Гравитацийн долгион нь хамгийн анх өдгөөгөөс 100 гаруй жилийн өмнө анхлан таамаглагджээ. 1905 онд Henri Poincare гравитацийн долгион оршин байж болох тухай ярьж байсан бол анхны онолын таамаглалыг 1916 онд Альберт Эйнштейн дэвшүүлэв. Гэрэл ч зугтаж үл хүчрэх асар хүчтэй гравитацийн орон бүхий сансарын обектууд нь өөрийн ойр орчмын оронзай-хугацаанд "чичирхийлэл" үүсгэдэг. Энэхүү оронзай-хугацааны "чичирхийлэл" нь огторгуйд гравитацийн долгион болон тархана. Зуун жилийн өмнө ийм долгион оршин байх нь эрдэмтдэд "үлгэр" шиг л сонсогдож байв. Альберт Эйнштейн хүртэл өөрөө гравитацийн долгион үнэхээр оршин буй эсэхэд эргэлзэж байсан удаатай.
Хэдий тийм ч Харьцангуйн онол ялжээ. 2016 оны 2 -р сарын 11ны өдөр Ханфорд, Вашингтон, Ливингстон, Луизиана хотуудад байрлах гравитацийн долгион бүртгэх зориулалттай LIGO бүртгэгчүүд хүн төрөлхтний түүхэн дэхь хамгийн анхны гравитацийн долгионыг илрүүлснээ нийтэд зарлав. LIGO дээр бүртгэсэн анхны гравитацийн долгион нь тэрбум гаруй жилийн өмнө хуйлран нэгдсэн хос хар нүхний мөргөлдөөнөөс бий болжээ. Огторгуйд 1,3 тэрбум гэрлийн жилийн зайг туулан аялсаар дэлхий дээр 2015 оны 9 сарын 14-ны өдөр бүртгэгдсэн байна.
Уг мөргөлдөөний үед манай нарнаас 36 болон 29 дахин хүнд масстай хар нүхнүүд хуйлран нэгдэж 3 нарны масстай тэнцэхүйц хэмжээний энерги гравитацийн долгион болон тархсан байна. Эндээс энэхүү сансарын аймшигт мөргөлдөөн ямар хэрцгий, ширүүн үйл явдал болохыг төсөөлж болох юм.
Одон оронч Russel Husle болон Joseph Taylor нар пулсар гэж нэрлэгддэг сөнөсөн оддын хосыг 1974 онд илрүүлжээ. Тэдний хийсэн тооцоогоор, хос сөнөсөн одод нь биесдээ спираль хэлбэрийн тойрог үүсгэн ойртож байсан бөгөөд энэ нь Харьцангуйн ерөнхий онолд одод гравитацийн долгион хэлбэрээр өөрийн энергээ алдах үед хийгдэх хөдөлгөөнтэй яг таг таарч байв. Хожмоо уг нээлт нь тэднийг 1993 оны физикийн салбарын Нобелийн шагнал эзэд болгосон юм.
Хэрвээ та хүсвэл youtube сайтаас gravitational wave sound гэж хайн гравитацийн долгионыг сонсож болно гэвэл итгэх үү? Тиймээ энэ боломжтой юм. Аливаа долгион нь орчинд тархахдаа давтамж болон долгионы урттай байдаг. Бид гравитацийн долгионы давтамжийг хүний чих хүлээн авахад тохиромжтой давтамжийн мужид хөрвүүлвэл тэднийг сонсох боломжтой. Тэгэхээр тэд яаж сонсогдох бол?
Салхигүй тогтуун өдөр нууранд чулуу унах шиг намуухан чимээг сонсож байна уу? Энэ нь хос хар нүхнүүд мөргөлдснийг илэрхийлнэ. Эдгээр хар нүхнүүдийн мөргөлдөөн нэг секунд ч хүрэхгүй хугацааны дотор болжээ.
"Харанхуйн хүлэг баатар" киногоороо олны танил болсон найруулагч Кристофер Ноланы "Interstellar" киног санаж байна уу? Уудам сансар ертөнцөөр аялах "хайгуулчны" тухай өгүүлэх энэхүү гайхалтай киноны санааг анх Ноланыы дүү Жонатан Нолан болон Kip Thorne нар сэджээ. Улмаар Kip Thorne киноны үйл явдалд өрнөх бүхий л шинжлэх ухааны үндэслэлтэй тооцооллуудыг өөрийн гараар гүйцэтгэсэн бөгөөд киноны туслах продюсероор ажилласан байна. Тэр бүү хэл кинонд өгүүлэх төрөл бүрийн шинжлэх ухааны онолууд болон тэдгээрийн тайлбарыг агуулсан "The Science of Interstellar" нэртэй ном хүртэл гаргажээ.
