Каким бы стабильным это ни казалось, пространство на самом деле довольно растянуто. Все объекты во Вселенной искривляют ткань пространства и времени, или пространство-время. Более массивные объекты искажают его сильнее. Такие искажения ощущаются как гравитация. Объекты также могут создавать рябь в пространстве-времени, когда они движутся через него, причем более крупные объекты создают большую рябь. Такие колебания известны как гравитационные волны.
Альберт Эйнштейн предсказал существование этих волн около века назад. Но гравитационные волны впервые были замечены всего несколько лет назад. Почему? Потому что гравитационные волны исчезают по мере своего распространения, как рябь в пруду.
Итак, к тому времени, когда волны от далеких небесных объектов омывают Землю, они становятся крошечными. Словно всего тысячная ширина протона! Только самые экстремальные объекты в космосе производят достаточно большие волны, чтобы их могли уловить земные инструменты.Представьте, что вы можете выбрать новую пару глаз, которая поможет вам видеть вещи, которые вы никогда не могли видеть раньше.
Может быть, вы бы выбрали рентгеновское зрение Супермена, или, может быть, вы бы предпочли приближаться к крошечным вещам и видеть чудеса микроскопического мира.Наука недавно обрела новый взгляд — новый способ заглянуть в тайны Вселенной — используя гравитационные волны, волны, создаваемые самой гравитацией.
В этой статье я провожу вас в путешествие, которое начинается с объяснения гравитации — от классической точки зрения Исаака Ньютона (Isaac Newton) до современной и более сложной точки зрения Альберта Эйнштейна (Albert Einstein).
Затем я объясню, как движение массивных объектов создает гравитационные волны, которые представляют собой рябь в пространстве и времени, и как их можно использовать для объяснения некоторых тайн Вселенной.
В 1687 году великий английский математик и физик сэр Исаак Ньютон (Isaac Newton) опубликовал свою знаменитую книгу «Principia», в которой изложил свою теорию гравитации.
Сила, которая заставляет объекты двигаться навстречу друг другу — первая «универсальная» теория в науке.Теория Ньютона доказала, что гравитационная сила между двумя объектами пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Звучит сложно, но это означает, что чем больше масса объектов и чем ближе они друг к другу, тем сильнее гравитационная сила, которую они оказывают друг на друга.Хотя это правда, оказалось, что замечательная теория Ньютона имеет несколько ограничений.
Во-первых, вы когда-нибудь задумывались, почему яблоко, падающее с дерева, падает вниз, а не вверх?Когда вы прыгаете, почему вы возвращаетесь на Землю, а не летите вверх?
Теория Ньютона на самом деле не отвечает на эти простые вопросы.Она только говорит нам о силе гравитации, которую два объекта оказывают друг на друга, как сила между яблоком и Землей или между вами и Землей.
Теория Ньютона не рассматривает направление силы между объектами (навстречу друг другу или друг от друга) и не объясняет, откуда берется гравитация в первом приближении
Представьте, что Солнце внезапно исчезло.
Если бы оно исчезло прямо сейчас, потребовалось бы около 8 минут, прежде чем мы смогли бы увидеть, что его больше нет, потому что свету требуется 8 минут, чтобы дойти до нас от Солнца.
То же верно и для всего остального, что происходит во Вселенной — требуется время, чтобы информация дошла от события до наблюдателя.
Таким образом, когда яблоко падает с дерева, наблюдателю должно пройти некоторое время (пусть даже крошечная доля секунды), чтобы понять, что же произошло на самом деле
Теория Ньютона не учитывает этот временной интервал, поэтому, согласно его теории, наблюдатель видит падающее яблоко точно в тот момент, когда оно действительно падает.Мы знаем, что в действительности это не так — следовательно, мы можем заключить, что в теории Ньютона чего-то не хватает.Как мы можем решить эти две загадки, поставленные теорией Ньютона?
К счастью, более чем через 200 лет после Ньютона любимый физик Альберт Эйнштейн нашел решение.В 1915 году Эйнштейн опубликовал новую теорию гравитации, названную общей теорией относительности.Теория Эйнштейна имеет совершенно иной взгляд на гравитацию, и она помогает нам понять вещи, которые теория Ньютона не могла объяснить.
