Таталцлын долгион гэж юу вэ, тэдгээрийн нээлтүүд
Таталцлын долгион нь орчин үеийн физикийн хамгийн гайхалтай нээлтүүдийн нэг юм, учир нь тэдгээр нь хүмүүст орчлон ертөнцийг ажиглах "шинэ арга"-ыг олгодог. Одон орон судлал өмнө нь гэрэлд - үзэгдэх гэрэл, радио, хэт улаан туяанаас эхлээд рентген туяа хүртэл тулгуурладаг байсан бол таталцлын долгион нь бидэнд орон зай, цаг хугацааны өөрийнх нь "чичиргээ"-г сонсох боломжийг олгодог. Энэ үзэгдэл бол зүгээр нэг онол биш; таталцлын долгионыг шууд илрүүлсэн нь сансрын судалгаанд, ялангуяа хар нүх, нейтрон од зэрэг хэт туйлширсан объектуудын талаар шинэ бүлгийг нээж байна.
Таталцлын долгион гэж юу вэ?
Энгийнээр хэлбэл, таталцлын долгион гэдэг нь маш том массын хурдатгалын улмаас орон зай-цаг хугацаанд тархдаг долгион буюу "долгион" юм. Орон зай-цаг хугацааны тухай ойлголт нь Альберт Эйнштейний Харьцангуйн Ерөнхий Онолоос (1915) гаралтай бөгөөд энэ нь таталцлыг Ньютоны физикийн нэгэн адил таталцлын хүч биш, харин масс ба энергийн оршихуйн улмаас орон зай ба цаг хугацааны муруйлт гэж үздэг. Том массууд тодорхой замаар хөдлөхөд - жишээлбэл, хоёр хар нүх бие биенээ тойрон эргэлдэх үед - орон зай-цаг хугацааны муруйлт динамикаар өөрчлөгдөж, бүх чиглэлд тархдаг гажуудлыг ялгаруулдаг. Эдгээр гажуудлыг таталцлын долгион гэж нэрлэдэг.
Таталцлын долгион гэрлийн хурдаар тархдаг. Гэсэн хэдий ч тэдний дайран өнгөрч буй объектуудад үзүүлэх нөлөө нь маш бага байдаг. Нэг километрийн зайтай хоёр цэгийг төсөөлөөд үз дээ: өнгөрөх таталцлын долгион нь энэ зайг протоны диаметрээс бага хэмжээгээр өөрчилж чадна. Тиймээс энэ санаа 20-р зууны эхэн үеэс хойш оршин тогтнож байсан ч үүнийг батлахын тулд маш нарийн технологи шаардлагатай байв.
Орчлон ертөнц дэх таталцлын долгионы эх үүсвэрүүд
Бүх массын хөдөлгөөн хэмжигдэхүйц таталцлын долгион үүсгэдэггүй. Хөдөлж буй машин эсвэл гүйж буй хүн гэх мэт өдөр тутмын үйл явдлууд нь техникийн хувьд таталцлын долгион ялгаруулдаг боловч тэдгээрийн далайц нь илрүүлэхэд хэтэрхий бага байдаг. Ажиглагдаж буй таталцлын долгион нь ихэвчлэн асар их масс, хэт хурдатгал, тэгш бус хөдөлгөөнийг хамарсан сансрын үйл явдлуудаас үүсдэг.
Таталцлын долгионы гол эх үүсвэрүүдийн зарим нь:
1. Хар нүхний нэгдэл
Тойрог замд эргэлдэж буй хоёр хар нүх таталцлын долгионоор энергиэ алдаж, тойрог зам нь агшиж, эцэст нь мөргөлдөж, нэгдэх болно. Энэ үйл явдал нь хүчирхэг таталцлын долгионы дохио үүсгэх болно.
2. Нейтрон оддын нэгдэл
Нейтрон од бол аварга том одны нягт, үлдэгдэл цөм юм. Хоёр нейтрон од нийлэх үед энэ үйл явдал нь таталцлын долгион үүсгэхээс гадна янз бүрийн долгионы уртад гэрэл цацруулж, алт зэрэг хүнд элементүүдийг үүсгэдэг.
3. Супернова ба асар том оддын дэлбэрэлтүүд
Оддын цөмийн нуралт нь заримдаа тэгш бус бөгөөд таталцлын долгион ялгаруулж болох ч тэдгээрийг илрүүлэх нь маш хэцүү байдаг.
