وانغ تسي يانغ، جو ني هيون، Gongyun غوي، تشانغ Yuanzhong / النص

تاريخ موجات الجاذبية

1

نظرية يتوقع أن موجات الجاذبية وممتلكاتهم

Heaviside على أساس الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوة معكوس مربع والخصائص الفيزيائية للموجات الكهرومغناطيسية في وقت مبكر 1893 اقترح مفهوم موجات الجاذبية. وأشار بوانكاريه في عام 1905 أيضا إلى أن موجات الجاذبية تنتشر مع سرعة الضوء. في نهاية 1915 معادلات آينشتين للمجال معين الجاذبية يرضي الحقل النسبية - معادلات آينشتين للمجال، وفي عام 1916 ويتكون معادلات آينشتاين في تقريب خطي مسطحة الخلفية الزمكان، يستنتج موجات الجاذبية راض معادلة الموجة ومعادلة رباعي حظة إشعاع الجاذبية، وبالتالي توقع وجود موجات الجاذبية نشر في سرعة موجات الجاذبية.

Heaviside. شبكة المصدر

بوانكاريه. شبكة المصدر

للأسف، جعل أينشتاين خطأ في عام 1916 الاشتقاق، زورا التنبؤ بوجود موجات الجاذبية ثلاث درجات من الحرية، وهي ثلاثة اتجاهات الاستقطاب. 1918 عام ونصف العام في وقت لاحق تصحيح هذا الخطأ أينشتاين، أشار بحق إلى أن موجات الجاذبية هما فقط درجة المستقلة للحرية، وهذا هو، اتجاهين الاستقطاب (ينتمي إلى موجة القص)، وبحساب الجاذبية طاقة إشعاع الموجة.

والإشعاع الكهرومغناطيسي الكلاسيكية يشبه الآلية التي التهمة التي تولدها حركة متسارعة، صيغة رباعية آينشتاين تخبرنا لتسريع حركة الأجسام تنتج موجات الجاذبية. إذا تم نقل وتوزيع غير المتماثلة من نظام الكتلة، ثم تعديل الزمني سوف تنتشر إلى الخارج في شكل منفاخ، وهي موجات الجاذبية.

على عكس موجات الجاذبية مألوفة الكهرومغناطيسية في الطبيعة، وموجات الجاذبية التي ينتجها جسم متحرك هو تسارع موجة الألياف الزمنية نفسها. بسبب الحفاظ على المسؤول، وهو أدنى الإشعاع الكهرومغناطيسي النظام هو لحظة ثنائي القطب الإشعاع. والحفاظ على الطاقة، والحفاظ على الزخم، وقانون الحفاظ على الزخم الزاوي يتطلب أدنى إشعاع أجل إشعاع رباعية الجاذبية، أي مصدر موجة الجاذبية هو عادة دوران مماثل الدمبل النظام الثنائي. وهكذا، تلك الآثار الجاذبية ليست كرويا إشعاع الجاذبية متماثل، مثل السوبرنوفا متماثل كرويا انهارت تماما لا تنتج أي موجة. لن انهارت كروية إشعاع الموجات الجاذبية، وأنظمة ثنائية تشع موجات الجاذبية. منذ قوة موجة الجاذبية هي نسبة الدرجة الخامسة من سرعة الضوء وسرعة الجسم (5 / C5)، وبالتالي قوتها هو صغير للغاية، من الصعب جدا اكتشاف، يقترح عدة عقود بعد موجات الجاذبية ذات الصلة من موجات الجاذبية في أينشتاين النظرية ليست من ذلك بكثير.

