Ακούγοντας τους Ουρανούς: Η Ανακάλυψη των Βαρυτικών Κυμάτων απέδειξε ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο



σε συνεργασια με ΟΝΟΜΑ

Το γεγονός ήταν βαρυσήμαντο—και η δήλωση που το ανακοινώνει στον κόσμο ήρθε με δεόντως ενθουσιασμένο τόνο, ενώ ήταν επίσης ανεπιφύλακτη και επίκαιρη: Κυρίες και κύριοι,…ανιχνεύσαμε…βαρυτικά κύματα! Τα καταφέραμε!

Με αυτά τα λόγια, ο David Reitze, εκτελεστικός διευθυντής του Παρατηρητηρίου Gravitational Wave Wave (LIGO), αποκάλυψε την ανακάλυψη σε ένα δωμάτιο γεμάτο με δημοσιογράφους στο National Press Club στην Ουάσιγκτον, DC, στις 11 Φεβρουαρίου 2016. (Η πραγματική ανίχνευση συνέβη στις 14 Σεπτεμβρίου 2015.)

πώς ορίζουν οι αποδόσεις οι παίκτες στοιχημάτων

Η ανακάλυψη παρείχε τα πρώτα στοιχεία για να υποστηρίξει την πίστη του Άλμπερτ Αϊνστάιν για την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων που ήταν μέρος της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Ένα νέο πεδίο επιστημονικής έρευνας, που ονομάζεται αστρονομία βαρυτικών κυμάτων, τροφοδότησε αυτό το αξιοσημείωτο επίτευγμα στο LIGO - μέσω της χρήσης μιας συσκευής λέιζερ, που ονομάζεται συμβολόμετρο, που περιλαμβάνει αισθητήρες υψηλής ακρίβειας, λειτουργικούς ενισχυτές και άλλα προϊόντα από την Analog Devices, Inc. (ADI).



Η πηγή του βαρυτικού κύματος ήταν η σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών, 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη, η οποία δημιούργησε μια ισχύ βαρυτικών κυμάτων 10 φορές μεγαλύτερη από τη συνδυασμένη ακτινοβολούμενη ενέργεια όλων των αστεριών στο σύμπαν.

Βρήκαν τα [βαρυτικά] κύματα του Αϊνστάιν 100 χρόνια αργότερα, και συνέβη ακριβώς εδώ, και εδώ είναι η μηχανή που το έκανε, θαυμάζει ο David Kress, διευθυντής τεχνικού μάρκετινγκ στην ADI και απόφοιτος του MIT. Δεν υπάρχει τίποτα καλύτερο — και ξέρω ότι τα μέρη μας βρίσκονται σε αυτό.

Ακούγοντας το Σύμπαν

Το LIGO αποτελείται από δύο παρατηρητήρια και εγκαταστάσεις—ένα στο Χάνφορντ της Ουάσιγκτον και το άλλο στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνα—και τα δύο άρχισαν να λειτουργούν το 2002. Το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF) χρηματοδότησε αυτό το μεγάλης κλίμακας έργο φυσικής και αυτές οι εγκαταστάσεις ήταν τότε δημιουργήθηκε, κατασκευάστηκε και λειτουργεί από την Caltech και το MIT. Τα δίδυμα αστεροσκοπεία, τα οποία είναι από τα μεγαλύτερα και πιο φιλόδοξα έργα που χρηματοδοτούνται από το NSF μέχρι σήμερα, σχεδιάστηκαν για να παρατηρούν αστροφυσικά βαρυτικά κύματα - τα οποία στην πραγματικότητα δεν είναι ορατά. Ο μόνος τρόπος για να ανιχνεύσουμε την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων είναι να ακούσουμε τους ουρανούς.

Κάθε εγκατάσταση LIGO τοποθετεί ένα λέιζερ σε ένα εξαιρετικά υψηλό κενό, χωρίζει το λέιζερ στα δύο και στέλνει κάθε ακτίνα κάτω από έναν από τους δύο βραχίονες των 2,5 μιλίων που είναι κάθετοι ο ένας στον άλλο. Στη συνέχεια, οι ακτίνες λέιζερ ανακλώνται πίσω από καθρέφτες που τοποθετούνται στα άκρα των βραχιόνων.



Τα συμβολόμετρα είναι εργαλεία διερεύνησης που χρησιμοποιούνται συνήθως στην επιστήμη και τη μηχανική. Λειτουργούν με τη συγχώνευση δύο ή περισσότερων πηγών φωτός για να δημιουργήσουν ένα μοτίβο παρεμβολής, το οποίο μπορεί να μετρηθεί και να αναλυθεί. Τα συμβολόμετρα του LIGO έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν μετρήσεις πολύ μικρές για να ληφθούν με άλλες μεθόδους.

wikileaks ή οτιδήποτε άλλο .com

Όταν περνά ένα βαρυτικό κύμα, μεταβάλλει το χρόνο στη γύρω περιοχή, προκαλώντας μια μικρή κίνηση των βραχιόνων μεταξύ τους, της τάξης του 1/1000 του πλάτους ενός πρωτονίου. Αυτό αλλάζει τις σχετικές φάσεις του επιστρεφόμενου φωτός μόλις οι συσκευές λάβουν τα δεδομένα, απελευθερώνοντας φως σε έναν οπτικό αισθητήρα, ο οποίος έχει ως αποτέλεσμα ένα μετρήσιμο σήμα ή τσιτάτο.

