우리는 이제 중력파로 가득 찬 우주에 살고 있습니다.
목요일 아침 워싱턴에서 열린 국립과학재단(NSF) 회의에서 역사적인 발표가 있기 전까지 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)가 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 핵심 구성 요소를 발견했다는 소문만 돌았지만 이제 우리는 현실은 생각보다 깊다.
놀랍도록 명확하게, LIGO는 이진 시스템(서로 공전하는 두 개의 블랙홀)이 하나의 전체로 합쳐지기 직전의 순간을 "들을" 수 있었고, 이론적 모델에 따라 매우 명확하여 토론이 필요하지 않은 중력파 신호를 생성했습니다. . LIGO는 약 13억년 전에 발생한 강력한 블랙홀의 '재탄생'을 목격했습니다.
중력파는 항상 우리 행성을 통과해왔고 앞으로도 그럴 것입니다(실제로 우리를 통과합니다). 그러나 이제 우리는 그것을 찾는 방법을 알고 있습니다. 이제 우리는 다양한 우주 신호, 알려진 에너지 사건으로 인한 진동에 눈을 떴으며 완전히 새로운 천문학 분야의 탄생을 목격하고 있습니다.
두 개의 블랙홀이 합쳐지는 소리:
물리학자이자 LIGO 대변인인 가브리엘라 곤잘레스(Gabriela Gonzalez)는 목요일의 성공적인 회의에서 "우리는 이제 우주의 소리를 들을 수 있습니다"라고 말했습니다. "이 발견은 우주의 시작을 의미합니다. 새로운 시대: 중력천문학 분야가 이제 현실이 되었습니다."
우주에서 우리의 위치는 크게 변하고 있으며, 이 발견은 전파의 발견과 우주가 팽창하고 있다는 이해만큼 근본적일 수 있습니다.
상대성이론의 가치가 더욱 높아진다
중력파가 무엇이고 왜 그렇게 중요한지 설명하려는 노력은 이를 설명하는 방정식만큼 복잡하지만, 중력파의 발견은 시공간의 본질에 대한 아인슈타인의 이론을 강화할 뿐만 아니라 이제 우리는 우주의 일부를 조사할 수 있는 도구를 갖게 되었습니다. 누구에게나 보이지 않는 우리. 이제 우리는 우주에서 발생하는 가장 에너지 넘치는 사건에 의해 생성된 우주파를 연구할 수 있으며, 아마도 중력파를 사용하여 새로운 물리적 발견을 하고 새로운 천문 현상을 탐구할 수 있습니다.
온타리오 이론 물리학 연구소의 루이스 레너(Lewis Lehner)는 목요일 발표 후 인터뷰에서 "이제 우리는 중력파 발견을 넘어서는 기술을 가지고 있음을 증명해야 합니다. 왜냐하면 그것이 많은 가능성을 열어주기 때문입니다"라고 말했습니다.
Lehner의 연구는 강력한 중력파를 생성하는 밀도가 높은 물체(예: 블랙홀)에 중점을 둡니다. LIGO 협력과 관련이 없었지만 Lehner는 이 역사적인 발견의 중요성을 빨리 깨달았습니다. “더 나은 신호는 없습니다”라고 그는 말했습니다.
그는 발견이 세 가지 경로에 기반을 두고 있다고 추론합니다. 첫째, 이제 우리는 중력파가 존재한다는 사실을 알고 있으며 이를 감지하는 방법도 알고 있습니다. 둘째, 2015년 9월 14일 LIGO 관측소에서 감지한 신호는 블랙홀 쌍성계가 존재한다는 강력한 증거이며, 각 블랙홀의 무게는 태양 질량의 수십 배에 이릅니다. 이 신호는 태양의 29배, 다른 36배의 블랙홀 두 개가 격렬하게 합쳐지면서 우리가 예상했던 것과 정확히 일치합니다. 셋째, 아마도 가장 중요한 것은 "블랙홀로 보내질 수 있는 능력"이 블랙홀의 존재에 대한 가장 강력한 증거라는 것입니다.
우주적 직관
이 사건에는 다른 많은 과학적 발견과 마찬가지로 행운이 따랐습니다. LIGO는 미국 정부가 자금을 지원하는 최대 규모의 프로젝트입니다. 과학재단, 원래 2002년에 시작되었습니다. 파악하기 힘든 중력파 신호를 수년간 검색한 끝에 LIGO는 충분히 민감하지 않았으며 2010년 작업 중에 관측소가 동결된 것으로 나타났습니다. 국제협력민감도를 높이기 위해. 5년 후인 2015년 9월, “개선된 LIGO”가 탄생했습니다.
당시 LIGO 공동 창업자이자 이론물리학 거물급 전문가인 Kip Thorne은 BBC에 "우리는 여기에 있다"고 말하면서 LIGO의 성공을 확신했습니다. 우리는 큰 경기의 현장에 있습니다. 그리고 우리가 비밀의 베일을 벗을 것이라는 것은 매우 분명합니다.” - 그리고 그의 말이 옳았습니다. 재건이 있은 지 며칠 후, 중력파의 폭발이 우리 행성을 휩쓸었고 LIGO는 이를 감지할 만큼 민감했습니다.
이러한 블랙홀 합병은 특별한 것으로 간주되지 않습니다. 이러한 사건은 우주 어딘가에서 15분마다 발생하는 것으로 추정됩니다. 그러나 이 특별한 합병은 LIGO 관측소가 신호를 포착할 수 있는 적절한 시간(13억년 전)에 적절한 장소(13억 광년 거리)에서 발생했습니다. 그것은 우주에서 온 순수한 신호였고, 아인슈타인은 그것을 예측했고, 그 중력파는 실제인 것으로 밝혀졌으며, 이는 우주의 모든 별의 힘을 합친 것보다 50배나 더 강력한 우주 사건을 묘사하는 것입니다. 이 거대한 중력파 폭발은 블랙홀이 나선형으로 모여 하나로 합쳐질 때 선형 주파수 변조를 사용하는 고주파 신호로 LIGO에 의해 기록되었습니다.
중력파의 전파를 확인하기 위해 LIGO는 루이지애나와 워싱턴에 각각 하나씩 두 개의 관측소로 구성되어 있습니다. 잘못된 경보를 제거하려면 두 관측소 모두에서 중력파 신호를 감지해야 합니다. 9월 14일에는 루이지애나에서 먼저 결과가 나왔고, 7밀리초 뒤인 워싱턴에서 결과가 나왔다. 신호는 일치했고 삼각측량의 도움으로 물리학자들은 신호가 남반구의 천체 공간에서 시작되었다는 사실을 알아낼 수 있었습니다.
중력파: 어떻게 유용할 수 있나요?
그래서 우리는 블랙홀 합병 신호를 확인했습니다. 하지만 그렇다면 어떨까요? 이것은 꽤 이해할 수 있는 역사적 발견입니다. 100년 전에는 아인슈타인이 이러한 파동을 발견하는 것을 꿈도 꾸지 못했지만 여전히 일어났습니다.
일반이론상대성 이론은 20세기의 가장 심오한 과학적, 철학적 실현 중 하나였으며 현실에서 가장 지적인 탐구의 기초를 형성했습니다. 천문학에서 일반상대성이론의 응용은 명확합니다: 중력 렌즈에서부터 우주 팽창 측정에 이르기까지. 하지만 전혀 명확하지 않아요 실제 사용아인슈타인의 이론이지만 대부분 현대 기술간단하다고 생각되는 몇 가지 일에 상대성 이론의 교훈을 활용하세요. 예를 들어, 전역 항법 위성을 사용하면 시간 팽창(상대론에 의해 예측)에 대한 간단한 조정이 적용되지 않으면 충분히 정확하지 않습니다.
일반상대성이론이 다음에 적용된다는 것은 분명하다. 현실 세계그러나 아인슈타인이 1916년에 자신의 이론을 발표했을 때 그 적용은 매우 의심스러웠고 이는 명백해 보였습니다. 그는 단순히 우주를 본 대로 연결했고, 이로써 일반상대성이론이 탄생했다. 이제 상대성 이론의 또 다른 구성 요소가 입증되었습니다. 그렇다면 중력파는 어떻게 사용될 수 있습니까? 천체 물리학자와 우주론자들은 확실히 흥미를 느낍니다.