2

وجود نقاش موجات الجاذبية

وكان وجود موجات الجاذبية مسألة مثيرة للجدل، حتى آينشتاين نفسه يشك في وجود موجات الجاذبية. في عام 1936 كتب أينشتاين ومساعده روزين ورقة لا وجود موجات الجاذبية (بعنوان "موجات الجاذبية موجودة") تقديمها إلى الولايات المتحدة، "الاستعراض الجسدي"، قسم التحرير بناء على تعليقات المراجعين المجهولين " ورفض أن ينشر ورقة، ثم إعادة كتابة قبل أينشتاين أوراقه في جامعة برينستون صديق تصريحات روبرتسون (والمنقحة استنتاج خاطئ موجات الجاذبية لا وجود لها، لكنه لم يكن يعرف روبرتسون هو في الواقع المراجعين المجهولين)، والعنوان تم تغييره إلى "نظرية موجات الجاذبية" والتي نشرت في مجلة معهد فرانكلين.

شبكة المصدر

لفهم المشكلة من الإشعاع الجاذبية، الناس على تطوير أساليب تقريب مختلفة. 1938 أينشتاين ومعاونيه "بعد نيوتن" طريقة لمعالجة حقل ضعف في الحركة سرعات منخفضة، باستخدام طريقة التقريب إلى حساب ( / ج) 4 لن تظهر أجل إشعاع الطاقة الجاذبية. تظهر الأشعة رباعية في المرحلة المقبلة، وكان هذا فقط حتى عام 1947 أستاذ الفيزياء الصينية جونين دليل على ذلك. ولكن لسرعة منخفضة من الإشعاع غير الجاذبية، وطريقة تقريبي لم يعد ينطبق، والحاجة إلى تطوير مجموعة جديدة من التقريب. لنظام ثنائي، بعد النظر في النظام الثنائي مع ما مجموعه موجة الحفاظ على الطاقة الجاذبية، الصيغة الإشعاع رباعي لا يزال ساريا. موجات الجاذبية في أن يعامل في الوقت المناسب ويشع من وجود ثقب أسود، والحاجة إلى استخدام أسلوب العددية النسبية.

جونين. شبكة المصدر

حتى 1950s، وبعض من نظرية الفيزياء النسبية، خصوصا بوندي ثبت بدقة أن هذه الظاهرة الفيزيائية للإشعاع الجاذبية هي في الواقع يمكن ملاحظتها. منذ موجات الجاذبية تحمل الطاقة، ونظام إشعاع الموجات الجاذبية تفقد الطاقة. في الواقع، في وقت مبكر من 1805، وأشار إلى أن لابلاس إذا تنتشر خطورة في سرعة متناهية، والجاذبية في نظام ثنائي لا يشير إلى العلاقة بين النجمين في كتابه الشهير "معاهدة الميكانيكا السماوية"، ونظام الزخم الزاوي يتناقص ببطء مع مرور الوقت. بطبيعة الحال، نحن نعرف الآن أن هذا هو لأن النظام الثنائي عن طريق الإشعاع موجات الجاذبية وفقدان الطاقة والزخم الزاوي. 1957 بوندي وفاينمان اقترح أن مجموعتين من الخرز في شريط جامد لاصقة، عندما موجات الجاذبية القادمة، وطول شريط جامد تتصرف كقوة نووية لا يتغير، ولكن سوف يكون التباعد اثنين من الكرات سوف تستمر في تغيير الصدمة، والذي يحدث مع الاحتكاك قضيب صلب، لتوليد الحرارة، ومصدر هذه الحرارة هو موجات الجاذبية.