Όταν σκέφτεστε ένα παραδοσιακό παρατηρητήριο, έχετε μια διανοητική εικόνα κάποιου που κρυφοκοιτάει μέσα από ένα σκόπευτρο, κοιτάζοντας έξω στο διάστημα μέσω ενός τηλεσκοπίου που έχει σχεδιαστεί για να δέχεται φως, λέει ο Rich Abbott, επικεφαλής σχεδιαστής αναλογικών κυκλωμάτων στο LIGO. Αυτό που κάνει το LIGO - και αυτό που το κάνει μοναδικό - είναι ότι μετρά τα βαρυτικά κύματα, τα οποία δεν εμφανίζονται σαν φως. Για να περιγράψει την εξαιρετική ευαισθησία του συμβολόμετρου LIGO, το συγκρίνει με μια ζυγαριά: Αν μπορούσατε να αφαιρέσετε όλη την άμμο από όλες τις παραλίες μας στη Γη και να τη στοιβάζετε στη ζυγαριά, ο ανιχνευτής LIGO είναι αρκετά ευαίσθητος ώστε να μπορείτε να εντοπίσετε την αφαίρεση λιγότερο από έναν κόκκο άμμου.

Υψηλή απόδοση: LIGO και τεχνολογία ADI

Το LIGO χρησιμοποιεί μια σειρά από τεχνολογίες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων από την ADI. Τα συμβολόμετρα LIGO λειτουργούν προβλέποντας και αντισταθμίζοντας όλες τις πιθανές πηγές θορύβου και κραδασμών περιβάλλοντος. Αυτό σημαίνει ότι η έξοδος λέιζερ που χρησιμοποιείται από το συμβολόμετρο πρέπει να παραμένει εξαιρετικά σταθερή, με εξαιρετικά μικρές διακυμάνσεις στη συχνότητα και το πλάτος.

Για αυτόν τον λόγο, η ομάδα LIGO χρειαζόταν ένα σύστημα ανάδρασης για να μετρήσει επαρκώς την έξοδο φωτός ενώ ελέγχει το πλάτος. Αυτό απαιτούσε έναν ενισχυτή εξαιρετικά χαμηλού θορύβου με υψηλή απόδοση. Η ομάδα LIGO επέλεξε τον λειτουργικό ενισχυτή AD797 (ή op amp) της ADI για τις δυνατότητές του πολύ χαμηλού θορύβου και χαμηλής παραμόρφωσης. Ο ενισχυτής AD797 χρησιμοποιείται επίσης σε εφαρμογές απεικόνισης υπερύθρων και σόναρ, μεταξύ άλλων χρήσεων. Άλλα προϊόντα ADI χρησιμοποιούνται επίσης στην τεχνολογία LIGO:

  • Ο αισθητήρας θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας AD590 της ADI σταθεροποιεί τη συχνότητα λέιζερ και μετρά τη μέση θερμοκρασία του γυάλινου θαλάμου κενού που στεγάζει το λέιζερ.
  • Η ισχύς στο λέιζερ μπορεί γρήγορα να αυξηθεί σε κιλοβάτ μέσα στις κοιλότητες συντονισμού των βραχιόνων, παραμορφώνοντας τις μετρήσεις. Το LIGO χρησιμοποιεί έναν ενισχυτή υψηλής τάσης ADA4700 για να οδηγεί ηλεκτροστατικούς ενεργοποιητές για να διατηρεί τους καθρέφτες σε ευθυγράμμιση.
  • Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες οδηγούν το σύστημα ανάρτησης καθρέφτη του LIGO. Σε αυτό το σύστημα, το τσιπ AD736 RMS μετρά την παροχή ισχύος στις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες, επιτρέποντας οποιαδήποτε απαιτούμενη και ακριβή κλίση, κλίση και εκτροπή.

Η σταθεροποίηση του πλάτους του λέιζερ είναι ένα από τα κλειδιά για την επιτυχή αναγνώριση των βαρυτικών κυμάτων επειδή οι διακυμάνσεις θα μπορούσαν να φαίνονται σαν σήματα, σημειώνει ο Abbott. Γι' αυτό χρειαζόμασταν μια τόσο εστιασμένη, μη ποικιλία-κήπων, λύση.