Это не означает, что теория Ньютона была неправильной или бесполезной — это просто означает, что она была неполной и что более новая теория помогает нам глубже понять вещи.Теория Эйнштейна утверждает, что вокруг любого массивного объекта пространство и время подвергаются воздействию и искажаются или искривляются, и это создает притяжение к этому объекту.
Одно из предсказаний общей теории относительности Эйнштейна состоит в том, что гравитация должна иметь волны — гравитационные волны.
Простой способ подумать о гравитационных волнах — представить себя у неподвижного пруда… затем вы бросаете в пруд камень.Камень делает всплеск и опускается на дно пруда.Хотя камень сейчас покоится на дне пруда, вы все еще можете увидеть эффект, который он оказал на поверхность воды, где волны движутся от центра наружу
Это также способ визуализировать то, что происходит с гравитационными волнами.После того как теория Эйнштейна предсказала существование гравитационных волн, физики-экспериментаторы начали пытаться их обнаружить.
Некоторые посвятили более 20 лет своей жизни разработке методов обнаружения гравитационных волн и продолжают это делать.Оказывается, что, когда дело доходит до гравитационных волн, у нас есть как большое несчастье, так и большая удача.
Несчастье в том, что в настоящее время мы не можем создавать гравитационные волны в наших лабораториях, потому что они слишком слабы, чтобы мы могли обнаружить их с помощью имеющихся у нас методов.
Это несчастье, потому что хорошие эксперименты — это те, в которых мы понимаем все, что происходит, а это гораздо легче осуществить в лаборатории.С другой стороны, нам повезло — сама природа создает гравитационные волны, которые намного сильнее тех, которые мы могли бы создать в лаборатории.
Когда мы измеряем гравитационные волны, мы на самом деле измеряем искажения (рябь), которые они создают в пространстве и времени.Когда эти искажения достигают наших детекторов, они невероятно малы — намного меньше даже размера одного протона.
Положительно заряженная частица, присутствующая в ядре всех атомов.Протоны меньше одной миллиардной ширины человеческого волоса
Итак, какова важность гравитационных волн при попытке понять вселенную?
Во-первых, гравитационные волны помогают нам убедиться, что общая теория относительности Эйнштейна действительно верна.
Несмотря на то, что теория Эйнштейна кажется обоснованной и очень точной, это не единственная теория, предсказывающая гравитационные волны.
Чтобы подтвердить, что теория Эйнштейна верна и может объяснить, что такое гравитация и как она работает, нам нужно измерить детали гравитационных волн, которые мы обнаруживаем.
Во-вторых, гравитационные волны могут помочь нам узнать что-то новое о Вселенной.
Вы можете думать об этом как о новой эре в астрономии, очень похожей на ту, которую 400 лет назад открыл знаменитый астроном Галилео Галилей (Galileo Galilei), когда он сделал телескоп и смотрел с его помощью на небо.
Мы можем использовать гравитационные волны, чтобы смотреть на Вселенную совершенно по-другому, чем раньше, — используя «гравитационный телескоп».
Изучение гравитационных волн может помочь нам лучше понять, как происходят катастрофические (очень мощные) астрономические события, такие как столкновения между черными дырами и нейтронными звездами.
Эта информация может дать представление о событиях, которые произошли на ранних стадиях формирования Вселенной, а также может помочь нам найти ответы на интригующие вопросы о нашей собственной планете, например, как тяжелые элементы, такие как золото и платина, попали на Землю.
Однако мы еще не очень искушены в работе с гравитационными волнами, поэтому обычно объединяем информацию, которую получаем при измерении гравитации, с данными, уже имеющимися у нас с телескопов.Это позволяет нам построить картину космических событий, которая выходит далеко за рамки того, что мы могли бы понять без использования гравитационных волн.
В будущем, когда мы станем лучше обнаруживать гравитационные волны, мы надеемся увидеть космические явления, используя только гравитационные волны.Это очень захватывающее время в космологии, поскольку наша способность обнаруживать гравитационные волны открывает новое окно в космологические события, которые помогут нам лучше понять нашу вселенную.
Это интересно
0
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Флаконы с "вакциной" Covid содержат оксид графена
(1)
gos
,
21.02.2022
-
7 признаков Воинов Духа
(1)
Анна 12
,
06.01.2022
-
С Новым Годом!
(1)
teka-45
,
31.12.2021
-
Законы духовного развития
(1)
Victor1
,
16.12.2021
-
Энергетический прогноз на декабрь 2021 года
(1)
Y
,
06.12.2021
20240603102243