LIGO: линейка точностью в 1/10000 диаметра протона

    Нобелевская премия по физике за 2017 год ожидаемо досталась Кипу Торну, Райнеру Вайссу и Берри Беришу за экспериментальное обнаружение гравитационных волн на лазерно-интерферометрических приборах LIGO. Этот успех (а обнаружение гравитационных волн (ГВ) от двух сливающихся черных дыр первый раз произошло 14 сентября 2015 года) стал плодом примерно 50-летнего развития техники для детектирования ГВ. В результате этого развития инструмент LIGO обладает леденящими характеристиками, впрочем, никакие человеческие эпитеты не передают уровня прецизионности этой машины.

    image
    Лазерно-интерферометрическая гравитационная обсерватория LIGO в Ливингстоне, Луизиана, США.

    Сегодня поговорим об инженерном устройстве LIGO. Но прежде — о гравитационных волнах вообще.

    Гравитационную волну излучает любая материя, движущаяся с асимметричным ускорением. Для возникновения волны существенной амплитуды необходимы чрезвычайно большая масса излучателя или/и огромные ускорения, так как амплитуда гравитационной волны прямо пропорциональна первой производной ускорения и массе генератора. Какие-то значимые мощности ГВ-излучения получаются в основном от сливающихся черных дыр и нейтронных звезд, а также во время асимметричных взрывов сверхновых звезд, при этом идеальный вариант — пара черных дыр, вращающихся вокруг друг друга на очень тесной орбите. Для вращающихся пар частота излучаемых гравитационных волн равна удвоенной частоте обращения системы двух тел. Для наиболее часто встречающихся во Вселенной событий, сопровождающихся излучением ГВ, характерны частоты от долей герца до сотен герц, а значит длины волн от от сотен до миллионов километров.


    Симуляция излучения гравитационных волн сливающейся парой черных дыр.

    image
    Характерный паттерн от двух сливающихся черных дыр — орбита быстро уменьшается из-за излучения момента вращения в виде гравитационных волн и в конце концов они сливаются, оставляя «послезвон» — сброс искажений формы в виде гравитационных волн.

    Гравитационно-волновая астрономия — давний предмет вожделения специалистов. Она позволяет изучать объекты, слабо проявляющие себя в электромагнитном излучении, а значит недоступные современной астрономии. За подробностями советую прочесть “Гравитационно-волновое небо

    Как можно обнаружить гравитационную волну? К сожалению, для этого нет простых способов. В LIGO используется свойство гравитационных волн переодически изменять расстояния между двумя тестовыми массами (и тестовые массы здесь ключевой детектор), только вот изменения эти очень невелики. Если мы раздвинем две тестовые массы, скажем, на километр, то все что мы увидим — колебания расстояния между ними с амплитудой ~ 10-21, т.е. около 1/10000 размера протона, и одной миллиардной размера электронной оболочки атома. Если увеличить линейку до миллиона километров, ситуация кардинально не улучшится (даже если протянуть линейку до Плутона, то ее точность должна быть в районе нанометров).

    image
    Отклонение тестовых масс (черные квадраты) при прохождении гравитационной волны от своих изначальных позиций (пустые квадратики).

    Впрочем, если перейти от материальных линеек к световым, то можно достичь некого прогресса. Интерферометр Майкельсона использует деструктивную интерференцию (т.е. гашение двух волн в противофазе) прошедших через два измерительных плеча. Если длина плеч перестает быть равными, то на детекторе начинает появляться свет, причем для идеального, не-квантового света мы можем измерить таким образом любую величину смещения зеркал.

    image
    Принцип влияния проходящей ГВ на интерферометр Майкельсона и возникновение сигнала при разбалансировке размеров плеч.

    На практике, лабораторные интерферометры без особых проблем измеряют изменения расстояний в десятки нанометров, а передовые устройства — доли нанометров. Даже если сделать интерферометр с плечами ~4 км (а это оптимальная длина по бюджету шумов, о чем мы поговорим дальше) и с точность 0,1 нм, то это всего лишь ~10-14 — т.е. все еще в 10 миллионов раз меньшая чувствительность, чем надо!

    Добраться донобелевской премии необходимой прецизионности хотя бы в теории помогает использование оптических резонаторов Фабри-Перо. Вставка такого резонатора в длинное измерительное плечо интерферометра заставляет свет многократно отражаться между двумя зеркалами, нанесенными на тестовые массы. Фактически это удлиняет эффективную длину интерферометра в несколько сот раз (для LIGO это значение около 300). Далее этот трюк повторяется путем вставки отражателей в вход и выход интерферометра — фотоны, выскакивающие с резонаторов в длинных плечах, многократно отражаются обратно и постепенно набирают технически измеряемую разность хода лучей.

    image
    Принципиальная схема LIGO: ETM — внешние тестмассы, ITM — внутренние, вместе они образуют резонатор. CP — термокомпенсирующие пластины, BS — делитель луча. PRM и SRM — системы рециклирования исходных фотонов и фотонов полезного сигнала, PD — фотодиод, GW readout — система считывания сигнала гравитационных волн.

    Впрочем, между идеей и реализацией в данном случае лежит пропасть. Беря в руки измерительный прибор такой прецизионности, вы обнаружите десятки источников шумов, которые в тысячи и миллионы раз превосходят полезный сигнал. Впрочем, говоря о миллионах я слишком преуменьшаю. Сейсмические колебания по амплитуде превосходят сигнал ГВ на 11 порядков (т.е. в 100 миллиардов раз).

    image
    Вибрация зеркал без демпфирования, приведенная к измеряемой характеристике (расстоянию между тестовыми массами) в месте установки LIGO.

    Борьба с этими шумами представляет собой невероятную инженерно-физическую сагу, растянувшуюся на десятилетия. Рассказывая о этой борьбе, удобно все приводить в систему, в которой записывается полезный сигнал — т.е. в виде амплитуды колебаний плеча интерферометра, сравнивая ее с заветной чувствительность 10-21.

    image
    Трубы вакуумной системы имеют диаметр 1,24 метра, в частности здесь изображена угловая (центральная) станция LIGO Hanford. Вправо уходит 4 километровое измерительное плечо.

    Первым инженерным чудом, на котором базируется LIGO, является вакуумная система. Объем оптической системы, подвергающуюся вакуумированию очень велик — около 10 тысяч метров3, при этом уровень вакуума — 10-9 торр (~10-7 Па — это разряжение круче, чем в вакуумной камере ИТЭР). Вакуум нужен, прежде всего, для изоляции оборудования от акустических вибраций, и во вторую очередь — для того, чтобы избавиться от случайных искажений фазы лазерного луча на молекулах газов, что дало бы ненужный шум на приемном детекторе. До создания прототипов вакуумных объемов LIGO не было даже понятно, удастся ли выдержать такой вакуум в таком объеме — до LIGO никто этого не достигал. Для откачки используется набор из механических форвакуумных насосов, турбомолекулярных насосов, криоловушек и ионных насосов. Всего достижение рабочего вакуума с промежуточным отжигом в LIGO занимает 40 суток.

    image
    Пост измерения качества вакуума и состава остаточных газов в составе LIGO.

    Внутри вакуумной системы находятся основные составляющие — оконечные тестовые массы ETM (“дальние” зеркала плеч), внутренние тестовые массы ITM, делитель луча BS, камеры регенерации входного луча и выхода сигнала PRC и SRC, системы очистки пространственных мод (о модах дальше) лазерного излучения. При этом сам основной лазер расположен снаружи, на практически обычном лабораторном оптическом столе.

    Говоря про лазеры LIGO необходимо отметить, что в одной и той же оптической системе сосуществуют сразу два — основной суперстабильный лазер с длиной волны 1064 нм и вспомогательный с длиной волны 532. Последний используется для измерения расстояния между зеркалами и активной коррекции положения оптики, нужной для ввода резонаторов Фабри-Перо в режим сохранения света.

    image
    Основной 200-ваттный измерительный лазер LIGO (установленный в 2010 году, до этого был гораздо менее мощный лазер). Черная пирамида справа — перископ, отправляющий лазерный луч в интерферометр.

    Основной лазер 1064 нм расположен на обычном оптическом столе и представляет собой ультрастабильный по частоте и амплитуде (10-7 и 10-9 соответственно) лазер мощностью 220 ватт на столе и 180 ватт после системы очистки мод. Модами называются продольные и поперечные стоячие волны, возникшие в пучке лазера, так вот — для LIGO нужен луч лазера с только основной TEM00 модой, т.е. где фактически пространственно полностью однородный пучок.

    image
    Детальное изображение выходной части лазера, включающее в себя зависимый усилитель луча с 35 до 220 Вт, диагностическую сборку, предварительный очиститель мод PMC, и образцовый резонатор для подстройки частоты лазера.

    Кстати, обратите внимание на мощность. 200-ваттные постоянные лазеры скорее ассоциируются с резкой материалов, чем с тонкими физическими экспериментами. Однако в случае LIGO точность определения координат зеркал растет как корень из мощности лазера, поэтому в плечах интерферометра курсирует захваченная мощность в сотни киловатт лазерного света (планируемая — до 830 кВт!). Отрицательным эффектом от сумасшедшей мощности являются искажения оптики от нагрева — и это в лазерной системе с максимальными требованиями в мире. Но об этом мы еще поговорим.

    image
    Для получения стабильной затравочной частоты используется специальный непланарный лазерный резонатор — частота планарного лазера слишком зависит от расстояния между торцевыми зеркалами, которые меняются из-за температурного расширения кристалла.

    Сгенерированный лазерный луч подается внутрь вакуумной системы, где он проходит входной очиститель пространственных мод, резонатор рециркулирующий входную мощность и через делитель луча попадает в измерительные плечи. По мере прохода системы растут требования к неподвижности зеркал, ведь их движения от вибраций можно принять за сигнал от гравитационной волны!


    Через такой порт излучение заводится внутрь вакуумной системы.

    В цифрах это выглядит так — в диапазоне максимальной чувствительности интерферометра (от 30 до 600 гц) амплитуда шумовых колебаний зеркал должна составлять от 10-13 м до 10-19 м. При том, что обычный уровень вибраций таких зеркал без каких-то в систем подавления в местах постройки интерферометров (Хэнфорд и Ливингстон) составляет от ~10-10 метра. Разница в 9 порядков между “есть” и “нужно” настолько велика, что потребовалось около 30 лет разработок и исследований, чтобы ее преодолеть.

    image
    Внешний вид подвески тестовых масс вводит в заблуждение: металлическая рама тут для вспомогательных элементов, она не держит саму тестовую массу (розовый диск внизу)

    Создатели LIGO говорят, что без его фантастических демпфирующих вибрацию подвесок интерферометр способен фиксировать велосипедистов в километрах от установки, чувствовать дрожание от прибоя в тысячах километрах, более того — LIGO чувствителен к перемещению воздушных масс, вызывающих колебания гравитационного поля(!).

    В создании подвесок, ослабляющих воздействие среды на 10 порядков, использовались 3 подхода. Первый, классический — это создание максимально жестких конструкций первых стадий подвески, что минимизирует амплитуду вибраций. Второй подход также известен борцам с вибрацией — это активные системы компенсации, движущие платформу в противоположном к вибровоздействию направлении, что позволяет где-то в 1000 раз снизить амплитуду вибраций. Наконец, и в этом уникальное решение LIGO — это использование на последних стадиях (подвеска ETM/ITM имеет 7 стадий виброподавления) маятников.


    Активная изоляция последний версии LIGO (справа) — прецизионные гидравлические приводы вакуумной камеры, двухступенчатый активный (с электроприводами) подавитель вибрации и 4-ступенчатый маятник.

    image
    Схема маятникового подвеса.

    Казалось бы, маятник — это самое последнее, что нужно для минимизации раскачивания оптики. Однако, здесь используется хитрый трюк, а именно — сверхвысокодобротные маятники, собственная частота которых выведена из рабочего диапазона (они качаются медленнее, чем минимальная частота гравитационных волн, которую отслеживает LIGO). Это означает, что любое вибровоздействие будет переводиться в собственную частоту колебания маятника и очень сильно ослабляться на других частотах.

    image
    Степень подавления вибраций активной частью (синяя линия), маятником (зеленая) и общая (красная).

    После значительного ослабления вибраций и активной компенсации медленных “геологических” колебаний главным источником шума становятся тепловые шумы системы. Тепловые колебания атомов легко игнорировать, пока вы не пытаетесь измерить что-то в тысячи раз меньше этих атомов.

