31.10.2018 16:21
Shkaff 62 10300 Источник

Как же LIGO может регистрировать гравитационные волны, если они растягивают свет вместе с пространством между зеркалами?



Image credit: www.ligo.caltech.edu

Этот вопрос непременно возникает, когда заходит разговор о детектировании гравитационных волн (ГВ). Обычно аргумент приводят такой: мы знаем, что есть гравитационное красное смещение, т.е. гравитация растягивает длины волн. Разумно предположить, что в LIGO свет тоже будет растягиваться, и длины волн, которые мы используем как «линейку» для измерения расстояния между зеркалами, растянутся в той же мере, что и само расстояние. Как же можно тогда пользоваться интерферометром для измерения гравитационных волн?

Представим возможные ответы на него:

  1. ГВ не влияют на свет, так что вопрос не имеет смысла.
  2. ГВ растягивают длину волны света, но очень слабо, так что мы не замечаем.
  3. Это не имеет значения, принцип детектирования не чувствителен к длине волны.
  4. Детекторы на самом деле и не работают.


1. А был ли мальчик?


Начнем с того, что детекторы все же работают.


Кладбище звезд: известные нам массы нейтронных звезд и черных дыр, включая наблюдения LIGO. Image credit: www.ligo.caltech.edu


На настоящий момент мы видели больше десятка событий с ГВ. Самое убедительное — совместное детектирование ГВ и вспышки света от слияния нейтронных звезд. В LIGO увидели ГВ, триангулировали область на небе, откуда они приходят, и сказали телескопам: «Ищите там!». Те посмотрели, и увидели вспышку килоновой именно там, где указали из LIGO. Так что сомнений в том, что оно работает, особо нет. Давайте разберемся, как именно.

2. Что вообще такое LIGO?



Детектор Virgo — европейский детектор, один из трех детекторов, которые видели гравитационные волны.Image credit: www.ligo.caltech.edu

Гравитационная волна, возникнув при слиянии массивных объектов (например, двух черных дыр), распространяется в пространстве-времени как малое возмущение его кривизны. Это приводит к тому, что расстояния между объектами слегка меняются, когда волна проходит через них (точнее, само определение расстояния изменяется). В LIGO два плеча интерферометра Майкельсона длиной в 4км изменяются на ~10-18м, и детектор способен уловить это изменение. Важный момент: если ГВ растягивает одно плечо интерферометра, второе плечо будет сжато пропорционально (в идеале; это следует из квадрупольной природы ГВ и наличия у них двух поляризаций).

На Хабре уже есть хорошая статья про устройство LIGO, так что перейдем собственно к ответу на вопрос, поставленный в начале статьи.

3. Концепция измерений



Анимация, которая демонстрирует принцип работы детектора

Для начала рассмотрим пример, который поможет понять основной принцип работы детектора.
Настоящий детектор работает с непрерывным светом — лазер все время накачивает резонаторы в LIGO светом, а фотодиоды постоянно регистрируют наличие/отсутствие сигнала. Но для примера упростим схему: пусть у нас есть источник фотонов, который одновременно посылает фотоны в двух направлениях, там они отражаются от зеркал, и возвращаются на детектор фотонов (в нашем случае делитель луча), как показано на иллюстрации ниже.



Если два зеркала находятся на равном расстоянии от источника фотонов, два фотона вернутся на детектор одновременно (как на рисунке выше). Если ГВ растягивает одно плечо на $x$, и сжимает другое на $x$, то один фотон придет раньше другого на $2\tau = 4x/c \sim 4 \times 10^{-18}/(3*10^8) \sim 10^{-26}$c, как на рисунке выше. Это очень мало, конечно, и было бы невозможно измерить напрямую, но мы и измеряем несколько иначе. Я хотел просто продемонстрировать главный посыл этого поста:

Детектор — не линейка, а часы


4. Подробное объяснение


Рассмотрим теперь интерферометр Майкельсона, в который светят непрерывным лазером, луч делится поровну на делителе луча, отражается от конечных зеркал и, возвращаясь обратно на делитель луча, интерферирует.



Для простоты предположим, что ГВ представляет собой «ступеньку» — моментально изменяет метрику на малую величину $h_0 $. Под словами «изменение метрики» мы имеем в виду, что определение расстояния несколько изменяется, т.е. все расстояния возрастают (или уменьшаются) в $(1+ h_0/2) $ раз. Если мы рассмотрим расстояние между делителем луча и конечным зеркалом $L $, при изменении метрики оно возрастет на $\Delta L $, так что $h_0 = 2\Delta L/L $.

