Anfang 2016 registrierte eine internationale Zusammenarbeit von Physikern erstmals in der Geschichte der Menschheit Gravitationswellen. Die Wellen wurden durch die Fusion zweier Schwarzer Löcher erzeugt und mit einem speziellen Detektor-Interferometer LIGO in den USA erfasst. Was sind Gravitationswellen, warum hat es ein Jahrhundert gedauert, sie zu entdecken, und welche Rolle spielen russische Wissenschaftler dabei? Der Leiter des Astronomischen Observatoriums der ISU, wissenschaftlicher Direktor des Irkutsker Planetariums Sergey Yazev, erzählte "Oblastnaya" davon.
- Vor hundert Jahren hat Albert Einstein seine Arbeit zur allgemeinen Relativitätstheorie abgeschlossen. Die damals neue Theorie erlaubte die Existenz sogenannter Gravitationswellen, die ständig und überall auftreten. Ein einfaches Beispiel: Wir winken mit der Hand, Gravitationswellen weichen von der Hand ab. Die Schwerkraft ist jedoch die schwächste Kraft in der Natur, und zwei Faktoren sind erforderlich, um Gravitationswellen zu fixieren. Erstens muss ein mächtiges Ereignis eintreten, an dem gigantische Massen beteiligt sind, zum Beispiel die Verschmelzung von Sternen miteinander, der Fall eines Sterns auf einen anderen oder ähnliches. Und zweitens brauchen wir unglaublich empfindliche Geräte, die das Signal dieses Ereignisses auf der Erde aufzeichnen.
Die Idee, Gravitationswellen zu registrieren, gibt es schon seit Jahrzehnten. Die Physiker haben genau verstanden, was zu tun ist, aber die notwendigen Technologien gab es einfach lange nicht. Der LIGO-Interferometer-Detektor in den USA, der Gravitationswellensignale detektierte, wurde bereits 1992 konzipiert. Physiker konnten lange Zeit nichts reparieren, da die Installation nicht empfindlich genug war. Tatsache ist, dass Gravitationswellen tatsächlich Schwingungen einer bestimmten Entität sind, die Physiker "Raum-Zeit" nennen. Dies bedeutet zum Beispiel, dass der Abstand zwischen zwei Elementen der Installation zu schwanken beginnt, weil der Raum selbst seine Eigenschaften ändert. Es stellte sich heraus, dass die erforderliche Empfindlichkeit des Geräts die Grenzen der tatsächlichen Wahrnehmung überschreitet - die Amplitude der Schwingungen sollte etwa zehntausendmal geringer sein.als die Größe des Atomkerns. Das ist eine fantastische Genauigkeit. Letztes Jahr wurde die Installation modernisiert, wonach es möglich war, ein Signal aus den Tiefen des Universums über ein äußerst mächtiges Ereignis aufzuzeichnen - die Fusion zweier Schwarzer Löcher. Es geschah vor einer Milliarde dreihundert Millionen Jahren, und erst am 14. September letzten Jahres erreichten seine Echos die Erde. Dank des gleichzeitig aufgezeichneten Gammastrahlenausbruchs wurde klar, dass dies kein zufälliges Rauschen ist. Experten überprüften das Ergebnis sehr lange und riskierten erst im Februar, der Welt mitzuteilen, dass eine große Entdeckung gemacht worden war.und erst am 14. September letzten Jahres erreichten seine Echos die Erde. Dank des gleichzeitig aufgezeichneten Gammastrahlenausbruchs wurde klar, dass dies kein zufälliges Rauschen ist. Experten überprüften das Ergebnis sehr lange und riskierten erst im Februar, der Welt mitzuteilen, dass eine große Entdeckung gemacht worden war.und erst am 14. September letzten Jahres erreichten seine Echos die Erde. Dank des gleichzeitig aufgezeichneten Gammastrahlen-Bursts wurde klar, dass dies kein zufälliges Rauschen ist. Experten haben das Ergebnis sehr lange überprüft und erst im Februar riskierten sie, die Welt darüber zu informieren, dass eine große Entdeckung gemacht worden war.
Sergey Arturovich, welche Bedeutung hat die Entdeckung von Gravitationswellen für die Wissenschaft?