4. Нейтрон оддын төгс бус эргэлт
Хэрэв нейтрон од бага зэрэг “товгор” эсвэл жигд бус эргэлдвэл таталцлын долгионыг тасралтгүй цацруулж чадна.
5. Анхдагч таталцлын долгионууд
Эртний орчлон ертөнц нь сансрын дэвсгэр дээр "хөлдсөн" таталцлын долгионыг үүсгэсэн гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Хэрэв үүнийг илрүүлбэл Их тэсрэлтийн дараах эхний секундын талаарх сэжүүрийг өгөх боломжтой.
Эйнштейний онолоос анхны нотолгоо хүртэл
Эйнштейн 1916 онд таталцлын долгионыг ерөнхий харьцангуйн онолын тэгшитгэлд үндэслэн таамаглаж (мөн 1918 онд сайжруулсан) байв. Гэвч эрдэмтэд хэдэн арван жилийн турш таталцлын долгион нь бодит уу эсвэл зүгээр л математикийн олдвор уу гэдэг талаар маргалдаж ирсэн. Хэцүү байдал нь орон зай-цаг хугацаа динамик байдагтай холбоотой; "үнэхээр" хэмжигдэхүйц зүйлийг ойлгох нь үргэлж амар байдаггүй.
Харьцангуйн онол хөгжиж, физикчид таталцлын долгион нь бодит энергийг авч явдаг гэдгийг ойлгож эхэлсэн 20-р зууны дунд үед чухал эргэлтийн цэг болсон юм. Хэрэв систем таталцлын долгион ялгаруулснаар энергиэ алдвал түүний тойрог зам эсвэл хөдөлгөөн хэмжигдэхүйц байдлаар өөрчлөгдөх ёстой.
Шууд бус нотолгоо: Халс-Тейлорын хоёртын пульсарууд
1974 онд хоёр одон орон судлаач болох Рассел Халс, Жозеф Тейлор нар PSR B1913+16 хэмээх хоёртын пульсарын системийг нээжээ. Пульсарууд нь "гэрэлт цамхаг" гэх мэт үечилсэн радио дохио ялгаруулдаг нейтрон од юм. Хоёртын системд пульсар нь өөр нэг нейтрон одыг тойрон эргэлддэг. Гайхалтай нь энэ системийн тойрог замын хугацаа аажмаар буурч байна: хоёр объект бие биендээ ойртож байна.
Энэхүү бууралт нь таталцлын долгионоор дамжин энергийн алдагдлын талаарх Харьцангуйн ерөнхий онолын таамаглалтай маш нарийн тохирч байна. Энэ нь таталцлын долгион оршин байдаг гэсэн маш хүчтэй шууд бус нотолгоог өгдөг. Энэхүү нээлтээрээ Халс, Тейлор нар 1993 онд Физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртсэн.
Шууд нээлт: LIGO болон хар нүхний мөргөлдөөнийг "сонсох"
Шууд бус нотолгоонууд байгаа хэдий ч эрдэмтэд шууд илрүүлэлтийг үргэлжлүүлэн хийж байна: Дэлхийгээр дамжин өнгөрөх таталцлын долгионыг барих. Энэхүү хүчин чармайлт нь долгионы далайц маш бага тул томоохон бэрхшээлтэй тулгарч байна. Үүний шийдэл нь зайн маш бага өөрчлөлтийг хэмжиж чаддаг лазер интерферометр ашиглах явдал юм.
LIGO хэрхэн ажилладаг вэ?
LIGO (Лазер интерферометрийн таталцлын долгионы ажиглалтын төв) нь АНУ-д хоёр үндсэн байгууламжтай томоохон төсөл юм: нэг нь Вашингтон мужийн Ханфорд, нөгөө нь Луизиана мужийн Ливингстон хотод байрладаг. Тус бүр нь 4 километр урттай интерферометрийн гартай. Лазерын туяа нь хоёр цацрагт хуваагддаг бөгөөд эдгээр нь гарны дагуу урагш хойш хөдөлж, дараа нь дахин нэгддэг. Таталцлын долгион дамжин өнгөрөхөд энэ нь гарны үр дүнтэй уртыг маш бага зэрэг өөрчилж, хэмжигдэхүйц, өөрчлөгдсөн интерференцийн хэв маягийг бий болгодог.