Замечание: важно, что представление ГВ «ступенькой» только полезно для рассмотрения на пальцах, в реальности необходимо рассматривать ГВ как волну с определенной длиной.

Рассмотрим, что происходит со светом в этот момент.


В момент прихода ГВ длина волны света растягивается относительно изначальной длины волны (полупрозрачные кривые). NB: длина волны показана сравнимой с длиной плеча для наглядности, на самом деле длина волны лазера около 1 микрона, а длина плеча — 4 км.

Если у зеркала до растяжения находился узел стоячей волны, он там же и останется после растяжения, как показано на картинке выше. Почему? Этого требует теория относительности: так как не существует выделенной независимой системы покоя, узлу ничего не остается делать, как оставаться там же, где он был относительно поверхности зеркала. То есть, длина волны увеличивается в $(1+h_0/2)$ раз, как и предполагалось в начале статьи по аналогии с гравитационным красным смещением.

Так получается, что все же свет растянулся вместе с детектором, и мы не можем зарегистрировать сигнал?

И таки можем!



Покажем это на картинке выше: проследим путь конкретного узла в растянутой волне на пути туда и обратно, отметив его кружком. Несмотря на растяжение, свет все еще распространяется со скоростью света. А это значит, что для только что вошедшей в плечо части волны потребуется больше времени, чтобы преодолеть путь туда-обратно (вспомним тут пункт 3 из статьи). То есть, ее фаза по прибытию изменится (как можно видеть на картинке).

Более того, свет продолжает накачивать свет с нерастянутой длиной волны.

Фаза, набранная светом на пути от делителя к зеркалу и обратно, зависит от собственной частоты света $\omega_{\rm соб}$, наблюдаемой на делителе луча, и времени $\tau_{\rm туда-обратно}$:

$\phi = \omega_{\rm соб} \tau_{\rm туда-обратно}$



Можно показать (напр. тут или тут), что если длина волны ГВ гораздо больше длины плеча интерферометра, собственная частота практически не меняется. А время задержки будет зависеть от расстояния между зеркалами:

$\tau_{\rm туда-обратно} \approx \frac{2 L}{c}(1+\frac{h_0}{2})$


Соответственно, по приходу на делитель луча, фаза света будет обладать задержкой, зависящей от величины метрики $h_0$. В другом плече все будет происходить так же с точностью до знака перед $h_0$ — ведь это плечо будет не растягиваться, а сжиматься. В итоге на делителе луча разность фаз между двумя плечами будет

$\Delta \phi = \frac{2\omega L}{c}(1+\frac{h_0}{2}) - \frac{2\omega L}{c}(1-\frac{h_0}{2}) = 2\pi \frac{L}{\lambda}h_0$


Из этого уравнения, кстати, очевидно, почему у детектора такое длинное плечо — чем больше длина L по сравнению с длиной волны, тем чувствительнее детектор. Детекторы следующего поколения, типа Einstein Telescope или Cosmic Explorer, будут еще длиннее — от 10 до 40 км.

Замечу, что в реальности ГВ не бывает «ступенькой», это волна с длиной волны много больше длины плеча, так что за время, пока один «узел» световой волны проходит туда-обратно, растяжением его можно пренебречь. Поэтому первый момент «растяжения» света из рассмотрения «на пальцах» на самом деле фактически отсутствует.

Итак, вывод. Правильный ответ на вопрос в начале статьи: и 2 и 3 — гравитационные волны действуют на свет несколько иначе, нежели на расстояние между зеркалами, но это не имеет значения, так как в любом случае мы измеряем не длину волны, а задержку по фазе. Иными словами,

гравитационно-волновой детектор работает как часы, а не как линейка.



5. Заключение


Важно подчеркнуть, что гравитационная волна влияет на длину волны света иначе, нежели на расстояние между зеркалами. Связано это в первую очередь с тем, что период ГВ много больше времени, которое занимает у света на путь туда-обратно. Плечо интерферометра продолжает растягиваться со временем, следуя периоду ГВ, а свет все время поступает «новый» из лазера.

Кроме того, в реальном детекторе есть дополнительные зеркала, создающие несколько резонаторов, которые эффективно увеличивают длину плеча. Однако, это не влияет на основную идею.

