Yerçekimi dalgalarının varlığı tespit edildi, yani bir "graviton" var mı? Uzman: Mümkün
Resim kaynağı: NASA
Lazer girişim yerçekimi dalgası gözlemevi, ilk yerçekimi dalgası sinyalini tespit etti ve Einstein'ın teorisinin, uzayın kendisinin dalgalara sahip olması gerektiğini öngören kısmı doğrulandı. Bu, aşağıdakileri soran okuyucu Joe Latone tarafından ortaya atılanlar da dahil olmak üzere çeşitli ilginç soruları ortaya çıkarır:
Yerçekimi dalgalarının dalga-parçacık ikiliğini göstermesi bekleniyor mu? Öyleyse, Lazer Girişim Yerçekimi Dalga Gözlemevi'nin fizikçileri, çift yarık deneyi gibi bir test yöntemi tasarladılar mı?
Kuantum mekaniğinde, dalga-parçacık ikiliği, bulduğumuz en garip sonuçlardan biridir.
Resim kaynağı: Wiki
Çok basit başladı: Madde atomlar ve bileşenleri gibi parçacıklardan oluşur ve radyasyon dalgalardan oluşur. Bir şey çarpışma, geri tepme, yapışma, enerji değişimi, diğer parçacıklarla kombinasyon gibi değişikliklere uğrayabiliyorsa, onu bir parçacık olarak yargılayabilirsiniz. Bir şey kırılır ve kendisine müdahale ederse, onu bir dalga olarak yargılayabilirsiniz. Newton bu noktada ışığı yanlış anladı. Işığın parçacıklardan oluştuğuna inanıyordu, ancak Newton kuşağından Huygens ve daha sonra ondokuzuncu yüzyılın Yang ve Fresnel gibi bilim adamları gibi diğer insanlar açıkça belirttiler. Işığa bir dalga gibi davranmazsanız, ışığın birçok özelliği açıklanamaz. Işığın bazı özellikleri çift yarıklardan geçtiğinde ortaya çıkar: algılama ekranında sunulan desen, ışığın yapıcı parazit (parlak çizgilere yol açar) ve yıkıcı parazit (koyu çizgilere yol açar) oluşturacağını gösterir.
Resim kaynağı: Wiki
Bu girişim fenomeni dalgaların bir özelliğidir, dolayısıyla bu, ışığın bir dalga olduğunu "kanıtlar". Ancak, 20. yüzyılın başlarında fotoelektrik etkinin keşfedilmesiyle işler daha da kafa karıştırıcı hale geldi. Işık belirli bir madde üzerinde parladığında, elektronlar bazen ışık tarafından "aktive edilir". Işık daha kırmızıysa (yani, daha düşük enerjiye sahipse), ışık yoğunluğunu istediğiniz gibi ayarlasanız bile, ışık herhangi bir elektron "başlatmayacaktır". Bununla birlikte, ışınlanan ışık daha maviyse (yani, daha yüksek enerjili), ışık son derece düşük vurgulanmış olsa bile, elektronlar yine de "aktive" olacaktır. Kısa süre sonra, ışığın fotonlara dönüştürülebileceğini ve tek bir fotonun bile bir parçacık gibi davranabileceğini keşfettik.Fotonun enerjisi uygunsa, elektronları iyonlaştıracaktır.
Resim kaynağı: Wiki
20. yüzyılın keşifleri daha da garip olabilir, çünkü şunu bulduk:
Tek fotonlar, çift yarıklardan birer birer geçer ve yine de kendilerine müdahale eder ve dalgaların doğasına uygun bir model sunar.
Parçacıklar olarak bilinen elektronlar da bu girişim ve kırınım modelini sergiler.
Fotonun veya elektronun içinden geçtiği boşluğu ölçerseniz, girişim modelini elde edemezsiniz, ancak ölçmezseniz, bunun yerine girişim modelini elde edebilirsiniz.
Görünüşe göre gözlemlediğimiz her parçacık hem dalga hem de parçacık olarak tanımlanabilir. Ek olarak, kuantum fiziği bize onu uygun koşullar altında aynı anda hem bir dalga hem de bir parçacık olarak ele almamızı söyler, aksi takdirde deneylerimizle tutarlı sonuçlar alamayız.
Resim kaynağı: B.P. Abbott ve diğerleri
Şimdi yerçekimi dalgalarından bahsedelim. Yerçekimi dalgaları benzersizdir çünkü yerçekimi dalgalarının yalnızca dalgalı tarafını görüyoruz ve parçacık tarafını asla görmüyoruz. Ancak, su dalgalarının parçacıklardan oluşan dalgalar olması gibi, kütleçekim dalgalarının da parçacıklardan oluşmasını bekliyoruz. Bu parçacıklar, yerçekimini düzenleyen bir tür parçacık olan gravitonlar (su molekülleri yerine) olabilirler.Kütleçekimi doğada içsel bir kuantum kuvveti olduğundan, bu tür parçacıklar tamamen mümkündür.
