Содержание

Гравитационные волны. Что это такое и что означает их открытие

Опубликовано: 07.09.2018

Константин Постнов: Гравитационные волны: что мы узнали и что хотим узнать об их источниках

Ровно сто лет назад их существование предсказал Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности. Теперь американские ученые представили доказательства того, что волны тяготения на самом деле странствуют по вселенной, а для этого их можно наблюдать и измерить. Знатоки объясняют нам, что они есть.


— Гравитационные волны — это полный вылет, — описывает физик Томас Розек  — Человек, который их понимал, который их придумал, и, в принципе, перечислил, был не кто иной, как только Альберт Эйнштейн.

Из написанной им 100 лет назад Общей Теории Относительности следует, что движение объектов, обладающих массой, является источником распространяющихся в пространстве гравитационных волн (или, иначе, хотя не менее абстрактно, нарушений пространства), — отмечает он.


Константин Постнов: "Гравитационные волны от слияния нейтронных звезд"

Как это себе представить?

— Вот именно, вот в чем проблема. Очень несовершенная аналогия — это возникающие на поверхности воды круги, если бросить в нее камень. В случае гравитационных волн вместо воды — пространство, а вместо камня — движущиеся объекты. 

Чем больше масса и чем быстрее движение, тем легче волны пространства должны быть заметны, — описывает Розек, отметив, что это явление очень тонкое.

Карл Войчички, астроном (С головой в звездах), сравнивает астрономические события в шторм.

-Волны тяготения были бы слабым, нежным бризом, созданным из-за него когда он еще очень далеко от нас, — говорит он.

Что означает это открытие?

Это очень важное открытие, дающее много новых возможностей в исследовании Космоса и пространства времени.

— Это может показаться незначительным, но то, что сегодня мы столкнулись впервые с гравитационными волнами, делает то, что мы сможем воспринимать Космос совершенно по-другому.

Эти гравитационные волны сгенерировало необычайно сильное явление: слияние двух массивных черных дыр на расстоянии около 1,3 млрд световых лет от Земли, — резюмирует Войчички.

Как описывает Розек, от очень резкого явления, то есть Большого Взрыва, возник Космос.

— Гравитационные обсерватории, например, такие, как ЛИГО (Лазерная Обсерватория Интерферометрических Гравитационных Волн,  где были обнаружены гравитационные волны), откроют глаза на другие великие катастрофы, и это не только те, которые будут, но и те, которые были.

Уже почти слышен скрежет поворота ключа в двери. Уже через минуту откроется. Сначала через узкую щель, а позже все яснее и все смелее мы наблюдаем вселенную через неизвестные до сих пор солнцезащитные очки, — рассказывает он.

Читайте также:

Где купить автомобильный держатель iphone 4

К сожалению, в свое время я не получил никакого образования — закончил 9 классов и все. Поэтому мне не оставалось ничего, как найти работу без образования, и устроился таксистом. Сразу же мне понадобился

Тур по Украине

В последнее время, люди выезжая отдыхать в отпусках, стараются не просто полежать в комфортной гостинице, или на теплом песке, а как можно сильнее слиться с природой, ощутить ее дух и набраться ее

Где купить бленду для фотоаппарата

Я себе заказывал здесь бленду вот для фотоаппарата, заказывал бленду EW-60C для Canon EF-S 18-55mm f/3. 5-5. 6, материал у нее пластик,

Флажки на палочке
Человек, получивший такой рекламный, информационный или агитационный флажок на палочке с вероятностью в 70% оставит его себе на память, что превращает обычный флажок с логотипом в эффективный рекламный

Промо жилет
Промо накидки – это наиболее оптимальное решение для фирм и компаний, которые нуждаются в недорогой рекламной форме. Накидки могут применяться промоутерами и на рекламных выставках компании, и при рекламных

Флаги
Что такое флаг, людям было известно достаточно давно.

Что такое гравитационные волны и почему их открытие так важно для науки?