Так что мы действительно можем наблюдать гравитационные волны, и никакой конспирологии!

Image credit: www.ligo.caltech.edu

6. Новости LIGO


В качестве постскриптума, немного о том, что происходит в LIGO сейчас. Второй цикл наблюдений О2 принес не только наблюдение слияния нейтронных звезд и первое совместное наблюдение ГВ тремя детекторами, включая Virgo, но и множество других событий. В самом ближайшем будущем результаты анализа данных будут опубликованы, а сами данные станут открытыми и доступными для анализа.

LIGO сейчас заканчивает многочисленные обновления, среди которых установка сжатого света и более мощный лазер, что увеличит чувствительность детектора в несколько раз и позволит наблюдать гораздо больше событий (при хорошем раскладе — по событию в неделю).

В начале следующего года начнется новый цикл наблюдений О3.

Литература
[1] P.Saulson «If light waves are stretched by gravitational waves, how can we use light as a ruler to detect gravitational waves?».
[2] V. Faraoni, A common misconception about LIGO detectors of gravitational waves, Gen. Relativ. Gravit. 39, 677 (2007).
[3] L. S. Finn, Response of interferometric gravitational wave detectors, Phys. Rev. D 79, 022002 (2009).
[4] S. A. Hughes, Gravitational Waves from Merging Compact Binaries, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 47, 107 (2009).

Комментарии (62)


  1. Neuromantix
    31.10.2018 20:44
    #19309013
    +1

    А каким образом сделана защита детектора от механических воздействий? я как-то собрал интерферометр примитивный — но даже он спокойно реагирует на шаги по земле на расстоянии в десяток метров. Как отличают событие от топота суслика в соседнем поле?


    1. sinc
      31.10.2018 20:50
      #19309037

      Там оч. сложная активная система подавления. Условно — зеркала в противофазе колеблются относительно внешних воздействий.


    1. Shkaff Автор
      31.10.2018 20:50
      #19309039
      +2

      Зеркала подвешены на квадрупольных подвесах с дополнительными массами

      Вот так
      image


      1. Neuromantix
        31.10.2018 21:47
        #19309215

        Т.е. там есть активная система шумоподавления? О ней где можно почитать? И второе — события учитываются только на совпадениях с другими детекторами или есть возможность учета одиночных? если есть учет одиночных — как проверяют их достоверность.


        1. Shkaff Автор
          31.10.2018 21:58
          #19309253
          +3

          Активно гасится первый уровень — платформы, на которых потом монтируются подвесы пассивной системы. Почитать, например, тут. А если есть конкретные вопросы, я могу поискать более подробно.

          Учитываются только совпадения, одиночные события никак не проверить. В детекторах бывают глитчи, которые могут быть похожи на ГВ, но имеют локальную природу.


          1. Gribs
            01.11.2018 08:39
            #19310243

            На самом деле актуаторы (что я понимаю под «активным гашением») стоят на каждой из четырех платформ. Иначе зачем зеркалам нужны реакционные массы, через которые свету еще надо пройти? А это попрошу заметить стеклянная болванка с антиотражающим покрытием с двух сторон на которой есть потери.


            1. Shkaff Автор
              01.11.2018 09:21
              #19310359

              Реакционные массы только на конечных зеркалах есть, и свет через них не проходит. Они нужны по сути для электростатического контроля положения тестовых масс (чтобы стабилизировать длину плеча). На фронтальных зеркалах есть компенсационные пластины, которые активно не взаимодействуют с зеркалами, но используются для подстройки фазовых фронтов. Ни те, ни те не используются для сейсмической изоляции, как я понимаю. Напр. тут чуть подробнее.


    1. EvilGenius18
      31.10.2018 21:05
      #19309087
      +1

      Кроме того, что уже написали выше, для повышения уверености измерений еще используется 2-я система, находящаяся за многие километры от первой LIGO установки. Если на обоих установках регистрируется событие с идентичными сигнатурами и с кроченой разницей по времени, то понятно, что это 99,9999999999% гравитационная волна, а не рандомный шум из окружающей среды.