αφαίρεση εμφυτεύματος ελέγχου μυαλού

Απόδειξη της απόδοσης του Αϊνστάιν

Η πρώτη εικόνα ενός πραγματικού σήματος βαρυτικού κύματος εντοπίστηκε αρχικά στο LIGO Livingston. τότε μόλις 7 χιλιοστά του δευτερολέπτου αργότερα, έφτασε στην τοποθεσία Hanford. Η ανακάλυψη έγινε κατά την πρώτη εβδομάδα χρήσης νέων προηγμένων ανιχνευτών λέιζερ LIGO, οι οποίοι περιελάμβαναν τις τεχνολογίες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ADI. Η ομάδα του LIGO ήταν ενθουσιασμένη που ανίχνευσε τα βαρυτικά κύματα τόσο σύντομα μετά την εγκατάσταση της νέας συσκευής—και ότι το σήμα ήταν τόσο δυνατό που ήταν αλάνθαστο.

Η υστέρηση μεταξύ της ανακάλυψης του σήματος βαρυτικού κύματος και της δημόσιας αποκάλυψής του αντανακλούσε την ανάγκη της ομάδας να διερευνήσει και να επιβεβαιώσει ότι ήταν, πράγματι, πραγματικό. Για αρκετές εβδομάδες, οι επιστήμονες του LIGO διεξήγαγαν πειράματα και στα δύο παρατηρητήρια για να αποκλείσουν την πιθανότητα ότι μια οργανική ανωμαλία ή σφάλμα λογισμικού προκάλεσε τα σήματα. Τελικά, οι επιστήμονες ολοκλήρωσαν αυτό που είναι γνωστό ως ανάλυση συσχέτισης και σύζευξης, η οποία κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το σήμα θα μπορούσε να προέρχεται μόνο από το βαθύ διάστημα. Όλο το προσωπικό του LIGO ορκίστηκε μυστικότητα από τότε μέχρι τη δημόσια ανακοίνωση.

Αργότερα, ένα δεύτερο βαρυτικό κύμα εντοπίστηκε την ημέρα των Χριστουγέννων του 2015. Και πάλι, οι επιστήμονες ερεύνησαν διεξοδικά και, αφού επιβεβαίωσαν την κοσμική προέλευση του σήματος, ανακοίνωσαν την ανίχνευσή του στις 15 Ιουνίου 2016.

Όταν ο Αϊνστάιν πρότεινε την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων και μαύρων οπών, πίστευε ότι θα ήταν ουσιαστικά αδύνατο να τα εξακριβώσει πραγματικά. Το γεγονός ότι οι αισθητήρες ADI και άλλες συσκευές συνέβαλαν στην ακρίβεια των συμβολομέτρων που τελικά πέτυχαν αυτό το κατόρθωμα παραμένει πηγή μεγάλης υπερηφάνειας για όσους ασχολούνται με την ανάπτυξη της τεχνολογίας.

Η Analog Devices υποστηρίζει εφαρμογές ακριβείας για παρατήρηση της Γης, εντοπισμό θέσης επικοινωνίας στο διάστημα, οχήματα εκτόξευσης και εξερεύνηση του διαστήματος για περισσότερα από 40 χρόνια τώρα, λέει ο Bob Barfield, διευθυντής αεροδιαστημικής και άμυνας στην ADI. Όταν σκέφτεστε τι υπάρχει στο διάστημα και τι είναι πέρα ​​από αυτό που ξέρουμε αυτή τη στιγμή, είναι συγκλονιστικό. Μερικά από τα πράγματα που ανακαλύπτονται - είναι απλώς συναρπαστικό να πιστεύουμε ότι βρισκόμαστε στα όρια αυτού.

Για να μάθετε περισσότερα και να δείτε ένα βίντεο σχετικά με το έργο LIGO, επισκεφτείτε www.analog.com/en/landing-pages/001/ligo.html?icid=ligo_en_hp .

κρύβω

Πραγματικές Τεχνολογίες

Κατηγορία

Χωρίς Κατηγοριοποίηση

Τεχνολογία

Βιοτεχνολογία

Τεχνική Πολιτική

Την Αλλαγή Του Κλίματος

Άνθρωποι Και Τεχνολογία

Silicon Valley

Χρήση Υπολογιστή

Περιοδικό Mit News

Τεχνητή Νοημοσύνη

Χώρος

Έξυπνες Πόλεις

Blockchain

Feature Story

Προφίλ Αποφοίτων

Σύνδεση Αποφοίτων

Δυνατότητα Ειδήσεων Mit

1865

Η Θέα Μου

77 Mass Ave

Γνωρίστε Τον Συγγραφέα

Προφίλ Στη Γενναιοδωρία

Βλέπεται Στην Πανεπιστημιούπολη

Επιστολές Αποφοίτων

Νέα

Εκλογές 2020

Με Ευρετήριο

Κάτω Από Τον Θόλο

Πυροσβεστική Μάνικα

Άπειρες Ιστορίες

Πανδημικό Τεχνολογικό Έργο

Από Τον Πρόεδρο

Θέμα Εξώφυλλου

Φωτογραφίες

Συνιστάται