Fysiikan maailma on ollut kiusallisena muutaman viime viikon ajan, koska tweetit ja huhut viittaavat siihen, että tutkijat ovat saattaneet havaita avaruusaikaan pitkään etsittyjä aallotuksia, joita kutsutaan painovoima-aaltoiksi. Vaikka osa tästä on spekulointia, on jonkin verran näyttöä siitä, että Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorion (LIGO) tutkijat ovat saattaneet löytää ensimmäiset suorat todisteet näistä aalloista, koska Albert Einstein ehdotti niiden olemassaoloa sata vuotta sitten yleisessä teoriassaan suhteellisuusteoria.
Asiaan liittyvä sisältö
- Painovoimaaalot lakkovat kahdesti
- Vuosisata kestäneen etsinnän jälkeen havaitsimme lopulta gravitaation aallot
- Seitsemän yksinkertaista tapaa, joilla tiedämme, että Einstein oli oikeassa (toistaiseksi)
- Apollo-Era-data auttaa tutkijoita etsimään painovoima-aaltoja
Tässä on viisi tiedettävää painovoima-aaltoa tulevan ilmoituksen valmistelemiseksi.
Mitä ne ovat?
Jos ajattelet maailmankaikkeutta valtavana valtamerenä, painovoima-aallot ovat kuin aallot, jotka aiheutuvat, kun esine pudotetaan sen pinnalle. Einsteinin teorian mukaan muutokset avaruudessa olevien massiivisten esineiden, kuten neutronitähtien ja mustien reikien kiihtyvyydessä, alkavat nämä säteilevät väreilyt avaruusajan kudoksen läpi - törmäysten dramaattisimmilla vaikutuksilla, Joshua Sokol kirjoittaa New Scientistille .
Miksi he ovat niin iso juttu?
Painovoima-aallot eivät vain tue edelleen suhteellisuusteoriaa, ne voivat myös auttaa tutkijoita tutkimaan monia salaperäisiä ilmiöitä kosmossa. Astronomit skannaavat nyt taivaan sähkömagneettisella spektrillä, joka paljastaa erityyppisiä kohteita aallonpituudesta riippuen. Painovoima-aallot olisivat ”suorin tapa tutkia tummaa maailmankaikkeuden suurta osaa”, LISA Pathfinder-tutkija Bill Weber kertoi Gizmodolle . Aallot kulkevat, vaikka muuten vaikeasti havaittavissa olevat elimet antaisivat välähdyksen salaperäisiin muotoihin, jotka olisivat samanlaisia kuin niiden näkeminen kokonaan uudella aallonpituudella.
Vaikka nämä aallot ovat vaikeita, ne ovat myös keskeisiä monille teorioille maailmankaikkeuden varhaisimmista alkuista. Laskelmat osoittavat, että maailmankaikkeus lähti nopeaan laajentumiseen sekunneissa ison iskun jälkeen. Tässä nopeassa inflaatiojaksossa luodut gravitaatioaallot olisivat kiertyneet kosmisen mikroaaltotaustan läpi, varhaisin säteily, joka läpäisee maailmankaikkeuden. Aallot jättävät sormenjäljen kaltaisen jäljen, joka voitaisiin jäljittää olemassaolon alusta lähtien. LIGO on suunniteltu havaitsemaan uudemmat aallot kosmisesti ottaen, mutta niiden olemassaolon todistaminen olisi iso askel.
Kuinka tutkijat etsivät niitä?
Useimmat gravitaatioaaltoilmaisimet toimivat yrittämällä havaita pienen määrän muutoksia esineiden välillä etäisyyksissä erotettuna tunnetulla määrällä, raportoi Maddie Stone Gizmodolle. Ajatuksena on, että Maan läpi kulkeva aalto rypistyisi avaruus-ajan tavalla, joka muuttaa tätä etäisyyttä.
On olemassa useita meneillään olevia kokeiluja, jotka perustuvat ympäri maailmaa, ja kukin testaa erilaisia tekniikoita. Esimerkiksi LIGO: lla on kaksi ilmaisinta, jotka sijaitsevat lähes 2000 mailin päässä toisistaan, ja se yhdistää tiedot 75 observatoriosta ympäri maailmaa havaitakseen ja triangoimaan maapallon läpi kulkevien gravitaatioaaltojen mahdolliset signaalit. Muut tutkijat ovat ehdottaneet erittäin herkkien atomikellojen käyttöä ajan vääristymien havaitsemiseksi, ja Euroopan avaruusjärjestö käynnisti äskettäin satelliitin, joka testaa tekniikkaa, joka voi auttaa tutkijoita suunnittelemaan uusia tapoja mitata avaruuden pienimuotoisia heilahteluita.
Miksi niitä on niin vaikea havaita?
Kun pudotat kiveen vesimuodostuman, aallot pienenevät, mitä kauempana ne liikkuvat keskuksesta. Painovoima-aallot seuraavat samaa perusperiaatetta. Avaruus on valtava, ja tutkijoiden mielestä monet gravitaatioaaltojen lähteistä ovat runkoja, jotka leijuvat maailmankaikkeuden reunoilla, mikä tarkoittaa, että kaikki signaalit, jotka saavuttavat maapallon, olisivat erittäin heikkoja ja vaikeasti eristettäviä. Useimpien observatorioiden, jotka etsivät painovoima-aaltoja, on harkittava pienimuotoisia vääristymiä avaruusajan kankaasta - esimerkiksi LIGO-ilmaisimet voivat mitata siirtymiä, jotka ovat pieniä kuin kymmenentuhannesosa protonin halkaisijasta, Sokol kirjoittaa.
Odota, miksi tämä kuulostaa tutulta?
Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat ilmoittaneet painovoima-aaltojen löytämisestä. Vuonna 2014 etelänavan lähellä sijaitsevan BICEP2-observatorion kanssa työskentelevät tähtitieteilijät kertoivat löytäneensä todisteita painovoima-aalloista maailmankaikkeuden kynnyksestä. Mutta se osoittautui kosmisen pölyn aiheuttamasta väärästä hälytyksestä. LIGOlla on myös ollut aikaisemmin omia vääriä positiivisia tuloksia. Vuonna 2010, ennen kuin observatorio oli päivitetty sen nykyiseen herkkyyteen, tutkijat havaitsivat, mitä heidän mielestään voisi olla näyttöä painovoima-aallolle, mutta myöhemmin tajusi, että se oli vain signaali, jonka omat tutkijansa tekivät testatakseen, pystyivätkö he selittämään eron väärennetyn signaalin välillä ja todellinen asia.
Vaikka emme tiedä varmasti, mitä LIGOssa tapahtui torstaihin saakka, observatorion julkisista lokista löytyy todisteita siitä, että ne saattavat todella olla jotain tällä kertaa. Nykyisen kokeen alkamisen jälkeen viime syyskuussa lokit osoittavat, että LIGO-tutkijat ovat seuranneet vähintään kolmea johtoa taivaan eri osissa, Sokol raportoi. Se voi olla jälleen yksi väärä hälytys, mutta tällä hetkellä fyysikot, tähtitieteilijät ja avaruusharrastajat odottavat kasvavaa jännitystä.