Дашрамд дурдахад кинонд цорын ганц компьютер график ашигласан үзэгдэл гардаг нь Gargantua аварга том хар нүхний дүрслэл бөгөөд Харьцангуйн ерөнхий онолд суурилсан тооцооллыг сүпер компьютерийн тусламжтай гүйцэтгэсэн байдаг. Тооцооллыг гүйцэтгэх явцад нэгэн сонирхолтой үзэгдэл ажиглагдсан нь Gargantua хар нүхийг тойрон эргэх accleron дискнээс цацрах гэрэл нь хар нүхний гравитацийн улмаас муруйн өмнүүр нь харагджээ. Тэд үр дүнгүүдээрээ хоёр ч шинжлэх ухааны мэргэжлийн өгүүлэл хэвлүүлсэн байна. Мөн Interstellar кино нь visual effect төрөлд Оскарын шагнал хүртсэн байдаг.
Нобелийн шагналыг их хэмжээний мөнгөн шагнал дагалддаг. Мөнгөн шагнал ойролцоогоор 1 сая орчим долларын хэмжээгээр үнэлэгдэнэ. Энэ жилийн шагналтнууд маань мөнгөө хэрхэн хуваасан бол?
Нийт мөнгөн шагналын тэн хагас нь Reiner Weiss-т ноогдсон бөгөөд үлдсэн хагасыг Barry Barish , Kip Thorne нар тэнцүү хувааж авсан байна. Rainer Weiss нь LIGO бүртгэгчийн санааг MIT-н залуу профессор байх үедээ анхлан гаргасан ба улмаар түүний санаан дээр тулгуурлан Barry Barish , Kip Thorne нар илүү нарийвчилсан бүртгэгчийн санааг боловсруулсан юм.
2016 оны гравитацийн долгион нь оронзай-хугацаан дахь 10 хасах 21 метр хэмжээтэй өөрчлөлтийг хэмжжээ. Энэ нь протоноос мянга дахин бага хэмжээтэй өөрчлөлт юм. Эрдэмтэд үүнээс ч бага зайн дахь өөрчлөлтийг хэмжихээр төлөвлөж байна. Хос хар нүхнүүдийн мөргөлдөөнөөс бий болох гравитацийн долгионоос гадна хос нейтрон оддын мөргөлдөөнөөс үүсэх гравитацийн долгионыг бүртгэх нь маш сонирхолтой асуудал юм. Ердөө хэдхэн сарын өмнө (2017 оны 8-р сард) Америкийн LIGO, Италийн VIRGO бүртгэгчүүд хос нейтрон оддын мөргөлдөөнөөс үүссэн гравитацийн долгионыг барьж авснаа нийтэд зарлажээ.
Эдгээр нейтрон оддоос ирэх гравитацийн долгион нь хар нүхнүүдтэй харьцуулахад хэдэн мянгаас хэдэн сая хүртэл дахин сул байдаг нь бүртгэхэд улам хэцүү болгодог. Гэсэн ч тэд чаджээ. Хар нүх нь өөрөөсөө гэрэл буюу цахилгаан соронзон долгион цацруулдаггүй тул түүнийг энгийн телескопуудаар ажиглах боломжгүй бол нейтрон одод нь гэрэл цацруулдгаараа давуу талтай. Нейтрон оддын мөргөлдөөний үед килонова гэх асар хүчтэй тэсрэлт бий болох ба тэсрэлтийн үед 10000 дэлхийн масстай тэнцэх хэмжээний алт бий болон сансарт цацагджээ. Энэ нь нейтрон оддын мөргөлдөөнөөр төмрөөс дээших химийн хүнд элементүүд бий болдог гэх эрдэмтдийн таамаглалыг дэмжих нэгэн том баримт болсон юм. Орчлон ертөнцөд тархсан нийт элементүүдийн ихэнхийг устөрөгч, гели гэх мэт хамгийн хөнгөн элементүүд бүрдүүлдэг бөгөөд хүнд элементүүдийн тэн хагас нь хаанаас гарал үүсэлтэй болохыг хараахан тогтоогоогүй байна. Нейтрон оддын мөргөлдөөнийг гравитацийн долгионы болон гэрлийн телескопуудыг ашиглан мөшгих нь тэдгээр үлдсэн хагас элементүүдийн гарал үүслийг судлах сонирхолтой судалгаа болох юм.
