Мала академія наук запустила цикл зустрічей із Нобелівськими лауреатами. На лекціях зіркових науковців можна почути історії успіху та епікфейлів, надихнутися прикладами та поставити вченим власні запитання.

12 травня з МАНівцями спілкувався американський фізик Райнер Вайс — лауреат Нобелівської премії з фізики 2017 року за спостереження гравітаційних хвиль.

Сьогодні ділимося конспектом найцікавіших тез лекції вченого!

Що таке гравітаційні хвилі?

Лектор розпочав оповідь з історії вивчення гравітації. Досліджувати гравітаційні явища та систематизувати знання про них свого часу почав ще Ісаак Ньютон. Саме він розробив відомий закон всесвітнього тяжіння, що дозволяє вирішувати більшість фізичних задач на Землі, проте не працює, коли йдеться про взаємодію масивних тіл у Всесвіті поза нашою планетою. 

Згодом Альберт Айнштайн запропонував теоретичне підґрунтя для вирішення таких питань — загальну теорію відносності. Вчений мислив про простір-час як про сітку, що здатна «прогинатися» під дією масивних тіл, а менші тіла можуть потрапляти в цю зону впливу та змінювати траєкторію руху. Наприклад, таким чином Земля рухається довкола Сонця. 

У загальній теорії відносності Айнштайн передбачив існування гравітаційних хвиль — явища, яке породжують масивні тіла, що прискорюються. Джерелом таких хвиль може бути, наприклад, зіткнення двох чорних дір. Аби уявити, як це відбувається, варто пригадати, як камінець падає на поверхню води й довкола нього починають утворюватися невеликі хвилі. Тільки от у випадку з чорними дірами ці хвилі розповсюджуються зі швидкістю світла.

Чому складно виявити гравітаційні хвилі?

За часів, коли Айнштайн розробив загальну теорію відносності, перевірити наявність гравітаційних хвиль і чорних дір у просторі було неможливо. Деякий час учені ставилися до цієї теорії досить скептично — припускали, що Айнштайн вигадав чорні діри, аби його рівняння мали розв’язки. 

Лише з 50-х років ХХ століття дослідники заходилися більш детально вивчати можливості існування цих явищ, а вже у 70-х група вчених помітила подвійний пульсар — подвійну зоряну систему, де зірки рухаються довкола спільного центру мас, прискорюються та зближуються, втрачаючи енергію. Науковці підрахували кількість втраченої енергії та виявили, що вона збіглася з розрахунками Айнштайна. 

Але навіть за таких умов учені не могли «вхопити» гравітаційну хвилю, аби помітити її в умовах реального експерименту. Першу спробу зробив Джозеф Вебер, який сконструював механізм, схожий на камертон, що мав би задзвеніти від впливу гравітаційних хвиль. У 70-х він заявив, що справді чув одну з хвиль, проте ніяк не підтвердив це, а решта вчених не змогли повторити його експеримент. 

Гравітаційні хвилі складно вловити, тому що коли вони долітають до Землі, їхня амплітуда стає надзвичайно малою, тож для їх виявлення потрібні дуже чутливі детектори.

Як учені нарешті виявили гравітаційні хвилі?

Проблему, яку дослідники намагалися вирішити десятиліттями, подужали вчені за допомогою LIGO — лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії, проєкт якої заснували 1984 року в США. Вона складається з двох пунктів спостереження у різних штатах, кожен із яких має довгий 4-кілометровий тунель у формі букви L, де містяться дзеркала. Під час експерименту вчені випускають лазерні промені, які відбиваються в цих дзеркалах. Дослідники звертають увагу на затримки у віддзеркаленнях, що свідчать про наявність гравітаційних хвиль. 

14 вересня 2015 року детектори LIGO вперше зафіксували вібрації від гравітаційних хвиль. Райнер Вайс із командою спостерігали за наслідками події, яка відбулася понад тисячу мільйонів років тому, — зіткненням двох чорних дір. Воно викривило простір і час, запустивши гравітаційні хвилі, що долетіли до детектора на Землі з відстані в 1,3 мільярда світлових років. 

Таким чином учені за допомогою потужностей обсерваторії доказово підтвердили теорію Айнштайна. Райнер Вайс із командою започаткували нову галузь науки — астрономію гравітаційних хвиль, що почала стрімко розвиватися. Наразі у сфери величезні перспективи, адже вчені, що працюють у ній, відкривають явища, які раніше вважали фантастикою. 

Попереду ще багато цікавих лекцій! 

Посилання на форми реєстрації шукай на сайті МАН у розділі «Наукові івенти» ➡️ https://man.gov.ua/events

І читай найцікавіше з інших лекцій серії ➡️

Про світлодіоди, шлях до «Нобелівки» та мрії: конспект лекції фізика Хіросі Амано

Про мозок, навчання уві сні та саморозвиток у складні часи: конспект лекції Барбари Оклі

Про пам’ять, орієнтацію у просторі та лікування хвороби Альцгеймера: конспект лекції Мей-Брітт Мозер

Фейки про рослин-мутантів, користь від ГМО і небезпека їхньої заборони: конспект лекції Річарда Джона Робертса

Про нейтрино та історію дослідження цієї частинки: конспект лекції Шелдона Лі Ґлешоу

Про вивчення нейронів, дослідження неврологічних хвороб і різницю між мозком і комп’ютером: конспект лекції Едварда Мозера

Про нейтрино, таємниці осциляцій і нові закони Всесвіту: конспект лекції Такаакі Кадзіти

Про аквапорини, важливість їх дослідження та єднання націй через науку: конспект лекції Пітера Егра

Про мову генів, РНК-інтерференцію та сортування фейків: конспект лекції Крейга Мелло

Про вірусні ідеї, біологію наукового прогресу та головну мотивацію для вчених: конспект лекції Джорджа Сміта

Про шлях до «Нобелівки» з хімії, заморожування біомолекул і вивчення коронавірусу: конспект лекції Йоахіма Франка
Про моделювання молекул, органокаталіз і майбутнє медицини: конспект лекції Девіда Макміллана

Про «непотрібні» знання та секрети наукового мислення: конспект лекції Мартіна Чалфі

Про важливість занять наукою й алгоритми вдумливого навчання: конспект лекції Ліланда Гартвелла

Про соціальну відповідальність бізнесів і навіщо вона потрібна: конспект лекції Олівера Гарта