Императоры, военачальники, торговые объединения так или иначе использовали такую форму для собственной идентификации. Так что, говоря о том, что такое

Кредит за 15 минут – быстрые деньги
Кредитование граждан в последнее время стало еще более привычным процессом. Согласитесь, что каких-то 15 лет назад кредиты не были в такой мере распространены в силу сложной экономической ситуации, которая

ГДЗ (Решебник) по Русскому Языку для 6 класса, ответы
Учащиеся шестого класса уже имеют представление не только об учёбе и требованиям к ней в целом. У каждого есть любимые и нелюбимые предметы, есть те уроки на которые не хочется идти из-за личного отношения

ГДЗ (Решебник) по Русскому Языку для 4 класса, ответы
Решебник и ГДЗ по русскому языку курса 4 класса смогут стать незаменимыми помощниками при выполнении любого домашнего задания. Больше нет необходимости листать учебники в поисках нужного правила, достаточно

Стол из искусственного камня
Высококачественная, надежная, оригинальная и красивая мебель в наше время предлагается во многих вариантах и из различных материалов. Понятно, что каждому хочется иметь удобную и эстетичную мебель, которая

Общее понятие гравитации

Гравитация – это, казалось бы, простое понятие, известное каждому человеку еще со времен школьной скамьи. Все мы помним историю о том, как на голову Ньютона упало яблоко, и он открыл закон всемирного тяготения. Однако все не так просто, как кажется. В той статье мы попытаемся дать ясный и исчерпывающий ответ на вопрос: что такое гравитация? А также рассмотрим главные мифы и заблуждения об этом интересном явлении.

Говоря простыми словами, гравитация — это притяжение между двумя любыми объектами во вселенной. Гравитацию можно определить, зная массу тел и расстояние от одного до другого. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше будет вес тела и выше его ускорение. Например, на Луне вес космонавта будет в шесть раз меньше, чем на Земле. Сила гравитационного поля зависит от размеров объекта, который оно окружает. Так, лунная сила притяжения в шесть раз ниже земной. Впервые обосновал это научно и доказал с помощью математических вычислений ещё в XVII веке Исаак Ньютон.

Что упало на голову Ньютону

Несмотря на то, что сам великий английский ученый частично подтверждал известную всем легенду о яблоке и ушибе головы, всё же, сейчас можно сказать с уверенностью, что при открытии закона всемирного тяготения обошлось без травм и озарений. Основой, заложившей новую эру в естественных науках, стал труд «Математические начала натуральной философии». В нем Ньютон описывает закон тяготения и важные законы механики, открытые им за долгие годы напряженной работы. Знаменитый физик был натурой неторопливой и рассудительной, как и положено гениальному ученому. А поэтому от начала раздумий о природе тяготения до издания научной работы о ней прошло больше 20 лет. Впрочем, легенда об упавшем фрукте могла иметь под собой и какие-то реальные основания, вот только голова физика однозначно осталась цела.

Законы притяжения изучались и до Исаака Ньютона самыми различными научными деятелями. Но только он впервые математически доказал прямую взаимосвязь между тяготением и движением планет. То есть падающим с ветки яблоком и вращением луны вокруг земли управляет одна и та же сила – гравитация. И она действует на любые два тела во вселенной. Эти открытия заложили основу так называемой небесной механики, а также науки о динамике. Ньютоновская модель господствовала в науке более двух веков вплоть до появления теории относительности и квантовой механики.

Что думают о гравитации современные ученые

Гравитация является самым слабым из четырех известных на данный момент фундаментальных взаимодействий, которым подчиняются все частицы и составленные из них тела. Помимо гравитационного взаимодействия сюда же входят электромагнитное, сильно и слабое. Исследуются они на основании разных теорий, так, например, в приближенных скоростях небольшой гравитации применяют теорию тяготения еще самого Ньютона.

Гравитационные волны: самое важное о колоссальном открытии

А в общем случае используют общую теорию относительности Эйнштейна. Кроме того, описание гравитации в квантовом пределе должно будет осуществляться при помощи еще не появившейся квантовой теории.

