გრავიტაციული ტალღები

      გრავიტაციული ტალღები

                                                    

                         ორი სხეული, მოძრაობა წერის ორბიტაზე საერთო ცენტრის გარშემო

 აშლილობა სივრცე-დროის გამრუდებაში, რომელსაც გამოიმუშავებს აჩქარებული მასები. მათი არსებობის იდეა პირველად 1905 წელს, ჟიულ ანრი პუანკარეს გაუჩნდა, ხოლო შემდგომში მათი არსებობა იწინასწარმეტყველა ალბერტ აინშტაინმა 1916 წელს, თავისს ფარდობითობის თეორიაში. გრავიტაციულ ტალღებს გადააქვთ ენერგია, როგორც გრავიტაციულ რადიაციას. ენერგიის ეს ფორმა ჰგავს ელოქტრომაგნიტურ ენერგიას. ამ ფენომენის შესწავლაში არ გამოიყენება ნიუტონის მსოფლიო მიზიდულობის კანონი, რომელიც კლასიკური მექანიკის ნაწილია.

იხ. ვიდეო

გრავიტაციული ტალღების სპექტრი და მის დასაფიქსირებლად გამოყენებული ხელსაწყოები

1993 წელს რასელ ალან ჰულსმა და ჯოზეფ ჰუტონ ტეილორი უმცროსმა მიიღეს ნობელის პრემია ფიზიკაში ჰულს-ტეილორის პულსარების წყვილის აღმოჩენისა და დაკვირვებისთვის, რამაც ასევე დაამტკიცა გრავიტაციული ტალღების არსებობა.

2017 წელს ნობელის პრემია გადაეცათ იმ მეცნიერებს, რომლებმაც გრავიტაციული ტალღები დააფიქსირეს.

იხ.ვიდეო

აინშტაინის ფარდობითობის თეორიაში, გრავიტაცია წარმოდგენილია როგორც ფენომენი, რომელიც სივრცე-დროის გამრუდების შედეგად წარმოიქმნება. ეს გამრუდება კი წარმოიქმნება რაიმე მასის არსებობით სივრცეში. ზოგადად, რაც უფრო მეტი მასაა მოქცეული ნაკლებ სივრცეში, მით უფრო გამრუდებულია სივრცე-დრო.

მხატვრის წარმოდგენილი პულსარების წყვილი

როდესაც გრავიტაციული ტალღა დამკვირვებელს გაცდება, დამკვირვებელი მას დაჭიმულობის ეფექტით შეიგრძნობს. სხეულებს შორის დაშორება იზრდება და რიტმულად მცირდება, როდესაც მათ გრავიტაციული ტალღა გაცდება. ეს ხდება მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი თავისუფალი ობიექტები არასდროს ექვემდებარება გაუწონასწორებელ ძალას. 

                                       

                                ხაზოვანი პოლარიზებული გრავიტაციული ტალღა

ამ ეფექტის მაგნიტუდა მით უფრო მცირდება, რამდენადაც გრვაიტაციული ტალღა შორდება თავის წყარო შორდება. ზემოთ ნახსენები პულსარების (ნეიტრონული ვარსკვლავების) წყვილი ამ ტალღების ძლიერი წყაროა. მაგრამ ამ წყვილის და დედამიწის შორის ასტრონომიული დაშორების გამო, გრავიტაციული ტალღების ზემოქმედება ჩვენზე პრაქტიკულად ნულის ტოლია (1 10²⁰_ში). მეცნიერებმა გრავიტაციული ტალღების არსებობა სუპერმგრძნობიარე სენსორებით დაამტკიცეს.

                    

პირველი დაფიქსირებული გრავიტაციული-ტალღური სიგნალი                                             

მარცხნივ არის დეტექტორის მონაცემები ჰანფორდში (H1), მარჯვნივ კი ლივინგსტონში (L1). დრო ითვლება 2015 წლის 14 სექტემბრიდან, 09:50:45 საათზე UTC. სიგნალის ვიზუალიზაციის მიზნით, იგი გაფილტრული იყო სიხშირის ფილტრით გამავალი ხაზის 35–350 ჰერცის საშუალებით, რათა აღენიშნა დიდი რყევები დეტექტორების მაღალი მგრძნობელობის დიაპაზონის მიღმა; ბენდის უარის ფილტრები ასევე გამოიყენეს ინსტალაციების ხმაურის ჩახშობის მიზნით. ზედა რიგი: ძაბვები სთ დეტექტორებში. GW150914 პირველად ჩავიდა L1– ზე და 6 9 + 0 5 – ის შემდეგ

