Революция във физиката

Мощен научен екип с над 1000 участници от 16 държави обявиха миналата седмица във Вашингтон, че са регистрирали гравитационни вълни, излъчени във Вселената от две черни дупки, секунди преди те да се слеят в една. С това се потвърждава съществуването на гравитационни вълни, което Алберт Айнщайн предсказва още преди 100 години - през 1916 г., в своята Теория на относителността. В нея той описва гравитацията като изкривяване на пространството и времето, предизвикано от превръщане на материята в енергия.
Досега теорията не можеше да бъде проверена поради липсата на достатъчно мощна и чувствителна апаратура. Съществуваха само косвени доказателства за хипотезата на Айнщайн. Всичко, което досега знаем за Вселената, е от електромагнитни вълни, светлината във видимия и инфрачервения спектър, рентгеновите и гама лъчите. Но при пътуването им те се деформират под външно въздействие, затова те разкриват само част от реалните процеси. За гравитационните вълни няма такива бариери. Черните дупки например не излъчват светлина и електромагнитни вълни, но може да бъдат проучвани чрез гравитационните.
Откритието е направено благодарение на обсерваторията LIGO, разположена в САЩ. Вълните са засечени още на 14 септември 2015 г., а в месеците след това учените са работили за потвърждаването му. Научното значение на това откритие е огромно, специалистите го определят като едно от най-големите научни открития за последните 50 години. Световните медии вещаят за авторите му Нобелова награда през тази година. То отваря пътя на ново научно направление - гравитационно-вълновата астрономия, която ще даде изцяло нов поглед към Вселената и ще позволи на изследователите да проследят процесите, които текат във Вселената, както и миналото й назад до самото й образуване след Големия взрив, обясняват авторите на откритието.
Според физиците засечените гравитационни вълни са породени от две черни дупки, чиято маса е 30 пъти по-голяма от таи на Слънцето. Те са излъчени в последните секунди преди двете черни дупки да се сблъскат и да се слеят в една по-масивна въртяща се черна дупка, което е станало преди 1,3 млрд. години. В части от секундата преди сблъсъка масата на черните дупки се е превърнала в гравитационни вълни, чиято мощност на излъчването е около 50 пъти по-голяма от тази в цялата видима Вселена досега в светлина, радиовълни, рентгенови лъчи и гама лъчи, взети заедно. Възможността две черни дупки да се сблъскат е била предвиждана и преди, но такова събитие никога досега не е било наблюдавано. Според учените подобни сливания на черни дупки се случват няколко пъти годишно.
Според Общата теория на относителността две черни дупки, които се въртят една около друга, губят енергия при излъчването на гравитационни вълни, което ги кара постепенно - в течение на милиарди години, да се приближават една до друга, докато накрая се сблъскат с голяма скорост в последните минути. При това се образува една масивна черна дупка, като част от масата на двете черни дупки се превръща в енергия в съответствие с формулата на Айнщайн Е = mc2. Тази енергия се излъчва в пространството във вид на гравитационни вълни, каквито са били зафиксирани от LIGO.  
Откритието е станало възможно благодарение на възможностите на обсерваторията, разширяващи обсега на наблюдение във Вселената. Измервано е поведението на "лъчите" на двата лазерни детектора с дължина 4 км до точност 10 000 пъти по-малка от протон. Така са засечени дори минимални колебания при преминаването през тях на гравитационни вълни. Колебанията са били трансформирани в звук и учените буквално са чули гравитационните вълни.
Проектът LIGO започва през 1992 г. с обединените усилия на голям международен екип. Експериментите в обсерваторията започват от 2002 г., през 2010 г. апаратурата е обновена, за да се разщирят възможностите и диапазонът на наблюдение във Вселената. Всъщност работата с LIGO започва едва през септември 2015 г. и откритието е направено още при първия цикъл наблюдения.
Лазерната интерферометрична гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) разполага с два детектора ново поколение, разположени в два американски щата - в Ливингстън (щат Луизина) и Хенфърд (щат Ваншингтон). Обсерваторията е финансирана от Националния научен фонд (NSF) на САЩ и от научни фондове в Германия, Великобритания и Австралия. Обсерваторията е била построена от технологичните научни институти в Калифорния и Масачусетс. В работата на LIGO участват учени от САЩ, Русия, Австралия, Германия, Великобритания, Испания, Франция, Италия, Холандия и др. В разработката и анализите на данните са включени над 90 университета и научни институти от тези държави, включително 250 студенти.
Някои от използваните ключови технологии са били разработени от германо-английски екип, други - за повишаване на чувствителността на детекторите от ново поколение, са разработени от руски учени. Технологии за изчисляване са били предоставени от италиански университет, в построяването са участвали екипи от Австралия. От страна на Русия участват два екипа - от Физическия факултет на Московския държавен университет и от Института по приложна физика на Руската академия на науките в Нижни Новгород. Групата от Московския университет е ръководена от световноизвестния учен чл.-кор. Владимир Брагински, един от пионерите на гравитационно-вълновите изследвания в света.
Откритието е голяма стъпка на науката в изцяло нова посока, коментират специалистите. Сега учените ще могат да погледнат към Вселената по изцяло нов начин, което може да преобърне представите за нейното формиране.

    
Що е гравитация

Гравитацията е силата на привличане между телата вследствие на тяхната маса. Масата на дадено тяло е неговото количество материя. Според законите, формулирани от Нютон, гравитационната сила между две тела е право пропорционална на техните маси. Колкото е по-голяма масата на двете тела, толкова е по-голяма силата им на привличане. Според Нютон гравитационната сила е обратно пропорционална на разстоянието между двете тела, умножено по себе си. Т.е. ако разстоянието между две тела се увеличи двойно, гравитационната им сила ще намалее четворно.
През 1915 г. Алберт Айнщайн публикува своята Обща теория на относителността - теория за пространство, време и гравитация. В сложната математика на относителността времето и пространството не са напълно отделни, а се комибинират в т.нар. времепространство. Айнщайн предполага, че материята и енергията могат да изкривяват времепространството, а гравитацията е ефект на изкривяванията. Общата теория на относителността предполага още, че масивни тела, които са в орбита едно около друго (като Слънцето и Земята), излъчват вълни енергия, познати като гравитационни вълни. Всяка движеща се с ускорение маса (тяло), променяща своята плътност, е източник на гравитационни вълни. За да възникнат гравитационни вълни, те не може да се излъчват от единичен обект, а винаги от двойка обекти. Айнщайн прави хипотеза, че гравитационните вълни са движещи се със скоростта на светлината изменения в времепространството.
Айнщайн предвижда съществуването на тела, наречени черни дупки - област в пространството, където гравитацията е толкова силна, че дори и светлината не може да излезе от нея.

По материали от чуждестранни медии