Безусловно, сегодня физика сложна и выходит далеко за рамки представлений об окружающем мире обычного человека. Но интересоваться ей необходимо хотя бы на уровне основных понятий, ведь вполне возможно, что уже в ближайшее время мы можем стать свидетелями удивительных открытий в этой области, которые кардинально изменят жизнь человечества. Будет неловко, если вы вообще не поймете, что происходит.

Мифы о гравитации

Не только незнание, но и постоянные новые открытия в данной научной сфере порождают различные несуразицы и мифы о гравитации. Итак, несколько общепринятых заблуждений об этом уникальном явлении:

  • Искусственные спутники никогда не сойдут с орбиты Земли и будут вечно вращаться вокруг неё. Это неправда. Дело в том, что помимо земного притяжения в космосе имеются и другие различные факторы, влияющие на орбиту тел. Это и торможение атмосферы для низких орбит и гравитационные поля Луны и других планет. Скорее всего, если дать спутнику вращаться без контроля на долгое время, его орбита будет изменяться, и в конечном счете он либо улетит в космические просторы, либо упадет на поверхность ближайшего тела.
  • В космосе отсутствует гравитация. Даже на станциях, на которых космонавты пребывают в невесомости есть довольно сильная гравитация, чуть меньше, чем на Земле. Почему же тогда они не падают? Можно сказать, что сотрудники станции как бы находятся в состоянии постоянного падения, но никак упадут.
  • Объект, приблизившийся к чёрной дыре, будет разорван. Довольно известный миф. Сила притяжение черной дыры действительно увеличится при приближении к ней, но совсем не обязательно, что приливные силы окажутся настолько мощными. Скорее всего они на горизонте событий обладают конечным значением, поскольку расстояние считается от центра дыры.

Астрофизик и популяризатор науки Сергей Попов объяснил журналисту «Медузы» Константину Бенюмову, что такое гравитационные волны и как они бегут по пространству-времени.

Фактрум публикует это небольшое любопытное интервью.

Что такое гравитационные волны?

— Начиная с общей теории относительности мы считаем, что гравитация связана с геометрией пространства-времени; современные теории гравитации — геометрические. В этих теориях геометрию пространства описывают метрикой: на плоскости это легко нарисовать — такой ковер, разлинованный в клеточку. Это плоское пространство. Мы можем его по-всякому изгибать, но лучше делать это не руками, а, например, массивными телами — любое тяжелое тело искажает пространство вокруг себя. Дальше — если это тяжелое тело будет ерзать, или, к примеру, два тяжелых тела будут крутиться вокруг общего центра звезды, то они будут периодически возмущать пространство, и по пространству побежит рябь. Вот это и есть гравитационные волны.

Представьте себе, что кто-то плывет по воде, и от него по поверхности идут волны. Вот примерно так же и гравитационные волны бегут по пространству-времени. И когда они проходят какой-то кусочек, где мы живем, они возмущают пространство-время вокруг нас. Возмущают совсем слабо, потому что гравитация по сравнению с другими силами очень слабая. Измерить это трудно, но можно. И люди на протяжении последних 50 лет пытались это сделать. И вот, наконец, это получилось.

То, что зафиксировать волны удалось именно сейчас, связано с появлением подходящей аппаратуры?

— Да, в первую очередь это аппаратура. Детектор LIGO, детектор VIRGO, который скоро начнет работать в Европе, — это совершенно потрясающие машины по точности измерений.

Сергей Копейкин: почему открытие гравитационных волн так важно

До этого люди использовали более дешевые, более простые подходы. LIGO — это 25 лет труда, огромные суммы денег, потраченные, в первую очередь, на исследования, на создание новых технологий, на доведение этих технологий до ума и на изготовление этих потрясающе точных приборов.

Черные дыры с этой историей связаны только потому, что это и есть массивные тела, искажающие пространство?

— Для того, чтобы получить сильный сигнал, нужно не просто массивное тело, а одновременно массивное и компактное. По сути, то, что происходит — это одна черная дыра падает на другую. В этот момент тяжелые тела взаимодействуют друг с другом и двигаются почти со скоростью света, поэтому много энергии испускается сразу, за очень короткий интервал времени. Поэтому LIGO и VIRGO специально создавали для фиксации сигналов от нейтронных звезд и черных дыр. Нейтронных звезд больше, и они сливаются чаще, но черные дыры массивнее — их видно с большого расстояния.