      1. sinc
        31.10.2018 21:07
        #19309093

        Хм. ну вроде достоверность на уровне 5 сигм. т.е. вероятность ложно положительного ~0.02%


        1. EvilGenius18
          31.10.2018 21:23
          #19309147

          Когда используется около десятка систем гашения колебаний, ни один объект кроме гравитационных волн не сможет создать схожие сигнатуры в 2-х различных установках в один момент времени. Вероятность конечно есть, но в реальном мире (не в теоритическом расчете) она намного намного намного меньше 0.02% (к тому же, как указал Shkaff, это вероятность ложно положительного)

          Пример:
          Какова вероятность того, что X числа в 20:15:05:92459763 в Y метрах от обоих установок столкнутся 2 грузовика, которые вызовут абсолютно идентичные колебания и обе установки зарегистрируют эти колебания с точностью смещения волны ~1/6500 диаметра атома (точность используемая при детектировании гравитационных волн в LIGO)?

          Я думаю, вероятность 99.9999999999% не просхождения подобного события это еще оптимистично…


          1. Victor_koly
            31.10.2018 23:22
            #19309479

            Если мы говорим об изменении на 1/6500 диаметра атома, то тут нужно убедиться, что интерферометр ловит профиль изменения фазы в реальном времени, а не только факт типа «фаза 0 стала фазой pi/2 и как её отличить от 5pi/2?». Но он действительно ловит, в теории такого типа изменения метрики.
            P.S. В примере частота где-то 50 Гц в середине графика, но при сближении ЧД она конечно растет.


          1. Tyusha
            01.11.2018 01:44
            #19309775

            Когда-то читала, что там монокристаллические подвесы зеркал имеют невероятно высокую добротность. Т.е. любой толчок сейсмический природы будет долго «звенеть» в виде длинной медленно затухающей синусоиды. В то же время гравитационная волна не даёт такого «звона», т.к меняет именно метрику, а не раскачивает подвес. Это позволяет фильтровать сигнал детектора, вычитая из него долгоживующие синусоиды.

            Не уверена, что права, но у меня сложилось такое понимание. Буду благодарна, если меня поправят.


            1. Shkaff Автор
              01.11.2018 09:26
              #19310375

              На самом деле, гравитационная волна может быть представлена как приливная сила, так что она будет раскачивать подвес, который от ГВ подвес может и звенеть. Другое дело, что нормальные моды подвеса за пределами окна детектирования, а случайные возбуждения осцилляций гасятся активным контролем.

              Например, различить ньютоновские силы на зеркала (это когда по поверхности земли проходит акустическая волна и меняет силу тяжести для зеркала немного, но не толкает подвесы напрямую) очень сложно от ГВ без корреляций (ну и частоты обычно там пониже).


        1. Shkaff Автор
          31.10.2018 21:41
          #19309195
          +1

          5 сигма — 10-7 вероятность ложно положительного (99.99994 % достоверно)


      1. Shkaff Автор
        31.10.2018 22:01
        #19309271
        +1

        Надо сказать, что сейсмический шум все равно мешает. Если уровень шума столь велик, что за ним не видно сигнала, никакие совпадения не помогут. Поэтому это одна из самых больших проблем.


  1. sinc
    31.10.2018 20:49
    #19309035

    Интереснее всего, как они стабилизируют амплитуду излучения (а там на минутку, киловатты), чтобы изменение давления излучения на зеркала не влияла на точность в 26-ом знаке. И еще. А с какой точностью надо фазу мерить?


    1. Shkaff Автор
      31.10.2018 20:54
      #19309049
      +1

      Классическую часть стабилизируют активно на этапе подготовки луча (плюс классическое давление не дает вклада в сигнал, так как смещает массы симметрично, а ГВ — антисимметирчно). Квантовая же часть флуктуаций мощности — называется квантовым шумом радиационного давления — очень даже ограничивает чувствительность детектора.

      Про фазу — в итоге же за счет интерференции на выходе измеряется не фаза, а амплитуда света (фаза изменяется, так что интерференционная картинка меняется). Амплитуда тоже маленькая, но есть способы ее измерить, например, гомодинный детектор.


      1. sinc
        31.10.2018 21:03
        #19309081

        Мне просто интересна крутизна преобразования. Т.е преобразование удлинения плеча в Вольты (в конце концов там фотодиод же стоит и напряжение с него снимают?).


