यह आधिकारिक है: इस गुरुवार, फरवरी 11, 10:30 ईएसटी पर, समानांतर प्रेस कॉन्फ्रेंस होंगी वाशिंगटन, डीसी में नेशनल प्रेस क्लब में , में हनोवर, जर्मनी , तथा इटली में पीसा के पास . आधिकारिक तौर पर पुष्टि नहीं हुई है, लेकिन अत्यधिक संभावना है कि एलआईजीओ गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर चलाने वाले लोग गुरुत्वाकर्षण लहर की पहली प्रत्यक्ष पहचान की घोषणा करेंगे। प्रकाश की गति से यात्रा करते हुए अंतरिक्ष-समय की सूक्ष्म विकृतियों का पहला प्रत्यक्ष पता लगाना, पहली बार लगभग 100 साल पहले अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा प्रतिपादित किया गया था। नोबेल पुरस्कार का समय।
यदि आपने ऐसा नहीं किया है, तो अपने गुरुत्वाकर्षण तरंग की मूल बातें पर ब्रश करने का समय आ गया है! में गुरुत्वाकर्षण तरंगें और वे कैसे अंतरिक्ष को विकृत करती हैं , मैंने देखा कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें क्या हैंकरना. अब, अगले चरण पर: हम कैसे कर सकते हैंउपायवे क्या करते है? LIGO जैसे गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर कैसे काम करते हैं?
याद रखें कि इस तरह एक गुरुत्वाकर्षण तरंग कणों के बीच की दूरी को बदल देगी, खाली जगह में एक गोलाकार गठन में स्वतंत्र रूप से तैरती है:तरंग स्क्रीन पर समकोण पर आपकी ओर गति कर रही है। मैंने दूरी परिवर्तनों को बहुत बढ़ा-चढ़ा कर पेश किया है। एक यथार्थवादी लहर के लिए, पृथ्वी और सूर्य के बीच की विशाल दूरी भी हाइड्रोजन परमाणु के व्यास के एक अंश से ही बदलेगी। वास्तव में छोटे बदलाव।
इस तरह कुछ कैसे पता लगाएं?
1960 के दशक में गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के पहले असफल प्रयासों ने यह मापने की कोशिश की कि वे कैसे एल्यूमीनियम सिलेंडरों को बहुत नरम घंटी की तरह बजाते हैं। (दुखद कहानी; जो वेबर [1919-2000], इसके पीछे अग्रणी भौतिक विज्ञानी थेज़रूरउन्होंने इस तरह गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाया था; पूरी तरह से विश्लेषण और प्रतिकृति प्रयासों के बाद, सामुदायिक सहमति उभरी जो उन्होंने नहीं की थी।)
बाद में, भौतिक विज्ञानी वैकल्पिक योजना लेकर आए। कल्पना करें कि आप पिछले एनीमेशन के केंद्र में एक डिटेक्टर के साथ काले बिंदु को बदल रहे हैं, और एक लेजर प्रकाश स्रोत के साथ सबसे दाहिने लाल कण को बदल रहे हैं। अब आप प्रकाश स्रोत से संसूचक तक प्रकाश दालें (तेज लाल बिंदुओं द्वारा निरूपित) भेजते हैं; आइए पहले इसे गुरुत्वीय तरंग के स्विच ऑफ के साथ देखें:
हर बार जब कोई प्रकाश पल्स डिटेक्टर तक पहुंचता है, तो एक संकेतक प्रकाश पीला चमकता है। दालों को नियमित रूप से भेजा जाता है, वे सभी एक ही गति से यात्रा करते हैं, इसलिए वे नियमित अंतराल में डिटेक्टर तक भी पहुंचते हैं।
