsim, sib cais los ntawm qhov deb ntawm ob kilometers. Lub resonant ntes yog ib qho zoo-vibrated ib-thooj ob-meter txhuas lub tog raj kheej nruab nrog rhiab piezoelectric sensors. Lub amplitude ntawm qhov kev hloov pauv tau raug kaw los ntawm Weber tau dhau los ua ntau tshaj li ib lab npaug siab dua li qhov xav tau. Kev sim los ntawm lwm cov kws tshawb fawb siv cov cuab yeej zoo li no los rov ua "kev vam meej" ntawm American physicist tsis coj cov txiaj ntsig zoo. Ob peb xyoos tom qab, Weber txoj haujlwm hauv cheeb tsam no tau lees paub tias tsis tuaj yeem, tab sis tau muab lub zog rau txoj kev loj hlob ntawm "gravitational boom" uas nyiam ntau tus kws tshaj lij rau thaj tsam ntawm kev tshawb fawb no. Los ntawm txoj kev, Joseph Weber nws tus kheej tau paub tseeb txog thaum kawg ntawm nws cov hnub uas nws tau txais nthwv dej nqus.
Txhim kho cov khoom tau txais
Nyob rau xyoo 70s, tus kws tshawb fawb Bill Fairbank (Tebchaws USA) tau tsim cov qauv ntawm cov kav hlau txais xov gravitational yoj cua txias los ntawm cov kua helium siv SQUIDs - supersensitive magnetometers. Cov thev naus laus zis uas muaj nyob rau lub sijhawm ntawd tsis pub tus neeg tsim khoom pom nws cov khoom, paub txog "hlau".
Lub gravitational detector Auriga tau ua nyob rau hauv txoj kev no ntawm National Legnard Laboratory (Padua, Ltalis). Tus tsim yog raws li ib tug txhuas-magnesium lub tog raj kheej, 3 meters ntev thiab 0.6 m nyob rau hauv txoj kab uas hla. Ib tug txais khoom hnyav 2.3 tons.tshem tawm nyob rau hauv ib qho kev cais chamber txias txias yuav luag rau xoom. Lub auxiliary kilogram resonator thiab lub computer-based ntsuas complex yog siv los kho thiab xyuas qhov kev vibrations. Tshaj tawm cov khoom rhiab heev 10-20.
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Interferometers
Kev ua haujlwm ntawm kev cuam tshuam cov cuab yeej ntawm cov nthwv dej gravitational yog ua raws tib lub hauv paus ntsiab lus raws li Michelson interferometer. Lub laser beam emitted los ntawm qhov chaw muab faib ua ob kwj. Tom qab ntau qhov kev xav thiab taug kev raws lub xub pwg nyom ntawm lub cuab yeej, cov kwj deg tau rov qab los ua ke, thiab cov duab cuam tshuam zaum kawg yog siv los txiav txim seb puas muaj kev cuam tshuam (piv txwv li, nthwv dej gravitational) cuam tshuam rau cov kab hluav taws xob. Cov cuab yeej zoo sib xws tau tsim nyob rau ntau lub tebchaws:
- GEO 600 (Hanover, Germany). Qhov ntev ntawm lub tshuab nqus tsev qhov yog 600 meters.
- TAMA (Nyiv) 300m xub pwg
- VIRGO (Pisa, Ltalis) yog kev sib koom ua haujlwm Franco-Italian tau tsim tawm xyoo 2007 nrog 3km qhov.
- LIGO (USA, Pacific ntug dej hiav txwv), yos hav zoov rau lub ntiajteb txawj nqus txij thaum 2002.
kawg yog tsim nyog xav paub ntxiv.
LIGO Advanced
Qhov project yog pib los ntawm cov kws tshawb fawb los ntawm Massachusetts Institute of Technology thiab California Institute of Technology. suav nrog ob lub chaw soj ntsuam sib cais los ntawm 3 txhiab km, hauv xeev Louisiana thiab Washington (lub nroog ntawm Livingston thiab Hanford) nrog peb qhov sib txawv interferometers. Ntev ntawm perpendicular nqus tsev vacuumtunnels yog 4 txhiab meters. Cov no yog cov qauv loj tshaj plaws uas tam sim no ua haujlwm. Txog xyoo 2011, ntau qhov kev sim ntsuas lub ntiajteb txawj nqus tsis tau ua tiav. Qhov tseem ceeb ntawm kev hloov kho tshiab tau ua tiav (Advanced LIGO) tau nce qhov kev xav ntawm cov khoom siv hauv thaj tsam ntawm 300-500 Hz los ntawm ntau tshaj tsib zaug, thiab hauv cheeb tsam tsawg zaus (txog 60 Hz) los ntawm yuav luag qhov kev txiav txim ntawm qhov loj, ncav cuag xws li tus nqi siab 10-21. Txoj haujlwm tshiab tau pib thaum lub Cuaj Hlis 2015, thiab kev siv zog ntawm ntau tshaj li ib txhiab tus neeg koom tes tau txais txiaj ntsig nrog cov txiaj ntsig.