        1. Shkaff Автор
          31.10.2018 22:20
          #19309323
          +1

          Если интерферометр на темном порту — если не ошибаюсь, где-то фемтоватты чистого оптического сигнала (разность фаз порядка 10-9). Мог наврать, это я сейчас на коленке прикинул. В общем, нужно оптическое усиление сигнала, иначе не увидеть.
          Так что там несколько хитрее сейчас: плечи детектора не точно одинаковой длинны, а отстроены так, что нижний порт не идеально темный, а немного света туда утекает. При этом сигнал оказывается пропорционален амплитуде света, утекшей в темный порт (по сути тот же гомодин). Поэтому сейчас там стоит несколько светодиодов, ибо мощности в несколько десятков милливатт, и сигнал уже вполне видимый.


  1. redpax
    31.10.2018 21:31
    #19309173

    Из какого материала и какой толщины должна быть преграда, что бы полностью остановить гравитационные волны?


    1. Shkaff Автор
      31.10.2018 21:59
      #19309267
      +1

      Например, черная дыра хорошо справится. Но вообще, ГВ практически не поглощаются веществом (они же само пространство-время), так что реально никак нельзя от них оградиться.


      1. Tarson
        31.10.2018 22:54
        #19309409
        +1

        Для межгалактической рекламы самое то.


      1. alex103
        01.11.2018 07:09
        #19310111

        Правильно ли я понимаю, что пространство в таком случае, должно быть наполнено ГВ? (ну примерно как наш земной радиоэфир радиоволнами)
        LIGO должен в таком случае непрерывно «что-то» регистрировать!
        Или слияние нейтронных звёзд шибко исключительное явление?


        1. Ellarihan
          01.11.2018 07:17
          #19310125
          +1

          Гравитационные волны шибко слабые. Текущей эпохе регистрации ГВ предшествовали десятилетия повышения точности и даже сейчас регистрируют только высокоэнергетические события вроде столкновений.


          1. Shkaff Автор
            01.11.2018 09:13
            #19310333

            Ну вот когда LIGO выйдет на расчетную чувствительность, там по несколько событий на неделе может быть. А в детекторах будущего поколения постоянно что-то приходить будет.


    1. Victor_koly
      31.10.2018 23:36
      #19309515

      Как и с обычными ЭМ волнами, можна придумать такой механизм переизлучения энергии. Если грав. волна двигает массивные тела с изменением квадрупольного момента, то они должны излучать свои грав. волны (по честному у нас никакой другой момент не может изменяться в природном источнике ГВ).
      Но понятно, что если у нас даже шла энергия эквивалентная 5*10^30 кг, то на расстоянии 100 миллионов световых лет она будет соответствовать (по плотности потока) энергии от аннигиляции 5.6 кг 1 миллиона км. Может выйдет слишком мало для того, чтобы сильно колебать «переизлучающие массы».


  1. Kh_Oleg
    01.11.2018 00:16
    #19309641

    Обычно, в случае переводных статей, указывают первоисточник, верно?
    www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/09/15/ask-ethan-if-light-contracts-and-expands-with-space-how-do-we-detect-gravitational-waves/#3cfb49b819a5


    1. Shkaff Автор
      01.11.2018 00:18
      #19309647
      +2

      Это не перевод, я был не в курсе статьи от Итана, да и наполнение несколько разное. Список литературы, на которой основана статья — в конце. Иллюстрации с детектором — мои.


  1. NumLock
    01.11.2018 00:50
    #19309717

    Несмотря на растяжение, свет все еще распространяется со скоростью света. А это значит, что для только что вошедшей в плечо части волны потребуется больше времени, чтобы преодолеть путь туда-обратно

    При растяжении пространства время тоже растянется. Здесь время с пространством единая материя или нет?


    1. Shkaff Автор
      01.11.2018 00:55
      #19309723

      Тут два момента: во-первых, скорость света не зависит от системы отсчета и всегда постоянно, хоть пространство растягивается, хоть пространство-время.
      Во-вторых, формально ГВ растягивают и пространство, и время. Однако, можно выбрать систему отсчета, в которой время они не растягивают совсем (обычно так и делают). Так что конкретная интерпретация того, что именно растягивается — пространство или пространство-время — зависит от системы отсчета, но конечный результат — нет, так как он основан исключительно на постоянстве скорости света.


      1. NumLock
        01.11.2018 14:58
        #19312295

        Тут два момента: во-первых, скорость света не зависит от системы отсчета и всегда постоянно, хоть пространство растягивается, хоть пространство-время.

        Однако, можно выбрать систему отсчета, в которой время они не растягивают совсем (обычно так и делают).

