Современная наука

1. Современная наука

2.

SCIENCE
Вводный курс для учащихся старших классов школы Унисон

3.

4.

5. Гравитация

6.

7.

Нобелевская премия по физике - 2017:
гравитационные волны

8.

Всё наше понимание процессов, происходящих во Вселенной,
представления о ее структуре сложились на основе изучения
электромагнитного излучения, другими словами — фотонов всех
возможных энергий, доходящих до наших приборов из глубин
космоса. Но фотонные наблюдения имеют свои ограничения:
электромагнитные волны даже самых высоких энергий не доходят до
нас из слишком далёких областей космоса.
Есть и другие формы излучения — потоки нейтрино и
гравитационные волны. Они могут рассказать о том, чего никогда
не увидят приборы, регистрирующие электромагнитные волны.
Для того, чтобы «увидеть» нейтрино и гравитационные волны,
нужны принципиально новые приборы. За создание детектора
гравитационных волн и экспериментальное доказательство их
существование в этом году удостоились Нобелевской премии по
физике трое американских физиков — Райнер Вайс, Кип Торн и
Барри Бэрриш.

9.

Слева направо: Райнер Вайсс, Бэрри Бэрриш и Кип Торн.

10.

Существование гравитационных волн предусмотрено общей
теорией относительности и было предсказано Эйнштейном еще в
1915 году. Они возникают, когда очень массивные объекты
сталкиваются друг с другом и порождают возмущения
пространства-времени, расходящиеся со скоростью света во все
стороны от места зарождения.
14 сентября 2015 года LIGO — лазерно-интерферометрическая
гравитационно-волновая обсерватория — впервые напрямую
зарегистрировала гравитационную волну. К тому моменту, когда
волна достигла Земли, она очень ослабела, но даже этот слабый
сигнал означал революцию в физике.
Для того, чтобы это стало возможным, потребовался труд тысячи
учёных из двадцати стран, построивших LIGO.
Чтобы добраться до Земли, гравитационной волне
потребовалось больше миллиарда лет. Далеко-далеко, за
пределами нашей галактики две чёрных дыры врезались друг в
друга, прошло 1,3 миллиарда лет — и LIGO сообщил нам об
этом событии.

11.

12.

Две обсерватории LIGO, в Ливингстоне (штат Луизиана) и в Хэнфорде
(штат Вашингтон) находятся на расстоянии 3002 км друг от друга.
У каждой обсерватории есть два четырехкилометровых плеча,
исходящие из одной точки под прямым углом друг к другу. Внутри у
них — почти идеальный вакуум. В начале и в конце каждого плеча —
сложная система зеркал. Проходя через нашу планету,
гравитационная волна чуть-чуть сжимает пространство там, где
проложен один рукав, и растягивает второй (без волны длина рукавов
строго одинакова). Из перекрестья плечей выпускают луч лазера,
разделяют его надвое и пускают отражаться по зеркалам; пройдя
свою дистанцию, лучи встречаются в перекрестье. Если это
происходит одновременно, значит, пространство-время спокойно. А
если одному из лучей потребовалось на прохождение плеча больше
времени, чем другому — значит, гравитационная волна удлинила его
путь и сократила путь второго луча.

13.

14.

15.

LIGO разработал Вайсс (и, конечно, его коллеги), Кип Торн — ведущий
мировой эксперт в теории относительности — выполнил
теоретические расчёты, Барри Бэриш присоединился к команде LIGO в
1994 году и превратил небольшую — всего из 40 человек — группу
энтузиастов в огромную международную коллаборацию LIGO/VIRGO,
благодаря слаженной работе участников которой и стал возможен
фундаментальный пропыв, осуществлённый двадцать лет спустя.
Работа на детекторах гравитационных волн продолжается. За первой
зарегистрированной волной последовали вторая, третья и четвертая;
последнюю «поймали» не только детекторы LIGO, но и недавно
запущенный европейский VIRGO. Четвертая гравитационная волна, в
отличие от трёх предыдущих, родилась не в абсолютной тьме (в
результате слияния чёрных дыр), а при полной иллюминации — при
взрыве нейтронной звезды; космические и наземные телескопы
зарегистрировали и оптический источник излучения в том районе,
откуда пришла волна гравитационная.