이론물리학연구소 소장인 이론물리학자 닐 투록(Neil Turok)은 목요일 비디오 프레젠테이션에서 “우주 전체에 흩어져 있는 비컨 역할을 할 블랙홀 쌍으로부터 데이터를 수집하면 우리는 이를 측정할 수 있을 것”이라고 말했다. 속도.” 우주의 팽창 또는 양 암흑에너지극도의 정밀도로, 오늘날 우리가 할 수 있는 것보다 훨씬 더 정밀하게 말이죠.”
“아인슈타인은 자연에서 얻은 몇 가지 단서를 바탕으로 자신의 이론을 발전시켰지만 논리적 일관성을 바탕으로 했습니다. 100년이 지나면 그의 예측이 매우 정확하게 확인되는 것을 볼 수 있습니다."
게다가 9월 14일 사건에는 아직 조사해야 할 몇 가지 물리학적 특징이 있습니다. 예를 들어, Lehner는 중력파 신호를 분석하면 병합 블랙홀의 "회전" 또는 각운동량을 측정할 수 있다고 지적했습니다. “오랫동안 이론을 연구해 왔다면 블랙홀이 매우 특별한 회전을 가지고 있다는 것을 알게 될 것입니다.”라고 그는 말했습니다.
두 개의 블랙홀이 합쳐지는 동안 중력파가 형성됩니다.
어떤 이유에서인지 블랙홀의 최종 회전 속도가 예상보다 느려서 블랙홀들이 저속으로 충돌했거나, 서로 반대되는 관절 각운동량을 일으키는 충돌 상태에 있었음을 나타냅니다. "매우 흥미롭습니다. 자연이 왜 이런 일을 했을까요?"라고 Lehner는 말했습니다.
이 최근 미스터리는 제외되었던 몇 가지 기본적인 물리학을 다시 불러일으킬 수도 있지만, 더 흥미롭게도 일반 상대성이론에 맞지 않는 "새롭고" 특이한 물리학을 드러낼 수도 있습니다. 이는 중력파의 다른 용도를 강조합니다. 중력파는 강한 중력 현상에 의해 생성되기 때문에 우리는 이 환경을 멀리서 조사할 수 있으며 도중에 놀라움을 금치 못할 수도 있습니다. 게다가 우리는 천체 관측을 결합할 수도 있다. 물리적 현상우주의 구조를 더 잘 이해하기 위해 전자기력을 이용합니다.
애플리케이션?
당연히 일련의 과학적 발견을 통해 이루어진 엄청난 발표 이후 과학계 외부의 많은 사람들은 자신들이 어떤 영향을 받을지 궁금해하고 있습니다. 발견의 깊이가 손실될 수 있으며 이는 확실히 중력파에 적용됩니다. 그러나 또 다른 사례를 생각해 보십시오. 1895년 빌헬름 뢴트겐이 음극선관 실험 중에 X선을 발견했을 때 불과 몇 년 후에 이러한 전자기파가 진단에서 치료에 이르기까지 일상 의학의 핵심 구성 요소가 될 것이라는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다. 마찬가지로 1887년 최초로 전파를 실험적으로 생성한 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)는 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)의 유명한 전자기 방정식을 확인했습니다. 20세기 90년대에 무선 송신기와 수신기를 만든 굴리엘모 마르코니(Guglielmo Marconi)가 그 실용적인 응용을 입증했습니다. 또한, 슈뢰딩거 방정식은 복잡한 세계이제 양자 역학은 초고속 양자 컴퓨팅 개발에 사용되고 있습니다.
모두 과학적 발견유용하며 많은 사람들이 궁극적으로 우리가 당연하게 여기는 일상적인 용도를 가지고 있습니다. 현재 중력파의 실제 적용은 천체물리학과 우주론으로 제한되어 있습니다. 이제 우리는 전자기 복사가 보이지 않는 "암흑 우주"를 들여다볼 수 있는 창을 갖게 되었습니다. 의심할 여지 없이 과학자와 엔지니어들은 우주를 탐사하는 것 외에도 이러한 우주 맥동의 다른 용도를 찾을 것입니다. 그러나 이러한 파동을 감지하려면 다음이 필요합니다. 좋은 진전시간이 지남에 따라 새로운 기술이 나타날 LIGO의 광학 공학.
어제 세계는 센세이션에 충격을 받았습니다. 과학자들은 마침내 아인슈타인이 100년 전에 예측했던 중력파를 발견했습니다. 이것은 획기적인 것입니다. 시공간 왜곡(이것은 중력파입니다. 이제 무엇이 무엇인지 설명하겠습니다)은 LIGO 천문대에서 발견되었으며 창립자 중 한 명은 누구라고 생각하십니까? - 책의 저자 킵 손(Kip Thorne)
중력파의 발견이 왜 그렇게 중요한지, Mark Zuckerberg가 말한 내용을 설명하고, 물론 1인칭의 이야기도 공유합니다. Kip Thorne은 다른 누구와도 달리 프로젝트가 어떻게 진행되는지, 무엇이 이 프로젝트를 특이하게 만드는지, LIGO가 인류에게 어떤 의미를 갖는지 알고 있습니다. 예, 예, 모든 것이 너무 심각합니다.
중력파의 발견
과학계는 2016년 2월 11일을 영원히 기억할 것입니다. 이날 LIGO 프로젝트 참가자들은 수많은 헛된 시도 끝에 중력파가 발견되었다고 발표했습니다. 이것이 현실이다. 사실, 그것들은 조금 더 일찍 발견되었습니다: 2015년 9월에, 그러나 어제 그 발견이 공식적으로 인정되었습니다. Guardian은 과학자들이 확실히 노벨 물리학상을 받을 것이라고 믿습니다.
중력파의 원인은 이미 지구에서 10억 광년 떨어진 두 블랙홀의 충돌이다. 우리 우주가 얼마나 거대한지 상상할 수 있나요? 블랙홀은 매우 거대한 물체이기 때문에 시공간을 통해 파문을 보내어 약간 왜곡됩니다. 그래서 물에 던져진 돌에서 퍼지는 것과 유사한 파도가 나타납니다.
예를 들어 웜홀에서 지구로 오는 중력파를 상상할 수 있는 방법은 다음과 같습니다. '인터스텔라'라는 책에서 그림을 그렸습니다. 그 뒤에 숨은 과학"
결과적인 진동은 소리로 변환되었습니다. 흥미롭게도 중력파의 신호는 우리가 말하는 것과 거의 같은 주파수에 도달합니다. 그래서 우리는 블랙홀이 어떻게 충돌하는지 우리 귀로 들을 수 있습니다. 중력파가 어떤 소리를 내는지 들어보세요.
그리고 무엇을 추측합니까? 최근에는 블랙홀이 이전에 생각했던 대로 구조화되어 있지 않습니다. 그러나 원칙적으로 존재한다는 증거는 전혀 없었습니다. 그리고 지금 있습니다. 블랙홀은 실제로 우주에 "살아있다".
이것이 바로 과학자들이 재앙, 즉 블랙홀의 합병이라고 믿는 모습입니다.
2월 11일에는 15개국에서 1,000명이 넘는 과학자들이 모인 대규모 회의가 열렸습니다. 러시아 과학자들도 참석했다. 그리고 물론 Kip Thorne도 있었습니다. “이 발견은 사람들을 위한 놀랍고 장엄한 탐구의 시작입니다. 즉, 왜곡된 시공간에서 생성된 물체와 현상인 우주의 구부러진 면을 탐색하고 탐구하는 것입니다. 블랙홀 충돌과 중력파는 우리의 첫 번째 놀라운 사례입니다.”라고 Kip Thorne은 말했습니다.
중력파에 대한 탐색은 물리학의 주요 문제 중 하나였습니다. 이제 그들은 발견되었습니다. 그리고 아인슈타인의 천재성이 다시 한번 확인됐다.