        Осталось только добавить, что скорость это dS/dt. Так что если пространсто растянулось, а время нет, то скорость изменится в бOльшую сторону. Т.Е получается LIGO измеряет сверхсветовые скорости?
        Или наоборот если свет прошёл данный участок за большее время то, пространство растянулось а время нет, т.е время оторвано от пространство-временного континуума. Иными словами Эйнштейн был не прав и ТО «идёт лесом».



        В самом начале проекта учёные очень скептически относились к результатам LIGO и считали его шумом. И только после подтверждения, стали считать, что LIGO регистрирует гравитационные волны. Так ли это на самом деле или просто подтасовка фактов — время покажет.


  1. AC130
    01.11.2018 01:24
    #19309757

    Под словами «изменение метрики» мы имеем в виду, что определение расстояния несколько изменяется, т.е. все расстояния возрастают (или уменьшаются)

    Почему расстояния меняются? Предметы друг от друга отодвинулись, но и метр увеличился, расстояние должно остаться таким же.


    1. Gribs
      01.11.2018 08:32
      #19310233

      На самом деле предметы друг от друга не двинулись. Просто линейка растягивается в зависимости от того куда ее повернуть. Пример. Пусть beam splitter находится в точке с координатой (0,0) а зеркало в точке с координатой (4000, 0). С приходом ГВ координаты точек (в TT координатной системе) не изменится. А вот растояние поменяется.


  1. AVI-crak
    01.11.2018 05:54
    #19310023

    Зачем вам далёкие звёздные скопления? Тут недалеко есть луна, гравитационное влияние которой заметно невооруженным взглядом. Ваш прибор должен зашкаливать от её воздействия.


    1. Nubus
      01.11.2018 07:45
      #19310169

      Зачем? Луна дает постоянное воздействие, ака шум, который легко можно фильтровать. Плюс само расстояние слишком мало чтобы чему-то мешать.


      1. AVI-crak
        01.11.2018 10:12
        #19310605

        Да какое там фильтровать?! Я говорю о том что прибор должен регистрировать гравитацию луны. Просто регистрировать, и ничего больше.

        Насчёт слабого воздействия — это наверное шутка? Приливы и отливы на полтора метра колебания уровня воды — это по вашему слабо?
        Чтобы на фоне луны зарегистрировать звезду чёрт знает на каком расстоянии — масса звезды должна в прямом смысле слова родится, или аннигилироваться до нуля. Не собраться из окружающего газа, не взорваться — разлетевшись осколками. А по настоящему появиться или пропасть.
        Потому как облако осколков, или облако газа, или сама звезда — все это имеет стабильную постоянную массу. Разница массы потраченное на внешнее энергетическое излучение из системы — бесконечно мало. Проще и дешевле регистрировать излучение, чем пропажу нескольких миллионов тон массы на расстоянии сотен парсеков от нас.


        1. SergeyMax
          01.11.2018 11:45
          #19311219

          Я говорю о том что прибор должен регистрировать гравитацию луны.
          Вы путаете гравитацию, и гравитационную волну. Гравитационная волна возникнет, если например луна исчезнет.


        1. Shkaff Автор
          01.11.2018 13:14
          #19311721

          Действительно, гравитационные волны действуют иначе на прибор, чем просто гравитация от Луны (и характерные времена совсем другие), что позволяет отличить одно от другого. Однако, вы правы, детектор видит и гравитацию Луны, и даже гравитацию от облаков, которые проплывают над ним.


        1. forever_live
          01.11.2018 14:44
          #19312215

          А Земля ещё ближе и больше. И что?


    1. Ellarihan
      01.11.2018 07:48
      #19310175

      От Луны период ГВ будет 27 дней. И амплитуда тоже не сильно высокая, ибо ускорение около 2 мм/с^2.


  1. razielvamp
    01.11.2018 07:46
    #19310173

    А гравитационные волны рассеиваются и слабеют с увеличением расстояния (как лазерный луч или радиосигнал)? Или поймать сигнал от объекта в 10 св. годах от нас так же просто(сложно?) как и от объекта в 100 св. годах?


    1. Gribs
      01.11.2018 08:28
      #19310231

      Да. Метрика (h) уменьшается обратно пропорционально радиусу.


  1. Gribs
    01.11.2018 08:26
    #19310227

    Хотелось бы добавить. Если вам интересна тема, то данные от предыдущих ранов публично доступны.