Сколько пришлось наблюдать за черными дырами, чтобы обнаружить сливающуюся пару?

— В данном случае LIGO просто повезло. Практически как только они включились, они увидели сигнал — слияние двух очень массивных черных дыр. Сигнал очень сильно зависит от массы. В норме, в среднем черные дыры раза в три, а то и в четыре полегче, но в этом случае удалось увидеть сигнал с очень большого расстояния.

По мере того, как сигнал проходит через пространство-время, он ослабевает? Если явление произошло в миллиарде световых лет от Земли, то до нас он должен добраться в едва уловимом виде?

— Естественно, и поэтому тоже важно, что удалось обнаружить две очень тяжелые черные дыры. В обычной ситуации детекторы будут видеть сигналы от слияния двух нейтронных звезд, которые находятся в пять или десять раз ближе к нам.

Последний вопрос: почему сигнал зафиксирован в виде звука?

— Тут есть два момента. Во-первых, люди любят картинки и звуки. Поэтому многие сигналы — колебания звезд, еще какие-то — переводят в звуковую форму. Но здесь волею судеб сигнал на самом деле приходит на частоте, примерно соответствующей частоте нашей речи. Физически это явления разные, но частоты те же — килогерцы. Поэтому ученые решили, что это такой красивый ход. Нарисованный график, принятый в ходе опыта, говорит о форме гравитационно-волнового сигнала, о том, как волна колеблет зеркала в измерительном приборе. Но обычно люди хотят не просто загогулину увидеть, а получить какой-то мультимедийный контент.

Читайте также — Стивен Хокинг: «Чёрная дыра может быть порталом в параллельную Вселенную»

Понравился пост? Поддержи Фактрум, нажми:

Meduza.io • 12.02.2016

Cенсационное открытие совершили сегодня российские и американские ученые. Исследователи из Advanced Ligo сумели зафиксировать сигнал от гравитационных волн акустического диапазона. Данная информация была обнародована на конференции в Вашинготе, в научном фонде США.

Мы сумели поймать гравитационные волны, мы сделали это», — никак не нарадуется один из представителей aLigo.

Мы слышим, как они стучат в ночи.

Все, что вы хотели знать о гравитационных волнах, но боялись спросить (4 фото +3 видео)

Мы получаем сигнал, прибывающий на Землю, передаём его на колонку, и слышим, как чёрные дыры делают так: «Уп».

Мэттью Эванс, физик MIT

Сообщается, что сигнал является очень специфическим. Его полный анализ длился порядка тридцати дней.

Так как сигнал гравитационных волн находится в акустическом диапазоне, представители все той же организации сумели воспроизвести его на пресс-конференции. Полученный сигнал прошел через «очистку» от помех и прочих шумов, которые возникают вследствие колебаний.

Отметим, что ранее физики не могли добиться успеха в этом деле. После того, как чувствительность повысилась в разы, результат не заставил ждать себя.

Что такое гравитационная волна?

Гравитационные волны – это следствие уравнений общей теории относительности, которую предположил сам Альберт Эйнштейн еще в далеком 1915 году. Они описываются уравнениями волнового типа, их решения соответствуют возмущениям пространства-времени, движущимся со скоростью света. Отличие электромагнитных волн в том, что гравитационные на порядок меньше, поэтому, обнаружить их было крайне сложно, и этот процесс оказался более длительным. 

Открытие гравитационных волн дает новые возможности в изучении таких объектов, как сливающиеся чёрные дыры и нейтронные звёзды, вращающиеся вокруг одного центра масс. Это даёт физикам надежду на исследование ранних этапов формирования Вселенной, которые ранее были неизвестны.

Лучше понять, что такое гравитационные волны, как и зачем их ищут, так же может поможчь документальный фильм «В ожидании волн и частиц» режиссёра Дмитрия Завильгельского.

Самая детальная информация лишение дееспособности на нашем сайте.


