Оригиналът е на Ethan Siegel Даниел Десподов 11:40 | 19.03.2024

Оригиналът е на Ethan Siegel

Даниел Десподов 11:40 | 19.03.2024 11 Сподели Огледалата с покритие и изстудяване в усъвършенствания опит LIGO, показани тук, реагират на всеки фотон, който попада върху тях. Откриването на гравитационна вълна зависи от смяната в ситуацията на огледалото и последващата смяна в дължината на пътя на фотона, който минава през огледалото.

Най-четени

IT НовиниЕмил Василев - 18:18 | 17.03.2024

Марк Зукърбърг предизвести да не се вършат скрийншоти на чатове в Messenger

КосмосМира - 14:29 | 18.03.2024

Меркурий беше ударен от мощно слънчево изригване, което евентуално е провокирало рентгенови полярни сияния

ХардуерЕмил Василев - 20:33 | 18.03.2024

В Русия скоро започва първото всеобщо произвеждане на свръхпроводникови квантови процесори

Даниел Десподовhttps://www.kaldata.com/Новинар. Увличам се от модерни технологии, осведомителна сигурност, спорт, просвета и изкуствен интелект.

Когато два обекта във Вселената си взаимодействат на едно и също място в пространство-времето, постоянно е правилно едно изказване. Това взаимоотношение протича при опазване на силата. Но какво ще стане, в случай че един от тези обекти е обект, генериран от самата тъкан на пространство-времето, да вземем за пример пулсация, известна още като гравитационна вълна? Гравитационна вълна взаимодейства с материята, с силата или пък със комплицираното устройство като детектор на гравитационни талази. Но дали тази вълна сама по себе си може да трансферира сила на това, с което взаимодейства? Това е завладяваща мисъл и тя въодушеви един от читателите на моя уебсайт да зададе следния въпрос:

Когато записваме електромагнитна вълна (независимо дали става дума за радиоантена, око или датчик на камера), ние извличаме сила от нея. Дали същото нещо не се случва и с гравитационните талази?

Нека се спрем по-подробно.

Тази графика на силата на фотона по отношение на силата на електрона, обвързван в цинков атом, демонстрира, че под избрана периодичност (или енергия) фотоните не се отделят от цинковия атом. Над избран енергиен предел обаче (при задоволително къси дължини на вълните) фотоните постоянно изхвърлят електроните. С по-нататъшното увеличение на силата на фотоните електроните се изхвърлят с възходяща скорост.

Въпросът може да наподобява абсурден, тъй като ние непрестанно използваме този термин, само че какво в действителност значи „ сила “? Има доста способи за дефинирането ѝ, само че физиката постоянно се интересува от количественото значение на термините. „ Какво прави “ и „ до каква степен “ са отговорите, които, надяваме се, дават една добра формулировка. За силата най-често срещаните изказвания са следните:

силата е тази, чието внасяне или изнасяне от дадена система за несъмнено време се мери с мощността; енергията е способността за осъществяване на работа (упражняване на мощ, която избутва даден обект на несъмнено разстояние по посока на силата); енергията е това, което е належащо, с цел да се провокира смяна в придвижването или конфигурацията на дадена система.

Тя се среща в доста форми – евентуална (съхранявана), кинетична (движени ята), химична ( електронните връзки), нуклеарна (освобождава се от атомните ядра) и така нататък Но е универсална за всички форми на материята и излъчването.

Електронните преходи във водородния атом, както и дължината на вълната на получените фотони, показват резултата на силата на свързване и връзката сред електрона и протона в квантовата физика. Най-силният преход на водорода е Лайман-алфа (от n=2 до n=1), само че вторият по мощ преход е забележим: Балмер-алфа (от n=3 до n=2).

Сравнително елементарно е да приемем, че силата се придвижва посредством електромагнитните талази, защото това е може би най-изследваната форма на лъчение, която познаваме. Електромагнитните талази – от гама лъчите до забележимата светлина и радиочестотите – освен взаимодействат с материята и придвижват сила. Но и го вършат под формата на обособени пакети сила: кванти, а точно фотони.

С помощта на актуалните технологии ние непрекъснато извличаме и измерваме силата на обособените фотони. Самият Айнщайн за първи път организира сериозен опит. Той демонстрира, че даже дребно количество ултравиолетова светлина може да изхвърли електроните от проводящ метал. Само че светлината с по-голяма дължина на вълната, без значение от нейния интензитет, въобще не изхвърля тези електрони. Светлината се квантува на дребни пакети сила и тази сила може да се трансферира към материята и да се трансформира в други форми на сила.