지난 10월, 우리는 러시아의 천체 물리학자이자 유명한 과학 대중화자인 세르게이 포포프(Sergei Popov)를 인터뷰했습니다. 그는 물을 들여다보고 있는 것처럼 보였습니다! 가을에: “우리는 이제 주로 LIGO 및 VIRGO 중력파 탐지기의 작업과 관련된 새로운 발견의 문턱에 있는 것 같습니다(Kip Thorne은 LIGO 프로젝트 생성에 큰 공헌을 했습니다). .” 놀랍지 않나요?
중력파, 파동 탐지기 및 LIGO
자, 이제 약간의 물리학을 살펴보겠습니다. 중력파가 무엇인지 정말로 알고 싶은 사람들을 위해. 여기 예술적 이미지시계 반대 방향으로 서로 공전하다가 충돌하는 두 개의 블랙홀의 텐덱스 선. Tendex 라인은 조석 중력을 생성합니다. 계속하세요. 한 쌍의 블랙홀 표면에서 서로 가장 멀리 떨어져 있는 두 지점에서 발산되는 선은 그림 속 작가의 친구를 포함해 그 길에 있는 모든 것을 뻗어 나간다. 충돌 영역에서 나오는 선은 모든 것을 압축합니다.
구멍이 서로를 중심으로 회전함에 따라 잔디밭에서 회전하는 스프링클러에서 나오는 물줄기와 유사한 힘선을 따라 움직입니다. 책“인터 스텔라”의 그림에서. 과학 비하인드" - 시계 반대 방향으로 서로 회전하며 충돌하는 한 쌍의 블랙홀과 그 힘줄.
블랙홀이 하나로 합쳐진다 큰 구멍; 변형되어 시계 반대 방향으로 회전하여 힘선을 드래그합니다. 구멍에서 멀리 떨어져 있는 고정된 관찰자는 힘줄이 그를 통과할 때 진동을 느낄 것입니다. 늘어남, 압축, 늘어남 - 힘줄은 중력파가 됩니다. 파동이 전파되면서 블랙홀의 변형은 점차 줄어들고 파동도 약해진다.
이 파도가 지구에 도달하면 아래 그림의 상단에 표시된 것과 같습니다. 한 방향으로 늘어나고 다른 방향으로 압축됩니다. 파동이 그림 하단의 검출기를 통과할 때 확장 및 압축이 진동합니다(빨간색 오른쪽-왼쪽, 파란색 오른쪽-왼쪽, 빨간색 오른쪽-왼쪽 등).
LIGO 검출기를 통과하는 중력파.
탐지기는 탐지기 팔이라고 불리는 두 개의 수직 파이프 끝에 부착된 4개의 대형 거울(40kg, 직경 34cm)로 구성됩니다. 중력파의 힘줄 선은 한쪽 팔을 늘리고 두 번째 팔을 압축한 다음 반대로 첫 번째 팔을 압축하고 두 번째 팔을 늘립니다. 그리고 계속해서. 팔의 길이가 주기적으로 변하면 거울은 서로 상대적으로 이동하며 이러한 변위는 간섭계라는 방식으로 레이저 빔을 사용하여 추적됩니다. 따라서 LIGO라는 이름은 레이저 간섭계 중력파 관측소(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)입니다.
LIGO 제어 센터는 감지기에 명령을 보내고 수신된 신호를 모니터링합니다. LIGO의 중력 탐지기는 워싱턴 주 핸포드(Hanford)와 루이지애나 주 리빙스턴(Livingston)에 위치해 있습니다. 책“인터 스텔라. 그 뒤에 숨은 과학"
이제 LIGO는 900명의 과학자들이 참여하는 국제 프로젝트입니다. 다른 나라, 캘리포니아 공과 대학에 본사가 있습니다.
우주의 굽은 면
블랙홀, 웜홀, 특이점, 중력 이상 및 고차 차원은 공간 및 시간의 곡률과 관련이 있습니다. 이것이 Kip Thorne이 그들을 "우주의 뒤틀린 면"이라고 부르는 이유입니다. 인류는 아직 우주의 휘어진 면에 대한 실험적, 관측적 데이터를 거의 갖고 있지 않습니다. 이것이 바로 우리가 중력파에 많은 관심을 기울이는 이유입니다. 중력파는 곡선 공간으로 구성되어 있으며 곡선 면을 탐색할 수 있는 가장 접근하기 쉬운 방법을 제공합니다.
바다가 잔잔할 때만 바다를 보았다고 상상해 보세요. 당신은 해류, 소용돌이, 폭풍우에 대해 알지 못할 것입니다. 이는 공간과 시간의 곡률에 대한 우리의 현재 지식을 연상시킵니다.
우리는 휘어진 공간과 휘어진 시간이 "폭풍 속에서" 어떻게 행동하는지, 즉 공간의 모양이 격렬하게 요동칠 때와 시간의 속도가 요동칠 때 어떻게 행동하는지에 대해 거의 알지 못합니다. 이것은 믿을 수 없을 정도로 매혹적인 지식의 개척지입니다. 과학자 존 휠러(John Wheeler)는 이러한 변화에 대해 "기하학"이라는 용어를 만들었습니다.
기하학 역학 분야에서 특히 흥미로운 것은 두 개의 블랙홀의 충돌입니다.
회전하지 않는 두 블랙홀의 충돌. "인터스텔라"라는 책의 모델입니다. 그 뒤에 숨은 과학"
위 사진은 두 개의 블랙홀이 충돌하는 순간을 보여줍니다. 바로 그러한 사건을 통해 과학자들은 중력파를 기록할 수 있었습니다. 이 모델은 회전하지 않는 블랙홀을 위해 제작되었습니다. 위: 우주에서 본 궤도와 구멍의 그림자. 중간: 벌크에서 본 곡선형 공간과 시간(다차원 초공간); 화살표는 공간이 움직임에 어떻게 관여하는지를 보여주고, 변화하는 색상은 시간이 어떻게 구부러지는지를 보여줍니다. 하단: 방출된 중력파의 모양.
빅뱅으로 인한 중력파
킵 손(Kip Thorne)에게로 가세요. “1975년에 러시아에서 온 나의 좋은 친구 레오니드 그리슈크(Leonid Grischuk)가 놀라운 발언을 했습니다. 그는 빅뱅 순간 많은 중력파가 발생했으며 그 기원(이전에는 알려지지 않았음)의 메커니즘은 다음과 같다고 말했습니다. (임의의 변동 - 편집자 주)빅뱅 당시의 중력장은 우주의 초기 팽창으로 인해 크게 강화되어 최초의 중력파가 되었습니다. 이 파동이 감지된다면 우리 우주가 탄생할 때 어떤 일이 일어났는지 말해줄 수 있을 것입니다."
과학자들이 원시 중력파를 발견한다면 우리는 우주가 어떻게 시작되었는지 알게 될 것입니다.
사람들은 우주의 모든 신비를 지금까지 풀었습니다. 앞으로 더 많은 것이 있습니다.
그 후 몇 년 동안 빅뱅에 대한 우리의 이해가 향상됨에 따라 이러한 원시 파동은 크기에 상응하는 파장에서 강했음이 분명해졌습니다. 보이는 우주즉, 길이는 수십억 광년이다. 이것이 얼마나 될지 상상이 가시나요?.. 그리고 LIGO 감지기가 커버하는 파장(수백, 수천 킬로미터)에서는 파동이 너무 약해서 인식할 수 없을 가능성이 높습니다.
Jamie Bock 팀은 BICEP2 장치를 제작하여 원래 중력파의 흔적을 발견했습니다. 북극에 위치한 장치는 1년에 두 번만 발생하는 황혼 동안 여기에 표시됩니다.
BICEP2 장치. Interstellar 책의 이미지. 그 뒤에 숨은 과학"
주변 얼음 덮개의 방사선으로부터 장치를 보호하는 방패로 둘러싸여 있습니다. 오른쪽 상단에는 우주 마이크로파 배경 복사에서 발견된 흔적, 즉 편광 패턴이 있습니다. 전기력선은 짧은 빛의 스트로크를 따라 향합니다.
