गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज (पहचान) का आधिकारिक दिन 11 फरवरी, 2016 है। तब, वाशिंगटन में एक प्रेस कॉन्फ्रेंस में, एलआईजीओ सहयोग के नेताओं ने घोषणा की कि शोधकर्ताओं की एक टीम मानव जाति के इतिहास में पहली बार इस घटना को रिकॉर्ड करने में सफल रही है।
महान आइंस्टीन की भविष्यवाणियां
पिछली शताब्दी (1916) की शुरुआत में भी, अल्बर्ट आइंस्टीन ने सुझाव दिया कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें उनके द्वारा तैयार किए गए सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत (जीआर) के ढांचे के भीतर मौजूद हैं। कोई केवल प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी की शानदार क्षमताओं पर आश्चर्यचकित हो सकता है, जो कम से कम वास्तविक डेटा के साथ इस तरह के दूरगामी निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे। अगली शताब्दी में पुष्टि की गई कई अन्य अनुमानित भौतिक घटनाओं में से (समय के प्रवाह को धीमा करना, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में विद्युत चुम्बकीय विकिरण की दिशा बदलना, आदि), इस प्रकार की लहर की उपस्थिति का व्यावहारिक रूप से पता लगाना संभव नहीं था। हाल तक निकायों की बातचीत।
गुरुत्वाकर्षण एक भ्रम है?
सामान्य तौर पर, प्रकाश मेंसापेक्षता का सिद्धांत शायद ही गुरुत्वाकर्षण को एक बल कह सके। यह स्पेस-टाइम सातत्य की गड़बड़ी या वक्रता का परिणाम है। इस अभिधारणा को दर्शाने वाला एक अच्छा उदाहरण कपड़े का एक फैला हुआ टुकड़ा है। ऐसी सतह पर रखी किसी भारी वस्तु के भार के नीचे एक अवकाश बनता है। इस विसंगति के पास जाने वाली अन्य वस्तुएं अपने आंदोलन के प्रक्षेपवक्र को बदल देंगी, जैसे कि "आकर्षित"। और वस्तु का वजन जितना अधिक होगा (वक्रता का व्यास और गहराई जितनी अधिक होगी), "आकर्षण का बल" उतना ही अधिक होगा। जब यह कपड़े के माध्यम से चलता है, तो आप एक अलग "लहर" की उपस्थिति देख सकते हैं।
विश्व अंतरिक्ष में कुछ ऐसा ही होता है। कोई भी तेजी से बढ़ने वाला विशाल पदार्थ स्थान और समय के घनत्व में उतार-चढ़ाव का एक स्रोत है। एक महत्वपूर्ण आयाम के साथ एक गुरुत्वाकर्षण तरंग, जो बहुत बड़े द्रव्यमान वाले पिंडों द्वारा या भारी त्वरण के साथ चलते समय बनती है।
शारीरिक विशेषताएं
अंतरिक्ष-समय मीट्रिक के उतार-चढ़ाव स्वयं को गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में परिवर्तन के रूप में प्रकट करते हैं। इस घटना को अन्यथा अंतरिक्ष-समय तरंग कहा जाता है। गुरुत्वाकर्षण तरंग सामना करने वाले पिंडों और वस्तुओं पर कार्य करती है, उन्हें संकुचित और खींचती है। विरूपण मान बहुत छोटे हैं - मूल आकार से लगभग 10-21 । इस घटना का पता लगाने में पूरी कठिनाई यह थी कि शोधकर्ताओं को यह सीखना था कि उपयुक्त उपकरणों की मदद से ऐसे परिवर्तनों को कैसे मापना और रिकॉर्ड करना है। गुरुत्वाकर्षण विकिरण की शक्ति भी अत्यंत छोटी है - पूरे सौर मंडल के लिए यह हैकुछ किलोवाट।
गुरुत्वाकर्षण तरंगों के संचरण की गति चालक माध्यम के गुणों पर कुछ हद तक निर्भर करती है। स्रोत से दूरी के साथ दोलन आयाम धीरे-धीरे कम हो जाता है, लेकिन कभी भी शून्य तक नहीं पहुंचता है। आवृत्ति कई दसियों से लेकर सैकड़ों हर्ट्ज़ तक की सीमा में होती है। तारे के बीच के माध्यम में गुरुत्वाकर्षण तरंगों की गति प्रकाश की गति के करीब पहुंच रही है।
परिस्थितिजन्य साक्ष्य