Фотоелектричният резултат разказва по какъв начин електроните могат да бъдат йонизирани от фотоните. При това според от дължината на вълната на обособените фотони, а не от интензитета на светлината, нейната обща сила или друго свойство. Ако квантът светлина има задоволителна сила, той може да взаимодейства с електрон и да го йонизира, като го изхвърли от материала и генерира откриваем сигнал.

Днес знаем, че светлината е както електромагнитна вълна, по този начин и серия от частици (фотони). И в двата случая тя носи едно и също количество сила. Това ни оказва помощ да разберем по какъв начин ежедневните феномени се случват в подтекста на силата.

Когато забележимата светлина попадне върху ретината и подтиква пръчиците и колбичките, електроните в молекулите на клетките трансформират конфигурацията си. Това води до стимулиране на избрани нерви и изпращане на сигнал (зрителен) до мозъка. Въз основа на него мозъкът интерпретира видяното. Когато дадена радиовълна минава около или през антена, електрическите полета, основани от вълната, провокират придвижване на електроните в нея. Това става, като се трансферира сила към антената и се подсигурява основаването на електрически сигнал. Когато светлината попадне върху датчика на дигитален фотоапарат, фотоните се удрят в другите пиксели и подтикват електронните съставни елементи вътре в него. По този начиним трансферират сила към, което води до вписване на сигнала. От камерата на вашия телефон до камерата на галактическия телескоп „ Хъбъл “.

Големите оптични матрици са извънредно потребни за събиране и разкриване на светлината, както и за оптимално оползотворяване на всеки обособен фотон, който постъпва. Взаимодействието сред обособените фотони и електроните в датчика е това, което задейства електронния сигнал в детектора

Е, добре де, в случай че електромагнитните талази работят по този метод, какво да кажем за гравитационните талази? Има някои прилики сред тях, защото и двете се генерират, когато заредена (или електрически заредена, или солидна, т.е. „ гравитационно заредена “) парченце се движи през изменящо се поле (електромагнитно или гравитационно, т.е. накриво пространство). Електроните в ускорителите на частици генерират светлина. А черните дупки, които обикалят една към друга, генерират гравитационни талази.

Но може да има и разлики. Електромагнитните талази демонстрират квантово държание, защото силата на тези талази се квантува в обособените фотони, които съставляват светлината. Гравитационните талази могат да демонстрират квантово държание и тези талази могат да се квантуват в обособените частици (гравитони), които построяват тези талази, само че нямаме доказателства за сходна визия и нямаме на практика метод да я проверим.

Гравитационните талази се популяризират в една посока, като редуват разширение и стесняване на пространството във взаимно перпендикулярни направления. Те се дефинират от поляризацията на гравитационната вълна. Самите гравитационни талази, съгласно квантовата доктрина на гравитацията, би трябвало да се състоят от обособени кванти на гравитационното поле – гравитони. Въпреки че гравитационните талази могат да се популяризират отмерено в пространството, основната големина за детекторите е амплитудата (която е равна на 1/r), а не силата (която е равна на 1/r 2).

Но има един извод, който би трябвало да е правилен. Независимо дали гравитацията по своята същина е квантова мощ или общата доктрина на относителността на Айнщайн е в действителност фундаментална – е, че тези гравитационни талази би трябвало да носят сила. Това не е банално умозаключение, само че има три доказателства, които ни водят до него. Това са един научен прогрес, един клас непреки измервания и един тип директно премерване, които са затворили всички останали пропуски.

Спомнете си, че макар че бяха предсказани още в средата на 10-те години на предишния век, никой не знаеше дали гравитационните талази са физически действителни или са единствено математически предсказания без физически аналог. Дали тези талази са действителни и дали могат да трансферират сила в действителни, измерими частици? През 1957 година се организира първата американска конференция, отдадена на общата доктрина на относителността, известна през днешния ден като GR1. И Ричард Файнман, един от огромните пионери на квантовата доктрина на полето, измисли това, което в този момент е известно като „ аргумента с лепкавите топчета “.

Файнман твърди, че гравитационните талази ще реалокират масата по дължината на пръта. Всъщност тъкмо както електромагнитните талази реалокират зарядите по дължината на антената. Това придвижване ще докара до нагряване заради триенето, което потвърждава, че гравитационните талази носят сила.

