Метка: LIGO

Опубликовано

Поймай волну! Ученые наконец-то зафиксировали гравитационные волны

…Давным-давно, в одной далекой-далекой галактике…

Две черные дыры решили поддаться действию сил тяготения и стать единым целым. В момент своего слияния они издали пронзительный вопль, который, будучи записан в виде ряби на поверхности пространства-времени, дошел до планеты Земля в Солнечной системе, был обнаружен и расшифрован 14 сентября 2015 года.

SL1

Примерно так началась 11 февраля официальная пресс-конференция в Университете Глазго, посвященная обнаружению гравитационных волн международными коллаборациями LIGO и VIRGO.

Важность этого открытия трудно переоценить. Очень многие титаны научной мысли ставят открытие гравитационных волн в один ряд с такими событиями научного мира как открытие бозона Хиггса. И вот почему. Существование гравитационных волн предсказывалось практически с самого момента публикации Эйнштейном основных постулатов теории относительности. Астрофизики, анализируя излучение энергии в таких процессах, как взрывы сверхновых, образование нейтронных звезд и коллапс (превращение массивных звезд в черные дыры), много раз приходили к выводу, что значительная часть излучаемой энергии должна приходиться на гравитационные волны. Многие научные коллективы начиная со второй половины прошлого века посвятили себя решению задачи экспериментального обнаружения гравитационных волн. Периодически появлялись сообщения о том, что тому или иному коллективу удалось обнаружить сигнал, превышающий шум в несколько раз, но ни воспроизвести результаты, ни согласовать их с данными расчетов относительно источника не удавалось. Например, когда в 1987 году на Земле зарегистрировали вспышку сверхновой в Большом Магеллановом облаке, один коллектив поспешил заявить о регистрации гравитационно-волнового сигнала, однако их данные не согласовывались с данными астрономов, и в итоге авторы были вынуждены признать, что их экспериментальная методика была ошибочной.

Все дело в том, что гравитационное взаимодействие – самое слабое из известных науке. Для обнаружения гравитационных волн нужен либо очень чувствительный детектор относительных смещений так называемых пробных масс, либо нужно дожидаться экстремальных астрономических событий, не слишком удаленных от нашей планеты. Поэтому в 1992 году была начата работа по созданию LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory), в научную коллаборацию вошел коллектив научной группы прецизионных и квантовых измерений физфака МГУ, возглавляемый Владимиром Борисовичем Брагинским. В рамках проекта LIGO было создано сразу две обсерватории, одна – в штате Луизиана, и еще одна – в штате Вашингтон. Одним из авторов концепции LIGO стал Кип Торн, сегодня известный всему миру как продюсер фильма Interstellar. Чуть позже в Италии, рядом с городом Пиза, началось сооружение еще одной обсерватории, VIRGO – чтобы гарантировать отсутствие ложных срабатываний, а также иметь возможность триангулировать пришедший сигнал и определить его источник. Позднее все коллективы объединись в LSC (LIGO Scientific Collaboration), чтобы вместе создать весьма сложные научно-инженерные конструкции, над созданием которых трудились тысячи людей по всему миру, а в ходе работ были защищены сотни кандидатских диссертаций, включая вашего покорного слуги. Сложность задачи иллюстрирует тот факт, что на этих объектах умеют определять относительные смещения пробных масс, разнесенных на четыре километра, с точностью до 10-19 метров – это на четыре порядка меньше диаметра ядер большинства атомов!

SL2

И вот, 14 сентября 2015 года ученым LIGO удалось обнаружить сигнал, который был заметно выше уровня шума, и вместе с теоретиками расшифровать от какого именно источника он пришел. На расшифровку сигнала и проверку ушло несколько месяцев, и в январе 2016 года коллектив авторов подал манускрипт научной статьи в Physical Review Letters, которая была опубликована 11 февраля 2016 года. В числе соавторов публикации указаны научные сотрудники 133 научно-исследовательских организаций, в том числе физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. Поздравляю всех причастных с этим важным для науки открытием! P.S. Многих интересует практическая польза гравитационных волн. Пока это сложный вопрос, особенно с учетом того, какие технически сложные приспособления нужны для их обнаружения и какие вычислительные усилия были затрачены для их расшифровки. Однако, в позапрошлом веке, когда человечество открывало для себя радиоволны, их практическая польза тоже была понятна не сразу. Открытие гравитационных волн ставит точку в длящемся десятилетиями споре о природе гравитации, дает надежду на то, что единая теория поля будет наконец-то создана, а теоретики наконец-то сойдутся на приемлемом варианте квантовой теории гравитации. А там, глядишь, и практическое применение найдется – например, если удастся научиться генерировать гравитационные волны, то это даст возможность создавать новые принципы движения в космическом пространстве.