    Во-первых есть пакет для питона GWpy который может помочь данные скачать и преобразовать в numpy вектор. gwpy.github.io
    Во-вторых если хотите все сами есть архив на losc.ligo.org. Там публичный дата релиз старый (до 2015 года вроде), но хоть что-то. Качайте сами и смотрите на данные. Можете например спектрограммы шума построить, чтобы посмотреть что да как.


    1. Shkaff Автор
      01.11.2018 09:49
      #19310487

      Точно, спасибо за добавление! Насчет релиза — последний был релиз всех данных О1, скоро будет О2 (когда начнется О3). И все опубликованные события отдельно релизятся тоже (что, наверное, интереснее всего ковырять).


  1. stanislavskijvlad
    01.11.2018 08:34
    #19310235

    Как же я не люблю выражение "пространство-время". Не у кого не возникает ощущения, что это неправильно? Вот смотрите, есть клетка, в ней ДНК, по ней бежит РНК и что-то там синтезирует или переносит. Это молекулярная биология. Молекулярная. Очень маленькая. Но при этом имеющее размеры. Реакции — это движения и силы, поля сил. Небесная механика — это движение, перемешение в пространстве. Макротела, бегун, например — движение. Есть обратимые и необратимые вещи. Но это всегда движение. В пространстве. Людям нужны такты. В античные времена для двух торговцев это могло быть "встретимся через два солнца на центральной площади". Сегодня это часы. Любые часы — это движение. Такты нужны для того, чтоб однозначно договориться и ещё от того, что у людей есть психика, сознание и память. Можно заглянуть… нет, не в прошлое, а в воспоминания. Можно планировать. Всегда есть здесь и сейчас. Будь то древний Рим или мезозой какой-нибудь. Да-да. Движение атомов, чуваки. Усталость металлов, старение Парфенона от воздуха. Считайте, что всё было миг назад. Время только в голове у человека. Так удобно общаться и делать расчёты. Понятием t мы отмеряем движение или такты. Скорости никак не дать безразмерную величину пять. Или шесть. Или можно )). Но правильно говорить "пространство-движение". И моя теория объясняет ОТО. Что в чьём гравитационном поле движется, то и испытывает воздействие. Может, есть принцип независимости и наложения.


    1. balamutang
      01.11.2018 09:09
      #19310315

      Время — четвертое измерение, ещё в начале прошлого века это доказано. А движение — это просто ваша


      1. balamutang
        01.11.2018 10:50
        #19310791

        теория.
        (блин, опять мобильная версия съела последнее слово)


        1. forever_live
          01.11.2018 14:52
          #19312253

          Зачем говорить «теория» там, где даже на гипотезу не тянет?


      1. stanislavskijvlad
        01.11.2018 11:15
        #19310961

        Можно ссылку на доказательство?
        Я нашёл "существование четвёртого измерения пространства" и "эффект Холла".


        1. balamutang
          01.11.2018 11:35
          #19311101

          почитайте «Гиперпространство» Каку Митио, там эта тема хорошо и популярно раскрыта


    1. mayorovp
      01.11.2018 09:15
      #19310337

      Пока у вас нет ни одной формулы — ваша теория ничего не объясняет.


    1. vershinin
      01.11.2018 09:39
      #19310441

      ОТО как раз объясняет, что отдельного понятия времени не существует. Что время это одна из характеристик пространства, такая же как х-y-z.


    1. phenik
      01.11.2018 11:32
      #19311079

      Как же я не люблю выражение «пространство-время»… Считайте, что всё было миг назад. Время только в голове у человека. Так удобно общаться и делать расчёты. Понятием t мы отмеряем движение или такты.
      Пространственно-временной континуум это модель описания реальности. Как физические феномены мы не воспринимаем пространство и время непосредственно, как скажем, массу, тепло или силу притяжения. По какой-то причине эволюция не выработала специализированных рецепторов для их восприятия. Для времени типа счетчика расходы воды в водопроводе, ведь время «течет», а для пространства некоего аналога встроенного GPS, чтобы чувствовать свое положение и перемещение. Вместо этого мы измеряем их косвенно, время с помощью биологических часов — специализированной нейронной структуры в мозге и по природным ритмам, а положение и перемещение в пространстве с помощью различных ориентиров и стереоскопического зрения. В связи с этим возможно наше восприятие пространства и времени являются некоторыми эволюционно выработанными полезными иллюзиями, кот. мозг строит с целью приспособления и выживания в окружающем мире.
      Так же физика пока не установила структурность (зернистость) пространства и времени, как физических феноменов. Для пространства вплоть до 10^-48 м., а для времени до 10^-18 сек. Эти факты дают почву к сомнениям в реальности существования пространства и времени как отдельных физических феноменов, и поиску альтернативных объяснений. Как фрического толка, так вполне серьезных теоретических построений, см., к примеру, этот обзорчик. Естественно, тесное отношение к этим гипотетическим построениям имеет квантовая гравитация, как альтернатива геометрической интерпретации гравитации в ОТО, с целью преодоления ее ограничений (наличия сингулярностей, невязки с КМ, и др. проблемами).