    В борьбе с тепловыми колебаниями (в ходе исследования даже было открыто принципиально новое термоколебательное явления) используется тот же подход — тестовые массы представляют собой высоко гомогенные цилиндры из плавленого кварца, отполированные со всех сторон до шероховатости 1 нм, что создает высокодобротный “камертон”, собственные частоты которого лежат вне полосы измерения резонатора. И тем не менее, броуновские движения частиц в отражающем покрытии зеркал ITM/ETM являются одним из доминирующих источников шума в LIGO.

    image
    Бюджет вклада разных видов шума в общую чувствительность LIGO (расчетные значения). В целом чувствительность в основном определяется квантовым пределом (фиолетовая линия) и в диапазоне 50-100 Гц — тепловым шумом покрытия (красная линия).

    Интересно, что одним из участков борьбы с шумами оказались нити, на которых подвешены тестовые массы. В них гуляют термоупругие шумы, возникающие из взаимосвязи температуры и модуля Гука. Для минимизации этого явления пришлось использовать тонкие кварцевые нити (0,4 мм) и максимально гладко присоединять их к кварцевой тестовой массе (этим занимались в Университете Глазго, а теория всех этих моментов разрабатывалась на Физфаке МГУ). Интересно, что время успокоения (рассеивания энергии) этого маятника в вакууме превышает 10 лет.


    Приварка кварцевых нитей к маятниковой массе.

    Разумеется, как часть этой борьбы за прецизионность, зеркала ITM/ETM обладают рекордной гладкостью поверхности — с помощью “ионного фрезерования” их подложка была доведена до шероховатости в 0,08 нм — т.е. до фундаментального предела, обусловленного размерами молекул диоксида кремния. Подобная гладкость и 40-слойные отражающие покрытия привели к рекордным характеристикам зеркал — потери света при отражении между ITM и ETM составляют всего 50 ppm (т.е. 0,005%!). Этот момент был принципиально важен для построения LIGO, как в смысле максимальной добротности оптических резонаторов, так и в смысле максимальной одинаковости плеч, в т.ч. минимальной разницы в потерях света в них.


    Одно из зеркал системы рециркуляции мощности PRM. Кстати, на взгляд эта оптика практически прозрачная — суперзеркальные покрытия работают только в узком диапазоне частот вокруг ИК излучения лазера.

    Еще одним интересным аспектом подвески тестовых масс является то, что зеркала тут должны быть активными — т.е. выставляться в нужные позиции с точностью до десятков пикометров для захвата света резонаторами Фабри-Перо. Но как это сделать для зеркала, которое:
    а) должно быть измерительной массой, не связанной ни с чем
    б) демпфированно на 12 порядок от любых вибраций?

    Ответ заключается в разделении зеркала на 2 составляющие, одна из которых — тестовая масса, а вторая — реактивная масса. Обе массы одинаково задемпфированы от вибраций, а расстояние между ними регулируется электростатическим приводом. Кстати, для того, чтобы колебания заряда и соответственно силы электростатического привода не мешали измерениям, пришлось избавится от от близко стоящего ионного вакуумного насоса, ионы которого снижали заряд тестовой массы.


    На тестовой массе внизу видны концентрические электроды электростатического актуатора. Защитные пленки с оптики сняты, видно пятно (зеленое) измерительного интерферометра — это последние стадии настройки adLIGO до вакуумирования.

    Продолжая тему шумов, необходимо рассказать про термокомпенсацию оптики. Луч лазера, особенно в резонаторах Фабри-Перо, где его мощность по проекту достигает 830 киловатт, даже при минимальном поглощении нагревает кварц, вызывая искажение формы зеркал. Обычно в оптике с этим борются путем принудительного охлаждения, но в данном случае — в вакууме и на суперподвеске — очевидно, этого сделать невозможно. В LIGO применили нетривиальное решение — нагреть остальную часть зеркала до той же температуры. Для этого используются вращающиеся проекторы с СО2 лазером, которые греют на специальных пластинах, вставленных между основными элементами кольцевую зону вокруг измерительного луча, компенсируя тем самым искажения формы.

    image
    Ключевой элемент интерферометра — делитель луча.

    Один из самых удивительных шумов системы — это так называемый “Ньютоновский”. Связан он с изменением гравитационного поля под влиянием лунных и солнечных приливов, перемещения мантийных масс, атмосферных участков с более высоким или более низким давлением.

    Небольшие изменения гравитации возбуждают в коре медленные колебания, которые чувствует LIGO. Для отстройки от этого шума выстроена целая система гравиметров, датчиков давления, температуры и микрофонов, которая дает данные на вход системы автоподстройки интерферометра, которая пытается компенсировать эти воздействия. Тем не менее на частотах ниже 10 Гц амплитуда этих воздействий начинает доминировать в шумовой картине, образуя т.н. seismic wall. Фактически это означает, что на земле невозможно построить детектор низкочастотных гравитационных волн, которые характерны, например, для сливающихся сверхбольших черных дыр (ядер галактик). Для этой космологии понадобятся интерферометрические ГВ-обсерватории космического базирования.

    image
    Исторический первый зафиксированный случай обнаружения гравитационно-волнового события 14.09.2015 — еще до официального начала первого сеанса работы улучшенного LIGO. Видно, что в амплитудных значениях пик ГВ всего в два раза превышал амплитуду шумов, но в спектральном разложении ГВ очень хорошо просматриваются.

    image

    На сегодня LIGO в ходе 3 сеансов научной работы зафиксировал 5 событий с высоким уровнем надежности и один кандидат (LVT151012) который возможно является просто шумом. Четыре первых зафиксированных события — довольно далекие слияния черных дыр, хотя изначально инструмент рассчитывался на поиск сливающихся нейтронных звезд на удалении до 200 мегапарсек.

    В ходе примерно 30 лет совершенствования лазерно-интерферометрических технологий (в т.ч. сами LIGO прошли 2 апгрейда в начале 2000х и начале 2010х годов) физики вплотную приблизились к новому для установок пределу точности измерения — квантовому. Практически на всех частотах квантовый предел, возникающий из принципа неопределенностей Гейзенберга, определяет чувствительность машины. Хотя есть несколько способов слегка его отодвинуть (путем использования “сжатого света” и увеличением веса тестовых масс), но в целом не видно путей, как поднять чувствительность наземных лазерных интерферометров выше примерно 10-25.

    Подробнее про LIGO и квантовый предел можно узнать из докладов на конференции HEA-2016 на этом видео.



    Но и такая чувствительность будет весьма интересным результатом. LIGO, работая в 2014-2017 годах на чувствительности около 10-22 ловит примерно 1 гравитационно-волновое событие в год. Однако детектирование ГВ обладает очень приятным свойством — мы детектируем амплитуду, а не мощность, как в электромагнитном спектре. Амплитуда любых волн падает линейно в зависимости от расстояния до источника, а значит, увеличение чувствительности всего в 2 раза повышает обозреваемый объем в куб от 2 — т.е. 8 раз. Примерно в 8 раз же вырастает и количество источников гравитационных волн, и частота событий.

    Увеличение чувствительности на 1,5-2 порядка может привести к тому, что ГВ-события будут регистрироваться несколько раз в час.

    image
    В Европе тоже есть своя лазерно-интерферометрическая обсерватория VIRGO, расположенная в Италии. Подобные установки так же строятся в Индии (куда был передан один экземпляр LIGO) и в Японии.

    Впрочем, на сегодня (осень 2017 года), LIGO еще не достиг даже запланированного предела по чувствительности в 10-23, в основном из-за сложностей поднятия мощности захваченного в плечи излучения до планового значения в 830 киловатт. Например, большой проблемой оказались блики от элементов конструкции обратно в оптическую систему — хотя относительная мощность вроде невелика, паразитные блики отражаются от нестабилизированных элементов и несут в себе уровень вибраций на 12 порядков превышающий уровень в основном луче.


    Достигнутая на сегодня чувствительность — чуть хуже, чем 10-23 и порядка 4-5*10-23 в широком диапазоне частот. VIRGO пока имеет чувствительность в несколько раз хуже.

    В любом случае, сентябрь 2015 года стал началом нового вида астрономии, который еще наверняка многое расскажет о Вселенной (например, частота столкновений черных дыр промежуточной массы уже стала неожиданной для астрономов — никто не подозревал, что таких ЧД так много). Еще одним интересным результатом программы LIGO стало то, что научный результат может стать плодом десятилетий труда, и не стоит заниматься экстраполяциями в духе “не получили за 20 лет — не получат никогда”.

    P.S. Прекрасная история о людях и идеях на пути к открытию гравитационных волн от Игоря Иванова.

    P.P.S. Буквально одновременно с этой публикацией коллаборация астрономов со всего мира объявила о обнаружении слияния двух нейтронных звезд с помощью гравитационно-волновых детекторов, а также нескольких телескопов (оптических, гамма и рентгеновских).
    Share post
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 179

      –16
      Кто давал этим сумасшедшим деньги в течении 30 лет подряд?
        +9

        До 1989 года это были всякие гранты и университетские деньги (Caltech и MIT), а после в основном финансирование Национального научного фонда США.

          +9
          эти сумасшедшие создают новую астрономию!
            –10
            Померить линейку длиной в 4км с точностью 1e-22м? Это безумие. И на это безумие они смогли получать финансирование в течении 30 лет, что еще более безумно. Похоже никто из грантодателей не мог представить себе такие масштабы и только поэтому им давали деньги.
              +17

              Грантодатели — это много людей (собранных в комитеты), часть из них отлично понимает научно-технические аспекты этой затеи, часть из них отлично понимает, что суммы около миллиарда, потраченные на эти установки — это в общем не так и много...

                –20
                Если очень потрудится то можно на термостабилизированном кварце получить размеры с точностью 1e-10. Здесь же воткнули в грунт 5 палок и утверждают что размеры между ними гуляют не хуже чем 1e-22. Понятно, что за откаты комитеты всё подпишут, ибо это и их хлеб тоже. Но зачем же так безсовестно выносить моск пиплам которые по прежнему им верят?
                  +14
                  Даже не знаю почему у такого гения как вы еще нет нобелевской премии. Описали в одно предложение то что люди 30 лет делали :)
                    –4
                    30 лет пилили бабки, ибо не знают элементарного. Уже сказал, даже если использовать кварц (а лучше его ничего нет) то получим всего 1e-10.
                    Глюкало же, под которое 30 лет происходил распил, имеет в лучшем случае 1e-3.
                    Отрицать очевидное могут только пиплы лишенные разума.
                    0
                    Не в первый раз замечаю, что многие образованные люди, узнав действительно много, думают что теперь они знают все. И если они считают что камни с неба падать не могут, то значит никаких метеоритов не существует и не надо выносить моск.
                      +2
                      Но зачем же так безсовестно выносить моск пиплам которые по прежнему им верят?

                      Вы можете не верить, никто же не заставляет. Вон есть индивиды не верящие, что земля круглая, и ничего — живут, и даже не в психушке.
                      +1
                      Любая сумма потраченная на расширение представлений человека о вселенной и её устройстве не будет большой, потому что даст человечеству самое главное — знание, и особенно если ни у кого не отнимет «хлеб».
                      0

                      Среди грантодателей всякие бывают. Вот есть фонд Саймонса. Основан обычным таким ученым-миллиардером. Я, конечно, не уверен, но, думаю, в степенях десятки он должен разбираться.

                        0
                        смогли получать финансирование в течении 30 лет

                        вспомнился анекдот:
                        Пошедший по стопам отца сынок старого кгбшника, ушедшего на пенсию, возвращается домой с работы и торжественно заявляет отцу:
                        — То дело, с которым ты возился 10 лет, я раскрыл за месяц!
                        — И что же ты будешь делать последующие 10 лет?
                    +3
                    Изучалась возможность анализировать шумы т.е. использовать для наблюдения движения литосферных плит, ядра земли воздушных масс и т.д.? или это принципиально не возможно?
                      +3

                      Скорее, это принципиально неинтересно тем, кто все это строит и разрабатывает :-)

                        –2
                        У этих событий нет четкого рисунка, выделить из шума с достаточной достоверностью… Не представляю как это сделать.
                          +1

                          Ну если вы не представляете как это сделать, это не значит, что этого сделать нельзя. Многие люди не представляет, как электричество работает, не говоря уже про Интернет, и ничего, вон даже комментарии пишут.