우주의 시작의 흔적
90년대 초, 우주론자들은 수십억 광년 길이의 이러한 중력파가 우주를 채우는 전자기파, 즉 소위 우주 마이크로파 배경 또는 우주 마이크로파 배경 복사에 고유한 흔적을 남겼음에 틀림없다는 것을 깨달았습니다. 이로써 성배 찾기가 시작되었습니다. 결국, 이 흔적을 탐지하고 그것으로부터 원래의 중력파의 성질을 추론한다면 우리는 우주가 어떻게 탄생했는지 알아낼 수 있다.
2014년 3월, Kip Thorne이 이 책을 집필하는 동안 Thorne의 사무실 옆에 사무실이 있는 Caltech의 우주학자 Jamie Bok 팀은 마침내 우주 마이크로파 배경 복사에서 이 흔적을 발견했습니다.
이것은 정말 놀라운 발견이지만 논란의 여지가 있는 점이 하나 있습니다. Jamie 팀이 발견한 흔적은 중력파가 아닌 다른 요인에 의해 발생했을 수도 있다는 것입니다.
빅뱅 때 발생한 중력파의 흔적이 실제로 발견된다면 반세기에 한 번 정도 일어날 정도의 우주론적 발견이 일어났다는 뜻이다. 우주 탄생 후 1조분의 1조1000억분의 1초에 일어난 사건들을 접할 수 있는 기회를 제공한다.
이 발견은 그 순간 우주의 팽창이 우주론자들의 속어인 인플레이션 빠른 속도로 극도로 빨랐다는 이론을 확증해 줍니다. 그리고 우주론의 새로운 시대의 도래를 예고합니다.
중력파와 성간
어제 중력파 발견에 관한 회의에서 모스크바 주립 대학의 과학자 8명이 포함된 모스크바 LIGO 과학자 협력 책임자인 Valery Mitrofanov는 영화 "인터스텔라"의 줄거리는 환상적이지만 그렇지 않다고 지적했습니다. 현실과는 거리가 멀다. 그리고 Kip Thorne이 과학 컨설턴트였기 때문입니다. Thorne 자신도 미래에 블랙홀로의 유인 비행을 믿는다는 희망을 표현했습니다. 우리가 원하는 대로 그런 일은 일어나지 않을 수도 있지만, 오늘날에는 이전보다 훨씬 더 현실적입니다.
사람들이 우리 은하계를 떠날 날이 그리 멀지 않았습니다.
이 사건은 수백만 명의 사람들의 마음을 감동시켰습니다. 악명 높은 마크 주커버그는 이렇게 썼습니다. “중력파의 발견은 인류 역사상 가장 큰 발견입니다. 현대 과학. 알베르트 아인슈타인은 나의 영웅 중 한 명입니다. 이것이 제가 이 발견을 개인적으로 받아들인 이유입니다. 100년 전, 그는 일반 상대성 이론(GTR)의 틀 안에서 중력파의 존재를 예측했습니다. 그러나 빅뱅, 항성 폭발, 블랙홀 충돌과 같은 사건의 기원에서 찾을 수 없을 정도로 너무 작습니다. 과학자들이 얻은 데이터를 분석하면 완벽한 새로운 모습우주로. 그리고 아마도 이것은 우주의 기원, 블랙홀의 탄생과 발달에 대해 밝혀줄 것입니다. 이 우주의 신비를 밝히기 위해 얼마나 많은 사람들의 삶과 노력이 들어갔는지 생각해 보면 정말 감동적입니다. 이 획기적인 발전은 뛰어난 과학자와 엔지니어, 사람들의 재능 덕분에 가능했습니다. 다른 국적, 최근에 등장한 최신 컴퓨터 기술도 마찬가지입니다. 관련된 모든 분들께 축하를 드립니다. 아인슈타인은 당신을 자랑스러워할 것입니다."
이것이 연설입니다. 그리고 이 사람은 단순히 과학에 관심이 있는 사람입니다. 발견에 기여한 과학자들을 압도한 감정의 폭풍이 무엇인지 상상할 수 있습니다. 친구여, 우리는 새로운 시대를 목격한 것 같습니다. 이거 엄청나 네.
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얼마 전 LIGO 과학자들이 물리학, 천체물리학, 우주 연구 분야에서 획기적인 발전을 이루었다고 발표한 것을 기억해 봅시다. 중력파의 발견은 100년 전 알베르트 아인슈타인이 예측한 것입니다. Gizmodo는 LIGO 협력 기관인 루이지애나 소재 리빙스턴 천문대의 Amber Staver 박사를 만나 이것이 물리학에 어떤 의미인지 더 자세히 질문했습니다. 우리는 단지 몇 개의 기사만으로 세상을 이해하는 새로운 방식에 대한 세계적인 이해를 얻는 것이 어렵다는 것을 알고 있지만 노력할 것입니다.
지금까지 단일 중력파를 탐지하기 위해 엄청난 양의 작업이 수행되었으며 이는 획기적인 발전이었습니다. 이는 천문학에 수많은 새로운 가능성을 열어주는 것처럼 보입니다. 하지만 이 첫 번째 탐지는 탐지 자체가 가능하다는 "간단한" 증거에 불과합니까, 아니면 이미 그로부터 더 많은 것을 배울 수 있습니까? 과학적 업적? 앞으로 이를 통해 무엇을 얻고자 하시나요? 미래에는 이러한 파동을 감지하는 더 간단한 방법이 있을까요?
이것은 실제로 최초의 발견이자 획기적인 것이지만 목표는 항상 중력파를 사용하여 새로운 천문학을 수행하는 것이었습니다. 우주를 탐색하는 대신 가시 광선, 이제 우리는 빛으로는 결코 알 수 없는 것들을 포함하여 우주에서 가장 크고, 가장 강하고, (제 생각에는) 가장 흥미로운 것들에 의해 발생하는 중력의 미묘한 변화를 감지할 수 있습니다.
우리는 이 새로운 유형의 천문학을 첫 번째 탐지파에 적용할 수 있었습니다. 우리가 이미 알고 있는 GTR(일반상대성이론)을 이용하여 블랙홀과 같은 물체로부터 어떤 중력파가 발생하는지 예측할 수 있었습니다. 중성자별. 우리가 발견한 신호는 태양보다 질량이 36배, 다른 하나는 29배에 달하는 한 쌍의 블랙홀이 서로 접근할 때 소용돌이를 치는 것을 예측하는 것과 일치하는 것을 발견했습니다. 마침내 그들은 하나의 블랙홀로 합쳐집니다. 따라서 이것은 중력파의 최초 감지일 뿐만 아니라 블랙홀에 대한 최초의 직접 관찰이기도 합니다. 왜냐하면 블랙홀은 빛을 사용하여 관찰할 수 없기 때문입니다(그 주위를 공전하는 물질에 의해서만).
진동과 같은 외부 효과가 결과에 영향을 미치지 않는다고 확신하는 이유는 무엇입니까?
LIGO에는 중력파 신호가 포함될 수 있는 데이터보다 환경 및 장비와 관련된 데이터가 훨씬 더 많이 기록됩니다. 그 이유는 우리가 외부 효과에 속지 않거나 중력파를 감지하도록 잘못 인도되지 않는다는 것을 가능한 한 확신하고 싶기 때문입니다. 중력파 신호가 감지되었을 때 비정상적인 토양을 감지하면 우리는 이 후보를 거부할 가능성이 높습니다.
비디오: 간단히 말해서 중력파
무작위로 보이지 않도록 하기 위해 우리가 취하는 또 다른 조치는 중력파가 두 물체 사이를 이동하는 데 걸리는 시간 내에 두 LIGO 감지기가 동일한 신호를 확인하도록 하는 것입니다. 이러한 이동의 최대 시간은 약 10밀리초입니다. 탐지 가능성을 확인하려면 동일한 형태의 신호를 거의 동시에 보아야 하며, 환경에 대해 수집하는 데이터에는 이상이 없어야 합니다.
후보자가 치르는 다른 많은 테스트가 있지만 이것이 주요 테스트입니다.