- Gravitationswellen gehen durch alles. Dies bedeutet, dass wir eine neue Art von Informationen über physikalische Prozesse erhalten. Während des Ereignisses vom 14. September verwandelten sich die drei Sonnenmassen, als zwei Schwarze Löcher verschmolzen, in Energie von Gravitationswellen. Dies ist eine ungeheure Energie, und selbst in einer Entfernung von einer Milliarde dreihundert Millionen Lichtjahren haben wir dieses Ereignis gespürt. Stellen Sie sich vor: ein Zittern des Weltraums, das sich im gesamten Universum ausgebreitet hat.
Es ist wichtig zu beachten, dass mehrere andere Entdeckungen gleichzeitig mit der Registrierung von Gravitationswellen gemacht wurden. Erstens wurde der Nachweis der Existenz von Schwarzen Löchern erbracht. Astronomen und Astrophysiker zweifelten nicht daran, aber einige theoretische Physiker bestritten bis vor kurzem die Existenz solcher Objekte. Zweitens wurde bestätigt, dass sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, was in der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wurde.
Eine weitere Entdeckung muss gesagt werden. Es gibt ein solches Konzept des "Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs". Zwei Löcher verschmolzen miteinander, der Ereignishorizont nahm eine bestimmte komplexe Form an und schwankte. Das Ergebnis ist eine Hülle, unter der sich bereits ein Schwarzes Loch befindet, aber noch nicht draußen. Dieser Effekt - die Dynamik des Ereignishorizonts - wurde erstmals während der Beobachtungen aufgezeichnet, obwohl niemand diese Art von Entdeckung erwartete.
Haben russische Wissenschaftler an einem Experiment zur Registrierung von Gravitationswellen teilgenommen?
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- Das Detektor-Interferometer ist amerikanisch, aber die Erfahrung wurde von einem internationalen Team gemacht, dem russische Spezialisten angehörten. Die Installation hat die Gravitationswellen selbst erfasst, aber es war notwendig zu verstehen, woher sie kamen und welches Ereignis sie verursachte. Zu diesem Zweck verwendete das Programm Teleskope aus aller Welt, einschließlich des russischen Teleskopnetzwerks "MASTER". Es war jedoch weiterhin möglich, die Quelle der Wellen mit Hilfe fremder Technologie zu bestimmen.
Viele der theoretischen Grundlagen des in den USA durchgeführten Experiments wurden in Russland geschaffen. In unserem Land war einer der Pioniere der Suche nach Gravitationswellen der berühmte Physiker, ein Mitarbeiter der Moskauer Staatsuniversität, Vladimir Braginsky.
Der Moskauer Astrophysiker, Leiter des MASTER-Projekts, Vladimir Lipunov, veröffentlichte bereits 1992 zusammen mit seinen Kollegen einen Artikel, in dem gesagt wurde, dass das erste Ereignis zur Fixierung von Gravitationswellen genau die Verschmelzung von Schwarzen Löchern sein würde. Darüber hinaus ist bekannt, dass russische Wissenschaftler zur Entwicklung des Designs des Detektor-Interferometers beigetragen haben. Im Allgemeinen nahmen ungefähr tausend Menschen auf die eine oder andere Weise an dem Projekt teil, und russische Physiker leisteten ihren Beitrag zur gemeinsamen Sache.
Kann sich die Entdeckung von Gravitationswellen für den Nobelpreis für Physik qualifizieren?
- Im Allgemeinen ist die Entdeckung von Gravitationswellen ein Ereignis der Nobelklasse. In den meisten Fällen treten Entdeckungen unerwartet auf. In den letzten Jahren gab es jedoch zwei Ausnahmen, in denen Entdeckungen vorhergesagt wurden und tatsächlich stattfanden. Wir sprechen über das Higgs-Boson, dessen Entdeckung mehrere Jahrzehnte gewartet hatte, und Gravitationswellen, deren Bestätigung hundert Jahre dauerte. Alle diese Ereignisse wurden theoretisch vorhergesagt, in beiden Fällen erwies sich die Theorie als richtig und wurde durch Beobachtungen bestätigt. Der Hauptpreis in Physik ging 2013 an François Engler und Peter Higgs. Ich denke, dass der Nobelpreis auch für die Entdeckung von Gravitationswellen vergeben wird.