                            –1
                            После пары дней, у мена появилось представление как это сделать.
                            Сигнал ЧД нашли в океане шума, только потому, что точно знали форму сигнала и искали именно его. У земных процессов нет такого четкого рисунка. Нужно значительно лучшее отношение сигнал/шум.
                            Используя несколько интерферометров и разницу во времени прихода сигнала, можно вычесть всю остальную Вселенную кроме интересной области.
                            Земные процессы довольно медленные, нужно непрерывное наблюдение, LIGO часто теряет непрерывность наблюдений от разных происшествий.
                            +3

                            Насколько я понял, данные LIGO используются для уточнения моделей всех этих движения ("Ньютоновского шума"), для того, что бы по онлайн данным других датчиков (акселерометров, микрофонов и т.п.) и этим моделям уметь вычитать часть шума на детекторах. Не знаю, является ли это "использованием LIGO для наблюдения литосферных плит".

                              +1
                              в моем понимании нет когда по «шуму» будут предсказывать показание датчиков и/или уточнить модель строения земли — это использование.
                            +1
                            Интересно, если 2 черные дыры сливаются, то в какой-то момент их гравитации должны компенсировать друг друга и горизонт событий должен раскрыться по линии их сближения?
                              +1

                              Горизонты событий сливаются, но не раскрываются.

                                0
                                Кажется, я смог представить себе эту ситуацию: горизонты событий этих двух дыр просто «вминаются» зеркально (т.е. не раскрывается, а просто уменьшается радиус из-за внешней гравитации от другого объекта) внутрь каждой дыры. После чего сливаются.
                                Однако, если понаблюдать за неравнозначным поглощением, то, по-моему, в какой-то момент большая дыра может просто содрать весь горизонт с малой. Или, может, даже не двух дыр, а, например, большой нейтронной звезды и гораздо более мелкой дыры (то есть, когда горизонт есть только у одного объекта и сливаться нечему).
                                В общем, я понимаю, что дилетант, но интересно как это выглядит :)
                                  +1
                                  нет. Само пространство искажается так под воздействием гравитации, что никаких аномальных «раскрытий» и «сдираний» не будет, и воспользоваться этим изменением горизонта нельзя.
                                    +2
                                    Нет, с ЧД есть такая хохма — диаметр получившейся ЧД равен сумме диаметров исходных.
                                    А не объём сумме объёмов, как для материальных тел.
                                    Т.е. это выглядит так, что при соприкосновении обе ЧД накрываются новым общим горизонтом, и что там внутри происходит с их собственными горизонтами мы уже сказать не можем.
                                      0
                                      Думаю, что немного меньше, так как они теряют-таки массу на излучение гравитационных волн в процессе слияния (вроде как последний пример — две солнечных улетели), с другой стороны — у них была потенциальная энергия, много ли её там было, может, как раз две солнечных массы. А собственные горизонты событий перестают существовать, так как горизонт событий для части объекта не определен, а различить, где остаток первой ЧД, где второй, после слияния нельзя из-за их общего горизонта.
                                        0
                                        Я всегда считал, что в энергию волн как раз уходит только потенциальная энергия системы. Была статья Итана об этом.
                                        А фраза «Массы черных дыр 29 и 36. Стало 62, 3 улетело» для меня звучит именно будто масса покинула черную дыру и противоречива.
                                          0
                                          Под конец там больше кинетическая энергия, всё-таки орбитальная скорость более половины скорости света.
                                          А где скорость — там и увеличение массы по ОТО.
                                            0
                                            Для 1/2*с получается масса m=m0*1.1547, т.е. порядка 15%
                                            Хватит на зарегистрированный выход энергии?
                                            0
                                            Потенциальная энергия переходит в кинетическую. А вот уже факт ускоренного движения тела с большой энергией вызывает излучение (но это у меня аналогия с обычным излучением заряда).
                                    0
                                    Даже не привлекая ОТО — ЧД на горизонте событий характеризуется не силой гравитации (хотя там и при массе 1 миллион масс Солнца будет много «же»), а гравитационным потенциалом. Это точка, из которой нельзя улететь просто потому, что кинетическая энергия по модулю меньше потенциальной и итого получаем, что «вторая космическая» больше скорости света.
                                    Тут следует заметить, что это я очень вольно трактую связь СТО с гравитацией. Как на самом деле считалась бы сила гравитации в СТО при релятивистской скорости «убегающего тела» — я не знаю.
                                    Тут рассмотрю 2 ЧД в точках -R1 и R2 на оси координат. Гравитационный потенциал от 2 тел складывается и при расстоянии между ЧД R1+R2 он станет в точке 0 больше, чем у любой другой точки на расстоянии >=R1 от первой ЧД и >=R2 от второй ЧД. Значит эта точка уже должна находиться внутри новой поверхности Шварцшильда.
                                    +25
                                    Как всё-таки странно, что на земле такое огромное расслоение по уровню интеллекта. Кто-то создаёт такие инженерные шедевры, а кто-то считает, что земля плоская.
                                      +1

                                      Не надо забывать, что инженерные шедевры создаются (прямо или косвенно) многими тысячами людей. Уровень интеллекта индивидуумов коллектива может быть вполне средним, но высокий результат получается из-за кумулятивного эффекта.

                                      +10
                                      но в целом не видно путей, как поднять чувствительность наземных лазерных интерферометров выше примерно 10-24.

                                      В принципе, пути есть. Поместить детектор под землю, увеличить мощность (чтобы дробовой шум подавить), массы в 10 раз, сжатие воткнуть децибел на 10, и засунуть в холодильник, кельвинов до 120. Получится Einstein Telescope — там примерно до 10-25 может получиться. Другой подход — сделать длину плеча раз в 10 больше (ну и сжатие), но без холодильника и на поверхности — тоже примерно такая же чувствительность будет.
                                      image

                                        +2

                                        Я согласен, наверное 10^-24 пессимистическая цифра. Но вообще это сказано скорее для того, что бы пояснить, что расстоянием между одним-двумя GWE в год и тысячами событий не велико.

                                          +1

                                          Это да, я уже занудничаю немного:) Просто хотел показать, что в планах есть, может лет через 20 построят. Представить, что чувствительность этих детекторов будет на два порядка выше, и событий будет чуть не каждую минуту, совершенно невозможно (и как с этим справляться).
                                          Уже в следующем году, когда снова запустят детектор, будет по событию раз в пару недель — там-то самое веселье и начнется.

                                            +1

                                            Помню фотку гравитационной антенны 70х годов. Там метровый цилиндр обклеивали пьезодатчиками. Что удивительно, у них там чувствительность была чуть ли не 10^{-15}.

                                              +2

                                              Вообще, с чувствительностью такое дело — на уровне 10-12-10-15 довольно просто получить, у меня вон на оптическом столе резонатор с такой чувствительностью без особых заморочек — стандартный лазер и зеркала. На килогерцах, правда. А вот дальше за каждый порядок — годы и годы работы, и сложность по экспоненте...:)

                                              +2
                                              и событий будет чуть не каждую минуту, совершенно невозможно (и как с этим справляться).

                                              У ускорительщиков, кстати, 1 событие раз в 25 наносекунд — и то придумали, как справлятся :)

                                                +2

                                                Это да, но вот если длительность сигналов при этом тоже минутная (как в случае с нейтронными звездами), а поверх еще слияния ЧД — там очень сложно будет отличить одно от другого, гармоники полезут...

                                                  0

                                                  Приходит в голову, что при наличии многих детекторов можно будет использовать пространственное преобразование Фурье.

                                                    0

                                                    Да, но то ж когда будет много детекторов со схожей чувствительностью, а пока в планах дай бог один… Не знаю, наверняка это решаемый вопрос, да и до это этого еще жить и жить:)

                                                      0
                                                      а пока в планах дай бог один…

                                                      А "один" — это LIGO Индия или KARGA? :)

                                                        +1

                                                        Ни то, ни то. KAGRA вообще заработает уже через год, там чувствительность примерно как в LIGO будет. LIGO Индия еще не начали, но тоже топология примерно такого плана будет. Я имел ввиду в первую очередь Einstein Telescope в Европе, который еще даже не профинансирован, даже и плана толком нет.

                                            0

                                            А под coating Brownian noise подразумеваются именно шумы многослойного зеркала (отдельно от шумов тестовой массы)? Хотя все равно страшно представить, как весь этот подвес охлаждать придется.


                                            Да, и в чем основная сложность введения сжатия? Потери на многопроходовом резонаторе?

                                              +2

                                              Потери в подложке влияют на шумы в покрытиях, но как отдельный шум не учитываются.


                                              Шум в подвесах — отдельный шум, у него другая частотная зависимость, он — suspension thermal.


                                              Про сжатие — потерь внутри интерферометра почти нет. Основные потери — на инжекцию (через faraday rotator), очистку мод, всякое рассеяние и детектирование. Сейчас все современные детекторы собираются иметь частотнозависимое сжатие, там еще важны потери при создании этой частотной зависимости.

                                                0
                                                Потери в подложке влияют на шумы в покрытиях, но как отдельный шум не учитываются.

                                                Так на графике же есть и substrate Brownian, и coating Brownian?

                                                  0

                                                  А, значит, тут разделили. Обычно он гораздо ниже в любом случае, там же света не гуляет в подложке, да и добротность выше.

                                                  0

                                                  Если не секрет, какой там фотодод? Специально выращенный, или традиционной марки "очень хороший со спиленным стеклом"?


                                                  И где можно почитать про генерацию частотнозависимого сжатия? На пальцах это, наверное, не объясняется :).

                                                    +2

                                                    Вот про фотодиоды не скажу, но вроде сами растят, тут вот есть некоторая информация. Вообще они там сидят в вакууме на подвесах:)


                                                    Про частотнозависимое сжатие — можно и на пальцах, а можно тут прочитать (секция 5.5 и там ссылок дальше много) или тут есть недавняя интерсная идея.
                                                    Идея очень простая — отражаем сжатый вакуум от отстроенного резонатора. Отстроен так, что нижний сайдбенд сразу отражается, а верхний — приобретает набег фаз внутри. Разность фаз между ними определяет, какая квадратура сжата. И в зависимости от частоты сайдбенда, верхний приобретает разную задержку — сжимается разная квадратура. В итоге, на нижних частотах сжимаем амплитуду — чтобы подавить радиационное давление, а на высоких — фазу, чтобы подавить дробовой шум.

                                                      0

                                                      Вау, звучит красиво. А эксперимент уже удался у кого-нибудь?

                                                        +2

                                                        Ага, конечно! У нас в группе давно делали на высоких частотах (мегагерцы), а недавно в MIT — на сотнях герц. И вообще — это в нынешнем году устанавливать будут на детектор уже.

                                                          0

                                                          Еще про диоды вопрос: не совсем понятно, зачем им широкополосность аж до 200 МГц. У LIGO же рабочие частоты за 10 кГц не выходят?

                                                            +1

                                                            Тут я не уверен точно, но думаю, те же диоды используют для детектирования модуляций для стабилизации. А там много частот, все в диапазоне 30-100МГц.

                                                              0

                                                              Просто у них сейчас сложности с квантовой эффективностью, и ее скорее всего сложно подняв, не увеличив толщину слоев диода. Что, в свою очередь, убивает широкополосность =).

                                                                0

                                                                Да вроде нет сложностей, квантовая эффективность не ограничивает сжатие. Там и так что-то около 96-99%. Ну, насколько я знаю. У нас в лабе вообще больше 99% вроде...

                                                                  +2

                                                                  А, это я ступил поутру. В целом все так, 99% КИ с 200МГц, наверное, не получить. У нас для сжатия с полосой в гигагерцы КИ фотодиодов около 96%, а это гораздо меньше, чем все остальные потери. В GEO600 потери сжатия около 40% в сумме, и детектор — всего 8% или около того.

                                                  +1
                                                  луч лазера с только основной TEM00 модой, т.е. где фактически пространственно полностью однородный пучок

                                                  Только не однородный, а скорее Гауссов. Другие на большие расстояния не распростроняются, их дифракция искажает.


                                                  для идеального, не-квантового света мы можем измерить таким образом любую величину смещения зеркал

                                                  С точностью до наоборот. У "неквантового света" есть фундаментальный фазовый шум, ограничивающий точность измерений.


                                                  с помощью “ионного фрезерования” их подложка была доведена до шероховатости в 0,08 нм

                                                  Не совсем понятно, зачем. На него же сверху потом такой же SiO2 напылять. На качества зеркала после 40 слоев это вообще никак не влияет, на геометрию резонатора тоже.