"حبات لزجة،" فاينمان في تجربة فكرية. المصدر: wordpress.com

3

الآثار المادية للموجات الجاذبية

موجات الجاذبية تشوه الفضاء، وبعبارة أخرى، فإنها تغيير المسافة بين اثنين مجانا من الأشياء العيانية. تمر موجة الجاذبية من خلال النظام الشمسي، يتم إنشاء قوة تمتد في الفضاء مع مرور الوقت، فإنه سيتم تغيير المسافة بين كل الكائنات في النظام الشمسي بشكل دوري في اتجاه عمودي على انتشار الموجات. والمشكلة الرئيسية هي بسبب التغير النسبي في طول الناجمة عن موجات الجاذبية هي صغيرة. على سبيل المثال، تتأثر عادة عن طريق موجات الجاذبية المنبعثة أبيض نظام ثنائي قزم، وبعد المسافة بين التغيير الدوري في مسافة 1013 متر اثنين فقط اختبار الأجسام 10-10 متر. يقول يحمل القليل من الطاقة من الشعور موجات الجاذبية، وهذا لا يعني ضعف موجات الجاذبية. في المقابل، فإن سوبر نوفا موجات الجاذبية في المجرات البعيدة جدا لا سحب على العالم كل عدة كيلووات في شدة. ومع ذلك، منذ الزمكان قاسية للغاية المتوسطة مرن، والتغيير الأخير في طول لا يزال صغيرا، لذلك يتطلب أن حتى تشويه الصغيرة أيضا طاقة عالية للغاية.

الملاحظات في وقت مبكر من موجات الجاذبية

1

طريقة يبر شريط المراقبة موجة الجاذبية

من بداية 1960s، ويبر أول محاولة للكشف عن موجات الجاذبية. انه استخدم الألومنيوم يشار اسطوانة قضيب على أنه كاشف يبر للكشف عن موجات الجاذبية، وموجات الجاذبية سيجعل قضيب طويل يحدث يبر "الرنين"، التي شنت على كاشف تحويل معقدة قد مراقبة وسائط اهتزاز مختلفة من السعة. ويبر صدى قضيب اسطوانة 2 متر الاستخدام طويل، طبل 1 متر في القطر، وتزن حوالي 1 طن، تعمل في درجة حرارة الغرفة، وتواتر مركز كيلو هرتز، وعرض النطاق الترددي من عدد قليل من هيرتز. في عام 1968 أعلنت ويبر عصاه استخدام الرنين للكشف عن موجات الجاذبية، ولكن لم يتم تكرار نتائجه والتحقق منها، ويعتبر عموما أن تكون الأكاديمية الخطأ.

ويبر وكتابه "العصا ويبر." المصدر: physics.umd.edu

منذ يبر، لويزيانا شريط الرنانة كاشف له درجة حرارة منخفضة والجاذبية موجة المرصد (ALLEGRO) الواقعة في جامعة ولاية لويزيانا، في جامعة ويسترن أستراليا نيوب، وتقع AURIGA شمال شرق إيطاليا، وتقع مستكشف CERN، والمعهد الوطني للNAUTILUS النووي ايطاليا هلم جرا. الآن بالرنين قضيب عموما العمل في درجة حرارة الهيليوم السائل، وحساسية الكشف عن قوتها موجة الجاذبية يمكن أن تصل إلى 10-19. لأن كاشف حساس للجميع الاتجاهات كروية، ويهدف للكشف عن جامعة لايدن minGRAIL باعتباره أول مسبار كروية التي يبلغ قطرها 68 سم ووزنه 1300 كغم، وتردد صدى من حوالي 3000 هرتز، 230 عرض النطاق الترددي هرتز، ونحن نتطلع إلى العمل في 20mK. جامعة ساو باولو، البرازيل خطط لبناء ماريو شينبيرغ كشف عن موجة الجاذبية لديها تصميم مماثل، التي يبلغ قطرها 65 سم ويزن 1.15 طن، وتعمل الحرارة 20mK.

كاشف المقبل TIGA عموما كروية درجة الحرارة 50mK العمل تحت الفرقة كيلوهيرتز، حساسية الكشف عن شدته موجة الجاذبية يمكن أن تصل إلى 10-21. كما يذكر أن في عام 1972، والصين لديها أيضا مختبرين أنشئت يبر عصا تستخدم لكشف موجات الجاذبية، واحد هو الاكاديمية الصينية للعلوم في بكين تشونغ قوان تسون، معمل آخر جامعة تشونغشان فى قوانغتشو.