Представете си, че имате тънка пръчка (или две тънки пръчки, взаимно перпендикулярни) с две мъниста в двата края на пръчката. Едното мънисто е закрепено към пръчката и не може да се движи, а другото може да се движи свободно по отношение на пръчката. Ако една гравитационна вълна премине перпендикулярно на ориентацията на пръчката, дистанцията сред мънистата ще се промени, защото пространството се разтяга и компресира от гравитационната вълна.

Но в този момент дано си спомним за триенето. В реалност два макроскопични обекта, които са във физически контакт един с различен. Тоест ще изпитват конфликти и взаимоотношения – най-малко сред електронните си облаци – което значи, че системата мънисто-пръчка ще се нагрява, до момента в който мънистото се движи по пръчката. Тази топлота е форма на сила, а силата би трябвало да идва отнякъде и единственият явен източник са гравитационните талази. Гравитационните талази освен придвижват сила, само че и могат да я трансферират към системи, построени от елементарна, елементарна материя.

Когато гравитационната вълна минава през дадена точка в пространството, тя провокира разширение и стесняване в разнообразни моменти от време в разнообразни направления. Това води до промени в дължината на рамото на лазера във взаимно перпендикулярни направления. Използвайки тези физични промени, ние разработихме сполучливи детектори на гравитационни талази като LIGO и Virgo

Следващият скок напред пристигна с наблюдението на двойните пулсари. Две неутронни звезди, които освен обикалят една към друга, само че и при всяко завъртане излъчват радиоимпулси, които сполучливо можем да записваме тук, на Земята. Чрез премерване на свойствата на тези импулси с течение на времето можем да реконструираме орбитите на тези неутронни звезди и по какъв начин тези орбити се трансформират с течение на времето.

Забележително е, че откриваме, че орбитите се разпадат, като че ли нещо лишава орбиталната им сила. Изчисленията от общата доктрина на относителността (плътната линия, по-долу) и наблюденията (точките с данни, по-долу) потвърдиха експлицитните количествени прогнози за силата, отнесена от гравитационните талази. Конкретните прогнози за количеството сила, което те придвижват от източника, бяха доказани първо от една, а в този момент и от голям брой орбитиращи двойни системи.

Откакто е открита първата двойна система от неутронни звезди, знаем, че гравитационното лъчение придвижва сила. Беше единствено въпрос на време да открием система, която се намира в последните стадии на доближаване и обединение.

Но оставаше да се ревизира още една стъпка. Какво в действителност става с преноса на сила от гравитационните талази към материята? Това е основна стъпка, която би трябвало да се реализира, с цел да могат детекторите на гравитационни талази – като LIGO на Националната научна фондация – да работят. На милиард светлинни години от нас две черни дупки с маси 36 и 29 слънчеви маси са се слели. Превръщайки масата на към три слънца в чиста сила.

Когато тези талази доближиха Земята, те се разпространиха по този начин, че единствено 36 милиона джаула сила попаднаха върху цялата планета. Приблизително толкоз, колкото Манхатън получава денем от 0,7 секунди слънчева светлина. Огледалата в детекторите на LIGO се реалокират едно по отношение на друго с по-малко от една хилядна от ширината на протона, което трансформира траекторията на светлината и напълно леко трансформира силата на фотоните. Във всеки детектор попадна по-малко от един микроджаул. И въпреки всичко това бе задоволително, с цел да се реализира надеждно разкриване освен от първия път, само че и допълнително от 50 самостоятелни случая.

Когато двете рамена са с безусловно идентична дължина и гравитационната вълна не минава през тях, тогава сигналът ще бъде нулев и интерференчният модел ще остане непрекъснат. Когато дължината на раменете се трансформира, сигналът се появява и осцилира. А интерференционната картина се трансформира с времето по предсказуем метод.

Единственият метод за директно разкриване на гравитационна вълна или на какъвто и да е сигнал е да се влияе физически върху системата, предопределена за измерването ѝ. Но всички наши системи за разкриване са построени от материя и предизвикването на физическа смяна в тази система е еднакво на смяна на нейната настройка: изисква приток на външна сила. Независимо от метода, откриването постоянно изисква внасяне на сила.

За да работят детекторите на гравитационни талази, би трябвало да са правилни три неща. Гравитационните талази би трябвало да носят сила, тази сила би трябвало да е задоволителна, с цел да повлияе на детектора по времето, когато дойде на Земята. И по този начин трябваше да изградим задоволително образован детектор, който да извлече тази сила и да я трансформира в наблюдаем сигнал. Забележително е, че от първото пораждане на концепцията до директното разкриване на сигнала за човечеството измина единствено един век.