पहली बार गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अस्तित्व की सैद्धांतिक पुष्टि अमेरिकी खगोलशास्त्री जोसेफ टेलर और उनके सहायक रसेल हल्स ने 1974 में प्राप्त की थी। अरेसीबो ऑब्जर्वेटरी (प्यूर्टो रिको) के रेडियो टेलीस्कोप का उपयोग करके ब्रह्मांड के विस्तार का अध्ययन करते हुए, शोधकर्ताओं ने पल्सर PSR B1913 + 16 की खोज की, जो एक स्थिर कोणीय वेग के साथ द्रव्यमान के एक सामान्य केंद्र के चारों ओर घूमते हुए न्यूट्रॉन सितारों की एक द्विआधारी प्रणाली है। बल्कि दुर्लभ मामला)। हर साल, क्रांति की अवधि, जो मूल रूप से 3.75 घंटे थी, 70 एमएस कम हो जाती है। यह मान गुरुत्वाकर्षण तरंगों के उत्पादन के लिए ऊर्जा के व्यय के कारण ऐसी प्रणालियों की घूर्णन गति में वृद्धि की भविष्यवाणी करने वाले जीआर समीकरणों के निष्कर्षों के अनुरूप है। इसके बाद, समान व्यवहार वाले कई डबल पल्सर और सफेद बौने खोजे गए। रेडियो खगोलविद डी. टेलर और आर. हुल्स को गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों के अध्ययन के लिए नई संभावनाओं की खोज के लिए 1993 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
एस्केप्ड ग्रेविटी वेव
के बारे में पहला बयान1969 में मैरीलैंड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक जोसेफ वेबर (यूएसए) से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता चला। इन उद्देश्यों के लिए, उन्होंने अपने स्वयं के डिजाइन के दो गुरुत्वाकर्षण एंटेना का इस्तेमाल किया, जो दो किलोमीटर की दूरी से अलग थे। गुंजयमान डिटेक्टर संवेदनशील पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर से लैस एक अच्छी तरह से कंपन एक टुकड़ा दो मीटर एल्यूमीनियम सिलेंडर था। वेबर द्वारा कथित रूप से दर्ज किए गए उतार-चढ़ाव का आयाम अपेक्षित मूल्य से दस लाख गुना अधिक निकला। अमेरिकी भौतिक विज्ञानी की "सफलता" को दोहराने के लिए ऐसे उपकरणों का उपयोग करने वाले अन्य वैज्ञानिकों द्वारा किए गए प्रयासों से सकारात्मक परिणाम नहीं आए। कुछ साल बाद, इस क्षेत्र में वेबर के काम को अस्थिर माना गया, लेकिन इसने "गुरुत्वाकर्षण उछाल" के विकास को गति दी जिसने अनुसंधान के इस क्षेत्र में कई विशेषज्ञों को आकर्षित किया। वैसे, जोसफ वेबर खुद अपने दिनों के अंत तक आश्वस्त थे कि उन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगें प्राप्त होंगी।
उपकरण प्राप्त करने में सुधार
70 के दशक में, वैज्ञानिक बिल फेयरबैंक (यूएसए) ने SQUIDs - सुपरसेंसिटिव मैग्नेटोमीटर का उपयोग करके तरल हीलियम द्वारा ठंडा एक गुरुत्वाकर्षण तरंग एंटीना का डिज़ाइन विकसित किया। उस समय मौजूद प्रौद्योगिकियां आविष्कारक को "धातु" में महसूस किए गए अपने उत्पाद को देखने की अनुमति नहीं देती थीं।
गुरुत्वाकर्षण डिटेक्टर ऑरिगा को इस तरह से नेशनल लेग्नार्ड लेबोरेटरी (पडुआ, इटली) में बनाया गया था। डिजाइन एक एल्यूमीनियम-मैग्नीशियम सिलेंडर पर आधारित है, जो 3 मीटर लंबा और 0.6 मीटर व्यास है। एक प्राप्त करने वाला उपकरण जिसका वजन 2.3 टन हैएक पृथक निर्वात कक्ष में निलंबित लगभग पूर्ण शून्य तक ठंडा। कंपन को ठीक करने और उसका पता लगाने के लिए एक सहायक किलोग्राम गुंजयमान यंत्र और एक कंप्यूटर-आधारित मापन परिसर का उपयोग किया जाता है। घोषित उपकरण संवेदनशीलता 10-20।
इंटरफेरोमीटर
गुरुत्वाकर्षण तरंगों के हस्तक्षेप डिटेक्टरों का संचालन माइकलसन इंटरफेरोमीटर के समान सिद्धांतों पर आधारित है। स्रोत द्वारा उत्सर्जित लेजर बीम दो धाराओं में विभाजित है। डिवाइस के कंधों के साथ कई प्रतिबिंबों और यात्रा के बाद, धाराओं को फिर से एक साथ लाया जाता है, और अंतिम हस्तक्षेप छवि का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि क्या कोई गड़बड़ी (उदाहरण के लिए, एक गुरुत्वाकर्षण लहर) ने किरणों के पाठ्यक्रम को प्रभावित किया है। इसी तरह के उपकरण कई देशों में बनाए गए हैं:
- GEO 600 (हनोवर, जर्मनी)। निर्वात सुरंगों की लंबाई 600 मीटर है।
- तमा (जापान) 300मी कंधे
- VIRGO (पीसा, इटली) एक संयुक्त फ्रेंको-इतालवी परियोजना है जिसे 2007 में 3km सुरंगों के साथ लॉन्च किया गया था।