Асвтрали тивд явж буй галт тэрэгний чичирхийллийг LIGO бүртгэгч мэдрэх чадвартай гэвэл та итгэх үү? Бид өмнө нь гравитацийн долгион оронзай-хугацааны маш багахан чичирхийлэл болохыг үзсэн. Гравитацийн долгион нь огторгуйд тархахдаа оронзай-хугацааг хөндлөн болон тууш чиглэлд сунгаж агшаах бөгөөд энэ нь протоныг мянга дахин хувааснаас ч багахан хэмжээтэй. LIGO-гоос өөр дэлхий дээрх ямар ч мэдрэгч багаж, "ид шидтэн", "далдыг харагч зөн билэгтэн" нар тэр асар бага хэмжээний өөрчлөлтийг мэдрэх чадваргүй. Харин LIGO-н ажиллах зарчим тун энгийн, таньд ямар ч бурхны туслалцаа хэрэггүй бөгөөд ердөө маш өндөр энергитэй лазерийн гэрэл байхад л хангалттай.
Хоорондоо перпендикуляр байрласан Г хэлбэрийн замуудаар өндөр энергитэй лазерийн гэрлийг хоёр хуваан тусгах ба замуудын төгсгөл дээр байрлах толинд гэрлүүд ойн буцаж дэлгэц дээр бүртгэгддэг. Харьцангуйн онол ёсоор гэрэл нь ертөнц дээрх хамгийн дээд хурд, мөн вакуум орчинд үргэлж тогтмол тархана. Гравитацийн долгион дэлхийгээр дайран өнгөрөх үед хоёр замуудын нэг нь маш багахан хэмжээтэй сунаж нөгөө нь маш багахан хэмжээтэй агшигдана. Энэхүү агшилт суналтын үед гэрлийн туулах замууд харилцан урт болон богино болох бөгөөд ялгаатай зам туулсан гэрлүүд дэлгэц дээр ирэхдээ биесээ дэмжин гэрэл тусгана. Харин гравитацийн долгион байхгүй үед гэрлүүд биесээ устган дэлгэц дээр гэрэл тусахгүй.
Хэдийгээр энэ нь маш энгийн механизм мэт санагдавч, хамгийн нүсэр ажил бүртгэгчээс бусад бүхий л төрлийн савалгаа, чичиргээг хасахад оршино. Лазерийн гэрэл үүсгэгчийн өөрийнх нь чичиргээг хүртэл тооцоололд хасаж тооцох шаардлага тулгардаг. LIGO бүртгэгчийн эргэн тойронд байрлах сисмографик төхөөрөмжүүдийн тусламжтай ихэнх чимээ, шуугианыг тооцоолон устгаж болох бөгөөд бусад төрлийн чимээ шуугианыг онол болон бусад мэдрэгчүүдийг ашиглан тооцоолж бүртгэгчийн үр дүнгээс хасаж тооцдог. Гэсэн ч LIGO дээрх мянга гаруй ажилчдад асуудал үргэлж тулгарсаар л байна, гэнэтхэн Японд болсон Цунами хүртэл тэдний хэмжилтийн үр дүнд нөлөөлж болно. Магадгүй та LIGO-с нэг метрийн зайнд амьсгалаа түгжин зогссон ч LIGO таны судсаар гүйх цусны эргэлтийн чичиргээг ч мэдэрч чадах юм.
Гравитацийн долгионы нээлтэнд гарамгай хувь нэмэр оруулсан хүмүүс Нобелийн шагнал хүртсэн үйл явдал Эйнштейнд ямар санагдах байсан бол?
New Scientist сэтгүүлийн Альберт Эйнштейнтэй хийсэн ярилцлагыг сонирхоцгооё.
- Судлаачид нэгдэж буй хос хар нүхнүүдээс цацрах гравитацийн долгионыг хамгийн анх удаа бүртгэн авчээ, гравитацийн долгион бол таны Харьцангуйн ерөнхий онолын сүүлчийн гайхамшигт таамаглал байсан, тиймүү?
- Хэрвээ чи надаас гравитацийн долгион байдаг эсэх тухай асуух юм бол би чамд "би мэдэхгүй ээ" л гэж хариулах байна. Гэхдээ энэ нь маш өндөр сонирхол татсан асуудал юм.