존재합니까? 실용적인 방법그러한 장치를 사용하여 감지할 수 있는 중력파를 생성합니까? 중력 라디오나 레이저를 만들 수 있을까요?
당신은 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)가 1880년대 후반에 전파 형태의 전자기파를 감지하기 위해 했던 일을 제안하고 있습니다. 그러나 중력은 우주를 하나로 묶는 기본 힘 중 가장 약한 힘입니다. 이러한 이유로 중력파를 생성하기 위한 실험실이나 기타 시설에서 질량의 움직임은 너무 약해서 LIGO와 같은 검출기로도 감지할 수 없습니다. 충분히 강한 파도를 만들려면 알려진 물질을 찢어버릴 정도로 아령을 너무 빨리 회전시켜야 합니다. 하지만 우주에는 매우 빠르게 움직이는 대량의 질량이 많이 있으므로 우리는 이를 검색할 탐지기를 구축하고 있습니다.
이 확인이 우리의 미래를 바꿀 것인가? 우리는 이 파도의 힘을 연구에 사용할 수 있을까요? 대기권 밖? 이 파동을 이용해 통신이 가능할까요?
LIGO와 같은 감지기가 감지할 수 있는 중력파를 생성하기 위해 엄청난 속도로 움직여야 하는 질량의 양으로 인해 이에 대해 알려진 유일한 메커니즘은 병합 전에 회전하는 중성자별 또는 블랙홀 쌍입니다(다른 소스가 있을 수 있음). 어떤 진보된 문명이 물질을 조작할 가능성은 극히 낮습니다. 개인적으로 중력파를 통신 수단으로 사용할 수 있는 문명을 발견하는 것은 좋지 않다고 생각합니다. 왜냐하면 중력파는 우리를 쉽게 죽일 수 있기 때문입니다.
중력파는 일관성이 있습니까? 그것들을 일관되게 만드는 것이 가능합니까? 집중하는 것이 가능합니까? 집중된 중력빔의 영향을 받는 거대한 물체는 어떻게 될까요? 이 효과를 사용하여 입자 가속기를 개선할 수 있습니까?
일부 유형의 중력파는 일관성을 가질 수 있습니다. 거의 완벽한 구형인 중성자별을 상상해 봅시다. 빠르게 회전하면 1인치 미만의 작은 변형으로 인해 특정 주파수의 중력파가 생성되어 일관성이 있게 됩니다. 그러나 중력파의 초점을 맞추는 것은 우주가 투명하기 때문에 매우 어렵습니다. 중력파는 물질을 통과하여 이동하며 변함없이 나옵니다. 중력파의 초점을 맞추려면 적어도 일부 중력파의 경로를 변경해야 합니다. 아마도 이국적인 형태의 중력 렌즈는 중력파의 초점을 적어도 부분적으로 집중시킬 수 있지만 이를 활용하는 것은 불가능하지는 않더라도 어려울 것입니다. 집중할 수 있다고 해도 여전히 너무 약해서 실제적인 용도는 상상할 수 없습니다. 하지만 그들은 레이저에 대해서도 이야기했습니다. 레이저는 본질적으로 응집성 있는 빛에 초점을 맞춘 것이므로 누가 알겠습니까?
중력파의 속도는 얼마입니까? 질량이 있나요? 그렇지 않다면 움직일 수 있나요? 더 빠른 속도스베타?
중력파는 빛의 속도로 이동한다고 믿어집니다. 이것은 일반상대성이론에 의해 제한되는 속도이다. 그러나 LIGO와 같은 실험은 이를 테스트해야 합니다. 아마도 그들은 빛의 속도보다 조금 더 느리게 움직일 것입니다. 그렇다면 중력과 관련된 이론적 입자인 중력자는 질량을 갖게 됩니다. 중력 자체가 질량 사이에 작용하기 때문에 이는 이론에 복잡성을 더할 것입니다. 그러나 불가능은 아닙니다. 우리는 Occam의 면도날을 사용합니다. 가장 간단한 설명이 일반적으로 가장 정확합니다.
블랙홀 합병에 대해 이야기하려면 블랙홀 합병에서 얼마나 멀리 떨어져 있어야 합니까?
우리가 중력파에서 발견한 쌍성 블랙홀의 경우 4km 팔 길이에 1 x 10 -18 미터(양성자 직경의 1/1000)의 최대 변화를 일으켰습니다. 우리는 또한 이 블랙홀이 지구로부터 13억 광년 떨어져 있다고 믿습니다.
이제 우리의 키가 2미터이고 블랙홀에서 지구와 태양 사이의 거리에 떠 있다고 가정해 보겠습니다. 나는 당신이 약 165나노미터의 납작함과 늘어남을 번갈아 경험하게 될 것이라고 생각합니다(당신의 키는 하루 종일 더 많이 변합니다). 이것은 살아남을 수 있습니다.
우주의 소리를 듣는 새로운 방법, 과학자들이 가장 관심을 갖는 것은 무엇일까?
가능성이 있다는 점에서 잠재력은 완전히 알려져 있지 않습니다. 더 많은 장소우리가 생각했던 것보다. 우주에 대해 더 많이 배울수록 중력파를 사용하여 우주에 대한 질문에 더 잘 답할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
- 감마선 폭발의 원인은 무엇입니까?
- 붕괴하는 별의 극한 조건에서 물질은 어떻게 행동합니까?
- 빅뱅 이후 첫 순간은 언제였나요?
- 중성자별에서는 물질이 어떻게 행동하나요?
하지만 나는 중력파를 이용하여 어떤 예상치 못한 것들을 발견할 수 있는지에 더 관심이 있다. 사람들이 우주를 새로운 방식으로 관찰할 때마다 우리는 우주에 대한 우리의 이해를 뒤집어 놓은 예상치 못한 많은 것들을 발견했습니다. 나는 이러한 중력파를 찾고 우리가 이전에 전혀 몰랐던 것을 발견하고 싶습니다.
이것이 실제 워프 드라이브를 만드는 데 도움이 될까요?
중력파는 물질과 약하게 상호작용하기 때문에 물질을 이동시키는 데 거의 사용할 수 없습니다. 그러나 가능하더라도 중력파는 빛의 속도로만 이동합니다. 워프 드라이브에는 적합하지 않습니다. 그래도 멋질 것입니다.
반중력 장치는 어떻습니까?
반중력 장치를 만들려면 인력을 반발력으로 바꿔야 합니다. 중력파가 중력의 변화를 전파하더라도 그 변화는 결코 반발적(또는 부정적)이 아닙니다.
음의 질량은 존재하지 않는 것 같기 때문에 중력은 항상 끌어당깁니다. 결국 북쪽과 남쪽에는 양전하와 음전하가 있습니다 자극, 그러나 양의 질량만 가능합니다. 왜? 음의 질량이 존재한다면 물질의 공은 아래가 아닌 위로 떨어질 것입니다. 그것은 지구의 양의 질량에 의해 반발될 것입니다.
시간여행과 순간이동 능력이 무엇을 의미하나요? 우주를 연구하는 것 외에 이 현상에 대한 실제적인 적용을 찾을 수 있을까요?
지금 가장 좋은 방법시간 여행(그리고 미래로만)은 거의 빛의 속도로 여행하거나(일반 상대성 이론의 쌍둥이 역설을 기억하세요) 중력이 증가된 지역으로 가는 것을 의미합니다(이런 종류의 시간 여행은 인터스텔라에서 시연되었습니다). 중력파는 중력의 변화를 전파하기 때문에 시간 속도의 변동이 매우 작습니다. 그러나 중력파는 본질적으로 약하므로 시간 변동도 약합니다. 그리고 이것이 시간 여행(또는 순간 이동)에 적용될 수 있다고 생각하지 않지만 절대 말하지 마십시오(숨이 막힐 것임에 틀림없습니다).
아인슈타인을 검증하는 것을 멈추고 다시 이상한 것을 찾기 시작할 날이 올까요?