- LIGO (यूएसए, पैसिफिक कोस्ट), 2002 से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का शिकार कर रहा है।
आखिरी वाला अधिक विस्तार से विचार करने योग्य है।
LIGO एडवांस्ड
परियोजना मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी और कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों द्वारा शुरू की गई थी। लुइसियाना और वाशिंगटन राज्यों (लिविंगस्टन और हनफोर्ड के शहरों) में तीन समान इंटरफेरोमीटर के साथ तीन हजार किमी की दूरी पर दो वेधशालाएं शामिल हैं। लंबवत वैक्यूम की लंबाईसुरंग 4 हजार मीटर है। ये वर्तमान में प्रचालन में इस तरह की सबसे बड़ी संरचनाएं हैं। 2011 तक, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के कई प्रयासों का कोई परिणाम नहीं निकला। किए गए महत्वपूर्ण आधुनिकीकरण (उन्नत एलआईजीओ) ने 300-500 हर्ट्ज की सीमा में उपकरणों की संवेदनशीलता को पांच गुना से अधिक बढ़ा दिया, और कम आवृत्ति क्षेत्र (60 हर्ट्ज तक) में परिमाण के लगभग एक क्रम तक पहुंच गया। 10-21का इतना प्रतिष्ठित मूल्य। अद्यतन परियोजना सितंबर 2015 में शुरू हुई, और एक हजार से अधिक सहयोगियों के प्रयासों को परिणाम के साथ पुरस्कृत किया गया।
गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता चला
14 सितंबर, 2015 को, 7 एमएस के अंतराल के साथ उन्नत एलआईजीओ डिटेक्टरों ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों को रिकॉर्ड किया जो हमारे ग्रह तक पहुंचने वाली सबसे बड़ी घटना से देखने योग्य ब्रह्मांड के बाहरी इलाके में हुई - द्रव्यमान के साथ दो बड़े ब्लैक होल का विलय सूर्य के द्रव्यमान का 29 और 36 गुना। इस प्रक्रिया के दौरान, जो 1.3 अरब साल पहले हुई थी, पदार्थ के लगभग तीन सौर द्रव्यमान गुरुत्वाकर्षण तरंगों के विकिरण पर एक सेकंड के अंश में खर्च किए गए थे। गुरुत्वाकर्षण तरंगों की प्रारंभिक आवृत्ति 35 हर्ट्ज दर्ज की गई थी, और अधिकतम शिखर मूल्य 250 हर्ट्ज तक पहुंच गया था।
प्राप्त परिणामों को बार-बार व्यापक सत्यापन और प्रसंस्करण के अधीन किया गया, प्राप्त आंकड़ों की वैकल्पिक व्याख्याओं को सावधानीपूर्वक काट दिया गया। अंत में, पिछले साल 11 फरवरी को, आइंस्टीन द्वारा भविष्यवाणी की गई घटना के प्रत्यक्ष पंजीकरण की घोषणा विश्व समुदाय के लिए की गई थी।
शोधकर्ताओं के टाइटैनिक कार्य को दर्शाने वाला तथ्य: इंटरफेरोमीटर भुजाओं के आयामों में उतार-चढ़ाव का आयाम 10-19m था - यह मान व्यास के व्यास से बहुत छोटा है एक परमाणु के रूप में यह एक नारंगी से छोटा है।
आगे की संभावनाएं
खोज एक बार फिर पुष्टि करती है कि सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत केवल अमूर्त सूत्रों का एक सेट नहीं है, बल्कि सामान्य रूप से गुरुत्वाकर्षण तरंगों और गुरुत्वाकर्षण के सार पर एक मौलिक रूप से नया रूप है।
आगे के शोध में, वैज्ञानिकों को ईएलएसए परियोजना के लिए उच्च उम्मीदें हैं: लगभग 5 मिलियन किमी के हथियारों के साथ एक विशाल कक्षीय इंटरफेरोमीटर का निर्माण, जो गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों के मामूली गड़बड़ी का भी पता लगाने में सक्षम है। इस दिशा में काम की गहनता ब्रह्मांड के विकास में मुख्य चरणों के बारे में बहुत कुछ बता सकती है, उन प्रक्रियाओं के बारे में जो पारंपरिक बैंड में मुश्किल या असंभव हैं। इसमें कोई शक नहीं कि ब्लैक होल, जिनकी गुरुत्वाकर्षण तरंगें भविष्य में स्थिर होंगी, उनकी प्रकृति के बारे में बहुत कुछ बता देंगी।
अवशेष गुरुत्वाकर्षण विकिरण का अध्ययन करने के लिए, जो बिग बैंग के बाद हमारी दुनिया के पहले क्षणों के बारे में बता सकता है, अधिक संवेदनशील अंतरिक्ष उपकरणों की आवश्यकता होगी। ऐसी परियोजना मौजूद है (बिग बैंग ऑब्जर्वर), लेकिन विशेषज्ञों के अनुसार, इसका कार्यान्वयन 30-40 वर्षों से पहले संभव नहीं है।