2

الأدلة غير المباشرة للإشعاع الجاذبية

عام 1970، اكتشف تايلور وهالس ثنائي النجم النابض PSR 1913 + 16، وينفذ ودقيقة دورة المراقبة نظام ثنائي، وجدت نتائج نظام الدورة ثنائي الموجات الجاذبية والاشعاع وفقا لنظرية آينشتاين تحسب والنتيجة هي متسقة، ونتائج دليلا غير مباشر على وجود إشعاع الجاذبية. في عام 1993 الذي فاز بجائزة نوبل في الفيزياء.

هالس وتايلور. مصدر nobelprize.org

معدات المرصد موجة الجاذبية على نطاق واسع الحديثة

1

LIGO وLIGO المتقدم

وضع 1970 فايس تقدمت بها تداخل ليزر للكشف عن موجات الجاذبية. في عام 1984، ثورن، قاد دي Leifu وويس البرنامج LIGO (LIGO). في عام 1994 تلقى LIGO 395 مليون $ في الدعم المالي، لتصبح أكبر كاشف موجة الجاذبية في العالم. في عام 2002، بدأت LIGO لبناء واستكمال الكشف عن موجات الجاذبية. في عام 2004، بدأت LIGO الترقية، بدأ الجديدة المتقدمة (متقدم) LIGO لبناء، وبدء تشغيل في عام 2015. 3002 كيلومتر عن بعضها البعض اثنين من نفس LIGO متقدمة تقع هانفورد، واشنطن، الولايات المتحدة الأمريكية ولويزيانا ليفينغستون، كل اثنين LIGO عمودي متبادل هو طول الذراع 4 كم نيكلسون تداخل الليزر (LIGO مظهر هو مبين في الشكل 1).

FIG 1 LIGO (وLIGO)

2

الأجهزة الأخرى

وسائل الكشف عن الأرض بالإضافة إلى موجات الجاذبية LIGO، في إيطاليا وكذلك العذراء (طول ذراع 3 كم)، وGEO600 ألمانيا (طول الذراع 600 م). الاسترالية الدولية الجاذبية موجة خطة مرصد (AIGO، المعروف أيضا باسم LIGO- أستراليا، وطول ذراع 5 كم)، الهند INDIGO (المعروف أيضا باسم LIGO- الهند، وطول ذراع بطول 4 كم)، ليزر تداخل أدنى درجات الحرارة في اليابان مرصد (CLIO، مبعدة 100 م، سابقتها هو طول الذراع 300 متر TAMA300) وSHINOKA كشف عن موجة الجاذبية (KAGRA، وطول ذراع 3 كم)، وما شابه ذلك.

تشكل هذه الشبكات معا ليزر تداخل يمكن استخدامها لتحديد موقع مصدر موجة الجاذبية. تداخل برنامج الليزر القادم مع اينشتاين تلسكوب (ET) سيتم بناؤها في الأرض بثلاثة 10 كيلومترا طويلة الذراع تكوين مثل مثلث متساوي الأضلاع، وهما للكشف عن وضعها في كل زاوية، وET يمكن استخدامها للكشف عن الجاذبية موجة الاستقطاب. الجامعات الصينية ذات الصلة والمؤسسات البحثية هي أيضا خطط لبناء تحت الأرض ليزر للكشف عن التداخل الجاذبية موجة.