  1. aleksandros
    01.11.2018 10:43
    #19310761

    Всё же это потрясающе. Вот так и выглядят самые передовые технологии на переднем крае науки. А не как псевдо-нано-костюм железного человека)


  1. polearnik
    01.11.2018 11:08
    #19310917

    Немного не понимаю это предложение

    В LIGO увидели ГВ, триангулировали область на небе, откуда они приходят, и сказали телескопам: «Ищите там!»
    То есть ГВ приходят раньше света? А насколько раньше они приходят? Уверен телескопы очень заняты и пялится часами в звездное небо ожидая вспышки не будут.


    1. caballero
      01.11.2018 13:13
      #19311715

      насколько я помню ГВ прискакали на несколько часов раньше ЭМ излучений


    1. Shkaff Автор
      01.11.2018 13:17
      #19311741

      ГВ пришли за пару секунд раньше гамма-вспышки. Видимое излучение пришло позже, т.к. процессы, приводящие ко вспышке, занимают некоторое время.

      Вот таймлайн
      image


      1. Ark_V
        01.11.2018 13:50
        #19311927

        а разве можно за

        за пару секунд
        перенацелить телескопы в произвольный участок неба?
        они все свои дела побросали и с радостью ждали сигналов:)

        вроде б такие события не трамвай, что б по расписанию и предсказуемо, и не каждый день бывают, что бы все побросать и сидеть ждать, не известно сколько, или я не прав?
        мне наоборот, это «совместное детектирование» скорее «против» чем «за» аргумент.


        1. Shkaff Автор
          01.11.2018 13:56
          #19311963
          +1

          Ну гамма-всплеск наблюдали без нацеливания, независимо.
          А для телескопов прошло несколько часов, пока настроились.

          или я не прав?

          Ну так о том и речь, что LIGO сказали астрономам — вот в этом участке неба через пару часов будет вспышка. Они туда настроились и увидели вспышку. Ура-ура, все счастливы, написали несколько сотен статей. Если бы не увидели ничего, то продолжили бы своими делами заниматься.


  1. DelphiCowboy
    01.11.2018 13:24
    #19311789

    А как определяют источник этих волн?


    1. Shkaff Автор
      01.11.2018 13:33
      #19311839

      Если вы имеете ввиду источник как объект, то так: когда на двух или трех детекторах одновременно видят сигнал, его сравнивают с известными шаблонами сигналов, чтобы выяснить, насколько он похож на теоретически посчитанные варианты слияния черных дыр или нейтронных звезд (или другие события). Когда находят похожий, считают уже более аккуратно параметры такого сигнала (например, массы объектов и расстояние до них). В зависимости от посчитанных параметров решают, что с такой-то вероятностью это черные дыры, например.

      На небе же определяют посредством триангуляции — сейчас работает три детектора в разных частях света, сигнал приходит на них с разной задержкой (и амплитудой). Соответственно, можно посчитать, какой из детекторов был ближе к источнику, а какой дальше, и определить область на небе, откуда сигнал пришел.


      1. Victor_koly
        01.11.2018 14:52
        #19312255

        Про разную амплитуду тут говорить точно нет смысла. По времени от источника на расстоянии L разница есть, что-то порядка такой величины:
        (L^2+R^2)^(1/2) — L = L*((1+(R/L)^2)^(1/2) — 1) ~= L/2 * (R/L)^2 = R^2/(2L) (в метрах)
        Если L = 100*10^6 св. лет, то выходит ну очень малая величина, менее 0.1 ас.
        Что-то странно у меня выходит, погрешности на картинках давались явно не «где-то в той половине неба».