Даже Эйнштейн колебался в существовании гравитационных волн

    «Гравитационных волн нет…», «…плоские гравитационные волны, путешествующие вдоль позитивной оси X, умеют быть, как следует, обнаружены…», «…гравитационные волн и не существует…», «…существуют ли гравитационные волны?», «…выходит, есть строгие решения…» — это же слова Альберта Эйнштейна.

    Даже Эйнштейн колебался в существовании гравитационных волн

    20 лет он увиливал от признания гравитационных волн, и не понимая, подтверждает либо исключает них его революционная общественная теория относительности 1915 года. При всей концептуальной элегантности данной теории, которая связала гравитацию с спецэффектом искривления «пространства-времени», ее математическая сторона существовала неописуемо сложноватой.

    Этот вопросец был решен раз и навечно на минувшей недельке, когда ученые из обсерватории Advanced LIGO (Advanced Interferometer Gravitational-Wave Observatory) сказали о обнаружении гравитационных волн, родившихся в итоге слияние двух темных дыр в млрд световых лет от нас. Дабы поймать сигнал — крохотный шквал сокращений и расширений в пространстве-времени, этот «чик-чирик», как только его именуют ученые — потребовались причудливые технологии. Практически 100 лет потребовалось ученым, дабы подтвердить предсказанное Эйнштейном: гравитационные волны не совсем только есть, них можно следить, слышать, ежели вернее, по мере движения сквозь космос. Наряду с сиим подтвердили а также существование нескольких темных дыр — этаких воронок в пространстве-времени, в существование которых поверить существовало гораздо труднее.

    Дэниел Кеннефик, физик-теоретик из Вуза штата Арканзас, начал собственную карьеру в качестве аспиранта, действующего с соучредителем LIGO Кипом Торном над сиим подтверждением общей теории относительности. Очарованный спорной историей исследовательских работ гравитационных волн, Кеннефик начал с истории; в 2007 году он написал книжку «Путешествуя со скоростью мысли: Эйнштейн и поиск гравитационных волн», а уж в минувшем году предстал соавтором An Enstein Encyclopedia, энциклопедии, посвященной величавому ученому. Кеннефик поведал журнальчику Quanta Magazine, куда направляются теоретики с новейшим открытием.

    Как превосходным предстало вам объявление минувшего четверга?

    Я и не мог поверить в это же волшебство. Потрясающе, беря во внимание противоречивую историю данной области, что неоспоримое обнаружение тем не менее обнаружило пространство. Им же и не пришлось раскапывать сигнал из шума, как только ждали почти все из нас; вы сможете узреть заданные своими очами. Исходя из убеждений теоретика, можно полагать неописуемым то, что теоретические пророчества оказались так реалистичными. Сигнал имел пространство, ровно с той самой формой волны, как только и предсказывалось, от слияния двух темных дыр.

    Вроде бы вы обрисовали историю гравитационно-волновых исследовательских работ, кои привели нас к этому моменту?

    Непременно, у любых были сомнения — тамошнему предпосылкой существовала серия противоречий. Самое большое колебание существовало в существовании гравитационных волн. Есть ли они? Переносят ли энергию? Есть ли в фолиант образе, в котором мы сможем них найти? Либо наиболее онтологически: что этакое действительность? Вы что-то измеряете либо обманываете сами себя?

    И эдак существовало с самого начала. Первое упоминание гравитационных волн мы получили от Эйнштейна: он произнес, что них и не бытует. Гравитационные волны были неустрашимой, дерзкой мыслью, которая начала тревожить интеллекты граждан гораздо 100 годов назад, однако с того времени нас и не покидало ощущение неопределенности. Как мы отвечали на один вопросец, возникал новейший.

    Как только фраза в заглавии вашей книжки — «путешествуя со скоростью мысли» — подчеркивает эту неопределенность?

    Когда Эйнштейн написал собственную работы (с пророчеством гравитационных волн) в 1916 году, он задумывался, что нашел три различных образа гравитационных волн. Прежде, в фолиант же году, когда он задумывался, что волн и не бытует, он употреблял некорректную систему координат. По предложению коллеги, он перекочевал к альтернативный системе координат, и она дозволила ему же более четко рассмотреть, что волны были. Однако сама координатная система существовала «волнистой», и выяснилось, что две волны были на деле плоским местом в волнистой системе координат; тогда-то Эйнштейн волн ординарно и не заметил.

    Британский астролог и физик Артур Стэнли Эддингтон откликнулся на работу Эйнштейна в 1922 году и заинтересовался вопросцем: едут ли гравитационные волны со скоростью света? Ответом существовало: да, само собой разумеется. Эддингтон сделал расчеты, дабы убедиться воочию, и осознал, что два остальных типа волн, побочных, умеют двигаться со скоростью, зависимой от вашей системы координат, и произнес, таким макаром, что эти неверные волны «движутся со скоростью мысли». Это же очаровательная фраза, так как она отражает скептицизм — «путешествие на скорости мысли» это же из области несуществующего. С альтернативный стороны, она отражает значимость скептицизма, ведь, наконец, существуют лишь один, а уж и не три типа гравитационных волн.