3

الإنسان الأول لمراقبة مباشرة موجات الجاذبية

11 فبراير 2016، أعلن LIGO أنها لوحظت في 14 سبتمبر 2015 إلى موجات الجاذبية من الثقوب السوداء، والإفراج في الوقت المناسب من اثنين، وتكهن بأن نوعية اثنين من الثقوب السوداء كانت 36 و 29 كتلة شمسية، وعلى مقربة بعد القداس من 62 كتلة شمسية (المفقودين ثلاثة الجماهير الشمسية في الجاذبية إشعاع موجة من الطاقة)، (حوالي 4100000000000001340000000 سنوات فرسخ الخفيفة) بعيدا عنا 410Mpc. يحدث هذا في التاريخية 1340000000 إشارة موجة الجاذبية اعتبرت بمثابة GW150914، لأول مرة تداخل يتم وضع للكشف عن ليفينغستون، 6.9 مللي ثانية بعد هانفورد تداخل وضع الكشف عنها. في هذه المرحلة، وتاريخ البشرية هو أولا لوحظ مباشرة موجات الجاذبية. وبعد 15 يونيو 2016، أعلنت LIGO لمراقبة إشارة موجة الجاذبية الثانية، التي وقعت في 26 ديسمبر 2015، من نوعية المسافة 440Mpc لدينا من 14.2 كتلة شمسية و 7.5 كتلة شمسية اثنين دمج الثقوب السوداء التي، بعد دمج كتلة الثقب الأسود من 20.8 كتلة شمسية، يدعى هذا إشارة كما GW151226.

وقد تم إطلاقه أو سيتم إطلاقها الفضاء المقبل موجة الجاذبية برنامج الكشف عن

منذ التدرج الجاذبية محدود على الأرض لا يمكن مراقبة تردد موجة الجاذبية أقل من 1 هيرتز. موجات الجاذبية ليتم الكشف عن عصابة 04/10 إلى 1 هيرتز، هو مطلوب منها لاكتشاف الفضاء.

المخطط مساحة الجاذبية خطة الكشف عن موجة برنامج وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) من الليزر التداخل الفضاء الهوائي LISA (ليزر التداخل الفضاء الهوائي) لبرنامج إليسا، تدخل جزئي هرتز اليابان الجاذبية موجة المرصد (DECIGO)؛ CAS برنامج تاي تشي وبرامج جامعة تشونغشان وجامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا تيان تشين. مساحة القادم لديه جاذبية للكشف عن موجة الانفجار مرصد (BBO) وما شابه ذلك.

حيث ESA هو تطور إليسا LISA (تطور) نسخة، والذي يتكون من ثلاث مركبات فضائية تخطيط طول الجانب من 200 مليون كيلو متر الذراع الطويلة للمثلث متساوي الأضلاع، التي شكلتها الليزر بين ليزر متصلة النجوم الثلاث

تداخل يمكن الكشف عن موجات الجاذبية التي تسببها التغيرات في طول ذراع، ينتقل النجوم أسطول ثلاثة حول الشمس.

بدأت الأكاديمية الصينية للبرنامج الكشف عن موجة الجاذبية الفضاء من ون روي أكاديمية هو من العلوم من عام 2008 إلى تنظيم مظاهرة والتصميم خبراء من الأكاديمية الصينية للعلوم والجامعات ذات الصلة إلى الفضاء الجاذبية الكشف عن موجة من المزمع عقدها في أوائل 2016 عين برنامج تاي تشي، برنامجها النجوم الثلاث تشكيل الحركة حول الشمس (ELISA ما شابه ذلك، والفرق الرئيسي في أن طول الذراع 300 مليون كيلومتر). جامعة تشونغشان وجامعة هواتشونغ للعلوم والتقنية خطة ليرا

النجوم الثلاثة في طول ذراع النظام من 10 مليون متر، النجوم الثلاث في تشكيل حول الأرض (وليس الشمس) حركة. انظر الرسم البياني مقارنة بين التخطيط للبرنامج ثلاثة الفضاء 2.

وبالإضافة إلى ذلك، فمن الضروري أن نذكر أنه من أجل التحقق من برنامج إليسا التكنولوجيا الرئيسية، ESA LISA باثفايندر (LISA باثفايندر) قد بدأت في 3 ديسمبر 2015، دورانه حول نقطة لاغرانج الأولى، تجربة وقد نشرت النتائج في يونيو 2016 في الولايات المتحدة "استعراض للحروف البدنية".