Ажиглагдсан дохио нь орон нутгийн хөндлөнгийн оролцооноос (жишээлбэл, жижиг газар хөдлөлт, тээврийн хэрэгслийн чичиргээ эсвэл бусад хүрээлэн буй орчны хүчин зүйлс) шалтгаалаагүй эсэхийг баталгаажуулахын тулд өөр өөр байршилд хоёр мэдрэгч байрлуулах нь чухал юм. Хэрэв хоёр мэдрэгч хоёулаа цаг хугацааны зөрүүтэй тогтвортой хэв маягийг харвал дохио нь сансраас ирсэн таталцлын долгион байх магадлал өндөр байна.
Эхний илрүүлэлт: GW150914
2015 оны 9-р сарын 14-нд LIGO нь хожим нь GW150914 нэртэй дохиог илрүүлсэн. Энэхүү дохио нь Нарны массаас арав дахин их масстай хоёр хар нүхний нийлэлтийн үр дүнд үүссэн бөгөөд энэ нь Дэлхийгээс нэг тэрбум гаруй гэрлийн жилийн зайд болсон юм. Энэ үйл явдал нь "жиргэх" дууг үүсгэсэн: давтамж болон далайц огцом нэмэгдэж, хоёр хар нүх нийлж, дараа нь намжих үед оргил үедээ хүрсэн.
Албан ёсны мэдэгдэл 2016 оны 2-р сард хийгдсэн бөгөөд тэр даруй чухал үйл явдал гэж үнэлэгдсэн. Энэхүү нээлт нь таталцлын долгионыг шууд нотлоод зогсохгүй хоёртын хар нүхний системийг анх удаа шууд илрүүлсэн явдал болсон юм.
LIGO-д оруулсан томоохон хувь нэмрийг нь үнэлж 2017 оны Физикийн Нобелийн шагналыг Райнер Вайсс, Барри К. Бариш, Кип С. Торн нарт олгосон.
Таталцлын долгионыг нээх нь яагаад чухал вэ?
Таталцлын долгионыг илрүүлэхийг ихэвчлэн таталцлын долгионы одон орон судлалын эриний эхлэл гэж нэрлэдэг. Үүнийг хувьсгалч болгох хэд хэдэн шалтгаан бий.
1. Орчлон ертөнцийг ажиглах шинэ "мэдрэхүй"-г нээх
Хар нүх гэх мэт олон сансрын биетүүд амархан илрүүлж болдог гэрэл ялгаруулдаггүй. Таталцлын долгион нь эдгээр биетүүдийг орон зай-цаг хугацаанд үзүүлэх нөлөөллөөр нь шууд судлах боломжийг бидэнд олгодог.
2. Хэт туйлын нөхцөлд харьцангуйн ерөнхий онолыг турших нь
Хар нүхний нэгдэл нь гайхалтай хүчтэй таталцал болон гайхалтай өндөр хурдыг хамардаг. Эдгээр нь Дэлхий дээр хуулбарлахад хэцүү туйлын нөхцөлд Эйнштейний онолыг турших байгалийн лаборатори юм.
3. Хүнд элементүүдийн үүслийг ойлгох
Нейтрон оддын нэгдэл нь r-үйл явцаар (нейтроныг хурдан барьж авах) хүнд элементүүд үүсэхтэй холбоотой болох нь батлагдсан. Энэ нь орчлон ертөнцөд алт, цагаан алт хаанаас үүссэн бэ гэсэн асуултад хариулахад тусалдаг.
4. Хар нүх болон нейтрон оддын популяцийг зураглах
Эрдэмтэд олон тооны илрүүлэлтийн тусламжтайгаар эдгээр авсаархан объектуудын массын тархалт, нэгдэх хурд, үүсэх түүхийг хэмжиж чаддаг.
Хаах
Таталцлын долгион нь зуун жилийн өмнө Эйнштейний таамаглаж байсан орон зай-цаг хугацааны долгион бөгөөд эцэст нь хоёртын пульсарт шууд бус нотолгоо болон 2015 онд LIGO-ийн шууд илрүүлэлтээр батлагдсан. Энэхүү нээлт нь зөвхөн техникийн ололт амжилт төдийгүй, хүн төрөлхтний сансар огторгуйг харах арга барилын өөрчлөлт юм: бид одоо орчлон ертөнцийг зүгээр л харах биш, харин "сонсож" чадна. Шинэ илрүүлэгч болон дэлхийн хамтын ажиллагаа (Европын Virgo, Японы KAGRA, сансарт төлөвлөгдсөн LISA гэх мэт) хөгжихийн хэрээр таталцлын долгионы одон орон судлалын ирээдүй улам баялаг болж, биднийг орчлон ертөнцийн хамгийн агуу нууцуудын хариултад ойртуулна гэж найдаж байна.