Lub ntiajteb txawj nqus tsis pom
Lub Cuaj Hlis 14, 2015, cov cuab yeej LIGO siab heev nrog lub sijhawm ntawm 7 ms tau sau cov nthwv dej gravitational uas tau mus txog peb lub ntiaj teb los ntawm qhov tshwm sim loj tshaj plaws uas tshwm sim nyob rau sab nrauv ntawm lub ntiaj teb pom - kev sib koom ua ke ntawm ob lub qhov dub loj nrog ntau pawg 29 thiab 36 npaug ntawm lub hnub. Thaum lub sijhawm txheej txheem, uas tau tshwm sim ntau dua 1.3 billion xyoo dhau los, kwv yees li peb lub hnub ci loj ntawm cov teeb meem tau siv rau ntawm cov hluav taws xob ntawm lub ntiajteb txawj nqus nyob rau hauv ib feem ntawm ib qho thib ob. Thawj zaus ntawm gravitational nthwv dej tau sau tseg li 35 Hz, thiab qhov siab tshaj plaws tus nqi mus txog 250 Hz.
Cov txiaj ntsig tau txais tau rov ua dua los ua pov thawj thiab ua tiav, lwm txoj kev txhais cov ntaub ntawv tau txais raug txiav kom zoo. Thaum kawg, Lub Ob Hlis 11 xyoo tas los, kev tso npe ncaj qha ntawm qhov tshwm sim kwv yees los ntawm Einstein tau tshaj tawm rau lub ntiaj teb cov zej zog.
Qhov tseeb qhia txog kev ua haujlwm titanic ntawm cov kws tshawb fawb: qhov amplitude ntawm kev hloov pauv hauv qhov ntev ntawm lub caj npab interferometer yog 10 -19 m - qhov no tus nqi yog ntau npaum li me dua li txoj kab uas hla ntawm ib lub atom raws li nws me dua txiv kab ntxwv.
Kev cia siab ntxiv
Qhov kev tshawb pom dua ib zaug lees paub tias Txoj Cai Kev Sib Raug Zoo ntawm Kev Sib Raug Zoo tsis yog ib txheej ntawm cov qauv kev paub daws teeb meem xwb, tab sis qhov tseem ceeb tshiab saib ntawm cov ntsiab lus ntawm gravitational nthwv dej thiab lub ntiajteb txawj nqus feem ntau.
Nyob rau hauv kev tshawb fawb ntxiv, cov kws tshawb fawb muaj kev cia siab siab rau ELSA qhov project: kev tsim lub orbital interferometer loj heev nrog caj npab txog li 5 lab km, muaj peev xwm ntes tau txawm tias me me perturbations ntawm gravitational teb. Kev siv zog ntawm kev ua haujlwm hauv qhov kev taw qhia no tuaj yeem qhia ntau yam txog cov theem tseem ceeb hauv txoj kev loj hlob ntawm Lub Ntiaj Teb, txog cov txheej txheem uas nyuaj los yog tsis tuaj yeem soj ntsuam hauv cov tsoos bands. Tsis muaj qhov tsis ntseeg tias qhov dub, uas nws lub qhov nqus dej yuav raug kho rau yav tom ntej, yuav qhia ntau yam txog lawv qhov xwm txheej.
Kom kawm txog cov hluav taws xob gravitational, uas tuaj yeem qhia txog thawj lub sijhawm ntawm peb lub ntiaj teb tom qab lub Big Bang, yuav tsum muaj cov twj paj nruag ntau qhov chaw. Xws li ib txoj haujlwm tshwm sim (Big Bang Observer), tab sis nws qhov kev siv, raws li cov kws tshaj lij, tuaj yeem ua tsis tau ntxov dua hauv 30-40 xyoo.