Гидродинамическая теория гравитации

Синхронизм продольных гравитационных волн, определение частоты гравитационных волн

Что касается продольных гравитационных волн, исходящих от пульсирующих масс в пространство (точнее – возникающих в вакууме на границе взаимодействия пульсирующих масс гравитирующего вещества со средой вакуума), то, как это установил ещё Бьеркнес, в своей механической модели гравитации, они должны обладать свойством синхронизма; т.е. равенством частот волновых функций. Если учесть, что вакуум – это среда, не обладающая дисперсией, и периодические волны любой длины распространяются в нём с одной и той же скоростью «с», равной, как известно, 300000 км/с (волна в вакууме сохраняет свою форму 34)):

v гр = с / l гр = const. ,

то второе условие теории Бьеркнеса относительно пропорциональности интенсивности волновых импульсов величине гравитирующих масс выполняется за счёт сложения амплитуд колебаний гравитационных волн, что обеспечивается действием фундаментального волнового принципа суперпозиции: «два пересекающихся волновых импульса не отражаются, а проходят друг сквозь друга; если смещения в импульсах направлены в одну и ту же сторону, то в результате интерференции импульсы складываются, если же в противоположные стороны, то гасятся»35.
————————————————————————————————-
34) Купер Л.

Гравитационные волны обнаружены

Физика для всех. Т.I. – М., «Мир», 1973, с.239.
35) Там же, с.232-233.
————————————————————————————————-
Иными словами, продольные гравитационные волны возбуждения энергии в вакууме от пульсаций всех активно гравитирующих массивных частиц обладают одной длиной волны (l), одной частотой (v`) и одной скоростью распространения в пространстве (с). А различия в энергии импульса, обусловленные различиями в величине гравитирующих масс, проявляются в виде различий в величине амплитуд волновых функций, причём амплитуды всех гравитирующих волн массивного тела складываются по закону суперпозиции и это тело излучает гравитационные волны одной суммарной амплитуды (т.е. одной энергии, пропорциональной величине его гравитирующей массы) за счёт синхронизации по механизму, выявленному Вебером.
Гравитационные волны от различных элементарных частиц различаются также и по фазам: у одинаково заряженных частиц – одинаковые фазы пульсации, у противоположно заряженных частиц – фазы волновой функции противоположны. Поэтому электроны в веществе своими гравитационными импульсами немного гасят гравитационные волны, возбуждённые в вакууме гравитационными импульсами протонов. Но из-за громадных различий в массах этих элементарных частиц и их примерно равномерном распределении по всем видам вещества в природе господствуют явления гравитационного тяготения нуклонов (как результирующие сложения действия и противодействия), а эффекты гравитационного отталкивания электронов от протонного вещества регистрируются только в отдельных, особых случаях — при значительной локальной концентрации электронов.
Можно рассчитать величину длины гравитационной волны и её частоту по известным уравнениям Ньютона и Планка. Сила гравитационного взаимодействия двух гравитирующих частиц равной, условно единичной массы (m), на условном единичном расстоянии (r) равна величине гравитационной постоянной:

F = y (m * m) / r^2 = 6,6732 * 10^(-11) Н

Соответственно, величина энергии каждого гравитационного импульса от такой гравитационно взаимодействующей системы единичных масс на единицу расстояния составляет:

Е = F * L = 6.6732 * 10^(-11) Н*м

Теперь по уравнению Планка мы можем рассчитать длину и частоту гравитационной волны, возбуждаемой этим импульсом гравитационного взаимодействия в вакууме:

E = h v` = h c / l

l гр = h c / E = (6,6262 * 10^(-34) * 2,9979 * 10^8) / 6,6732 * 10^(-11) = 2,9768 * 10^(-15) м

или:

v` гр = 2,9979 * 10^8 : 2,9768 * 10^(-15) = 1,0071 * 10^23 гц

Поскольку длина волны первичного гравитационного импульса и длина отраженной от него гравитационной волны энергетического возбуждения вакуума (гравитационного излучения) одинаковы, не трудно заметить, что по порядку величин они не случайно согласуются с известной нам величиной диаметра нуклона – примерно 10^(-15) м. Это, на наш взгляд, служит прямым подтверждением справедливости наших предположений о том, что источником гравитации является пульсация элементарных частиц атомного ядра.
Спектр известных электромагнитных излучений в области высокочастотных колебаний ограничен диапазоном гамма-волн, имеющих длину примерно 3 * 10^(-13) – 10^(-14) м и частоту 10^21 – 10^22 гц. Значит, частота продольных гравитационных волн на этой условной шкале спектров излучений располагается сразу же за областью гамма-излучений; хотя, ещё раз это отметим, физика их генерации качественно отлична от физики возбуждения электромагнитных колебаний.