यदि कोई गुरुत्वीय तरंग इस प्रणाली से होकर गुजरती है, तो फिर से पीछे से और आपकी ओर आकर दूरियां बदल जाएंगी। आइए हम अपने कैमरे को डिटेक्टर पर प्रशिक्षित रखें, ताकि डिटेक्टर वहीं रहे जहां वह है। प्रकाश स्रोत के लिए बदलती दूरी, और प्रकाश दालों के बीच बदलती दूरी, और प्रकाश दालों और डिटेक्टर या स्रोत के बीच की दूरी में कुछ परिवर्तन गुरुत्वाकर्षण तरंग के कारण होते हैं। यहाँ वह दिखाई देगा (फिर से, अत्यधिक अतिरंजित):
अपनी निगाह टिमटिमाती रोशनी पर रखें, और आप देखेंगे कि इसका झपकना अब इतना नियमित नहीं है। कभी प्रकाश तेजी से झपकाता है, कभी धीमा। यह गुरुत्वाकर्षण तरंग का प्रभाव है। एक प्रभाव जिसके द्वाराहम पता लगाने की उम्मीद कर सकते हैंटी गुरुत्वाकर्षण लहर।
इस मामले में 'हम' रेडियो खगोलविद हैं, जिन्हें के रूप में जाना जाता है, पर काम कर रहे हैं पल्सर समय सारणी . नियमित दालों के प्रेषक पल्सर होते हैं, जो एक ब्रह्मांडीय प्रकाशस्तंभ की तरह हमारे एंटेना में एक रेडियो बीम को घुमाते हुए न्यूट्रॉन तारे को घुमाते हैं। डिटेक्टर यहां पृथ्वी पर रेडियो टेलीस्कोप हैं। पता लगाना आसान है लेकिन कुछ भी। एक पल्सर के साथ, आपको आधे से अधिक वर्षों के कुछ अरबवें हिस्से की सटीकता के साथ पल्स आगमन के समय को ट्रैक करने की आवश्यकता होगी, और सुनिश्चित करें कि आप समय भिन्नता के विभिन्न अन्य स्रोतों से मूर्ख नहीं बन रहे हैं। अभी तक इस तरह से किसी गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता नहीं चला है, हालांकि रेडियो खगोलविद इस पर कायम हैं।
यह देखने के लिए कि एलआईजीओ जैसे गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर कैसे काम करते हैं, हमें चीजों को थोड़ा और जटिल बनाने की जरूरत है।
इंटरफेरोमेट्रिक गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर: सेट-अप
यहां मूल सेट-अप है: दो दर्पण, एक रिसीवर (या 'लाइट डिटेक्टर'), एक प्रकाश स्रोत और जिसे बीमस्प्लिटर के रूप में जाना जाता है:
प्रकाश को (लेजर) प्रकाश स्रोत LS से बीमस्प्लिटर B तक डिटेक्टर में भेजा जाता है, जो अपने नाम के अनुरूप, प्रकाश का आधा भाग दर्पण M1 पर भेजता है और दूसरे आधे को दर्पण M2 तक जाने देता है। क्रमशः M1 और M2 पर, प्रकाश बीम स्प्लिटर पर वापस परावर्तित होता है। वहां, M1 (या M2) से आने वाला प्रकाश फिर से विभाजित हो जाता है, आधा प्रकाश डिटेक्टर LD की ओर जाता है, दूसरा आधा वापस प्रकाश स्रोत LS की दिशा में। हम बाद के आधे हिस्से की उपेक्षा करेंगे और अपनी सरल व्याख्या के लिए यह दिखावा करेंगे कि M1 या M2 से B तक पहुंचने वाला सारा प्रकाश लाइट डिटेक्टर LD पर चला जाता है।
(भ्रम से बचने के लिए, मैं हमेशा एलडी को 'लाइट डिटेक्टर' के रूप में संदर्भित करूंगा और अयोग्य शब्द 'डिटेक्टर' को पूरे सेटअप के लिए ले जाऊंगा।)
