Нобелевскую премию по физике дали за регистрацию гравитационных волн — возбуждения метрики пространства-времени. Не понятно? Тогда приготовьтесь к 10-минутному чтению объяснения для "чайников".
Представим себе шарик, покоящийся на капроне. Если шарик начнет периодическое движение, то капрон (выступающий в этой аналогии пространством-временем) также начнет колебаться. Волны от движущегося в центре капроновой поверхности шарика начнут распространяться. Именно они и являются аналогами гравитационных возмущений.
Но как же их зарегистрировали?
Приведем пример. Когда на поверхности воды у нас есть два поплавка и вода спокойная — то расстояние между ними постоянное. Когда приходит волна, то она смещает эти поплавки и расстояние между поплавками изменится. Волна прошла — и поплавки возвращаются на свои прежние позиции, а расстояние между ними восстанавливается.
Аналогичным образом распространяется и гравитационная волна в пространстве-времени: она сжимает и растягивает тела и объекты, которые встречаются на ее пути. Когда на пути волны встречается некий объект — он деформируется вдоль своих осей, а после ее прохождения — возвращается к прежней форме. Под действием гравитационной волны все тела деформируются, но эти деформации очень незначительны, ОЧЕНЬ. Если взять метровую линейку, то она сожмется на 10 в минус 21-ой степени метров. Именно поэтому были созданы так называемые гравитационные антенны (детекторы гравитационных волн).
Как устроена антенна, зафиксировавшая гравитационные волны?
Конструкция каждого детектора (обсерватория состоит из двух таких детекторов: в Ливингстоне и в Хэнфорде, удалённых друг от друга на 3002 километра. Поскольку скорость распространения гравитационных волн, как ожидают, равна скорости света, это расстояние даёт разницу в 10 миллисекунд. Такой разницы достаточно, чтобы определить положение источника относительно Земли, а также исключить всякого рода земные источники, если такие вообще возможны) интерферометра состоит, прежде всего, из Г-образной системы из двух четырехкилометровых трубок с высоким вакуумом внутри. Через эти трубы лазером пропускаются пучки электромагнитного излучения с определенной частотой (длиной волны). Далее в месте соединения труб эти пучки пересекаются, накладываются и образовывают заранее известную «интерференционную картину». В случае же, если гравитационная волна пройдет через данную конструкцию, благодаря таким образом искажению пространства-времени, длина одного плеча конструкции увеличится втрое, а другого – уменьшится втрое. Это приведет также к изменению интерференционной картины, что и станет индикатором гравитационной волны. Результаты такого наблюдения будут сравниваться с другой составной интерферометра LIGO для дальнейшего определения положения источника относительно Земли.
То есть, прохождение гравитационной волны аналогично волне на воде, проходящей между двумя поплавками: если бы мы мерили расстояние между ними во время и после прохождения волны, то мы бы увидели, что расстояние изменилось бы, а потом снова стало прежним.
Итак, 11 февраля 2016 года обе коллаборации объявили о прямом детектировании искомых гравитационных волн, которое произошло 14 сентября 2015 года. Данное событие было названо GW150914, что расшифруется как гравитационная волна (gravitational wave) + год, месяц и число регистрации события. Сигнал был зарегистрирован 14.09.2015 в 9:50 UTC, сперва детектором LIGO в Ливингстоне, а спустя всего 7 миллисекунд – детектором в Хэнфорде. Возмущения были порождены парой черных дыр (в 29 и 36 раз тяжелее Солнца) в последние доли секунды перед их слиянием в более массивный вращающийся гравитационный объект (в 62 раза тяжелее Солнца). За доли секунды примерно три солнечных массы превратились в гравитационные волны, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной. Слияние черных дыр произошло 1,3 миллиарда лет назад (столько времени гравитационное возмущение распространялось до Земли).
Что это дало?
Во-первых, физики впервые напрямую зарегистрировали гравитационные волны. Ранее это удавалось сделать лишь косвенным путем, наблюдая за потерей энергии пульсарами. Во-вторых, общая теория относительности, сформулированная в 1915 году Альбертом Эйнштейном, снова была подтверждена. В-третьих, ученые еще раз доказали существование черных дыр. Эксперименты физиков отлично объясняются современными теоретическими моделями.
Если простыми словами, то за создание прибора, фиксирующего гравитационные волны (колебания пространства-времени), появляющиеся из-за столкновений сверхмассивных объектов.
На самом деле это такие тонкие материи, что результаты измерений вполне могут объясняться влиянием внешних сред, а не результатом научной практики. Так что по сути дали премию как аванс за то, что люди залезли в такие дебри.