Поиск гравитационных волн 

LIGO: Новый cпособ исследования Вселенной

Гравитационные Волны- это зыби в ткани пространства-времени.
Альберт Ейнштейн предсказал существование гравитационных волн в 1916 как
одно из следствий общей теории относительности. Эйнштейново описанное
пространства и времени основано на эквивалентности массы и энергии.
Пространство - время можно предсталять себе как ткань, форма которой
может искажаться , деформироваться вследствие присутствия энергии-материи.
Эту деформацию ткани, искажение ее формы мы и наблюдаем как проявление
тяготения. Каждый свободно падающий предмет движется при этом так, чтобы
его путь был наиболее кратким.

Когда большие массы внезапно перемещаются, они могут создавть на тани зыбь, распространяющуюся в стороны подобно тому как распространяются в воде волны от брошенного в нее камня. Вообразите , например, две нейтроные звезды, вращающиеся друг около друга. Нейтронная звезда - это ядро, оставшееся после взрыва утратившей стабильность массивной звезды. Это невероятно плотный объект, масса которого равна массе Солнца, а диаметр - около 10 км. Когда два таких объекта вращаются один около другого, это приводит к появлению зыби на ткани (пространстве-времени), распространяющейся наружу и уносящей с собой энергию.

В 1974 Джозеф Тейлор и Расел Налш нашли  такую пару нейтронных звезд в нашей собственной галактике. Одна из нейтронных звезд - пульсар, она излучает строго периодические импульсы радиоволн . Ученые использовали эти импульсы для изучения орбитального движения этой двойной системы. В течене двух десятилетий ведутся наблюдения за такими объектами. Они указывают, что перод обращения пульсара медленно уменьшается, система теряет энергию на излучение гравитацинных вол. Количественные результаты совпадают с теорией Эйнштейна.
 

Как работает  LIGO

LIGO обнаружит зыби в пространство-времени, используя устройство называемое
лазерным интерферометром.
Два зеркала висят очень далеко друг от друга, образуя плечи интерферометра, а два другие зеркала образуют плечо, перпендикулярное первому. Вместе они образут фигуру, напоминающую букву L. В углу буквы L находится устройство, расщепляющее луч на два. При этом свет заставляют многократно пройти путь туда-сюда, прежде , чем этим двум лучам позволят соедиться вместе. Наблюдая интерференцию этих двух лучей, можно заметить даже ничтожое изменение полной длины буквы L.  Упрощенная схема интерферометра  В начале этой странички Вы видите фото 40 метрового действующего макета лазерного интерферометра, с помощью которого ученые экспериментально изучают его свойства.

Зыби в пространстве-времени заставляют расстояние, измеренное световым лучом, изменяться, а лазерный интерферомтр регистрирует это измнение. Лазерный интерферометр подобно микрофону преобразует гравитационные волны в лектрические сигналы. Два интерферометра этого вида создаются для LIGO около Ричланда, вблизи Вашингтона, и другого - около Батон Крокуса, в Штате Луизиана.
LIGO должен иметь два далеко отдаленных датчика, используемые в унисоне, чтобы исключить ложные сигналы (например из-за сейсмики Земли) и подтвердить , что
гравитационная волна действительно прошла через Землю.
 

Использование достижений современной технологии и стимулирование её развития

LIGO должен измерить перемещения зеркал (которые отделены двумя с половиной
милями) с феноменальной точностью. Чтобы достигать цели, LIGO должен обнаружить перемещения всего одна тысячная часть диаметр протона, ( ядра водородного атома). Достижение этой чувствительности требует привлечения самых современных технологических новшеств в вакуумной технологии, лазерной техники, оптических и механических систем.

Интерферометы LIGO - самый чувствмтельные в мире оптические инструменты.
Внутри труб, по которым проходят лазерные лучи, должен быть вакуум, чтобы
исключить рассеяние в воздухе . Здесь используется одна из самых больших
вакуумных систем с объемом 300 куб. футов (Давление- она триллионная часть
атмосферы). Для достижения такого низкого давления понадобились специальные
сорта стали для труб.

