V začetku leta 2016 je mednarodno sodelovanje fizikov prvič v človeški zgodovini registriralo gravitacijske valove. Valovi so nastali z združitvijo dveh črnih lukenj in so bili zaznani s posebnim detektorjem-interferometrom LIGO, ki se nahaja v ZDA. Kaj so gravitacijski valovi, zakaj jih je trajalo stoletje, da jih odkrijemo, in kakšna je vloga ruskih znanstvenikov pri tem? O tem je za "Oblastnaya" povedal vodja Astronomskega observatorija ISU, znanstveni direktor Irkutskega planetarija Sergej Yazev.
- Pred sto leti je Albert Einstein zaključil svoje delo na področju splošne teorije relativnosti. Takrat nova teorija je dopuščala obstoj tako imenovanih gravitacijskih valov, ki se pojavljajo nenehno in povsod. Preprost primer: zamahnemo z roko, gravitacijski valovi se ločijo od roke. Toda gravitacija je najšibkejša sila v naravi in za določitev gravitacijskih valov sta potrebna dva dejavnika. Najprej mora biti mogočen dogodek, v katerem so vpletene velikanske množice, na primer združevanje zvezd med seboj, padec ene zvezde na drugo ali kaj podobnega. In drugič, potrebujemo neverjetno občutljivo opremo, ki bi snemala signal s tega dogodka na Zemlji.
Ideja, kako registrirati gravitacijske valove, obstaja že desetletja. Fiziki so popolnoma razumeli, kaj je treba storiti, vendar potrebne tehnologije preprosto dolgo niso obstajale. Detektor interferometrov LIGO s sedežem v ZDA, ki je zaznal signale gravitacijskih valov, je bil zasnovan že leta 1992. Fiziki dolgo časa niso mogli ničesar popraviti, ker namestitev ni imela občutljivosti. Dejstvo je, da so gravitacijski valovi v resnici vibracije določene entitete, ki ji fiziki pravijo "prostor-čas". To na primer pomeni, da lahko razdalja med dvema elementoma instalacije začne nihati, ker prostor sam spreminja svoje lastnosti. Izkazalo se je, da zahtevana občutljivost naprave presega meje resničnega zaznavanja - amplituda nihanja bi morala biti približno 10 tisoč krat manjša,od velikosti atomskega jedra. To je izjemna natančnost. Lani so instalacijo posodobili, nakar je bilo mogoče iz globin Vesolja posneti signal o izjemno močnem dogodku - združitvi dveh črnih lukenj. Zgodilo se je pred milijardo tristo milijoni let in šele 14. septembra lani so njegovi odmevi dosegli Zemljo. Zahvaljujoč istočasno zabeleženemu izbruhu gama žarkov je postalo jasno, da to ni naključni šum. Strokovnjaki rezultat preverjajo že zelo dolgo in šele februarja so tvegali, da bodo svetu sporočili, da je prišlo do velikega odkritja.in šele 14. septembra lani so njeni odmevi dosegli Zemljo. Zahvaljujoč istočasno posnetemu izbruhu gama žarkov je postalo jasno, da to ni naključni šum. Strokovnjaki so rezultat preverjali zelo dolgo in šele februarja so tvegali, da bodo svetu sporočili, da je prišlo do velikega odkritja.in šele 14. septembra lani so njeni odmevi dosegli Zemljo. Zahvaljujoč istočasno posnetemu izbruhu gama žarkov je postalo jasno, da to ni naključni šum. Strokovnjaki rezultat preverjajo že zelo dolgo in šele februarja so tvegali, da bodo svetu sporočili, da je prišlo do velikega odkritja.
Sergej Arturovič, kakšen je pomen odkritja gravitacijskih valov za znanost?
- Gravitacijski valovi gredo skozi karkoli. To pomeni, da bomo prejeli novo vrsto informacij o fizičnih procesih. Med dogodkom 14. septembra so se tri sončne mase, ko sta se združili dve črni luknji, spremenile v energijo gravitacijskih valov. To je pošastna energija, zato smo celo na razdalji milijarde tristo milijonov svetlobnih let začutili ta dogodek. Predstavljajte si: trepet vesolja, ki se je razširil po vsem vesolju.
Pomembno je omeniti, da je bilo hkrati z registracijo gravitacijskih valov odkritih več drugih odkritij. Najprej so bili pridobljeni dokazi o obstoju črnih lukenj. Astronomi in astrofiziki v to niso dvomili, nekateri teoretični fiziki pa so do nedavnega zanikali obstoj takšnih predmetov. Drugič, potrjeno je bilo, da gravitacijski valovi potujejo s svetlobno hitrostjo, ki je bila predvidena v splošni relativnosti.
Povedati je treba še eno odkritje. Obstaja tak koncept "obzorje črne luknje". Dve luknji sta se med seboj stopili, obzorje dogodkov je dobilo določeno zapleteno obliko in nihalo. Rezultat je lupina, pod katero je že črna luknja, zunaj pa še ne. Ta učinek - dinamika obzorja dogodkov - je bil prvič zabeležen med opazovanji, čeprav nihče ni pričakoval tovrstnega odkritja.
Ali so ruski znanstveniki sodelovali v eksperimentu za registracijo gravitacijskih valov?
Promocijski video:
- Detektor-interferometer je ameriški, izkušnjo pa je zagotovila mednarodna ekipa, v kateri so bili ruski strokovnjaki. Namestitev je gravitacijske valove ujela sama, vendar je bilo treba razumeti, od kod prihajajo, kakšen dogodek jim je povzročil. Za to je program uporabil teleskope z vsega sveta, vključno z rusko mrežo teleskopov "MASTER". Še vedno pa je bilo mogoče s pomočjo tuje tehnologije določiti vir valov.
Številne teoretične osnove eksperimenta, opravljenega v ZDA, so bile ustvarjene v Rusiji. Pri nas je bil eden od začetnikov iskanja gravitacijskih valov slavni fizik, uslužbenec Moskovske državne univerze Vladimir Braginsky.
Moskovski astrofizik, vodja projekta MASTER Vladimir Lipunov je skupaj s sodelavci že leta 1992 objavil članek, v katerem je bilo rečeno, da bo prvi dogodek za popravljanje gravitacijskih valov ravno združitev črnih lukenj. Poleg tega je znano, da so ruski znanstveniki prispevali k razvoju zasnove detektorja-interferometra. Na splošno je v projektu tako ali drugače sodelovalo približno tisoč ljudi, ruski fiziki pa so prispevali k skupni stvari.
Ali je odkritje gravitacijskih valov lahko upravičeno do Nobelove nagrade za fiziko?
- Na splošno je odkritje gravitacijskih valov dogodek Nobelovega razreda. V večini primerov se odkritja zgodijo nepričakovano. Toda v zadnjih nekaj letih sta bili dve izjemi, ko so bila odkritja napovedana in so se res zgodila. Govorimo o Higgsovem bozonu, na odkritje katerega smo čakali več desetletij, in gravitacijskih valovih, ki so jih potrdili sto let. Vsi ti dogodki so bili napovedani teoretično, v obeh primerih se je teorija izkazala za pravilno in potrjena z opažanji. Leta 2013 sta glavno nagrado iz fizike prejela François Engler in Peter Higgs. Mislim, da bo Nobelova nagrada podeljena tudi za odkritje gravitacijskih valov.