वैसे, इस सेटअप को माइकलसन इंटरफेरोमीटर कहा जाता है। हम नीचे देखेंगे कि यह गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों के लिए एक अच्छा सेटअप क्यों है।
इस प्रकार, हम मानेंगे कि दर्पण और बीम फाड़नेवाला, निलंबित होने के रूप में दिखाया गया है, गुरुत्वाकर्षण तरंग पर उसी तरह प्रतिक्रिया करता है जैसे स्वतंत्र रूप से तैरने वाले कण प्रतिक्रिया करेंगे। मुख्य प्रभाव दर्पण और बीम स्प्लिटर के बीच होते हैं जिन्हें डिटेक्टर की दो भुजाएं कहा जाता है। आज के डिटेक्टरों में हाथ की लंबाई बहुत बड़ी है, जो कुछ किलोमीटर तक चलती है। इसकी तुलना में, प्रकाश स्रोत और प्रकाश डिटेक्टर बीमस्प्लिटर के बहुत करीब हैं; इन तीनों के बीच दूरियों के परिवर्तन का कोई मतलब नहीं है।
गुरुत्वाकर्षण तरंग संसूचक में प्रकाश दालें
आगे, आइए देखें कि इस संसूचक से प्रकाश स्पंद कैसे गुजरते हैं। यहाँ वही सेटअप है, जो ऊपर से देखा गया है:प्रकाश स्रोत LS, दो दर्पण M1 और M2, बीमस्प्लिटर B और प्रकाश डिटेक्टर LD: सभी मौजूद हैं और उनका हिसाब है।
अगला, हम प्रकाश स्रोत को प्रकाश दालों का उत्सर्जन करने देते हैं। अधिक स्पष्टता के लिए, मैं दो कृत्रिम और अवास्तविक परिवर्तन करूंगा। मैं लाल और हरे रंग की दालों को डिटेक्टर में भेजूंगा, जो क्रमशः क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर भुजा में जाने वाले प्रकाश का प्रतिनिधित्व करता है। वास्तव में, कोई भेद नहीं है, केवल प्रकाश पुंजक पर विभाजित है। बेहतर स्पष्टता के लिए M1 की ओर चलने वाले प्रकाश को बाईं ओर थोड़ा ऑफसेट किया जाएगा, M1 से दाईं ओर वापस आने वाला प्रकाश। वही M2 के लिए जाता है। यह भी एक वास्तविक डिटेक्टर में अलग है। उस ने कहा, यहाँ हल्की दालें आती हैं:प्रकाश प्रकाश स्रोत से बाईं ओर प्रारंभ होता है। प्रकाश जिसने स्रोत को एक साथ छोड़ दिया है, किरण के अलग होने तक एक साथ यात्रा करता है (इसलिए हरे और लाल दालें एक साथ हैं)। बीम स्प्लिटर फिर हरी दालों को उनकी ऊपर की यात्रा पर भेजता है और लाल दालों को दाहिनी ओर दर्पण की ओर जाने देता है। वे सभी कण जो M1 या M2 पर परावर्तन के बाद पुंजक पर वापस आते हैं। बीमस्प्लिटर पर, उन्हें नीचे प्रकाश डिटेक्टर की ओर निर्देशित किया जाता है।
इस सेटअप में, क्षैतिज भुजा लंबवत भुजा से थोड़ी लंबी होती है। लाल कणों को कुछ अतिरिक्त दूरी तय करनी पड़ती है। यही कारण है कि वे थोड़ी देर बाद डिटेक्टर पर पहुंचते हैं, और हमें एक वैकल्पिक लय मिलती है: हरा, लाल, हरा, लाल, बीच में समान दूरी के साथ। यह बाद में महत्वपूर्ण हो जाएगा।
यहां एक आरेख है, एक प्रकार की पंजीकरण पट्टी, जो प्रकाश संसूचक पर लाल और हरी दालों के आगमन के समय को दर्शाती है (समय 'एनीमेशन फ़्रेम' में मापा जाता है):पैटर्न स्पष्ट है: लाल और हरी दालें एक के बाद एक समान दूरी पर पहुंचती हैं।
गुरुत्वाकर्षण लहर पर लाओ!