Источником света в LIGO являются мощные твердотельные лазеры с исключительной
стабильностью излучаемой частоты . Подвешенные зеркала должны быть так хорошо ограждены от вибраций, чтобы в них можно было обнаружить движение атомов.
Более тридцати систем управления необходимы, чтобы удерживать зеркала в строго заданном положении с точностью до ничтожной длины волны при расстоянии между ними 4 км. Эти системы управления долны действовать автоматичски. Сложнейшее программное обеспечение разработано для решения этих задач.
 

LIGO: Новый Способ Зондировать Вселенную

Вообразите , что мы смотрим концерт по телевизору , в котором выключен звук.
Могли бы, мы вообразить музыку, если мы никогда не слышали её прежде?
Так и в человеческой истории , мы смотрели на небо подобным способом. Сначала невооруженным глазом затем , с помощью телескопа, мы принимали видимый свет от небесных предметов, чтобы изучить их тайны. В конечном счете мы учились наблюдать Вселенную излучения, типа инфракрасного света, рентген, гамма-лучей, и радиоволн,
которые являются невидимыми для наших глаз, но обнаружимы электронными
устройствами. Но все это - электромагнитное излучение . Сегодня мы знаем, что только риблизительно 10 процентов вещества во Вселенной может наблюдаться таким образом. Как еще мы могли бы узнать о большей части вещества во Вселенной ? Мы теперь имеем технологию, позволяющую использовать и силу тяготения , чтобы зондировать небеса. . LIGO будет делать это, обнаруживая гравитационные волны - зыби в ткани  ространство-времени - созданные в результате столкновений звезд и колебаний черных дыр.

LIGO: Обсерватория  21-ого столетия.

LIGO должен начать новое тысячелетие, непосредственно обнаруживая
гравитационные волны, возможно впервые делая запись заключительной смертельной спирали двух орбитальных нейтронных звезд прежде, чем они сталкиваются и сливаются в одну. Физики предсказали, что такое событие приведет к всплеску гравитационных волн с характерными свойствами. LIGO должен быть способен обнаружить их  первоначально на  расстояния 70 миллионов световых лет . Как часто случается , когда мы вступаем в новую область, доступную измерениям , полностью неожиданные открытия могут ожидать нас . Затем усовершенствованные датчики будут принимать сигналы из боле удаленных областей Вселенной и обнаруживать более экзотические результаты .

Науку, подобную этой, - называют фундаментальными исследованиями. В такой работе обычно никто не знает, к чему это приведет, каковы будут последствия. Например, в 19 -м столетии ученые классифицировали спектральные линии, которые наблюдаются в спектре солнечного света,  потому что это было интересно, понятия не имея что в следующем столетии их работа приведет к поиманию атомной структуры и развитию квантовой механики. Далее, изобретатели лазера, построенного на основе  квантовой механики, никогда не думали, что их изобретение будет использоваться для хирургии глаза для печати ежедневных газет, или как источник света для LIGO.

Будут ли открытия, сделанные LIGO имеють такое же воздействие? Есть надежда - то, что будут, но сначала должны быть выполнены эксперименты !
 

Участие в LIGO

LIGO - научное сотрудничество Калифорнийсеого Институт Технологии (Caltech) и
Института Технологии Штата Массачузетс (MIT).
Финансируемый Национальным Научным Фондом  США, LIGO использует  все национальные ресурсы США из области физики и астрофизики. Существует широкая кооперация и сотрудничество со многими научными центрами в США и за рубежом .

Посмотрите ряд фотографий, показывающих , как создается эта уникальная установка

  Фото1   Фото2    Фото3   Фото4   Фото5   Фото6   Фото7   Фото8 


Сайт создан в системе uCoz