Resim kaynağı: Arılar ve Bombalar
Yerçekimi dalgaları bir tür dalga olduğundan ve gözlemler bu dalganın aşağıdaki genel görelilik tahminlerine tam olarak uyduğunu göstermektedir:
Devinim aşamasında
Birleşme aşamasında
Arıza süresinde
Bu nedenle, kütleçekim dalgalarının genel görelilik tarafından tahmin edilen tüm dalgaların davranışını gerçekleştirmeye devam edeceği sonucuna güvenle varabiliriz. Ayrıntılı olarak, yerçekimi dalgaları aşina olduğumuz diğer dalgalardan biraz farklıdır: bunlar su dalgaları gibi skaler dalgalar değildir ve ışık gibi vektör dalgaları gibi faz içi, salınımlı elektrik ve manyetik alanlara sahip değildirler. Aksine yerçekimi dalgaları tensör dalgalarıdır.Dalga belirli bir alandan geçerken, mekanın düşey yönde daralmasına ve gevşemesine neden olur.
Yerçekimi dalgaları da diğer dalgalarla aynı özellikleri sunar: ortamda belirli bir hızda hareket ederler (uzayın yapısında ışık hızında yayılırlar); uzaydaki diğer dalgalanmalarla yapıcı ve yıkıcı girişimler üretirler; yerçekimi dalgaları sürecek "Çarpma", uzay-zamanın diğer herhangi bir eğriliğinin üstündedir; eğer bir yol varsa - belki de bir kara delik gibi güçlü bir kütleçekim kaynağının etrafında hareket etmek - yerçekimi dalgalarının kırılmasına neden olur. Ek olarak, evren genişledikçe, yerçekimi dalgaları genişleyen evrendeki tüm dalgalar gibi olacak: Evrenin arka plan alanı genişledikçe genişleyecek ve genişleyecektir.
Resim kaynağı: E. Siegel "Galaksinin Ötesinde"
Öyleyse asıl soru, kuantum parçasını nasıl tespit ederiz? Yerçekimi dalgalarının "parçacık" doğasını nasıl keşfederiz? Teorik olarak, yerçekimi dalgaları önceki örneklere benzerdir.Çoğu parçacık dalga üretmek için hareket eder, ancak bu parçacıklar gravitonlardır ve lazer girişim yerçekimi dalgası gözlemevi tarafından tespit edilen genel yüzey dalgaları yerçekimsel dalgalardır. Gravitonun var olduğunu varsaymak için her türlü sebebimiz var: Aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- Spin 2'li bir parçacık,
- Kalite yok,
- Işık hızında seyahat etmek,
- Sadece yerçekimi yoluyla etkileşim.
Lazer girişim yerçekimi dalgası gözlemevi, ikinci özellik olan "kütlesizlik" konusunda çok kesin sınırlara sahiptir: gravitonun kütlesi varsa, elektronlardan 1028 kat daha hafif olan 1,6 x 10-22 eV / c2'den daha az olmalıdır. Ancak, kuantum yerçekimini izlemek için kütleçekim dalgalarını kullanmanın bir yolunu bulmadan önce, dalga-parçacık ikiliğinin "parçacık" parçasının gravitonlara uygulanabilir olup olmadığını bilmiyoruz.
Aslında, bazı olası yöntemler gördük, ancak lazer girişim yerçekimi dalgası gözlemevinin herhangi bir olasılığı gerçekleştirme olasılığı düşüktür. Güçlü bir yerçekimi alanı çok kısa bir mesafeye etki ettiğinde, kuantum yerçekimi etkisi en güçlü ve en açık olanıdır.Çok küçük bir mesafede güçlü bir yerçekimi alanınız var. Bu durumun kara delikleri birleştirmekten daha iyi ölçüsü nedir? ! İki tekillik bir araya getirildiğinde, genel görelilikten sapması gereken kuantum etkisi, birleşme anında, presesyon aşamasının sonunda ve çınlama aşamasının başlangıcında ortaya çıkacaktır. Aslında, lazer girişim yerçekimi dalgası gözlemevi tarafından tespit edilen milisaniye seviyesinden değil, pikosaniye seviyesinden bahsediyoruz, ancak bu imkansız olmayabilir. Femtosaniye ile attosaniye (10-15-10-18) arasında değişen çalışma hızlarında lazer darbeleri geliştirdik, bu nedenle yeterli interferometre varsa görelilik teorisinden küçük sapmaları tespit edebiliyoruz. Bu, çok sayıda interferometre, gürültüde önemli bir azalma ve hassasiyette önemli bir artış dahil olmak üzere teknolojide büyük bir sıçrama gerektirir. Ama teknik olarak konuşursak, bu imkansız değil, sadece çok zor!
Ayrıca, Michigan Üniversitesi'nde yerçekimi dalgaları, lazer girişimi yerçekimi dalgası gözlemevleri ve "popüler gökbilimciler" e alınan dersler üzerine gerçek zamanlı bir video dersi verdim.
Gravitonların parçacık özelliklerini nasıl test ettiğimiz hakkındaki son soru özellikle ilginizi çekebilir: Eğer başarılı olursa, bu evrendeki dalga-parçacık ikiliğini anlamamızı daha eksiksiz hale getirecektir. Bunun olmasını bekliyoruz, ancak iddia etmemiz zor. Umarım merakımız bizi araştırmaya yatırım yapmaya yönlendirir, doğal koşulların işbirliği yapmasını umar ve cevabı bulabileceğimizi umarız!
Referans
1. Wikipedia Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. forbes-yichen
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