इसके बाद, आइए हमारे मानक गुरुत्वीय तरंग को चालू करें (अतिरंजित, आपकी ओर स्क्रीन से गुजरते हुए, और इसी तरह)। यहाँ परिणाम है:हमने अपने कैमरे को बीमस्प्लिटर पर प्रशिक्षित किया है (इसलिए हमारी छवि में, बीमस्प्लिटर हिलता नहीं है)। हम बीमस्प्लिटर और प्रकाश स्रोत/प्रकाश डिटेक्टर के बीच की दूरी में किसी भी मामूली बदलाव को अनदेखा करते हैं। इसके बजाय, हम दर्पण M1 और M2 पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो बीमस्प्लिटर से अपनी दूरी को वैसे ही बदलते हैं जैसे हम पहले के एनिमेशन से उम्मीद करते हैं।
हमारे प्रकाश संसूचक तक दालों के पहुंचने के तरीके को देखें: कभी-कभी लाल और हरे रंग लगभग समान दूरी पर होते हैं, कभी-कभी वे एक साथ बंद हो जाते हैं। यह गुरुत्वाकर्षण तरंग के कारण होता है। लहर के बिना, हमारे पास सख्त नियमितता थी।
यहाँ संबंधित 'पंजीकरण पट्टी' आरेख है। आप देख सकते हैं कि कभी-कभी प्रत्येक रंग की हल्की स्पंदें एक-दूसरे के अधिक निकट होती हैं, और कभी-कभी दूर-दूर तक:
जिस समय मैंने हाथ से खींचे गए तीर से चिह्नित किया है, लाल और हरी दालें लगभग एक साथ आती हैं!
पैटर्न गुरुत्वाकर्षण लहर के बिना परिदृश्य से स्पष्ट रूप से अलग है। पैटर्न में इस परिवर्तन का पता लगाएं, और आपने गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगा लिया है।
चल रहा हस्तक्षेप
यदि आपने सोचा है कि LIGO जैसे डिटेक्टरों को क्यों कहा जाता हैइंटरफेरोमेट्रिकगुरुत्वाकर्षण तरंग संसूचक, हमें तरंगों के बारे में थोड़ा और सोचने की आवश्यकता होगी। यदि नहीं, तो मैं केवल यह बता दूं कि एलआईजीओ जैसे डिटेक्टर प्रकाश के तरंग गुणों का उपयोग पल्स आगमन दर में परिवर्तन को मापने के लिए करते हैं जो आपने पिछले एनीमेशन में देखा है। विवरण को छोड़ने के लिए, बेझिझक अंतिम भाग पर जाएं, '... और अब कुछ के लिए एक हजार गुना अधिक जटिल।'
प्रकाश एक तरंग है, जिसमें विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के मैक्सिमा और मिनिमा के अनुरूप क्रेस्ट और ट्रफ होते हैं। जबकि मैंने आपको जो एनिमेशन दिखाए हैं, वे प्रकाश दालों के प्रसार को ट्रैक करते हैं, उनका उपयोग यह समझने के लिए भी किया जा सकता है कि इंटरफेरोमीटर में प्रकाश तरंग का क्या होता है। बस मान लें कि संसूचक में गतिमान लाल और हरे रंग का प्रत्येक बिंदु तरंग शिखा की स्थिति को दर्शाता है।
कण बस जुड़ जाते हैं। 2 कण लें और 2 कण जोड़ें, और आप 4 कणों के साथ समाप्त हो जाएंगे। लेकिन अगर आप तरंगों को जोड़ते हैं (जोड़ते हैं, सुपरइम्पोज़ करते हैं), तो यह निर्भर करता है। कभी-कभी, एक लहर और दूसरी लहर वास्तव में एक बड़ी लहर होती है। कभी-कभी, यह एक छोटी लहर होती है, या बिल्कुल भी लहर नहीं होती है। और कभी-कभी यह जटिल होता है।
जब दो तरंगें सही तालमेल में होती हैं, तो एक की शिखा दूसरे की शिखाओं के साथ संरेखित होती है, और गर्त भी संरेखित होते हैं, आपको वास्तव में एक बड़ी लहर मिलती है। निम्नलिखित आरेख दिखाता है कि दो प्रकाश तरंगों के विभिन्न भाग किस समय प्रकाश संसूचक तक पहुंचते हैं, और वे कैसे जुड़ते हैं। (मैंने प्रत्येक शिखा के ऊपर एक बिंदु रखा है; यही वह बिंदु है जहां इंगित करने का मतलब है, आखिरकार।)शीर्ष पर, हरे रंग की लहर, लाल लहर के साथ पूरी तरह से संरेखित होती है (जो स्पष्टता के लिए, सीधे हरी लहर के नीचे दिखाई जाती है)। दो तरंगों को ऊपर जोड़ें, और आपको निचले पैनल में (काफी मजबूत) नीली लहर मिलेगी।