Читать больше: https://nplus1.ru/news/2016/02/11/atlast.

Опубликовано

Catch the Wave! Scientists have finally detected gravitational waves

 

“…A long time ago, in a galaxy far, far away…

Two black holes subdued to the gravitational pull and coalesced into a single entity. While coalescing, they violently rippled the space-time surface and on 14th September, 2015, these ripples reached planet Earth and were successfully recorded and deciphered.”

SL1

This is how the official press conference on the detection of gravitational waves by LIGO and VIRGO international scientific collaborations began in the University of Glasgow yesterday. The importance of this discovery cannot be overestimated. Many titans of modern science fit the discovery of gravitational waves into the same level of importance as observation of Higgs boson. There is a strong reason for that. The existence of gravitational waves was predicted right after the key postulates of the General Relativity Theory were published by Einstein. While studying the energy radiation processes during supernovae, neutron stars formation and collapses (stars turning into black holes), astrophysicists concluded many times that a significant portion of energy was radiated in a form of gravitational waves. So a lot of scientific effort was put into experimentally detecting gravitational waves in many countries all over the globe. There were claims of signal coming above the noise from time time, but all failed to either reproduce the results or correlate them with astrophysical calculations and other astronomical data. For example, when Earth saw the supernova in the Large Magellanic Cloud in 1987, a group from Rome claimed that they had registered the gravitational signal, but the claimed signal shape was a total mismatch with the data from astronomy, and as a result, they had to admit that their experiment’s methodology was flawed.

This is due to the fact that gravity is the weakest interaction known to science today. To discover the gravitational wave either a very sensitive detector is required, or an extreme astronomy event has to happen – and, preferably, not too far from Earth.

That’s why in 1992 the work was started on LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory), the concept of which had been proposed by Kip Thorn, now known to the world as the producer of the “Interstellar” movie. The corresponding international collaboration involved scientists from all over the world, including Russia. Initially, the LIGO project included two detectors, one in Louisiana and another – in Washington. Another observatory, named VIRGO, was later constructed in Italy, near Pisa – so that scientists could not just confirm the detection, but also triangulate the signal and detect the source. In a short while, all scientists joined their effort in LSC (LIGO Scientific Collaboration), crafting extremely sophisticated scientific and engineering complexes. Thousands of people were committed to making this happen and hundreds of PhDs were defended, including mine. To illustrate the complexity – these facilities are able to record the relative movement of the so called probe masses with precision of meters 10-19 – four orders of magnitude lower than the size of most elements’ nuclei.

And finally, on 14th September 2015, LIGO scientists were able to detect the signal, distinctly above the noise level. A few months were required to decipher and check the findings together with theorists, and in January the scientists filed a paper to Physical Review Letters, published on 11th February 2016. There are hundreds of co-authors of this paper from 133 international research institutions, including Moscow State University. So I am proud to congratulate all the people who have taken part in this decades-long endeavor!

SL2

P.S. Many people ask about the practical use of gravitational waves. At the moment, it’s a hard question, especially in light of the complexity of facilities and monstrosity of computational effort required to decipher them. But let’s remember how humanity had encountered radio waves a century ago – their practical use wasn’t clear from the beginning either. The discovery of gravitational waves puts an end to the decades-long argument about the nature of gravity (which started as soon as the General Relativity Theory was formulated) and provides hope that the united field theory will finally see the light. That might include the agreement between theorists on the version of the quantum field gravity theory. But, anyway, there is hope that one day humans will learn how to generate gravitational waves – and become able to propel themselves in space in a better way.