                                                  И еще вопрос про mode cleaner'ы (может быть Shkaff знает ответ). Там же уже одномодовый осциллятор, то есть моду не надо выбирать — ее надо просто почистить? И как в таких машинах устроена стабилизация интенсивности/частоты — через те же mode cleaner'ы и Фабри-Перо, или как-то по-другому?

                                                    +1
                                                    Не совсем понятно, зачем.

                                                    Там хитро — нужно, чтобы тепловые фононы не рассеивались на границе подложка-покрытие. Чем ровнее каждый слой — тем меньше импеданс для распространения фононов через зеркало, больше Q фактор самого зеркала, меньше броуновский шум покрытия.


                                                    И еще вопрос про mode cleaner'ы

                                                    Да, на выходе из лазера очень хорошая мода уже, ее надо почистить по поляризации и паразитным всяким модам. Для выходного mode cleanera там тоже мода одна, но больше паразитных мод за счет всяких рассеяний в детекторе. Все равно, выбирать не надо.


                                                    И как в таких машинах устроена стабилизация интенсивности/частоты — через те же mode cleaner'ы и Фабри-Перо, или как-то по-другому?

                                                    Там довольно сложная многоступенчатая активная и пассивная система стабилизации. То есть, предварительно — через резонаторы, а потом — с активной стабилизацией мощности и частоты. Причем для разных уровней мощности отдельные системы. Тут вот принцип.


                                                    А еще там много всякого стабилизируют — типа дрожание луча (pointing) и т.п.

                                                      +1

                                                      Кстати, у меня тоже есть вопрос.


                                                      Везде пишут, что из GW readout'а вычитают замеренные мониторами окружения шумы через функции перехода на strain. А вот в картинках везде показывают такие почищенные картинки уже? На фотоприемнике в сырых данных, получается SNR меньше единицы?

                                                        +1

                                                        Хм, это хороший вопрос, не знаю. Я бы сказал, зависит от того, как определить SNR (интегрированно или на частоте). На спектрограмме сигнал виден, на временном сигнале его не различить. Обычно все картинки уже почищены от шумов.

                                                      0

                                                      По поводу рассеяния на границах все равно непонятно. У них же вроде все остальные грани с гораздно меньшей точностью (1 нм) отполированы. Да и при напылении таких огромных зеркал толщина слоев будет гулять сильнее (хоть и плавно).


                                                      Еще вопрос про частостную стабилизацию. Там ведь стабилизируемый сигнал — это интенсивность после Фабри-Перо (в смысле частота ушла — пропускание упало), да? Как этот сигнал отличают от флуктуаций интенсивности — стабилизируют интенсивность заранее, или есть более хитрые подходы?

                                                        +1
                                                        По поводу рассеяния на границах все равно непонятно. У них же вроде все остальные грани с гораздно меньшей точностью (1 нм) отполированы.

                                                        Важнее рассеяние на "основных" плоскостях. Там свет гуляет, и фононы могут сигнал давать на каждой поверхности. По хорошему, все поверхности надо полировать, и боковые тоже но, думаю, это очень дорого.


                                                        Да и при напылении таких огромных зеркал толщина слоев будет гулять сильнее (хоть и плавно).

                                                        Эта меньшая проблема, из-за характерного размера (частоты) фононов, которые рассеиваются на такой неровности. А вообще толщина слоев очень точно подбирается — там же интерфернция должна правильная быть.


                                                        Там ведь стабилизируемый сигнал — это интенсивность после Фабри-Перо (в смысле частота ушла — пропускание упало), да?

                                                        Не уверен, о каком Фабри-Перо речь. Но там используется стабильный эталон (тоже Фабри-Перо), и измеряется частота лазера относительно него. Классическая Pound-Drever-Hall схема — измеряется биение sideband с основным лучом и на выходе получается сигнал ошибки. Если меняется интенсивность — и sideband и основной луч меняются пропорционально, поэтому сигнал ошибки не изменяется.


                                                        Ну и плюс там есть дополнительный контроль интенсивности одновременный. Кстати, сначала стабилизируется частота (контроль идет на сам лазер), а потом — мощность (после усилителя).

                                                          0
                                                          А вообще толщина слоев очень точно подбирается — там же интерфернция должна правильная быть.

                                                          Там технические сложности возникают — очень сложно сделать однородный поток осаждаемого вещества на такой большой площади.
                                                          К счастью, диапазон длин волн, в котором зеркало отражает, довольно широк, и небольшой уход центральной длины волны некритичен. У нас на двухдюймовом зеркале толщина слоев гуляет где-то на 7%, при этом добротность остается выше 104.

                                                            +1

                                                            Тут я, признаться, совсем не в курсе. У нас в группе стоит PLD машина, но я никогда за ней не бывал:)

                                                              +2

                                                              Вот у меня аналогичная проблема со стабилизацией мономодовых лазеров =).

                                                        0
                                                        Там хитро — нужно, чтобы тепловые фононы не рассеивались на границе подложка-покрытие. Чем ровнее каждый слой — тем меньше импеданс для распространения фононов через зеркало


                                                        Казалось бы наоборот, если материалы разные, то импеданс будет разный, в «шершавой» поверхности наоброт всё должно расстваться и не идти обратно.
                                                          +1

                                                          Там похоже цель — сделать настолько добротный механический резонатор, чтобы любые колебания сразу возбуждали его основную моду (на резонансной частоте) и, как следствие, пропадали бы на нерезонансных. Тогда шероховатости должны быть минимальны.

                                                            +1

                                                            Ага, чем добротнее — тем лучше. Флуктуационно-диссипационная теорема в действии.

                                                        0
                                                        Только не однородный, а скорее Гауссов.

                                                        Мне очень много комментариев по первому варианту текста (где было и то, что на графиках спектральная мощность амплитуды и гауссовый пучок и про моды поподробнее), что это жесть и нифига не понятно. Пришлось популярить.


                                                        У "неквантового света" есть фундаментальный фазовый шум, ограничивающий точность измерений.

                                                        А откуда он берется?

                                                          +1

                                                          Про TEM00 можно написать что-то в духе "осесимметричная мода, которая может распространяться на огромные расстояния без искажений". Однородной ее все-таки даже с натяжкой не назовешь.


                                                          Про квантовый свет можно посмотреть здесь. В квантовом мире вообще мало что определено точно, но обычно находится какой-нибудь способ на это повлиять.

                                                            0
                                                            Про квантовый свет можно

                                                            Про квантовый свет я понял, откуда у не-квантового фундаментальный фазовый шум?

                                                              +2

                                                              Так любой свет из квантов состоит.


                                                              Если на пальцах: операторы фазы и амплитуды ЭМ волны не коммутируют, а следовательно, связаны соотношением неопределенности. Так как амплитуду волны мы худо-бедно знаем (из мощности лазера), то у фазы будет некоторая неопределенность.

                                                                +2

                                                                Мне кажется, тут некоторая путаница: tnenergy имел ввиду не-квантовый свет в смысле вообще классический, без учета квантов и существования дробового шума, а ты — не-квантовый в смысле без квантовых корреляций:)

                                                                  0

                                                                  Да, именно такая путаница, видимо. :)

                                                        +1

                                                        del

                                                          +2

                                                          Это самое крутое geek porn из всех, что мне довелось читать! Вау

                                                            +4

                                                            Спасибо за статью, я давно собирался написать подобное, и хорошо, что не собрался — у вас получилось гораздо лучше:) И как удачно по времени совпало!

                                                              0

                                                              Может напишите про детекторы нейтрино?

                                                                0

                                                                Эх, если бы хоть немного разбирался в этом — непременно написал бы.

                                                            0
                                                            Читаю и ностальгирую. Когда-то были большие ЭВМ. Теперь такая же производительность достигается самыми дешёвыми процессорами. Сижу и думаю, что когда-нибудь настанет время, когда такие вот измерительные приборы тоже станут маленькими и носимыми. Появятся трикодеры… Эх, доживу ли?
                                                              0
                                                              Интересно, а как можно добиться подобной точности в космосе. Там легко разнести зеркала на сотни тысяч километров друг от друга, но как быть с точностью позиционирования. Три спутника должны двигаться, как я понимаю, образовывая идеальный прямоугольный треугольник, но ведь с такими расстояниями у них будет разная орбитальная скорость, соответственно, необходимо будет вводить какие-то поправки. Ещё солнечный ветер, гравитационные возмущения и пр… По-моему, в ближайшем будущем вообще нерешаемая задача.
                                                                +1

                                                                Да, сложно, но там и точность позиционирования должна быть не такая. В проекте LISA не предполагается резонаторов, и большая часть лазерного пучка будет просто теряться за счет уширения пучка. Так что там относительно небольшое смещение будет не так принципиально.
                                                                Если в LIGO чувствительность набирается за счет качества зеркал и мощности лазера, там — за счет расстояния между спутниками.

                                                                  +2

                                                                  Это как раз не сложно. Принцип космического интерферометра LISA такой — 3 тестмассы на расстоянии 2,5 млн друг от друга (правильный треугольник) летят сами по себе. Вокруг них спутники, которые тестмасс удерживают двигателями (ионными) свой корпус так, что бы тестмасс не касаться. И уже вокруг этой системы построен интерферометр.


                                                                  Причем, что интересно, для низкочастотных ГВ характерны амплитуды побольше, и точность определения расстояния между тестмассами нужна, емпни, 10^-14 "всего", т.е. около единиц микронн.


                                                                  Интереснее, конечно, как в LISA предполагается бороться с неравномерностью гравитационного поля — орбиты то у трех спутников будут разные… тут я не знаю ответ на вопрос.

                                                                    0
                                                                    Интереснее, конечно, как в LISA предполагается бороться с неравномерностью гравитационного поля — орбиты то у трех спутников будут разные… тут я не знаю ответ на вопрос.

                                                                    Теоретически, если треугольник равностороний можно расположить их на одной орбите с фазой в 120 градусов. Лишь бы орбита была достаточно высокой, чтобы прямую видимость обеспечивать.
                                                                      0

                                                                      Подозреваю, что никак. Гравитационные неоднородности сильно низкочастотные. Фильтровать?

                                                                        +1

                                                                        Ну ответ "учитывать" мне в голову приходит. Тут другой вопрос — а знаем ли мы эти вклады от всяких тел в солнечной системе в ускорение тестовой массы на уровне 10^-14 м*с^-2?

                                                                          +2

                                                                          Разумеется, малые вклады учесть нереально, но они ведь медленные по характеру. Ведь основная проблема LIGO всякие вибрации, акустического спектра, а в случае LISA бонус в том, что большей их части не будет.


                                                                          А вибрации тектонических плит на Венере, конвекционные потоки на Солнце или ураганы на Юпитере происходят без твердотельного контакта с космическими аппаратами. Гравитационное излучение от них вообще несерьёзно, и оно носит мультипольный характер.


                                                                          И вся неучтёнка легко отсекается по частоте.

                                                                            +3

                                                                            LISA poposal с вами согласны:


                                                                            "The distance changes between the test masses caused by the GWs are small (pm to nm) compared to the variations caused by solar system celestial dynamics (some 10000 km), but can be distinguished because the former are at mHz frequencies (1000 seconds timescale), whereas the latter have periods of many months and are quiet at mHz frequencies."


                                                                            Ну и прекрасно!

                                                                            0
                                                                            Давайте прикинем. Радиус Земли — 6.4*10^3 км. На расстоянии 6.4*10^10 км (намного дальше Плутона) гравитация тела массой с Землю будет 10^-14 «же» (в 9.8 раз больше, чем Вам нужно). Значит даже тела массой 0.01 массы Земли в радиусе 6.4 млрд. км от нас создают большую гравитацию. Но так как это колебания с периодом годы (или сотни часов — незначительные колебания положения спутников планет относительно Земли), то наверное их можно отличить от гравитационных волн слияния компактных звезд.
                                                                              0

                                                                              О! а вот теперь интересно — можно ли, глядя на эти частоты, определять — какие вообще есть большие массы в солнечной системе?
                                                                              А потом например вычесть из них те, что мы знаем и получить те, которые еще не знаем — те же карликовые планеты в поясе Койпера или облаке Оорта и т.д.

                                                                                0
                                                                                В оптике по эффекту Доплера именно из спектров кучу планет находят. Применить такое к гравитации наверное сложно будет.
                                                                                Облако Оорта — совсем далеко. От 2000 а.е. и далее, или более близкие тела — афелий до 2000 а.е. При массе в например 1/100 массы Земли будут создавать очень малую гравитацию. В перигелие (20-80 а.е.) будут создавать чуть большую гравитацию.
                                                                                Мне кажется, что любой метод по гравитации будет определять даже массы известных планет с не очень высокой точностью и на фоне этих погрешностей ничего нового обнаружить не выйдет.
                                                                      0
                                                                      Что такое асимметричное ускорение? О какой из симметрий идёт речь?
                                                                      0
                                                                      Нет, с ЧД есть такая хохма — диаметр получившейся ЧД равен сумме диаметров исходных.
                                                                      А не объём сумме объёмов, как для материальных тел.
                                                                      Т.е. это выглядит так, что при соприкосновении обе ЧД накрываются новым общим горизонтом, и что там внутри происходит с их собственными горизонтами мы уже сказать не можем.

                                                                      Это и есть главная «хохма» черной дыры. Сингулярность все равно не увидеть ))
                                                                      Я до этого дошел когда смотрел на формулы в Wiki
                                                                      И да при росте массы плотность падает ))
                                                                        0
                                                                        Предполагается ли улучшение качества фильтрования сигнала за счёт увеличения статистических данных в процессе детектирования? Проще: легче искать то, если знаешь как это «то» выглядит :)
                                                                          –4
                                                                          Экспрессивно №1
                                                                          [белка-истеричка=вкл]Афигеть! Зафиксирован плеск гиппопо в Лимпопо![белка-истеричка=выкл]

                                                                          Лицом к лицу с точностью.
                                                                          Длина каждого зеркала 100 м, требуется получить около 1000 отражений. Вам нужно установить зеркало на европейском берегу Гибралтара строго параллельно зеркалу африканского берега. Мобилизовав все свое умение, вы установили его так, что непараллельность зеркал, если она и есть, составляет не более 0,0001°. Не правда ли, такой точностью можно гордиться!
                                                                          Устроит ли вас эта точность? Какие другие трудности вам удастся предвидеть?


                                                                          Никто не обнимет необъятного.
                                                                          … А еще следует учесть вибрации токарного станка в школьных мастерских на станции Долгинцево, шелест страниц в Белицкой школе, плеск гиппопо в Лимпопо. И так далее.

                                                                          Экспрессивно №2
                                                                          Крутская круть, в общем! На пол оборота круче поросячьего хвоста и на 25% круче яиц, сваренных Швейком.
                                                                            +2
                                                                            Здесь их не столько учитывают, сколько отфильтровывают, причем успешно. А в 1970х о таком методе учета ещё не знали, или не предполагали, что он применим для подобных измерений.
                                                                            PS: в этой задаче довольно хорошо описан спектр проблем, с которыми сталкиваются при работе на таких уровнях погрешности, пусть и не настолько глубоко, насколько их пришлось решать в LIGO.
                                                                              +2
                                                                              Я и говорю — крутская круть. Хотя-бы механический маятник с добротностью на 10 лет(!) колебаний в вакууме как один из фильтров в резонаторе.

                                                                              P.S. Ведь если представить себе метагалактику(?) сжатую до размеров Земли — примерно то на то и выйдет — нимфозории в Канаде зафиксировали брачную игру гиппопо в Лимпопо. ;-)
                                                                            0

                                                                            Итого: имеем лазерный луч 200 Вт, он разделяется на два по 100 Вт и пускается в линейки. Побегав там два луча выходят и направляются на детектор. В отсутствии волн детектор ничего не регистрирует — интерференция же!
                                                                            ВОПРОС: куда делась энергия(те самые начальные 200 Вт) проинтерферировавших лучей???

                                                                              +4

                                                                              В обратном направлении уходят (откуда изначальный луч на 200Вт запускали).

                                                                                0

                                                                                Каким образом и с чего вдруг? Что происходит с энергией "вернувшейся обратно"?

                                                                                  +4

                                                                                  С чего вдруг — по закону сохранения энергии. На делителе луча в одну сторону деструктивная интерференция, а в другую — конструктивная.



                                                                                  Энергия, вернувшаяся обратно, детектируется и используется для контроля интерферометра.

                                                                                    0

                                                                                    Ладно, оставим интерферометр в покое. Возьмем классический опыт Юнга на двух щелях. Есть интерференционная картина. Закрываем одну щель, снимаем интенсивность света на экране, интегрируем. Открываем первую щель и закрываем вторую, опять снимаем и интегрируем. По логике, если открыть обе щели, интегрирование должно дать сумму обоих интегралов. Но этого не будет, т.к. в максимумах волны сложаться, а в минимумах "уничтожаться". Куда девается энергия в таком случае?
                                                                                    Кстати, как этот опыт повторить? На Википедии указано, что ширина щели должна быть равна длине волны. Каким образом Юнг сделал щели хотя бы шириной 650 нм(для красного света) в 1803 году? Хочу повторить, да все никак не придумаю, как.

                                                                                      +2

                                                                                      Не благодарите: tsya.ru


                                                                                      Энергия не пропадает, энергия перераспределяется.
                                                                                      Отверстия делаются иголкой в бумаге, о чем написано даже в википедии.

                                                                                        +1
                                                                                        Нужно понимать, что ЭМВ генерируется ускоренными зарядами и вызывает ускорение зарядов. То, что болтающиеся электрончики в одном лазере светят на бумажку в противофазе к электрончикам из второго лазера, вовсе не означает, что первые не воздействуют на вторые. Поскольку отражение — это переизлучение возбужденными зарядами в отражающей поверхности, то поверхность можно исключить и светить лазерами друг в друга в противофазе. В любой точке по линии распрстранения луча результирующая амплитуда будет нулевой, но энергия «в никуда» не уйдет, а вполне выделится в виде тепла. Представьте себе механическую аналогию, где лазеры — двигатели, а ЭМВ — механическая сцепка между роторами.
                                                                                          0

                                                                                          Если вы будете светить двумя лазерами друг на друга, то интерференционная картина появится вдоль луча в виде периодических максимумов и минимумов.


                                                                                          Это можно понять, если вы от максимума (где фазы двух лазеров совпадают) отойдете на четверть длины волны. У одного фаза увеличится на pi/2, у второго — уменьшится на столько же. Как результат, в этой точке получится разность фаз pi и деструктивная интерференция.

                                                                                –3
                                                                                То, что описано в статье — вклад двух достойных лауреатов. Так и не понял, в чем состоял вклад теоретика Кипа Торна. Он уже лет 10 наукой не занимается, работает в Голливуде продюсером НФ клюквы и рассказывает всякие сказки про машины времени и кротовые дыры между вселенными. Когда-то давно он был действительно большим авторитетом в гравитации, создал научную школу. Однако его фантастические байки, которые очень хороши для Голливуда, убивают всякое уважение к выдающемуся ученому. Относительно его машины времени — это логический парадокс, который противоречит физике сильнее вечного двигателя. За такие перлы студента выгоняют с экзамена.
                                                                                  +5

                                                                                  Он был одним из основных драйверов программы LIGO в 80х и 90х, в т.ч. он возглавлял группу по ГВ и добился постройки прототипа LIGO в Калтехе.


                                                                                  Ну а то, что он сейчас больше в популяризации не отменяет его большой вклад.

                                                                                    –1
                                                                                    он сейчас больше в популяризации

                                                                                    Не надо путать бизнес по производству клюквы в Голливуде с популяризацией науки. То, что пишет сейчас Торн — это дискредитация науки, псевдонаучная ахинея, на основе которой Голливуд клепает свои блокбастеры. О клюкве в «Интерстелларе», который продюсировал Торн, писали неоднократно.
                                                                                    Я понял, что отмечены административные и организационные заслуги Торна. Научного вклада он не внес — это не его область, он занимался чистой космологией и гравитацией. Раньше так не делали. В это открытие большой реальный вклад внес, например, Брагинский. Его работы позволили отсечь непродуктивные методы измерений.
                                                                                      +1
                                                                                      Научного вклада он не внес — это не его область, он занимался чистой космологией и гравитацией.

                                                                                      Что, и по моделям излучения ГВ не внес?


                                                                                      В это открытие большой реальный вклад внес, например, Брагинский.

                                                                                      Если бы Брагинский был бы жив, может быть он и получил бы премию.

                                                                                        +1

                                                                                        Вообще, Торн был соавтором многих статей по методам измерений и шумам, вместе с Брагинским (они на эту тему коллаборировали). Торн также считал чувствительности, и, вы совершенно правы, сами модели ГВ и ЧД.
                                                                                        Брагинский был более чем достоин Нобелевской, но не только и не столько за ГВ, сколько за всю остальную деятельность по квантовым измерениям, квантовой метрологии и оптомеханике, по сути дела начав множество новых направлений науки.

                                                                                  –1
                                                                                  Разве свет не отклоняется гравитацией?
                                                                                  А как-же чёрные дыры, а как-же вся астрономия построенная на этом эффекте, а как-же вполне земное влияние на уход частоты оптических резонаторов при выводе спутников на орбиту???

                                                                                  Две вращающихся звезды будут менять свою яркость в зависимости от видимой площади, но их масса не будет меняться. Значит гравитационное воздействие уловить не получится.
                                                                                    –9

                                                                                    Открытие гравволн доказывает существование эфира — среды, заполняющей собой всё пространство. Ведь колеблется не абстрактная метрика, а реальная физическая среда. Она имеет своё историческое название — эфир, но после неудачных поисков "эфирного ветра" в прошлом веке изучается под названием "вакуум" (пустота по латыни).


                                                                                    Свойства гравволн могут объяснить природу гравитации. Они представляют собой периодические растяжения-сжатия пространства — плотного упругого эфира, совершающиеся поперёк вектора распространения волн (квадрупольные волны). Это сближает их с поперечными электромагнитными волнами и объясняет их такую же световую скорость распространения.


                                                                                    Вот на что следует обратить внимание. Растяжения-сжатия эфира — это его возвратно-поступательные движения. Поэтому в центре растяжения, откуда частично уходит эфир, его плотность падает, а по по краям, куда он прибывает, его плотность растёт. И наоборот, в центрах сжатия плотность эфира возрастает, а по краям падает. И все эти движения эфира, которые сопровождаются его уплотнениями и разрежениями, периодически меняют свои направления и смещаются по ходу распространения гравволны.
                                                                                    Эти движения ускоренные — эфир ускоряется в одном направлении, тормозится и останавливается, потом ускоряется в обратном направлении. Это хорошо видно на изображении попеременного удлинения и укорочения плеч интерферометра.
                                                                                    При этом движущееся пространство/вакуум/эфир увлекает с собой тела, в данном случае — зеркала интерферометра. Увлекает их с таким же ускорением. А в этом как раз и проявляется гравитация — она сообщает телам ускорение свободного падения, ускоряет их к источнику гравитации, к массивному телу.
                                                                                    Поэтому можно мысленно вырезать (физики могут это сделать с помощью формул) из растяжения-сжатия среды тот его участок, где среда движется из области своей большей плотности в сторону меньшей плотности и увлекает с собой, например, отражательное зеркало интерферометра, ускоряет его. То же самое, только не периодически, а постоянно, делает гравполе с телами, падающими на источник гравитации. Следовательно, гравполе — это ускоренный поток эфира из областей его сравнительно высокой плотности в сторону областей с его меньшей плотности. В центрах областей с меньшей плотностью эфира находятся массивные тела — источники гравитации.


                                                                                    Этот вывод полностью соответствует гипотезе Ньютона об эфирной природе гравитации. Он предполагал, что давление эфира в телах меньше, чем вне тел. Только не была известна причина этого. Теперь приходится признать, что материя постоянно поглощает кванты эфира (эфироны). И отсюда переходить к объяснению квантовой природы гравитации.
                                                                                    Куда деваются кванты эфира, поглощаемые материей — это другой вопрос. Он решается вместе с аналогичными вопросами — откуда вообще взялся эфир нашей Вселенной около 14 млрд лет назад. И откуда в него постоянно добавляются новые эфироны, которые наполняют его "тёмной энергией" — побуждают его к космологическому расширению при неизменной в среднем плотности — космологической постоянной.


                                                                                    Надеюсь, использование здесь термина "эфир" не послужит красной тряпкой для использующих другой термин в обозначении той же среды. И не перекроет их способность логически мыслить и аргументированно возражать. Как-то же надо постигать природу гравитации, а не только её проявления...

                                                                                      +5
                                                                                      Попробуйте в своих текстах заменить слово эфир на кефир и все понятнее станет. А «кефирный ветер» вообще звучит круто
                                                                                        –1
                                                                                        Мне кажется, это действительно достойно публикации :)
                                                                                        Открытие гравволн доказывает существование кэфира — среды, заполняющей собой всё пространство. Ведь колеблется не абстрактная метрика, а реальная физическая среда. Она имеет своё историческое название — кэфир, но после неудачных поисков «кэфирного ветра» в прошлом веке изучается под названием «вакуум» (пустота по латыни).

                                                                                        Свойства гравволн могут объяснить природу гравитации. Они представляют собой периодические растяжения-сжатия пространства — плотного упругого кэфира, совершающиеся поперёк вектора распространения волн (квадрупольные волны). Это сближает их с поперечными электромагнитными волнами и объясняет их такую же световую скорость распространения.

                                                                                        Вот на что следует обратить внимание. Растяжения-сжатия кэфира — это его возвратно-поступательные движения. Поэтому в центре растяжения, откуда частично уходит кэфир, его плотность падает, а по по краям, куда он прибывает, его плотность растёт. И наоборот, в центрах сжатия плотность кэфира возрастает, а по краям падает. И все эти движения кэфира, которые сопровождаются его уплотнениями и разрежениями, периодически меняют свои направления и смещаются по ходу распространения гравволны.
                                                                                        Эти движения ускоренные — кэфир ускоряется в одном направлении, тормозится и останавливается, потом ускоряется в обратном направлении. Это хорошо видно на изображении попеременного удлинения и укорочения плеч интерферометра.
                                                                                        При этом движущееся пространство/вакуум/кэфир увлекает с собой тела, в данном случае — зеркала интерферометра. Увлекает их с таким же ускорением. А в этом как раз и проявляется гравитация — она сообщает телам ускорение свободного падения, ускоряет их к источнику гравитации, к массивному телу.
                                                                                        Поэтому можно мысленно вырезать (физики могут это сделать с помощью формул) из растяжения-сжатия среды тот его участок, где среда движется из области своей большей плотности в сторону меньшей плотности и увлекает с собой, например, отражательное зеркало интерферометра, ускоряет его. То же самое, только не периодически, а постоянно, делает гравполе с телами, падающими на источник гравитации. Следовательно, гравполе — это ускоренный поток кэфира из областей его сравнительно высокой плотности в сторону областей с его меньшей плотности. В центрах областей с меньшей плотностью кэфира находятся массивные тела — источники гравитации.

                                                                                        Этот вывод полностью соответствует гипотезе Ньютона об кэфирной природе гравитации. Он предполагал, что давление кэфира в телах меньше, чем вне тел. Только не была известна причина этого. Теперь приходится признать, что материя постоянно поглощает кванты кэфира (кэфироны). И отсюда переходить к объяснению квантовой природы гравитации.
                                                                                        Куда деваются кванты кэфира, поглощаемые материей — это другой вопрос. Он решается вместе с аналогичными вопросами — откуда вообще взялся кэфир нашей Вселенной около 14 млрд лет назад. И откуда в него постоянно добавляются новые кэфироны, которые наполняют его «тёмной энергией» — побуждают его к космологическому расширению при неизменной в среднем плотности — космологической постоянной.

                                                                                        Лучше читать вслух и с выражением. Эффект потрясающий.
                                                                                          0
                                                                                          Рияженку и ациедофилин еще не обнаружили?
                                                                                          –3
                                                                                          Когда упёртые ретрограды вроде вас держатся мёртвой хваткой за теорию, которая не может их даже на шаг приблизить к объяснению явления, но при этом шельмуют все альтернативные теории — это выглядит смешно и печально одновременно.
                                                                                            0
                                                                                            К объяснению какого явления может приблизить Вас какая-то альтернативная теория? Хотя если говорить о ТМ, то теория с очень большим количеством свободных параметров выглядит лучше, чем идея «придумаем распределение ТМ». По крайней мере, пока какие-то доказательства именно таких распределений ТМ не будут с достоверностью 3-4 «сигма».
                                                                                              –5

                                                                                              Примерно так аргументировали верность геоцентрической системы Птолемея. Эпициклы для неё — как ТМ для ОТО.
                                                                                              Коперник выдвинул альтернативную теорию, но пока её не развил Кеплер, её считали еретичной, лженаучной.
                                                                                              Вы не хотите считать себя идейным потомком гонителей гелиоцентризма времён Коперника, Галилея, Бруно? Тогда возражайте по существу аргументов оппонента.


                                                                                              Это касается всех бездумно минусующих своих оппонентов. Если вам дано право так поступать, не злоупотребляйте им, не уподобляйтесь "святой" для её тёмных веков инквизиции.

                                                                                                +2

                                                                                                Смешно вас слушать. Темная материя закрывает собой слишком много дыр и у нее слишком много проявлений, что бы можно было это объяснять проблемами ОТО.

                                                                                                  –4

                                                                                                  В Живом Журнале вы не ответили на мои вопросы, повторю их здесь. Полагаю, что никто, считающий себя причастным к науке, не вправе их игнорировать.


                                                                                                  Говоря о том, что "темная материя закрывает собой слишком много дыр", вы тем самым вы признаёте, что объяснение космологии с помощью ОТО и создаёт эти "дыры", которые призвана закрывать тёмная материя. ТМ закрывает дыры по объяснению быстрой скорости вращения галактик, кластеров и их быстрого образования после Большого взрыва. При этом введение ТМ создаёт новые дыры: проблему иерархии галактик и отсутствие частиц ТМ, которой должно быть в 5 раз больше барионной материи.


                                                                                                  Я не против применения ОТО в тех областях, где к её расчётам надо добавлять поправки в виде ТМ и ТЕ (последняя связана с космологической проблемой). Я согласен с тем, что она верно предсказала существование гравволн, и что их действительно зарегистрировали. Но если рассуждать логически и последовательно, то открытие гравволн избавляет от необходимости введения ТМ. Вот ход моих суждений:


                                                                                                  1. Если ускоренные возвратно-поступательные движения среды (пространства/вакуума/эфира) в гравволнах вызывают такое же движение тел, попавших в зону их действия, то и ускоренное поступательное движение тел, попавших в зону действия гравполя, должно вызываться таким же движением среды, происходящим в гравполе. То есть ускоренное поступательное движение среды к источнику гравитации является сущностью гравполя. Придумывать иную сущность гравполя, не совместимую с сущностью гравволн, запрещает принцип Оккама.
                                                                                                  2. Для обеспечения такого движения среды требуется постоянное поддержание её низкой плотности в материи — источнике гравитации — относительно её плотности вне материи (в пустом пространстве). Ведь эта энергетически плотная среда, как её определяет КТП, постоянно стремится к расширению, что видно из её космологического расширения. И тогда скорость расширения областей сред равного исходного размера оказывается тем большей, чем больше плотность среды или чем меньше в ней концентрация материи.
                                                                                                  3. Следовательно, такая динамика взаимодействия материи и плотной расширяющейся среды объясняет наблюдаемую космологию без привлечения гипотетической ТМ. А именно:
                                                                                                    а). Пустое межгалактическое пространство расширяется быстрее, чем пространство галактик, и поэтому оно сообщает дополнительное центростремительное ускорение для звёзд, которые имеют известное центростремительное ускорение от их гравитационного притяжения ко всей материи своих галактик.
                                                                                                    б). То же самое рассуждение в большем масштабе объясняет высокую скорость вращения кластеров.
                                                                                                    в). Аналогично и с первичной горячей материей. Те области среды (пространства/вакуума/эфира), в которых концентрация этой материи оказалась изначально выше, расширялись медленнее, чем пустые области. То есть последние фактически сжимали области с материей, ускоряя образование из неё протогалактических облаков.

                                                                                                  Как вы полагаете — указывает ли динамика гравволн на динамику гравполя и может ли последняя избавить Вселенную от ТМ?
                                                                                                  Это очень важные вопросы, чтобы избегать на них ответов по существу.

                                                                                        +1
                                                                                        Спасибо за отличную статью..!
                                                                                        Был на открытой лекции их Chief Scientist, который рассказал, что изначально они хотели строиться в штате Мэн, нашли там прекрасное место, вдали от населенных пунктов и трасс, на хорошем скальном основании. Однако федеральное правительство сказало нет и отправило их строить вот это все в Луизиану, на болота, рядом с железной дорогой.
                                                                                        goo.gl/maps/KWNApYdVTCt — там вдоль трассы 190, чуть южнее обсерватории, проходит ЖД если присмотреться.
                                                                                        Еще одна байка: после некторых размышлений они решили закрыть трубу с лазерным лучом в толстый бетонный кожух. Ну и конечно бравые луизиановские рейнджеры таки въехали в этот кожух на своем пикапе. Так, что если бы это была просто труба в поле, открытия пришлось бы ждать дольше…
                                                                                          +2

                                                                                          Тут мой коллега обратил внимание


                                                                                          В ходе примерно 30 лет совершенствования лазерно-интерферометрических технологий (в т.ч. сами LIGO прошли 2 апгрейда в начале 2000х и начале 2010х годов) физики вплотную приблизились к фундаментальному пределу точности измерения — квантовому.

                                                                                          Стандартный квантовым предел не является фундаментальным. Фундаментальный там только дробовой шум (который может быть подавлен сжатием), а шум радиационного давления на низких частотах можно подавить частично подавить (частотнозависимым сжатием, например) или полностью "отменить" (используя квантово-невозмущающие измерения).

                                                                                            +1

                                                                                            Да, важное замечание. Перепишу этот момент.

                                                                                            0
                                                                                            Интересно, а какая максимальная амплитуда может пройти через гасители колебаний — что бы они не посчитали её шумом? Например слияние двух нейтронных звезд в нашей Галактике установка определит или это будет слишком «громко» для неё?
                                                                                              0

                                                                                              Интересный вопрос. Разрешение АЦП сигнального фотодиода — 14 бит, сигнал в нашей галактике будет примерно в 10 тысяч раз больше, чем обнародованный позавчера, т.е. конец этого события (максимально "громкий") будет зарезан по амплитуде (впрочем реконструировать его будет возможно).


                                                                                              Другое дело, что вероятность того, что что-то сольется в нашей галактике в ближайшее время крайне невысока.

                                                                                                0
                                                                                                Думаю, последующий гамма-всплеск, решит и эту, и все другие земные проблемы.
                                                                                                  0

                                                                                                  С трёх килопарсек короткий гамма-всплеск даст несколько сот кДж гамма-излучения на метр квадратный атмосферы. С 30 кпк — несколько кДж. В первом случае можепоплохеть, во втором скорее всего ничего не будет. Расстояние реального всплеска скорее всего будет лежать между этими двумя цифрами.

                                                                                                    0
                                                                                                    Чет на мой взгляд несколько сот килоджоуль гамма лучей на квадратный метр — это дофига как много! Может на дне морей никто и не заметит, а на поверхности должно всё поджариться мгновенно! Или я не прав? Думаете атмосфера может СТОЛЬКО поглотить?
                                                                                                      +1

                                                                                                      Над нами 10 тонн атмосферы на метр квадратный. И она непрозрачная для гамма-излучения. Причем я пишу — несколько сот килоджоулей — плохо, несколько килоджоулей — уже без эффектов для всего, что под атмосферой.

                                                                                                        0
                                                                                                        Какая там энергия может быть у всплеска? Если скажем 2 нейтронных звезды массой по 1.9 масс солнца (практически предел наблюдений), то какая минимальная масса образовавшейся ЧД?
                                                                                                        По поводу гамма-излучения. Если кванты энергией 4 МэВ будут, то для них и 250 м уже приличное поглощение дадут. Значит скажем 2500 м в области с плотностью воздуха в 10 раз меньше будут тоже приличным поглощением (ещё учесть оценку по тяжелым молекулам, на высоте больше соотношение азот/кислород, азот по идее поглощает чуть хуже).
                                                                                                        Дальше переходит на широкий ливень вплоть до частоты возбуждения оболочек азота/кислорода/углерода (так как внешние, то кажется сначала разрыв молекул нужен).
                                                                                                          +1
                                                                                                          Если скажем 2 нейтронных звезды массой по 1.9 масс солнца (практически предел наблюдений), то какая минимальная масса образовавшейся ЧД?