ऐसा नहीं है यदि दो तरंगों को अधिकतम रूप से गलत तरीके से संरेखित किया जाता है, तो प्रत्येक के शिखर दूसरे के गर्त के साथ संरेखित होते हैं। एक शिखा और एक गर्त एक दूसरे को रद्द करते हैं। एक तरंग का योग और समान शक्ति की अधिकतम गलत संरेखित तरंग है: कोई लहर नहीं। यहाँ संबंधित आरेख है:याद रखें कि यह वास्तव में हमारे गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर के लिए सेटअप थागुरुत्वाकर्षण तरंगों की अनुपस्थिति में: लाल और हरी दालें समान दूरी के साथ; एक लहर के कुंड दूसरी लहर के शिखर के साथ पूरी तरह से संरेखित होते हैं। परिणाम: प्रकाश डिटेक्टर पर कोई प्रकाश नहीं। (यथार्थवादी गुरुत्वीय तरंग संसूचकों के लिए, अर्थात्लगभगसच।)
जब गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर से होकर गुजरती है, तो स्थिति बदल जाती है। ऊपर दिए गए एनिमेशन के लिए पल्स/वेव क्रेस्ट आगमन समय का संगत पैटर्न यहां दिया गया है:नीला पैटर्न, जो लाल और हरे रंग का योग है, जटिल है। लेकिन यह एक सपाट रेखा नहीं है। प्रकाश संसूचक पर प्रकाश होता है जहाँ पहले प्रकाश नहीं था, और परिवर्तन का कारण गुरुत्वाकर्षण तरंग से गुजरना है।
कुल मिलाकर, यह एलआईजीओ जैसे गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों के काम करने का एक (अत्यधिक सरलीकृत) संस्करण बनाता है। इस गुरुवार को वैज्ञानिक जो भी रिपोर्ट करेंगे, वह ऐसे इंटरफेरोमेट्रिक डिटेक्टर के बाहर निकलने पर प्रकाश संकेतों पर आधारित है।
और अब कुछ के लिए एक हजार गुना अधिक जटिल
वास्तविक गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर, निश्चित रूप से, उससे कहीं अधिक जटिल हैं। मैंने अभी तक उन कई गड़बड़ियों के बारे में बात करना भी शुरू नहीं किया है जिन पर वैज्ञानिकों को ध्यान देने की जरूरत है - और जहाँ तक संभव हो उन्हें दबाने के लिए। आप दर्पणों को कैसे निलंबित करते हैं ताकि (कम से कम कुछ गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए) वे वास्तव में प्रभावित हों जैसे कि वे स्वतंत्र रूप से तैरते कण थे? आप भूकंपीय शोर, कारों या ट्रेनों को व्यापक पड़ोस में कैसे रोकते हैं और इसी तरह अपने दर्पणों को थोड़ा सा (या तो कंपन से या अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण द्वारा) हिलाने से कैसे रोकते हैं? लेजर प्रकाश के उतार-चढ़ाव के बारे में क्या?
गुरुत्वाकर्षण तरंग शिकार काफी हद तक शोर का शिकार है, और उस शोर को दबाने के तरीकों के लिए है। एलआईजीओ गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर और उनके रिश्तेदार अत्यधिक जटिल मशीनें हैं, जिनमें सैकड़ों नियंत्रण सर्किट, अत्यधिक विस्तृत दर्पण निलंबन, भौतिकी के लिए ज्ञात सबसे स्थिर लेजर (और कुछ सबसे उच्च शक्ति वाले) हैं। दुनिया भर के कई समूहों द्वारा प्रौद्योगिकी का योगदान दिया गया है।
लेकिन यह सब हमें बहुत दूर ले जा रहा है, और मैं आपको अतिरिक्त जानकारी के लिए डिटेक्टरों और सहयोग के पृष्ठों पर संदर्भित करता हूं:
आप गुरुत्वाकर्षण तरंगों के बारे में कुछ और जानकारी प्राप्त कर सकते हैंआइंस्टीन ऑनलाइनवेबसाइट:
आइंस्टीन ऑनलाइन: गुरुत्वाकर्षण तरंगों पर स्पॉटलाइट्स
अद्यतन: खोजी गई गुरुत्वाकर्षण तरंगें