Гидродинамическая теория гравитации

Гравитационная и антигравитационная пульсация тел

Гравитационные волны в ОТО

Источник гравитации — пульсация заряженных элементарных частиц

Материальная природа гравитации

Пульсационно-волновая теория гравитации может обойтись и без эфира

Синхронизм продольных гравитационных волн, определение частоты гравитационных волн

Эйнштейн ставит крест на гидродинамической теории гравитации

Copyright ©2008  Crazy physics — главная страница.   Все права защищены.

Мало кто сомневается в том, что гравитация распространяется с конечной скоростью и что эта скорость совпадает со скоростью света. Тем не менее этот фундаментальный факт, не был до их пор подтвержден опытом.

Естественным желанием физиков было обнаружить гравитационные волны, которые похожи на электромагнитные (радио) волны, излучаемые ускоренным зарядом. Два обстоятельства делают такой опыт трудным. Первое — очевидное: гравитационное взаимодействие много слабее электромагнитного, а поэтому его трудно детектировать. О втором обстоятельстве надо сказать подробнее. Предположим, что мы рассматриваем систему из двух электронов. Такая система получает существенно слабее, чем система из электрона и позитрона или система из позитрона и протона. Оказывается, что если в системе зарядов все частицы имеют одинаковое отношение заряда к массе, то интенсивность излучения сильно падает, примерно в (λα)2 раз, где λ — длина волны излучения, α — размеры системы.

Это происходит потому, что в такой системе ее центр тяжести совпадает с центром заряда, и она ведет себя почти как неподвижный заряд.

В случае гравитационного излучения все частицы имеют одно и то же отношение «гравитационного заряда» к его массе (следствие принципа эквивалентности), и поэтому в любой системе это излучение квадрупольно.

Источник гравитационного излучения очень трудно сделать искусственно; пока основные надежды возлагаются на крупные космические события. Такими событиями может быть, например, образование черной дыры. Гравитационные волны должны излучать и двойные звезды. Однако интенсивность такого излучения мала. Можно привести формулу для интенсивности излучения двух тел с массами m1 и m2, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Если 2a — среднее расстояние между телами, то потеря энергии на излучение гравитационных волн в 1 секунду описывается формулой

Для Юпитера такая формула дает 5∙1010 эрг/с (для сравнения световое излучение Солнца 4∙1033 эрг/с). Для типичной двойной звезды излучение составляет величину порядка 1031 эрг/с (двойная UV в созвездии Льва). Однако из-за большого расстояния до Земли (≈ 200 световых лет) поток энергии на Земле оказывается ничтожно малым — 3,5∙10-12 эрг/с ∙ см2. Зарегистрировать гравитационное излучение двойной звезды есть необычно трудная задача.

Несколько лет назад были опубликованы сообщения о том, что зарегистрированы волны с интенсивностью, во много раз превышающей самые оптимистические предсказания.

Что означает открытие гравитационных волн для обычного человека?

Однако тщательные проверки в нескольких лабораториях (в том числе и в лаборатории В. Б. Брагинского в Москве) не подтвердили этого открытия. Гравитационные волны продолжают оставаться неизвестными экспериментатору. Между тем они играют свою роль в эволюции Вселенной, поскольку могут существовать без всяких источников и описывать изменяющуюся со временем геометрию Вселенной. В отличие от электромагнитных волн гравитационные взаимодействуют друг с другом, и можно думать, что на ранних этапах эволюции они могли влиять на развитие событий.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Рубрики: Разное

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *