Первое открытие гравитационных волн
Десять лет назад учёные впервые услышали, как Вселенная рокочет. Это [первое обнаружение гравитационных волн](https://theconversation.com/gravitational-waves-discovered-the-universe-has-spoken-54237) подтвердило ключевое предсказание из общей теории относительности Альберта Эйнштейна и положило начало новой эре в астрономии.
Новое открытие гравитационных волн
Сегодня, в честь этого крупного прорыва, опубликовано новое открытие гравитационных волн. Оно представлено в журнале [Physical Review Letters](https://doi.org/10.1103/kw5g-d732). Это исследование проверяет теорию другого гиганта науки — Стивена Хокинга.
Что такое гравитационные волны?
Гравитационные волны — это «рябь» в ткани [пространства-времени](https://theconversation.com/what-exactly-is-space-time-259630), которая распространяется со скоростью света. Они возникают из-за высокоускоренных массивных объектов, таких как сталкивающиеся чёрные дыры или слияния остатков массивных звёзд, известных как нейтронные звёзды.
Первые наблюдения
Первые прямые наблюдения таких волн были проведены 14 сентября 2015 года детекторами Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) в Соединённых Штатах. Этот первый сигнал, [названный GW150914](https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102), возник в результате столкновения двух чёрных дыр, каждая из которых более чем в 30 раз превышала [массу Солнца](https://phys.org/tags/mass+of+the+sun/) и находилась на расстоянии более миллиарда световых лет от Земли.
Это стало первым прямым доказательством существования гравитационных волн, точно так, как предсказывала теория относительности Эйнштейна столетием ранее. За это открытие Райнеру Вайссу, Барри Бэришу и Кипу Торну была присуждена [Нобелевская премия по физике 2017 года](https://theconversation.com/an-award-with-real-gravity-how-gravitational-waves-attracted-a-nobel-prize-66491) за их новаторскую работу в рамках сотрудничества LIGO.
Дальнейшие наблюдения
С 2015 года более 300 гравитационных волн были зарегистрированы детекторами LIGO, а также итальянским детектором Virgo и японским детектором KAGRA.
Недавние результаты
Несколько недель назад международная коллаборация LIGO/Virgo/KAGRA опубликовала последние результаты своего четвёртого наблюдательного цикла, более чем удвоив количество известных гравитационных волн.
Новое открытие
Теперь, десять лет спустя после первого открытия, международное сотрудничество, включая австралийских учёных из Центра превосходства по обнаружению гравитационных волн Австралийского исследовательского совета (OzGrav), объявило о новом сигнале гравитационных волн — GW250114.
Этот сигнал почти точная копия того самого первого гравитационного волнового сигнала, GW150914. Столкновение чёрных дыр, ответственное за GW250114, имело очень похожие физические свойства с GW150914. Однако благодаря значительным усовершенствованиям детекторов гравитационных волн за последние десять лет, новый сигнал виден гораздо более чётко (почти в четыре раза «громче», чем GW150914).
Проверка идей Хокинга
Это позволило нам проверить идеи другого выдающегося физика. Более 50 лет назад физики Стивен Хокинг и Джейкоб Бекенштейн независимо [сформулировали набор законов](https://doi.org/10.1126/science.z1syo28), описывающих чёрные дыры.
Второй закон механики чёрных дыр Хокинга, также известный как теорема об области Хокинга, гласит, что площадь горизонта событий чёрной дыры должна всегда увеличиваться. Другими словами, чёрные дыры не могут уменьшаться.
Между тем Бекенштейн показал, что площадь чёрной дыры напрямую связана с её [энтропией](https://phys.org/tags/entropy/), научной мерой беспорядка. Второй закон термодинамики говорит нам, что энтропия должна всегда увеличиваться: Вселенная всегда становится более хаотичной. Поскольку энтропия чёрной дыры также должна увеличиваться со временем, это говорит нам о том, что её площадь также должна увеличиваться.
Как мы можем проверить эти идеи? Оказывается, сталкивающиеся чёрные дыры — это идеальный инструмент. Точность этого недавнего измерения позволила учёным провести наиболее точный тест теоремы об области Хокинга на сегодняшний день.
Будущие проверки
Предыдущие [тесты, использующие первое обнаружение](https://news.mit.edu/2021/hawkings-black-hole-theorem-confirm-0701), GW150914, показали, что сигнал хорошо согласуется с законом Хокинга, но не мог подтвердить его окончательно.
Чёрные дыры — удивительно простые объекты. Площадь горизонта чёрной дыры зависит от её массы и спина, единственных параметров, необходимых для описания астрофизической чёрной дыры. В свою очередь, массы и спины определяют, как будет выглядеть гравитационная волна.
Измеряя отдельно массы и спины входящей пары чёрных дыр и сравнивая их с массой и спином конечной чёрной дыры, оставшейся после столкновения, учёные смогли сравнить площади двух отдельных сталкивающихся [чёрных дыр](https://phys.org/tags/black+holes/) с площадью конечной чёрной дыры.
Данные показывают отличное согласие с теоретическим предсказанием о том, что площадь должна увеличиваться, подтверждая закон Хокинга без сомнения.
Какой следующий гигант науки станет объектом проверки? Будущие наблюдения гравитационных волн позволят нам проверить более экзотические научные теории и, возможно, даже исследовать природу недостающих компонентов Вселенной — тёмной материи и тёмной энергии.
Предоставлено: [The Conversation](https://phys.org/partners/the-conversation/)
Эта статья переиздана из [The Conversation](https://theconversation.com) под лицензией Creative Commons. Читайте [оригинальную статью](https://theconversation.com/10-years-ago-gravitational-waves-changed-astronomy-a-new-discovery-shows-theres-more-to-come-264131).