틀림없이! 중력은 가장 약한 힘이기 때문에 실험하기도 어렵습니다. 지금까지 과학자들은 일반 상대성 이론을 테스트할 때마다 정확하게 예측된 결과를 얻었습니다. 중력파의 발견조차도 아인슈타인의 이론을 다시 한 번 확증해 주었습니다. 그러나 나는 우리가 이론의 가장 작은 세부 사항(아마도 중력파를 사용하거나 다른 것을 사용하여)을 테스트하기 시작하면 실험 결과가 예측과 정확히 일치하지 않는 등 "재미있는" 것을 발견하게 될 것이라고 믿습니다. 이는 GTR에 오류가 있다는 의미가 아니라 세부 사항을 명확히 해야 한다는 의미입니다.
비디오: 중력파는 어떻게 인터넷을 폭발시켰나요?
자연에 관한 한 가지 질문에 답할 때마다 새로운 질문이 등장합니다. 결국 우리는 일반상대성이론이 제공할 수 있는 답보다 더 멋진 질문을 갖게 될 것입니다.
이 발견이 통일장 이론과 어떤 관련이 있거나 영향을 미칠 수 있는지 설명할 수 있습니까? 우리는 그것을 확인하는 데 더 가까워졌나요, 아니면 거짓을 폭로하는 데 가까워졌나요?
이제 우리 발견의 결과는 주로 일반 상대성 이론을 테스트하고 확인하는 데 전념하고 있습니다. 통일장 이론은 매우 작은 것(양자 역학)과 매우 큰 것(일반 상대성 이론)의 물리학을 설명하는 이론을 만들고자 합니다. 이제 이 두 이론은 우리가 살고 있는 세계의 규모를 설명하기 위해 일반화될 수 있지만 그 이상은 아닙니다. 우리의 발견은 매우 큰 물리학에 초점을 맞추고 있기 때문에 그 자체로는 우리를 통일 이론으로 발전시키는 데 거의 도움이 되지 않습니다. 그러나 그것은 질문이 아닙니다. 중력파 물리학 분야가 이제 막 탄생했습니다. 우리가 더 많이 배울수록 우리의 결과는 확실히 통일 이론의 영역으로 확장될 것입니다. 하지만 달리기 전에 먼저 걸어야 합니다.
이제 우리는 중력파를 듣고 있는데, 과학자들이 문자 그대로 벽돌을 날리려면 무엇을 들어야 할까요? 1) 부자연스러운 패턴/구조? 2) 우리가 비어 있다고 생각했던 지역의 중력파의 근원은 무엇입니까? 3) Rick Astley - 절대 포기하지 않을 건가요?
귀하의 질문을 읽었을 때 전파 망원경이 패턴을 포착하는 콘택트의 장면이 즉시 기억되었습니다. 소수. (우리가 아는 한) 이것은 자연에서 발견될 가능성이 거의 없습니다. 따라서 부자연스러운 패턴이나 구조를 가진 옵션이 가장 가능성이 높습니다.
나는 우리가 공간의 특정 영역에 공백이 있는지 확신할 수 없다고 생각합니다. 결국 우리가 발견한 블랙홀 시스템은 고립되어 있었고 그 지역에서는 어떤 빛도 나오지 않았지만 여전히 그곳에서 중력파를 감지했습니다.
음악에 관해서... 저는 배경에서 지속적으로 측정하는 정적 소음과 중력파 신호를 분리하는 일을 전문으로 합니다. 환경. 중력파 속에서 음악, 특히 이전에 들었던 음악을 발견했다면 그것은 사기일 것입니다. 하지만 지구상에서 한 번도 들어본 적 없는 음악은... 간단한 경우연락처에서.
실험은 두 물체 사이의 거리를 변경하여 파동을 감지하므로 한 방향의 진폭이 다른 방향보다 더 큽니까? 그렇지 않으면 읽혀지는 데이터는 우주의 크기가 변하고 있다는 것을 의미하지 않을까요? 그렇다면 이것이 확장을 확인하는 것입니까 아니면 예상치 못한 일입니까?
이 질문에 답하기 전에 우리는 우주의 다양한 방향에서 오는 많은 중력파를 볼 필요가 있습니다. 천문학에서는 이것이 인구 모델을 만듭니다. 얼마나 많이 다양한 방식것들이 존재하는가? 이것이 주요 질문입니다. 우리가 많은 관찰을 하고 예상치 못한 패턴을 보기 시작하면, 예를 들어 특정 유형의 중력파가 우주의 특정 부분에서 발생하고 다른 곳에서는 발생하지 않는다는 것이 나타나기 시작하면 이는 매우 흥미로운 결과가 될 것입니다. 일부 패턴은 확장(우리가 매우 확신하는)이나 아직 인식하지 못하는 다른 현상을 확인할 수 있습니다. 하지만 먼저 우리는 훨씬 더 많은 중력파를 볼 필요가 있습니다.
과학자들이 측정한 파동이 두 개의 초대질량 블랙홀에 속한다고 어떻게 판단했는지는 나로서는 완전히 이해할 수 없습니다. 어떻게 그렇게 정확하게 파동의 근원을 결정할 수 있습니까?
데이터 분석 방법은 예측된 중력파 신호 카탈로그를 사용하여 데이터와 비교합니다. 이러한 예측이나 패턴 중 하나와 강한 상관관계가 있다면 우리는 그것이 중력파라는 것을 알 뿐만 아니라 어떤 시스템이 그것을 생성했는지도 알 수 있습니다.
블랙홀이 합쳐지거나, 별이 회전하거나, 별이 죽어가는 등 중력파가 생성되는 모든 방식에서 파도의 모양은 모두 다릅니다. 중력파를 감지할 때 우리는 일반 상대성이론에 의해 예측된 이러한 모양을 사용하여 원인을 파악합니다.
이 파도가 다른 사건이 아닌 두 블랙홀의 충돌로 인해 발생했다는 것을 어떻게 알 수 있습니까? 그러한 사건이 언제 어디서 발생했는지 어느 정도 정확하게 예측하는 것이 가능합니까?
어떤 시스템이 중력파를 생성했는지 알면 중력파가 발생한 곳과 가까운 곳에서 중력파가 얼마나 강한지 예측할 수 있습니다. 지구에 도달할 때의 강도를 측정하고 측정값을 소스의 예상 강도와 비교함으로써 소스가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 계산할 수 있습니다. 중력파는 빛의 속도로 이동하므로 중력파가 지구를 향해 이동하는 데 걸린 시간도 계산할 수 있습니다.
우리가 발견한 블랙홀 시스템의 경우 양성자 직경의 1/1000당 LIGO 팔 길이의 최대 변화를 측정했습니다. 이 시스템은 13억 광년 떨어져 있습니다. 지난 9월 발견돼 최근 발표된 중력파는 13억년 동안 우리를 향해 움직이고 있다. 이것은 지구에 동물 생명체가 형성되기 전, 그러나 다세포 유기체가 출현한 후에 일어났습니다.
발표 당시 다른 탐지기는 더 긴 주기의 파동을 찾을 것이라고 명시되어 있었으며 그 중 일부는 심지어 우주파이기도 했습니다. 이 대형 감지기에 대해 무엇을 말씀해 주실 수 있나요?
실제로 개발 중인 공간 탐지기가 있습니다. LISA(레이저 간섭계 공간 안테나)라고 합니다. 우주에 있을 것이기 때문에 지구의 자연적인 진동으로 인해 지구 기반 탐지기와는 달리 저주파 중력파에 매우 민감합니다. 인공위성은 인간이 지금까지 있었던 것보다 지구에서 더 멀리 배치되어야 하기 때문에 어려울 것입니다. 문제가 발생하면 1990년대 허블에서 했던 것처럼 수리를 위해 우주 비행사를 보낼 수 없습니다. 필요한 기술을 테스트하기 위해 LISA Pathfinder 임무가 12월에 시작되었습니다. 지금까지 그녀는 모든 임무를 완수했지만 임무는 아직 끝나지 않았습니다.
중력파를 음파로 변환하는 것이 가능합니까? 그렇다면 그들은 어떤 모습일까요?
할 수 있다. 물론 중력파만 들리는 것은 아닙니다. 하지만 신호를 받아 스피커를 통해 전달하면 들을 수 있습니다.