    Тогда и Эйнштейн опять передумал и в 1936 году заявил, что гравитационных волн и не бытует. Что вышло?

    Эйнштейн и его помощник Натан Розен отыскивали четкое (а уж и не ориентировочное) решение гравитационных волн и натолкнулись на неурядицу. Независимо от тамошнего, как только они пробовали построить систему координат, они все время обнаруживали «сингулярность» кое-где в пространстве-времени. Сингулярность значит пространство, в каком мы и не можем назначить номер величины волны. Сейчас же выяснилось, что эта сингулярность существовала только сингулярностью координат; нет этакий трудности у гравитационных волн.

    Даже Эйнштейн колебался в существовании гравитационных волн

    Представьте Северный полюс. Ежели я спрошу вас, какова долгота Северного полюса, вы скажете: что ж, все полосы долготы проходят сквозь Северный полюс. Наша измерительная система ординарно ломается, однако это же и не означает, что Северного полюса и не бытует либо что вы и не сможете туда отправиться. На физическом уровне он бытует. Потому Эйнштейн и Розен были озадачены. Они задумывались, что раз получается сингулярность, это же показывает на то, что гравитационных волн и не бытует. Потому им же пришлось написать эту работу и выслыть в Physical Review. Арбитраж написал 10-страничный отчет об потенциальной ошибке и выслал назад Эйнштейну. Тамошний эдак рассердился, что ординарно заснял работу с публикации.

    И некие люди заговорили, что даже ежели гравитационные волны есть, них нереально поймать.

    В 1955 году Натан Розен попробовал обосновать, что гравитационные волны и не переносят энергию, потому являются формально математическим конструктом без физического значения. Дабы осознать, представьте самому себе, что вы в океане, и океан очень качает, однако вы сможете даже и не почувствовать сего, так как вы подымаетесь и опускаетесь наряду с волной, а уж наряду с вами и все вокруг. Ежели гравитационные волны сопоставить с глубоководной океанской качкой, будут ли они оказывать влияние на нас либо же мы (и все вокруг) будем двигаться в унисон с этими волнами? Вот о этом очень спорили в 50-х.

    И как только был решен этот вопросец?

    Аргумент Розена был поднят на конференции в 1957 году в Чапел-Хилл, и очень успешно некто по имени Феликс Пирани а также оказался на конференции. Он решил посмотреть на работу общей теории относительности, используя максимально практический подход, который миновал всю эту неурядицу с системой координат, и проявил, что волны умеют двигать крупицы вперед и обратно по мере прохождения.

    Ричард Фейнман услышал речь Пирани и произнес хоть как-то эдак: «Что ж, раз мы знаем, что крупицы едут, нам довольно предположить палку, а уж на палку поместить несколько шариков. Когда волна проходит, шарики будут двигаться вперед и обратно, однако палка будет оставаться твердой, так как электрические силы в палке будут пробовать задерживать атомы и электроны в фолиант же положении, где они и были раньше. Означает, шарики будут скользить по палке, а уж трение будет осуществлять энергию. И эта энергия обязана браться от гравитационной волны. Как следует, эта волна владеет энергия». Его небезизвестный мысленный опыт с «липкими шариками» уверил кучу граждан в фолиант, что обстоятельств для скептицизма Розена ординарно нет. Тогда и люди вроде Джо Вебера решили постараться найти гравитационные волны.

    Однако люди эдак не знали никаких астрофизических источников гравитационных волн, кои могли быть довольно мощными, дабы них можно существовало найти, правильно?

    Правильно. Эйнштейн писал, что навряд ли кто-то отыщет систему, на поведение которой будут изрядно оказывать влияние гравитационные волны. Он указывал, что волны стандартной бинарной системы кинозвезд переносят эдак не достаточно энергии, что мы ни разу и не увидели конфигурации в этакий системе — и это же ИСТИНА. Причина, по которой мы лицезреем две темные прорехи, в фолиант, что они поближе друг к соседу, чем умеют быть две суперзвезды. Темные прорехи мизерные и громоздкие, потому возможно окажутся близко друг к соседу и крутиться максимально и максимально резво. Так как Эйнштейн и не веровал в существование темных дыр, он и не подозревал и об существовании системы, которая дозволила бы нам узреть гравитационные волны.

    Карл Шварцшильд нашел решение темных дыр для уравнений Эйнштейна в 1916 году, в фолиант же году, когда Эйнштейн предсказал гравитационные волны. Посему же тогда-то Эйнштейн и не поверил в темные прорехи?