                                                                                                          Это, кстати, большая астрофизическая загадка — какова предельная масса НЗ.


                                                                                                          Энергия гамма-всплеска в среднем около E+45 Дж (и похоже я на два порядка завысил выпадение гамма-излучение на атмосферу, считал в уме).

                                                                                                            0
                                                                                                            Что-то у меня вышло около 88.9 Дж на кв. метр (брал не 30 кпк, а 100 тысяч св. лет).

                                                                                                            А про загадку я говорил в том смысле, что это практически на границе минимальной массы для звезды, способной стать ЧД. Но случай слияния 2 нейтронных звезд явно нельзя сравнивать с обычным взрывом сверхновой (не типа Ia). Хотя интересно оценить, что произойдет при срыве вещества с «нейтронного» ядра нейтронной звезды? Просто распад «свободных нейтронов и нейтронно-избыточных атомных ядер»?
                                                                                                              +1
                                                                                                              Что-то у меня вышло около 88.9 Дж на кв. метр (брал не 30 кпк, а 100 тысяч св. лет).

                                                                                                              Ну да, два порядка и получается.


                                                                                                              А про загадку я говорил в том смысле, что это практически на границе минимальной массы для звезды, способной стать ЧД.

                                                                                                              А мы не знаем точно, какой максимальной массы может быть не-коллапсирующая нейтронная звезда. Это, кстати, одна из важных задач астрофизики и LIGO в частности.


                                                                                                              Просто распад «свободных нейтронов и нейтронно-избыточных атомных ядер»?

                                                                                                              r-процесс и дальше цепочки бета-распадов.

                                                                                                                0
                                                                                                                А мы не знаем точно, какой максимальной массы может быть не-коллапсирующая нейтронная звезда. Это, кстати, одна из важных задач астрофизики и LIGO в частности.

                                                                                                                Точно не знаем, потому как не знаем точно плотность НЗ.
                                                                                                                А так совершенно очевидно, что как только гравитационный радиус станет больше диаметра НЗ — то будем иметь ЧД без всякого дополнительного коллапса.
                                                                                                                  +1
                                                                                                                  А так совершенно очевидно, что как только гравитационный радиус станет больше диаметра НЗ — то будем иметь ЧД без всякого дополнительного коллапса.

                                                                                                                  Ну разумеется. Но есть уверенность, что и при чуть более легкой НЗ она сколлапсирует, вопрос в точных цифрах.

                                                                                                                    0
                                                                                                                    На вики нашел:
                                                                                                                    Следствием такого соотношения зависимостей является существование некоторого значения массы звезды, при которой гравитационные силы уравновешиваются силами давления, а при увеличении массы белого карлика его радиус уменьшается
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Далеко не факт
                                                                                                                      Согласно современным представлениям, пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды, имеющие массу 1 — 3M☉ и диаметр 10 — 20 км.
                                                                                                                      Шварцшильдовский диаметр для 3М☉ — и есть 20 км
                                                                                                                      В то же время каков «предел прочности» для нейтронного газа и вообще какое возможно более плотное чем ядерное состояние вещества — пока неизвестно.
                                                                                                                        +1

                                                                                                                        Дык понятно, что Шварцшильдовский радиус и есть ограничение сверху. Только вот уравнение состояния не известно, поэтому верхний предел массы неизвестен точно. Скорее всего он чуть ниже, чем 3М.

                                                                                                                          0
                                                                                                                          ИМХО, исходя из теории вероятностей — маловероятно чтобы результаты сразу трёх физических законов почти в одной точке пересеклись. Хотя конечно может быть.
                                                                                                                          0
                                                                                                                          Да, предел для указанных масс — это немного больше (5.9 — 17.7 км по диаметру). Какие силы удерживают звезду на диаметре 10-20 км для соответствующих масс после коллапса — точно не знаю.
                                                                                                            +1
                                                                                                            От Солнца нам прилетает обычного света полтора килоджоуля в секунду, и даже в ясную погоду треть застревает в атмосфере. А в пасмурную может и менее процента дойти.
                                                                                                            Гамма будет застревать гораздо сильнее
                                                                                                              0
                                                                                                              Гамма-кванты энергией до 40 МэВ воздухом поглощаются тем меньше, чем больше энергия. Для железа это актуально где-то до 2 МэВ.
                                                                                                              Источник, который я использовал, утверждает такое. Свинец в диапазоне 1-50 МэВ поглощает достаточно хорошо.
                                                                                                              Фактически тут у меня объяснение такое, что квант энергией в 2 массы покоя электрона и более вообще не может хорошо рассеяться на электронах, так как обычный механизм Комптона требует delta_lambda = lambda_K (1-cos teta) — возможно лишь при углах около 0 рассеяние.
                                                                                                              Там выходит зависимость поглощения от заряда ядра как какая-то степень заряда ядра (фактически — числа электронов). Основной состав атмосферы — C,N,O — атомы с Z = 6..8, ну и плотность куда меньше, чем у алюминия (точнее наверное нужна концентрация атомов).
                                                                                                                +2
                                                                                                                Гамма-кванты энергией до 40 МэВ

                                                                                                                Там основная масса фотонов ~100 кЭв и ниже. Поглощаться атмосферой они будут хорошо, мало что долетит даже до высоты 10 км.

                                                                                                      0

                                                                                                      С момента публикации новости о обнаружении гравитационных волн, я не переставал поражаться размерами величин измерения.

                                                                                                        –4
                                                                                                        Люблю, даже АБАЖАЮ «натягивательную физику» — когда под требемые результаты натягивают теорию и законы(что-то не замечая, что-то напрочь игнорируя).
                                                                                                        Про интерферометр Майкельсона и его способность ловить ГВ писали не раз и не два. Но видимо попил важнее науки.
                                                                                                        Давайте разберём пример из статьи — на интерферометр прилетает ГВ, «искажающая» линейные размеры одного или обоих плеч интерферометра. Почему она так делает? Потому-что может. А теперь давайте подумаем — а что будет с пучком света, который пройдёт через тот-же фронт ГВ? будет-ли его путь той-же длины, или всё-же, под действием ГВ он изменится?
                                                                                                        Говоря простыми словами — интерферометр Майкельсона ловит не ГВ, а «изменение притяжения чего-либо к чему либо» ;) И с успехом может ловить пролёт кометы\астероида рядом с Землёй — чувствительность позволяет как-бы. Собственно — на заре науки этим-же методом вычисляли «G» — грузик на ниточке(крутильные весы) подносили к массивному телу и измеряли на сколько он отклонится :)
                                                                                                        Чтоб поймать реальную ГВ сам «ловец» должен быть ВНЕ ПРЕДЕЛОВ волны, чтоб оная не влияла на его физико-механические свойства.
                                                                                                          +2
                                                                                                          Про интерферометр Майкельсона и его способность ловить ГВ писали не раз и не два. Но видимо попил важнее науки.

                                                                                                          Ой, а расскажите-ка подробнее?


                                                                                                          А теперь давайте подумаем — а что будет с пучком света, который пройдёт через тот-же фронт ГВ? будет-ли его путь той-же длины, или всё-же, под действием ГВ он изменится?

                                                                                                          Длина гравитационной волны много больше характерных размеров детектора, это во-первых. Так что "фронт волны" — дело такое… Во-вторых, ГВ увеличивает длину волны света, конечно, но очень слабо. Но это не имеет значения в любом случае — детектор измеряет не длину волну, а относительную фазу света.


                                                                                                          Говоря простыми словами — интерферометр Майкельсона ловит не ГВ, а «изменение притяжения чего-либо к чему либо» ;) И с успехом может ловить пролёт кометы\астероида рядом с Землёй — чувствительность позволяет как-бы.

                                                                                                          Может ловить, но как быть с корреляцией сигналов на трех детекторах в разных частях света? Я уж не говорю, что пролетающий метеорит не вызовет равного смещения в двух плечах в противополжном направлении, и такой формы и длительности сигнала.


                                                                                                          И как быть с последним наблюдением, где поймали ГВ и увидели свет от нейтронных звезд? При этом сначала наблюли ГВ и по ним навели телескопы.

                                                                                                            –3
                                                                                                            1) Если вы не в курсе про опыты майкельсона по ловле «эфира» — гугл вам в помощь ;) Там-же можете найти и про «улачные» методики ловли ГВ.
                                                                                                            2) «Гравитационная волна», якобы, вызывает деформацию самого пространства. Но это означает, что в области, которую накрывает такая деформация пространства, все линейные размеры изменяются одинаково (в относительном исчислении). Если укорачивается резонатор, то укорачиваются и длины световых волн в нём — так, что их количество на длине резонатора остаётся прежним. Это значит, что, с помощью оптического интерферометра, никаких фазовых эффектов из-за «растяжения-сжатия пространства» не обнаружится в принципе, и проект LIGO изначально был физически бессмысленен.
                                                                                                            3) «коореляция сигнала» — в статье почему-то молчат, но на самом деле данные «датчики» ловят «шум» постоянно. найти в записях три похожих сигнала — дело техники и правильных мат-фильтров
                                                                                                            4) вам-бы ещё и астрономию подучить напоследок — НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА НЕ ИЗЛУЧАЕТ СВЕТ ВООБЩЕ! По сути — это как написать, что увидели свет, исодящий от астероида на расстоянии сотни миллионов световых лет ;) Почему от астероида? Наверно потому-что размеры сопоставимы — средний размер нейтронных звёзд 10-20км(хотя кто-то утверждал и про существование «массивных» звёзд диаметром до 100км). Про тот всплеск ещё есть кое-что интересное — наш «Интеграл» его не засёк(хотя «учоные» и уверяют в обратном) ;)
                                                                                                            Кое-что про ОТО
                                                                                                            Принцип неопределённости Гейзенберга проявляется не только на микроуровне, но и на макроуровне.

                                                                                                            Нащупывая положение одной частицы с помощью другой, мы как бы узнаём её местоположение, но при этом, одновременно воздействуя своей пробной частицей на искомую, мы изменяем её локализацию. Том Парди (Tom Purdy) с командой из Колорадского университета в Боулдере (США) покрыл раму со стороной в полмиллиметра листом нитрида кремния 40-нанометровой толщину. Размеры полученного «барабанчика» при этом оказались сравнимы с размерами песчинки. Чтобы случайные флуктуации не гасили квантовые эффекты в «барабанчике» его поместили в вакуумную камеру и охладили до нескольких градусов выше абсолютного нуля. «Барабанчик» стали с помощью лазера облучать фотонами, пытаясь измерить точные положения колеблющейся при этом его рабочей поверхности в каждый момент времени. Это не удалось, ошибки в измерениях стали нарастать. И это происходило в соответствии с принципом неопределённости.

                                                                                                            Прямое наблюдение принципа неопределённости на полумиллиметровом масштабе указывает на невозможность создания приборов бесконечной точности. Всегда когда некие уч0ные заявляют об измерении некого параметра с точностью сравнимой с размерами атомов, не упоминая, и не думая о принципе неопределенности, они либо недопонимают, что они измеряют, либо лгут.

                                                                                                            Всё это относится и к эксперименту Advanced LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), сделавших официальное объявление относительно факта, который, как они верят, «является одним из самых больших прорывов в физике за прошедшие сто лет, это регистрация гравитационных волн».

                                                                                                            Оборудование обсерватории LIGO работает, многократно отражая лучи лазеров, которые проходят через 4-километровые туннели, располагающиеся под прямым углом относительно друг друга. Рядом с системой зеркал расположены сверхчувствительные датчики движения, которые регистрируют малейшие отклонения лазерного луча, происходящие под воздействием гравитационных волн в момент, когда они проходят в области Земли. Чувствительность всей системы столь высока, что датчики могут зарегистрировать отклонение луча лазера на величину, меньшее, чем тысячная часть от диаметра протона.

                                                                                                            В реальном мире нет никакого постулированного Эйнштейном пространственно-временного континуума".

                                                                                                            Общая теория относительности (ОТО) — теория тяготения опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915—1916 годах. В общей теории относительности постулируется, что гравитация это не взаимодействие тел посредством каких-то носителей гравитации, а деформация массой материи некоего субстрата, заявленного Эйнштейном четвёртым измерением нашего мира и названного им «пространством-временем».

                                                                                                            В случае релятивистских моделей время не может быть отделено от трёх измерений пространства, потому что наблюдаемая скорость, с которой течёт время для объекта, зависит от его скорости относительно наблюдателя, а также от силы гравитационного поля, усиление которого замедляет течение времени.