이 정보로 우리는 무엇을 해야 할까요? 상당한 질량을 가진 다른 천체도 이러한 파동을 방출합니까? 파도를 사용하여 행성이나 단순 블랙홀을 찾을 수 있습니까?
중력 값을 검색할 때 중요한 것은 질량만이 아닙니다. 또한 물체에 내재된 가속도입니다. 우리가 발견한 블랙홀은 합쳐질 때 빛의 60% 속도로 서로 회전하고 있었습니다. 이것이 바로 우리가 합병 과정에서 이들을 탐지할 수 있었던 이유입니다. 그러나 이제는 하나의 비활성 덩어리로 합쳐졌기 때문에 더 이상 중력파가 발생하지 않습니다.
따라서 질량이 크고 매우 빠르게 움직이는 모든 것은 감지할 수 있는 중력파를 생성합니다.
외계행성은 감지 가능한 중력파를 생성할 만큼 충분한 질량이나 가속도를 갖지 못할 가능성이 높습니다. (나는 그들이 그것들을 전혀 생성하지 않는다고 말하는 것이 아니라, 그것들이 충분히 강하지 않거나 다른 주파수로 존재하지 않을 것이라는 것을 의미합니다). 외계 행성이 필요한 파도를 생성할 만큼 거대하더라도 가속으로 인해 행성이 찢어질 것입니다. 가장 거대한 행성은 가스 거인인 경향이 있다는 것을 잊지 마십시오.
물 속의 파도에 대한 비유는 얼마나 사실입니까? 우리는 이 파도를 탈 수 있을까? 이미 알려진 "우물"과 같은 중력 "봉우리"가 존재합니까?
중력파는 물질을 통해 이동할 수 있으므로 이를 타거나 추진을 위해 활용할 수 있는 방법이 없습니다. 따라서 중력파 서핑은 없습니다.
"봉우리"와 "우물"은 훌륭합니다. 음의 질량이 없기 때문에 중력은 항상 끌어당깁니다. 이유는 모르지만 실험실이나 우주에서는 관찰된 적이 없습니다. 따라서 중력은 일반적으로 "우물"로 표현됩니다. 이 "우물"을 따라 움직이는 덩어리는 더 깊게 떨어질 것입니다. 이것이 매력이 작동하는 방식입니다. 질량이 음수이면 반발력이 생기고 "피크"가 발생합니다. "피크"에서 움직이는 질량은 그것으로부터 멀어질 것입니다. 따라서 "우물"은 존재하지만 "봉우리"는 존재하지 않습니다.
파동의 강도가 근원지에서 이동한 거리에 따라 감소한다는 사실을 이야기하는 한 물과의 비유는 괜찮습니다. 물결파는 점점 작아지고, 중력파도 점점 약해진다.
이 발견은 빅뱅의 인플레이션 기간에 대한 우리의 설명에 어떤 영향을 미칠까요?
현재 이 발견은 인플레이션에 사실상 영향을 미치지 않습니다. 이와 같은 진술을 하려면 빅뱅의 유물 중력파를 관찰해야 합니다. BICEP2 프로젝트는 이러한 중력파를 간접적으로 관찰했다고 생각했지만, 우주 먼지가 원인인 것으로 밝혀졌습니다. 그가 올바른 데이터를 얻으면 빅뱅 직후에 짧은 기간의 인플레이션이 존재했음도 확인할 수 있습니다.
LIGO는 이러한 중력파를 직접 볼 수 있을 것입니다(이것은 또한 우리가 감지하고자 하는 가장 약한 유형의 중력파가 될 것입니다). 그것들을 본다면 우리는 이전에 보지 못했던 우주의 과거를 깊이 들여다볼 수 있을 것이고, 얻은 데이터로 인플레이션을 판단할 수 있을 것이다.
중력파에 대한 최초의 직접적인 검출은 2016년 2월 11일에 세계에 공개되었으며 전 세계의 헤드라인을 장식했습니다. 이 발견으로 물리학자들은 2017년에 노벨상을 받았으며 공식적으로 중력 천문학의 새로운 시대를 열었습니다. 그러나 덴마크 코펜하겐에 있는 닐스 보어 연구소(Niels Bohr Institute)의 물리학자 팀은 지난 2년 반 동안의 데이터에 대한 독립적인 분석을 바탕으로 이번 발견에 의문을 제기했습니다.
역사상 가장 신비한 물체 중 하나인 블랙홀은 정기적으로 주목을 받습니다. 우리는 그것들이 충돌하고, 병합하고, 밝기를 바꾸고, 심지어 증발한다는 것을 알고 있습니다. 또한 이론적으로 블랙홀은 를 사용하여 우주를 서로 연결할 수 있습니다. 그러나 이러한 거대한 물체에 대한 우리의 모든 지식과 가정은 부정확한 것으로 판명될 수도 있습니다. 최근 과학계에서는 과학자들이 크기와 질량이 너무 커서 그 존재가 물리적으로 불가능한 블랙홀에서 나오는 신호를 받았다는 소문이 나타났습니다.
중력파에 대한 최초의 직접적인 검출은 2016년 2월 11일에 세계에 공개되었으며 전 세계의 헤드라인을 장식했습니다. 이 발견으로 물리학자들은 2017년에 노벨상을 받았으며 공식적으로 중력 천문학의 새로운 시대를 열었습니다. 그러나 코펜하겐에 있는 닐스 보어 연구소의 물리학자 팀은 지난 2년 반 동안의 데이터에 대한 독립적인 분석을 바탕으로 그 발견에 의문을 제기했습니다.
중력파가 공식적으로 발견(감지)된 날은 2016년 2월 11일이다. 그 후 워싱턴에서 열린 기자 회견에서 LIGO 협력의 지도자들은 한 연구팀이 인류 역사상 처음으로 이 현상을 기록하는 데 성공했다고 발표했습니다.
위대한 아인슈타인의 예언
중력파가 존재한다는 사실은 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)이 지난 세기 초(1916) 일반 상대성 이론(GTR)의 틀 내에서 제안했습니다. 최소한의 실제 데이터로 그토록 광범위한 결론을 도출할 수 있었던 유명한 물리학자의 뛰어난 능력에 감탄할 수밖에 없습니다. 다음 세기에 확인될 것으로 예상되는 많은 물리적 현상(시간의 흐름을 늦추는 현상, 중력장의 전자기 복사 방향을 바꾸는 현상 등) 중에서 최근까지 이러한 유형의 물리적 현상의 존재를 실제로 감지하는 것은 불가능했습니다. 신체 사이의 파동 상호 작용.
중력은 환상인가?
일반적으로 상대성 이론에 따르면 중력을 힘이라고 부르기는 어렵습니다. 시공간 연속체의 교란 또는 곡률. 이 가정을 설명하는 좋은 예는 늘어난 천 조각입니다. 그러한 표면에 놓인 거대한 물체의 무게로 인해 함몰이 형성됩니다. 다른 물체가 이 변칙 현상 근처로 이동할 때 마치 "끌리는" 것처럼 움직임의 궤적을 변경합니다. 그리고 물체의 무게가 클수록(곡률의 직경과 깊이가 클수록) "끌어당기는 힘"이 커집니다. 그것이 직물을 가로질러 움직일 때, 발산하는 "잔물결"의 모습을 관찰할 수 있습니다.
비슷한 일이 우주에서도 일어납니다. 빠르게 움직이는 거대한 물질은 공간과 시간의 밀도 변동의 원인입니다. 상당한 진폭을 갖는 중력파는 질량이 극도로 크거나 엄청난 가속도로 움직일 때 형성됩니다.
신체적 특성
시공간 측정법의 변동은 중력장의 변화로 나타납니다. 이 현상을 시공간 파문이라고도 합니다. 중력파는 마주친 물체와 물체에 영향을 주어 압축하고 늘립니다. 변형의 크기는 원래 크기에서 약 10 -21 정도로 매우 미미합니다. 이 현상을 감지하는 데 있어 가장 어려운 점은 연구자들이 적절한 장비를 사용하여 그러한 변화를 측정하고 기록하는 방법을 배워야 한다는 것입니다. 중력 복사의 힘도 극히 작습니다. 태양계그것은 수 킬로와트에 달한다.