    У темных дыр и без тамошнего очень непростая и противоречивая история, и обнаружение LIGO — по сущности, первое тотальное подтверждение существования темных дыр. В 1916 году Эйнштейн задумывался, что Шварцшильд обнаружил физическое упрощение: определенно эдак же, как только можно существовало бы анализировать Планету земля точечной толпой (с ее толпой, сосредоточенной в точке) для простоты, они решили, что «решение Шварцшильда» — сегодня мы зовем это же темной прорехой — полагает Солнце точечной толпой для комфорта. Они и не полагали потенциальной концентрацию массы в точке. Они задумывались, что это же нереально, вопиюще. К 1930-м годам перед началом граждан начало доходить: «А понимаете, невнятно, какая теория могла бы этому препятствовать». Мал-помалу, люди вроде Роберта Оппенгеймера, легендарного директора Лос-Аламосской лаборатории Манхэттенского проекта, начали учить, что будет со кинозвездой, ежели она начнет коллапсировать, пока что и не станет кое-чем схожим на шварцшильдское решение. В 1960-х годах группа Джона Уилера, в какой был а также Кип Торн, и альтернативные разработали теорию темных дыр.

    Даже Эйнштейн колебался в существовании гравитационных волн

    Как только люди впоследствии узнали, на что будут похожи гравитационные волны, произведенные сливающимися темными прорехами, на Планете земля?

    Главный неувязкой существовало включить условие, что нет никаких волн, приходящих в систему бинарных темных дыр из нескончаемого далека — только волны, кои вынянчат в бесконечность. Однако предпринять это же мудрено, так как для вас востребован важно альтернативный математический формализм, дабы обрисовать максимально дальнее гравитационное поле — в «бесконечности» либо кое-где тут, на Планете земля — в отличие от тамошнего, благодаря которому обрисовывают сами темные прорехи. Некие пробовали провести эти расчеты в 50-х и 60-х, однако приобретали неправильные ответы. В энных вариантах, они приобретали ответ, по которому темная прореха получает энергию, а уж и не теряет ее, так как выполняли ошибку и входящие волны у их приносили энергию из нескончаемого далека.

    В 60-х годах Роджер Пенроуз, величавый британский релятивист, изучал структуру пространства-времени. И открыл, что на границе пространства-времени существуют все больше, чем одна бесконечность, и надо избрать правильную бесконечность для включения в свое условие. И впоследствии альтернативные люди дошли перед началом способов из гидродинамики. Это же только пара примеров из многогранных концептуальных и формульных прорывов тех пор.

    Тогда и последующим этапом предстало прогнозирование непосредственного сигнала, который сумели бы поймать сенсоры LIGO.

    На одной из моих самых первых встреч с группой Кипа, когда я был гораздо студентом, в 1991 году либо подле тамошнего, он пришел с наибольшим листом бумаги и расписал на нем все, что надо предпринять на теоретической стороне, дабы LIGO зафункционировала. И все поэтому, что сигнал, который вы сможете найти, это же соответствующая линия, а уж для вас надо отделить зерна от плевел. Однако вы сумеете отфильтровать его, ежели лишь будете аристократию, как только он смотрится, как только для вас расскажут теоретики. Потому, произнес Кип, я желаю, дабы все ишачили в группе над сиим. И вот чем я занимался.

    Нам хотелось заиметь прогноз формы волны с самого начала, когда LIGO может узреть сигнал, и перед началом финала, когда темная прореха уже успокоится не будет испускать никаких волн. Однако одного способа, который дозволил бы для вас предпринять сразу же все, ординарно нет. Для первого шага вы обязаны применять способы приближения, кои уже имелись, однако существовало надо гораздо на несколько порядков все больше уровней приближения, и вот это-то и существовало неувязкой. А уж когда темные прорехи соединяются, гравитация неописуемо мощная, потому для вас надобны численные способы, дабы провести расчеты на суперкомпьютере. Существовала целая куча групп, кои пробовали это же выполнить, однако перед ними стояли суровые препятствия. Они и не могли просчитывать темные прорехи едва подольше, чем в течение лаконичного времени, а уж это же существовало без толку. Потому несколько лет обратно они решили эдак: «Выбора нет. Мы будем поменять наши системы координат, пока что и не обнаружим что-то, что будет ишачить стабильно». И юноша по имени Франс Преториус обнаружил метод это же предпринять, а уж опосля возникли и способы.

    Существуют надежда, что LIGO «откроет новое окно во Вселенную», обнаруживая гравитационные волны раньше неведомых астрофизических объектов. Беря во внимание усилия, кои были затрачены на распознание сигнала от слияния темных дыр, как только мы сможем узреть нежданное?

    Вправду, поистине волнующим будет определить что-то, чего же мы и не ждали. Одна из способностей в фолиант, что нежданное может посодействовать нам, ежели будет максимально наибольшим сигналов. Наши надежды натолкнуться на что-то немного гиперболизированы, так как LIGO ишачит уже энное время, и если б сигнал был наибольшим, мы бы его заметили. Похоже, рассмотреть что-то нежданное будет нелегко. Придется выкапывать сигнал из шума. Однако у LIGO не мало помощников и существуют проект [email protected] Коллаборация высылает часть заданных LIGO всем желающим, и ежели кто-то намерено выискать закономерности в сигналах, пусть дерзает. Может быть, в поиске нежданных сигналов нам поможет машинное обучение.