                                                                                                            В пространстве-времени координатная сетка, которая простирается в 3+1 измерениях, локализует события (вместо просто точки в пространстве), то есть время добавляется как ещё одно измерение в координатной сетке.

                                                                                                            Ускорение времени вдали от массивных тел означает, что перемещённые от массивных тел в такое место объекты небольшой массы должны двигаться по координате времени быстрее таких же объектов оставшихся в поле тяготения массивных объектов. То есть, находящиеся вдали от массивных тел объекты, для объектов оставшихся в поле тяготения массивных объектов, уйдут в будущее, и наблюдение их актуальных состояний окажется невозможным, будут наблюдаться только следы оставшиеся в прошлом. Послать и получить сигнал в будущее и из будущего не получится. Так же невозможно существование никаких объектов большой массы, так как при их движении по орбитам их внутренние части, находясь в замедленном времени, будут оставаться в прошлом, по сравнению с внешними частями. А чёрные дыры вообще должны при возникновении остаться в том времени, в котором возникли, и исчезать для тех объектов, которые продолжают двигаться во времени.

                                                                                                            Ничего из следствий общей теории относительности в реальности не наблюдается.


                                                                                                            Вот ещё можете по теме почитать: round-the-world.org/?p=1101
                                                                                                              0

                                                                                                              Ах, как же это прекрасно, просто эталон! Я даже отвечу, настолько это хорошо.


                                                                                                              1) Если вы не в курсе про опыты майкельсона по ловле «эфира» — гугл вам в помощь ;) Там-же можете найти и про «улачные» методики ловли ГВ.

                                                                                                              А как по-вашему — эфир есть?


                                                                                                              2) Это значит, что, с помощью оптического интерферометра, никаких фазовых эффектов из-за «растяжения-сжатия пространства» не обнаружится в принципе, и проект LIGO изначально был физически бессмысленен.

                                                                                                              Интерферометр измеряет не длину волн, а разницу в фазе. Длина волны, кстати, изменяется гораздо меньше длины интерферометра, тк изменение пропорционально характерному размеру.


                                                                                                              3) «коореляция сигнала» — в статье почему-то молчат, но на самом деле данные «датчики» ловят «шум» постоянно. найти в записях три похожих сигнала — дело техники и правильных мат-фильтров

                                                                                                              Все сырые данные в открытом доступе, найдите мне там сигналы одинаковой формы, частоты и длительности.


                                                                                                              4) вам-бы ещё и астрономию подучить напоследок — НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА НЕ ИЗЛУЧАЕТ СВЕТ ВООБЩЕ!

                                                                                                              Столкновение двух нейтронных звезд (то, что наблюдали) — это как взрыв сверхновой, которые мы наблюдаем постоянно и на гораздо больших расстояниях от земли.


                                                                                                              Про тот всплеск ещё есть кое-что интересное — наш «Интеграл» его не засёк(хотя «учоные» и уверяют в обратном) ;)

                                                                                                              Пруф?)

                                                                                                                –1
                                                                                                                А как по-вашему — эфир есть?

                                                                                                                эфир? Он-же «вакуум», он-же «квантовый суп», он-же «море Дирака» — есть. За счёт него и происходит передача всего и вся ;)
                                                                                                                Интерферометр измеряет не длину волн, а разницу в фазе. Длина волны, кстати, изменяется гораздо меньше длины интерферометра, тк изменение пропорционально характерному размеру.

                                                                                                                ок. вот вам «фаза»
                                                                                                                image
                                                                                                                Фаза зависит от длины пройденного пучком, а если длина неизменна — разность фаз будет равна НУЛЮ!
                                                                                                                Все сырые данные в открытом доступе, найдите мне там сигналы одинаковой формы, частоты и длительности.

                                                                                                                Все? Если не секрет — где? и сколько террабайт данных они занимают?
                                                                                                                  +1
                                                                                                                  Фаза зависит от длины пройденного пучком, а если длина неизменна — разность фаз будет равна НУЛЮ!

                                                                                                                  Кто бы спорил, но длина-то как раз и изменяется. Представьте, что у вас не постоянное поле, а один фотон в одном плече, и один — в другом. Вы их испускаете одновременно, а потом измеряете задержку одного относительно другого, если длина плеча меняется. ГВ сжимает одно плечо и удлинняет другое — возникает задержка, вы это и измеряете.


                                                                                                                  Все? Если не секрет — где? и сколько террабайт данных они занимают?

                                                                                                                  За прошлые научные циклы все целиком, за нынешний — пока только опубликованные события. Данных много, конечно:) Но для самих событий там поменьше. Заодно есть туториалы, как с данными работать, и если хотите — опенсорсные программы для работы с ними.


                                                                                                                  https://losc.ligo.org/data/

                                                                                                                    –2
                                                                                                                    Кто бы спорил, но длина-то как раз и изменяется. Представьте, что у вас не постоянное поле, а один фотон в одном плече, и один — в другом. Вы их испускаете одновременно, а потом измеряете задержку одного относительно другого, если длина плеча меняется. ГВ сжимает одно плечо и удлиняет другое — возникает задержка, вы это и измеряете.

                                                                                                                    ГВ сжимает и удлиняет плечи для «внешнего» наблюдателя! Для самой-же системы резонаторов ровным счётом НИЧЕГО не происходит — ГВ сжала не «плечо», она сжимает тот самый «вакуум» — в пределах резонатора (да и за его пределами в пределах фронта волны) ровным счётом никто ничего и не заметит. Сжимается/расширяется(растягивается) не только пространство. Вы забываете про ещё один параметр — время. Или вы забыли, что гравитация может влиять на его течение?
                                                                                                                    Для измерения ГВ нужны инструменты сопоставимые по размерам с данными волнами ;) Хотяб немного. хотяб в четверть орбиты тех самых двойных звёзд/ЧД.
                                                                                                                    То, что сейчас «ваяют» учёные похоже на попытки поймать что-либо в «километровом» диапазоне на кусок кабеля размером с сотые доли миллиметра(утрировано, но «порядки» там ещё «хуже»).
                                                                                                                      0
                                                                                                                      ГВ сжимает и удлиняет плечи для «внешнего» наблюдателя!

                                                                                                                      Какая разница? Тут не те скорости и амплитуды, чтобы была разница между внешним и внутренним.


                                                                                                                      Вы забываете про ещё один параметр — время. Или вы забыли, что гравитация может влиять на его течение?

                                                                                                                      Гравитационные волны не меняют течение времени. Их расчет ведется в линейном приближении, в нормировке TT-gauge, там времени нет как параметра. Время появляется во втором порядке малости.


                                                                                                                      Это все очень просто показать.

                                                                                                                        –2
                                                                                                                        Ну почему-же — скорости света, амплитуды сравнимы с размером нуклона ;) Когда играемся с такими величинами любой «чих» — это уже великая проблема. особенно если не учитываем время…
                                                                                                                        Ну да, вот вам и натягивание «фактов» под нужную теорию.
                                                                                                                        если в расчётах вообще не учитывается время — как они тогда высчитали «разность фаз»? Ведь пучки могут сдвигаться по фазе не только из-за линейного — но и из-за временного сдвига! Когда один пучок подотстал из-за более долго времени пролёта по плечу! может в этом проблема современной физики? Не обращать внимание на «мелочи» и строить огромные, но в принципе неработающие агрегаты?
                                                                                                                          0
                                                                                                                          если в расчётах вообще не учитывается время — как они тогда высчитали «разность фаз»?

                                                                                                                          Я не сказал, что время не учитывается, я сказал, что гравитационная волна не изменяет течение времени.

                                                                                                                            –3
                                                                                                                            Я и говорю — «подгонять факты под требуемую теорию» ;)
                                                                                                                            если волна в состоянии «искривить» пространство — то почему она не может искривить время? Вроде дедушка Энштейн сам говорил, что без времени не существует пространства? И именно он ввёл понятие «пространство-время» ;)
                                                                                                                            И тут приходят «умные» учёные и отбрасывают время как ненужный довесок. Точнее — как вредный довесок, который на корню сшибает все теоретические выкладки и рубит возможность работы прибора на корню…
                                                                                                                            ну и кусочек из всеми любимой «педивики»:
                                                                                                                            В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение, и все четыре измерения органически связаны в единое целое, являясь почти равноправными и в определённых рамках (см. примечания ниже) способными переходить друг в друга при смене наблюдателем системы отсчёта.
                                                                                                                              +1
                                                                                                                              Я и говорю — «подгонять факты под требуемую теорию» ;)

                                                                                                                              Не верьте мне на слово — возьмите и посчитайте, как гравитационные волны искажают пространство и время, и увидите, что пространство искажают, а время — почти нет. Сам "дедушка Эйнштейн" эти волны из своей же теории и вывел. Так что вы уж определитесь, он "умный" ученый или нет.

                                                                                                                0
                                                                                                                Фронт пришедшей волны параллелен одному из плеч. Одно из плеч сократится в длину, другое — в ширину. Вот разность фаз и возникнет. А если светить навстречу друг другу — да, будут проблемы.
                                                                                                                  –3
                                                                                                                  А если подумать? При воздействии ГВ кол-во волн, укладывающихся в резонаторе не изменяется вне зависимости от его размеров(без изменения кол-ва не меняется и фаза), ибо ГВ сокращает/увеличивает и длину волны света внутри резонатора.
                                                                                                                  Правда тяжко понять, когда что-то меняется, а вы это определить не можете :)
                                                                                                                  Относительно системы счисления «резонатора» размеры не меняются вообще!
                                                                                                                    +1

                                                                                                                    Вот и подумайте. Длина волны света и длина плеча интерферометра меняются непропорционально. Почему? Учите ЭД (достаточно и обычной Максвелловской).
                                                                                                                    Хотя чего это вам объяснять, вы просто "не заметите" это объяснение.

                                                                                                            0
                                                                                                            Следующий вариант установки на Луне можно сделать. Вроде как там нет проблем с движением литосферных плит, вакуум и проще крепить конструкции чем в открытом космосе.
                                                                                                              +1

                                                                                                              Жалко, что ученых сложно будет туда затащить, и строителей, если местный рейнджер въедет в трубу на ровере.

                                                                                                                0
                                                                                                                Нет там тоже иногда случаются Лунотрясения
                                                                                                                0

                                                                                                                Почему фотоны тоже не увеличивают/уменьшают длину волны вместе с растяжением/сжатием пространства? Разве линейка не должна тоже растягиваться вместе с пространством? Никак не могу понять, как это работает.

                                                                                                                  +1

                                                                                                                  Фотоны увеличивают длину, но нам в общем все равно — мы измеряем разницу во времени полета этих фотонов в плечах интерферометра.

                                                                                                                    –3
                                                                                                                    ГВ растягивает/сжимает ВСЕ координаты пространства-времени. Все. Даже время. Поэтому время пролёта внутри резонатора будет неизменным! Так-же как и размеры этих резонаторов. Чтоб определить изменение размеров их нужно измерять из другой, не связанной с резонаторами и самой ГВ, системы отсчёта. Ибо присутвие ГВ автоматически включит «измерителя» в ту-же систему отсчёта что и резонатор(и он ничего путного ненамеряет)
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Волну которую посредством материальных объектов можно излучить — всегда можно и принять, потому как она с материей взаимодействует.
                                                                                                                        0
                                                                                                                        Добавлю из своих знаний. ГВ изменяет метрику, значит можно записать уравнение движения пробной частицы по геодезической. Правда как его записать при наличии прочих сил — не искал.
                                                                                                                        А, там наверное ещё все сложно для частицы без массы покоя (фотона).

                                                                                                                        А так, Вы конечно правы. И отдельные атомы водорода на расстоянии миллиона километров от точки столкновения почувствуют изменение импульса.
                                                                                                                  –3
                                                                                                                  Я один прочитал в заголовке статьи LEGO вместо LIGO ?)
                                                                                                                  • UFO just landed and posted this here
                                                                                                                    • UFO just landed and posted this here
                                                                                                                        0
                                                                                                                        В данном случае речь идет скорее о задаче «поставить 10000 протонов в линию и измерить их длину с точностью выше 1 диаметра протона».
                                                                                                                          +1

                                                                                                                          Даже не так: поставить 10000 протонов в линию и измерить изменение их длины с точностью выше 1 диаметра. Саму длину никто не знает с такой точностью, конечно.

                                                                                                                      Only users with full accounts can post comments. Log in, please.