Гравитационни вълни
Мисля, че всички вече са наясно, че преди няколко дни учените за първи път обявиха откриването на гравитационни вълни. Имаше много новини за това, в пикап, по телевизията, в новинарските сайтове и като цяло навсякъде. Никой обаче не се затрудни да обясни на читателя какво представляват тези гравитационни вълни и откъде идват. Сега ще се опитам да запълня тази празнина
Самата идея за съществуването на гравитационни вълни директно следва от Общата теория на относителността, която беше изведена от един известен учен преди почти сто години. В действителност общата теория на относителността сама по себе си заслужава цикъл от публикации (приблизително същите като при специалната теория на относителността: 1 2 3). Но за нас за общо разбиране е достатъчно да знаем основите: гравитацията в общата теория на относителността не е сила, а промяна в геометрията на пространството.
Например, когато хвърлим камък, той пада на Земята. Общата теория на относителността обаче твърди, че всъщност камъкът лети строго по права линия, която се намира в пространството, извито от масата на Земята. Ако вземете тази идея и я преведете на матан, можете да видите нещо подобно:
Всъщност, следователно е малко вероятно да намерите изчерпателна и достъпна статия за общата теория на относителността в Интернет - за човек без специално образование това е твърде сложен матан. Но ние ще се преструваме, че нямаме нужда от всичко това и ще продължим.
И така, някои математически трансформации в общата теория на относителността водят до уравнението на вълна, която се разтяга и свива самото пространство. Ако поставим тела във формата на кръг по пътя на такава вълна (и перпендикулярно на нейната посока), тогава, образно казано, тя ще започне да наденица:
За тези, които са алергични към геометрията, има по-ясна картина:
От този принцип вече можете да разберете как да уловите същите тези вълни - трябва да застанете с линийка и да измерите разстоянието между телата (поради причините, посочени в следващия параграф, дължината на самата линийка няма да се промени). Ако разстоянието се е променило без причина, това означава egegey, вълната е уловена!
Но има един проблем. Много голям проблем. Огромен проблем. Ако оценим мащаба на проблема, изскача следното число:
10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 - тоест десет до 40-та степен. Именно до тази степен гравитационното взаимодействие е по-слабо от обикновено електромагнитното. Тоест, два електрона, разположени един до друг, ще бъдат привлечени един от друг от собствената си гравитация 10 ^ 40 пъти по-слаба от отблъснатите от собствените си електромагнитни сили.
Образно казано, с помощта на малък магнит можем да прикрепим лист хартия към хладилника, който се изтегля от цялата планета. Затова улавянето на гравитационни вълни се превърна в цяло търсене на учените. И за да разберете същността на търсенето, първо трябва да разберете как се образуват желаните вълни.
Ако вземем електромагнитни вълни (между другото, видимата светлина, радиовълните, рентгеновите лъчи са всички електромагнитни вълни с различни честоти), тогава те възникват в резултат на ускореното движение на зарядите. Това е просто: ние ускоряваме електрона - той започва да излъчва кванти на електромагнитното поле, т.е. фотони.
При гравитацията ситуацията е абсолютно същата - всяко ускорено движение на масата поражда гравитационна вълна. Между другото, това означава, че като движите мишката, всеки от вас генерира гравитационни вълни. Можете да прецените силата им на око, ако знаете силата на вълните, генерирани в най-мощната двойка на слънчевата система „Юпитер-Слънце“ - и това е 5 kW, което е приблизително равно на мощността на две битови кана.
Следователно се нуждаем от обекти, които са по-масивни и по-компактни за откриване на вълни - например двойка сблъскващи се черни дупки.