중력파의 전파 속도는 전도 매체의 특성에 따라 약간씩 달라집니다. 진동의 진폭은 소스로부터의 거리에 따라 점차 감소하지만 결코 0에 도달하지 않습니다. 주파수 범위는 수십에서 수백 헤르츠까지입니다. 성간 물질의 중력파 속도는 빛의 속도에 가깝습니다.
정황증거
중력파의 존재에 대한 최초의 이론적 확인은 1974년 미국의 천문학자 조셉 테일러(Joseph Taylor)와 그의 조수 러셀 헐스(Russell Hulse)에 의해 이루어졌습니다. 아레시보 천문대 전파 망원경(푸에르토리코)을 사용하여 우주의 광대함을 연구하던 중 연구원들은 공통 질량 중심 주위를 일정하게 회전하는 중성자 별의 쌍성 시스템인 펄서 PSR B1913+16을 발견했습니다. 각속도(매우 드문 경우입니다). 원래 3.75시간이었던 순환 주기는 매년 70ms씩 단축됩니다. 이 값은 중력파 생성에 대한 에너지 소비로 인해 해당 시스템의 회전 속도 증가를 예측하는 일반 상대성 방정식의 결론과 완전히 일치합니다. 그 후, 비슷한 행동을 보이는 여러 개의 이중 펄서와 백색 왜성이 발견되었습니다. 전파 천문학자 D. Taylor와 R. Hulse가 다음과 같은 상을 받았습니다. 노벨상중력장 연구의 새로운 가능성을 발견한 물리학 박사.
탈출하는 중력파
중력파 검출에 대한 최초의 발표는 1969년 메릴랜드 대학의 과학자 조셉 웨버(미국)가 발표했습니다. 이러한 목적을 위해 그는 2km 거리로 분리된 자신이 설계한 두 개의 중력 안테나를 사용했습니다. 공진 감지기는 민감한 압전 센서가 장착된 진동 절연이 잘 된 견고한 2m 알루미늄 실린더였습니다. Weber가 기록한 것으로 알려진 진동의 진폭은 예상 값보다 백만 배 이상 높은 것으로 나타났습니다. 유사한 장비를 사용하여 미국 물리학자의 "성공"을 반복하려는 다른 과학자들의 시도는 긍정적인 결과를 가져오지 못했습니다. 몇 년 후, 이 분야에 대한 Weber의 연구는 지지할 수 없는 것으로 인식되었지만 "중력 붐"의 발전에 자극을 주어 많은 전문가들이 이 연구 분야에 관심을 갖게 되었습니다. 그건 그렇고, Joseph Weber 자신은 인생이 끝날 때까지 중력파를 받았다고 확신했습니다.
수신 장비 개선
70년대에 과학자 Bill Fairbank(미국)는 초민감 자력계인 SQUIDS를 사용하여 냉각된 중력파 안테나 설계를 개발했습니다. 당시 존재했던 기술로는 발명가가 자신의 제품이 "금속"으로 구현되는 것을 볼 수 없었습니다.
National Legnar Laboratory(이탈리아 파도바)의 Auriga 중력 탐지기는 이 원리를 사용하여 설계되었습니다. 이 디자인은 길이 3m, 직경 0.6m의 알루미늄-마그네슘 실린더를 기반으로 하며 무게 2.3톤의 수신 장치는 거의 절대 영도까지 냉각된 절연 진공 챔버에 매달려 있습니다. 충격을 기록하고 감지하기 위해 보조 킬로그램 공진기와 컴퓨터 기반 측정 장치가 사용됩니다. 장비의 명시된 감도는 10 -20입니다.
간섭계
중력파 간섭 탐지기의 작동은 마이컬슨 간섭계 작동 원리와 동일합니다. 소스에서 방출된 레이저 빔은 두 개의 스트림으로 나뉩니다. 장치의 암을 따라 여러 번 반사되고 이동한 후 흐름이 다시 합쳐지고 최종 흐름을 기반으로 교란(예: 중력파)이 광선의 경로에 영향을 미쳤는지 여부가 판단됩니다. 많은 국가에서 유사한 장비가 만들어졌습니다.
- GEO 600 (독일 하노버). 진공 터널의 길이는 600미터이다.
- 어깨 길이가 300m인 TAMA(일본).
- VIRGO(이탈리아 피사)는 2007년에 시작된 프랑스-이탈리아 합작 프로젝트로 3km의 터널을 건설했습니다.
- LIGO(미국, 태평양 연안)는 2002년부터 중력파 탐사에 나섰다.
후자는 더 자세히 고려해 볼 가치가 있습니다.
라이고 어드밴스드
이 프로젝트는 매사추세츠와 캘리포니아 공과대학의 과학자들의 주도로 만들어졌습니다. 여기에는 3,000km 떨어진 워싱턴(리빙스턴과 핸포드 시)에 3개의 동일한 간섭계가 있는 2개의 관측소가 포함되어 있습니다. 수직 진공 터널의 길이는 4,000m입니다. 이는 현재 운영 중인 구조물 중 가장 큰 구조물입니다. 2011년까지 중력파를 탐지하려는 수많은 시도는 아무런 결과도 가져오지 못했습니다. 상당한 현대화(Advanced LIGO)가 수행되어 300-500Hz 범위의 장비 감도가 5배 이상 증가했으며 저주파 영역(최대 60Hz)에서는 거의 10배 증가하여 10-21이라는 탐나는 가치. 업데이트된 프로젝트는 2015년 9월에 시작되었으며, 천 명 이상의 협업 직원들의 노력이 결실을 맺었습니다.
중력파가 감지되었습니다
2015년 9월 14일, 고급 LIGO 감지기는 7ms 간격으로 관측 가능한 우주 외곽에서 발생한 가장 큰 사건, 즉 질량이 29배와 36배인 두 개의 대형 블랙홀이 합쳐져 지구에 도달하는 중력파를 기록했습니다. 태양의 질량보다 크다. 13억년 전에 일어난 이 과정에서 약 3개의 태양 질량의 물질이 중력파를 방출하여 1초도 안 되는 순간에 소모되었습니다. 기록된 중력파의 초기 주파수는 35Hz였으며 최대 피크 값은 250Hz에 도달했습니다.
얻은 결과는 반복적으로 포괄적인 검증 및 처리를 거쳤으며, 얻은 데이터에 대한 대체 해석은 신중하게 제거되었습니다. 드디어 지난해 아인슈타인이 예측한 현상이 직접 등록됐다는 소식이 전 세계에 발표됐다.
연구자들의 거대한 작업을 보여주는 사실: 간섭계 팔 크기의 변동 진폭은 10 -19m였습니다. 이 값은 원자 자체가 원자 직경보다 작기 때문에 원자 직경보다 몇 배 더 작습니다. 주황색.
미래 전망
이번 발견은 일반 상대성 이론이 단지 추상적인 공식의 집합이 아니라 중력파와 중력 일반의 본질에 대한 근본적으로 새로운 시각임을 다시 한 번 확인시켜 줍니다.
추가 연구에서 과학자들은 ELSA 프로젝트에 큰 기대를 걸고 있습니다. 즉, 중력장의 사소한 교란도 감지할 수 있는 약 500만km의 팔을 갖춘 거대한 궤도 간섭계를 만드는 것입니다. 이 방향으로의 작업 활성화는 우주 발전의 주요 단계, 전통적인 범위에서 관찰하기 어렵거나 불가능한 과정에 대해 많은 새로운 것을 알려줄 수 있습니다. 미래에 중력파가 감지될 블랙홀이 그 본질에 대해 많은 것을 말해 줄 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다.
빅뱅 이후 우리 세계의 첫 순간을 알려줄 수 있는 우주 마이크로파 배경 복사를 연구하려면 더 민감한 우주 장비가 필요합니다. 그러한 프로젝트가 존재합니다 ( 빅뱅 관찰자) 그러나 전문가에 따르면 구현은 30-40년 이내에 가능합니다.