- Тиймээ, тэд түүнийг илрүүлчихсэн байна шүү дээ! Та догдолж байна уу?
- Аливаа онол нь маш олон удаагийн удаагийн ажиглалт, туршлагаар өөрийн үнэн зөв байдлыг бий болгох бөгөөд энэ нь онолын жинхэнэ мөн чанар юм.
- 1910 оны үед таныг гравитацийн долгионыг судалж байх үед ямар байсан бэ?
- Судалгааны хувьд, надад янз бүрийн санаанууд орж ирдэг байлаа. *Би гравитацийн долгионы тухай судалж байсан, гэхдээ цагийн ихэнхийг гэрлийн цацаргалын квант онолын тухай судлахад зориулдаг байсан.
- 1916 онд хэвлүүлсэн анхны гравитацийн долгионы тухай ажил дээрээ та алдаа гарган 1918 онд дахин хэвлүүлсэн гэдэг нь үнэн үү?
- Гравитацийн орон хэрхэн огторгуйд тархаж байгаа тухай би жил хагасын өмнө өөрийн ажил дээрээ боловсруулсан. Гэсэн хэдий ч би удалгүй өмнөх тооцоогоо ахин шалгасан ба энэ үедээ миний ажил хангалттай ойлгомжтой бус мөн залруулах шаардлагатай байгааг олсон юм.
- Бүгд алдаа гаргадаг шүү дээ. Хар нүхнүүд ч мөн харьцангуйн ерөнхий онолын нэгэн хязгаарын илрэлүүд байсан, гэсэн ч таны амьд ахуйд ердөө хэдхэн хүн л тэдгээрийг байгаа гэдэгт итгэсэн байсан. Та өөрийн үедээ гравитацийн долгионыг хэрхэн хэмжих байсан бэ?
- Нар, сар, дэлхий болон бусад дотоод гаригуудын эргэлтийн дүнд динамик гравитацийн орон үүсэж байдаг ч хангалттай нарийн хэмжих багажийн хувьд ч энэ нь ажиглах боломжгүй асар бага хэмжээтэй байх юм.
- Баярлалаа, Гэвч би Эйнштейн биш учир та үүнийг ямар нэгэн тэгшитгэл ашиглалгүйгээр надад тайлбарлаж өгч болох уу?
- Би баяртайгаар тайлбарлаж чадах ч гэлээ ойлгоход хэцүү математикийн тэгшитгэлүүд нь хамгийн хялбар физик ойлголтуудыг ч халхалчихдаг юм. Харьцангуйн ерөнхий онолын гравитацийн орны тэгшитгэлүүдийг тодорхой дүрмийн дагуу интегралчилсан үр дүн нь гравитацийн долгион оршин байхыг харуулдаг.
- Хмм, миний бодлоор илүү энгийн зүйлсийн тухай ярилцах хэрэгтэй байх
- Би чамруу Харьцангуйн ерөнхий онолын тухай номын хуулбарыг, чи үнэхээр унших эсэхийг үл харгалзан явуулж болох юм.
- Баярлалаа, Эцэст нь, харьцангуйн ерөнхий онолын сүүлчийн таамаглалыг бид баталлаа, дараагийн алхам юу вэ?
- Магадгүй Харьцангуйн ерөнхий онолыг сайжруулж өргөтгөсөн илүү нарийн квант онол бидэнд хэрэгтэй байх.
(* Ишлэлүүдийг "Эйнштейний ажлын цуглуулга" номноос авав. )
Нобелийн шагнал 1901 оноос эхлэн олгогдож эхэлсэн бөгөөд 116 жилийн хугацаанд нийт дээ 896 Нобелийн шагналтан, 27 Нобелийн шагналт байгууллагууд төрөн гарчээ. Мөн түүнчлэн нийт дээ 49 удаа, тодруулбал дэлхийн нэг (1914-1918) , хоёрдугаар (1939-1945) дайны үеүүдэд олгогдож байгаагүй байна. Reiner Weiss, Barry C.Barish, Kip S.Thorne нар 111 дэх удаагийн Нобелийн шагналын эздээр тодорчээ. Сонирхуулхад физикийн салбарын хамгийн залуу Нобелийн шагналын эзнээр 1915 онд 25 настай залуу William Lawrence Bragg тодорч байсан бол хамгийн хөгшин эзнээр Raymond Davis Jr. 2002 онд 88 насандаа тодорч байсан байна.
Ингээд төгсгөлд нь Нобелийн шагналт Rainer Weiss-н бяцхан илтгэл