−0 4 ms H1- ზე; ვიზუალური შედარებისთვის, მონაცემები H1– ით მოცემულია L1 გრაფიკზე შეცვლილი და დროში გადაყვანილი ფორმით (დეტექტორების შედარებითი ორიენტაციის გათვალისწინებით). მეორე რიგი: ძაბვა h გრავიტაციულ-ტალღის სიგნალიდან, რომელიც გადადის იმავე band-pass ფილტრით 35-350 ჰც. მყარი ხაზი არის რიცხვითი ფარდობითობის სისტემა იმ სისტემისთვის, რომელიც შეესაბამება პარამეტრებს, რომლებიც იპოვნება სიგნალს GW150914, რომელიც შეისწავლეს ორი დამოუკიდებელი კოდით, შედეგად მიღებული 99.9. სქელი რუხი ხაზები არის 90% ნდობის სფეროები, რომლებიც რეკონსტრუქციულ ტალღურ ფორმაში ხდება ორი განსხვავებული მეთოდით. მუქი ნაცრისფერი ხაზი მოდელებს მოსალოდნელ სიგნალებს შავი ხვრელების შერწყმისაგან, ღია ნაცრისფერი არ იყენებს ასტროფიზიკურ მოდელებს, მაგრამ წარმოადგენს სინუსოიდური გაუსის ტალღების ხაზოვანი კომბინაციის სიგნალს. რეკონსტრუქციები გადახურულია 94% -ით. მესამე რიგი: ნარჩენი შეცდომები დეტექტორების გაფილტრული სიგნალიდან ციფრული ფარდობითობის სიგნალის გაფილტრული პროგნოზის ამოღების შემდეგ. ქვედა რიგი: ძაბვის სიხშირის რუქის წარმოდგენა, რომელიც აჩვენებს სიგნალის დომინანტური სიხშირის ზრდას დროთა განმავლობაში.

იხ. ვიდეო

სამეცნიერო პერსპექტივა -  ამერიკელი ასტროფიზიკოსმა კაურენს კრაუსმა, თუ უახლოეს მომავალში შესაძლებელი იქმნა გამოზმვა გრავიტაციული ინფლაციის სიგატურის, ამას შესაძლებლობლას მოგვცემს დაავახლოვოთ კვლევები დიდი აფეთქების მომენტის, ასევე შემოწმებული იქნება ნფლაციური მოდელი სამყაროს და დასრულდეს სახვა არსებული პრობლემების თეორიული ფიზიკის.

იხ. ვიდეო

თეორიულად, შესაძლებელია გრავიტაციული ტალღების გამოყენება გრძელი მანძილის უკაბელო კომუნიკაციებისთვის; ეს პრინციპი დააპატენტეს საბჭოთა მეცნიერმა ვ. ა. ბუნინმა 1972 წ.

გრავიტაციულ-ტალღური კომუნიკაციის უპირატესობა (მოძველებული: გრავიტაციული კომუნიკაცია) რადიო კომუნიკაციასთან შედარებით არის გრავიტაციული ტალღების გავლის შესაძლებლობა, თითქმის არ შეწოვის გარეშე, ნებისმიერი ნივთიერებების საშუალებით, ხოლო ელექტრომაგნიტური ტალღები ელექტროგამტარ მედიაში (მაგალითად, ხმელეთზე და ზღვის წყალში) პრაქტიკულად არ შეაღწევს  .

ამ მიმართულებით მუშაობა ჩატარდა სსრკ-ს ლაბორატორიებში და სხვა ქვეყნებში . მაგრამ პრაქტიკაში, გრავიტაციული ძალების უკიდურესი მცირე სიმძიმით გამოწვეული გრავიტაციული ტალღების წარმოქმნისა და გამოვლენის სირთულეების გამო, გრავიტაციულ-ტალღური შეერთება შეუძლებელი გახდა.

ამჟამად, ლაბორატორიულ პირობებში გრავიტაციული ტალღების წარმოქმნასა და გამოვლენაზე მუშაობა მიმდინარეობს თეორიულ ეტაპზე . ელექტროდინამიკური სისტემების მიერ გრავიტაციული ტალღების გამოსხივების შესაძლებლობები შესწავლილია .

დაისახა ჰიპოთეზა იმის შესახებ, რომ შედედებული დიელექტრიკული საშუალო სიხშირეზე მაღალი სიხშირის გრავიტაციული ტალღების წარმოქმნის შესაძლებლობა ინტენსიური ლაზერული გამოსხივების მოქმედებით და ამ საშუალების მიერ გრავიტაციული ტალღების გამოვლენის საპირისპირო პროცესი გრავიტაციული გამოსხივება ოპტიკურ რადიაციად გადაქცევით ხდება (ჰერცის ექსპერიმენტის გამეორება გრავიტაციული ტალღებისთვის). 

გრავიტაციულ-ტალღური კომუნიკაცია მოიხსენიება, როგორც შორეული მომავლის ტექნოლოგიის ატრიბუტი სამეცნიერო ფანტასტიკის ლიტერატურის არაერთ ნაშრომში (მაგალითად, ს. სნეგოვი „ხალხი როგორც ღმერთები“, კ. ბულიჩოვი „თესების გატაცება“, ს. ლუკიანენკო „დედამიწის სახელით“ და ა.შ.).