مقارنة الشكل 2 إليسا، تاي تشي، ويرا

برنامج آخر كشف الموجات التثاقلية

من خلال مراقبة موجات الجاذبية في انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء يمكن أن تستخدم أيضا للكشف عن موجات الجاذبية. عندما يتم قياس مجموعة موجات الجاذبية نبض قياس عن طريق قياس الوقت من تأثير موجات الجاذبية على الأرض تلسكوب نبض ميكروثانية الكهرومغناطيسية وصول النجم النابض، وهذه الطريقة يمكن قياس نطاق التردد الجاذبية من 10-9 إلى 10-5 موجة. عندما مجموعة نبض يقاس عندما مجموعة الأوروبي اختبار النبض (EPTA)، شمال لموجات الجاذبية مرصد نا حيزي (NAN- OGrav)، باركس نبض ضبط الوقت مجموعة (من PPTA) الدولية وغيرها من مصفوفة نبض ضبط الوقت. CAS 110 متر قطر التلسكوب منقولة بالكامل الراديو (وQTT) و 500 متر القطر تلسكوب لاسلكي كروية (FAST) ويمكن أيضا أن يقاس النبض قياس موجات الجاذبية عندما طريقة المصفوفة.

ألعاب تسارع الجسيمات المشحونة ولدت موجة مستمرة الكلاسيكية، والانتقال الكم الذري من الإلكترونات تنتج الموجات الكهرومغناطيسية منفصلة. وبالمثل، بالإضافة إلى نظام كلاسيكي من موجات الجاذبية التي كتبها توزيع كتلة غير المتماثلة التي نوقشت أعلاه تسارع إنتاج تحدث في وقت مبكر جدا التقلبات الكمومية التضخم خلال موجات الجاذبية الكون الأصلي، ومجموعة الطيف من 10-18 إلى 107 هرتز. خلال 10-16 الطيف لخطورة الأصلي 107 صغيرة ومستقلة تقريبا من السعة والتردد من تلك التي نوقشت سابقا إلى المستحيل إلى حد كبير في قياس مثل هذه الموجات الصغيرة الجاذبية الأصلية. منذ ما يسمى وضع الاستقطاب الاستقطاب السذاجة B موجات الجاذبية سوف الميكروويف إشعاع الخلفية، والاستقطاب B-وضع عن طريق قياس إشعاع الخلفية يمكن الكشف ليس فقط في موجات الجاذبية الأصلية، ويمكن استخدامها لدراسة الكون المادي في وقت مبكر جدا. يتم تقسيم قياس الاستقطاب B-وضع أيضا إلى استكشاف الأرضية والفضائية من الطريقتين. تقع التجارب التحقيق الأرض أساسا POLARBEAR والجنوبي العضله ذات الرأسين ورباعية في شيلي. وعلى الرغم من العضله ذات الرأسين المجموعة 17 مارس، أعلن عام 2014 لاكتشاف موجات الجاذبية للإشعاع الميكروويف الخلفية الأصلي خلفها آثار B-وضع الاستقطاب، لكنها وجدت في وقت لاحق مشاكل في التعامل مع احتمال الضجيج، لذلك هذا الاكتشاف هو محض الصيني الاسود. مشاريع الفضاء حاليا بلانك ESA الأقمار الصناعية التي أطلقت في عام 2009، والجيل القادم من الفضاء مشاريع خطط PRISM والأساسية. حتى الآن، لم نجد موجات الجاذبية الأصلية. أكاديمية الصينية للعلوم للموجة الجاذبية البدائية علي من الخطة.

يقع علي هضبة التبت في المختبر لإجراء البحوث لاكتشاف موجات الجاذبية (سو منغ المقدمة)

وباختصار، فإن اكتشاف موجات الجاذبية اليوم وغدا ليس فقط مزيدا من التحقيق في قضية قوية اختبار حقل الجاذبية لنظرية أينشتاين، ولكن أيضا فتح نظرية كاملة من الجاذبية لأبحاثنا والظواهر الفلكية

نافذة جديدة.