Гравитационни вълни

Областта на физиката има много аспекти, които затрудняват разбирането на повечето хора. Един от тези аспекти е гравитационни вълни, които въпреки, че не виждаме са също около нас. За първи път предположение за съществуването на гравитационните вълни е изказано от Анри Поанкаре през 1905 г. по силата на аналогия с електромагнетизма. Идеята намира малко по-късно свое развитие и конкретизация в трудове на Алберт Айнщайн. Потвърдена е едва в края на 2015 г. от учени, работещи с данни от обсерваторията LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) в САЩ.

Регистрираният от детекторите сигнал, наречен "събитие GW150914", съвпада с прогнозите на Общата теория на относителността за сливането на две черни дупки. Първоначално двете дупки са изключително близо една до друга - на разстояние от 350 км. За 0.2 секунди двете въртящи се една около друга черни дупки се сближават поради загубата на енергия на въртене, дължащо се на гравитационното излъчване и се сливат в една по-голяма черна дупка. Едната черна дупка е била 29 пъти масата на Слънцето, а другата - 36 пъти.

Общата маса на новата черна дупка (62 пъти слънчеви маси) е с около 3 слънчеви маси по-малка от сумата на двете стари, а енергията е била излъчена под формата на гравитационни вълни.

Гравитационни вълните са породени от силите на гравитационното привличане между масивни тела, които се движат с ускорение.

Както другите ни познати вълни (звукови, светлинни), гравитационните вълни се отделят от източник на гравитация (масивно тяло), който се движи с ускорение и свободно се разпространяват в пространството, при което създават изменение, смущение на гравитационното поле в околното пространство. Това са вълнички в тъканта на пространство-времето, защото, както знаем, от Общата теория на относителността на Айнщайн, гравитацията и пространство-времето са неразривно свързани.

Гравитационната сила, в сравнение с другите фундаментални сили, е изключително слаба и затова толкова незабележима и затова ни са необходими изключително прецизна апаратура и появата на подходящ източник - сливането на две масивни черни дупки, за да бъдат регистрирани.

Гравитационните вълни са смущения, които променят размерите на пространство-времето по такъв начин, че то успява да го разшири, без да му позволи да се върне в първоначалното си състояние. Основната характеристика е, че те са способни да се разпространяват със скоростта на светлината и във всички посоки. Те са напречни вълни и могат да бъдат поляризирани, което означава, че има и магнитна функция.

Слабата линейна гравитационна вълна според Общата теория на относителността носи енергия и импулс, движейки се със скоростта на светлината и се описва от две независими компоненти, разположени под ъгъл 45 градуса един от друг, което означава, че има две посоки на поляризация.

Ефектът на плюс поляризирана гравитационна вълна върху пръстен от частици:

Гравитационните вълни могат да се излъчват от двойка въртящи се около общ масов център тела, а излъчването е механизъм на загуба на такава система.

Значение на гравитационните вълни

Благодарение на изследването на гравитационните вълни може да се получи информация, какви събития и катаклизми се случват в космоса. Всички явления могат да помогнат за разбирането и обяснението на много основни закони в областта на физиката. Благодарение на това може да се предостави голямо количество информация за космоса, неговия произход и как звездите се деформират или изчезват. Цялата тази информация също е получена, за да научим повече за черните дупки.

Тези вълни могат да транспортират енергия с висока скорост и в много отдалечени пространства. Може би едно от съмненията, повдигнати относно гравитационните вълни, е, че произходът му не може да бъде определен изцяло. Те могат да се появят на различни честоти в зависимост от интензивността на всеки един от тях.

Въпреки че не е напълно ясно, учените се опитват да установят как възникват гравитационните вълни. Възможните ситуации, в които те могат да се формират са:

• Когато две или повече космически тела с много голяма маса взаимодействат помежду си. Тези маси трябва да са огромни, за да може силата на гравитацията да влезе в сила;
• Продукт на орбитите на две черни дупки.;
• Те могат да бъдат генерирани от сблъсъка на две галактики. Очевидно това е нещо, което не се случва всеки ден;
• Те могат да възникнат, когато орбитите на два неутрона съвпадат.