Ako súčasť svojej všeobecnej teórie relativity Einstein predpovedal, že masa by mala vysielať gravitačné vlny. Mal by byť schopný zistiť najsilnejšie gravitačné vlny, keď prechádzajú Zemou. A vesmírne observatórium plánované na spustenie v roku 2015 s názvom LISA by malo byť ešte silnejšie.
Vedci sú blízko k tomu, aby skutočne videli gravitačné vlny. Obrazový kredit: NASA
Gravitácia je známa sila. To je dôvod na strach z výšok. To drží Mesiac na Zemi, Zem na slnku. Chráni pivo pred plávaním z našich pohárov.
Ale ako? Zasielala Zem na Mesiac tajné správy?
Áno, áno.
Eanna Flanagan, docentka fyziky a astronómie, Cornell, zasvätila svoj život pochopeniu gravitácie, keď študoval na University College v Dubline vo svojom rodnom Írsku. Teraz, takmer dve desaťročia po odchode z Írska, aby študoval na doktorát pod vedením slávneho relativistu Kip Thorneho na Kalifornskom technologickom inštitúte, sa jeho práca zameriava na predpovedanie veľkosti a tvaru gravitačných vĺn - nepolapiteľný jav, ktorý predpovedá Einsteinova teória všeobecnej relativity z roku 1916. ale nikdy neboli priamo zistené.
V roku 1974 astronómovia Princetonskej univerzity Russell Hulse a Joseph H. Taylor ml. Nepriamo merali vplyv gravitačných vĺn na obežné dráhy neutrónových hviezd. Tento objav im priniesol Nobelovu cenu za fyziku za rok 1993. Vďaka nedávnej práci Flanagana a jeho kolegov sú vedci teraz na hranici priameho videnia prvých gravitačných vĺn.
Zvuk nemôže existovať vo vákuu. Vyžaduje si médium, ako je vzduch alebo voda, prostredníctvom ktorého doručuje svoje posolstvo. Podobne nemôže gravitácia existovať v ničote. Na to, aby mohla odovzdať svoje posolstvo, potrebuje aj médium. Einstein sa domnieval, že týmto médiom je priestor a čas alebo „priestoročasová textília“.
Zmeny tlaku - búšenie na bubon, vibračný hlasový kábel - vytvárajú zvukové vlny, vlnky vo vzduchu. Podľa Einsteinovej teórie, zmeny hmotnosti - zrážka dvoch hviezd, pristátie prachu na polici - spôsobujú gravitačné vlny, vlnky v časopise.
Pretože väčšina každodenných predmetov má hmotnosť, gravitačné vlny by mali byť všade okolo nás. Tak prečo ich nenájdeme?
„Najsilnejšie gravitačné vlny spôsobia merateľné poruchy na Zemi 1 000-krát menšie ako atómové jadro,“ vysvetlil Flanagan. "Detekcia je obrovská technická výzva."
Odpoveďou na túto výzvu je LIGO, gravitačné vlnové observatórium s laserovým interferónom, kolosálny experiment zahŕňajúci spoluprácu viac ako 300 vedcov.
LIGO pozostáva z dvoch inštalácií vzdialených takmer 2 000 kilometrov - jednej v Hanforde, Washingtone a jednej v Livingstone v La. Každé zariadenie má tvar obrovského písmena „L“, s dvomi 2,5 míľovými ramenami vyrobenými zo 4 metrového priemeru vákuové rúry zapuzdrené do betónu. Ultra stabilné laserové lúče prechádzajú potrubím a odrážajú sa medzi zrkadlami na konci každého ramena. Vedci očakávajú, že prechádzajúca gravitačná vlna natiahne jednu ruku a stlačí druhú, čo spôsobí, že tieto dva lasery prejdú mierne odlišné vzdialenosti.
Rozdiel je potom možné merať „rušením“ laserov, kde sa ramená pretínajú. Je porovnateľná s dvoma automobilmi, ktoré sa otáčajú kolmo na križovatku. Ak cestujú rovnakou rýchlosťou a vzdialenosťou, vždy sa zrúti. Ale ak sú vzdialenosti odlišné, môžu zmeškať. Flanagan a jeho kolegovia dúfajú, že prídu o minútu.
Navyše, koľko laserov zasiahne alebo vynechá, poskytne informácie o charakteristikách a pôvode gravitačnej vlny. Úlohou Flanagana je predvídať tieto charakteristiky, aby jeho kolegovia v LIGO vedeli, čo treba hľadať.
Vďaka technologickým limitom je LIGO schopné snímať gravitačné vlny určitých frekvencií zo silných zdrojov, vrátane výbuchov supernovy v Mliečnej dráhe a rýchlo sa točiacich alebo spoluobiehajúcich neutrónových hviezd v Mliečnej dráhe alebo vo vzdialených galaxiách.
S cieľom rozšíriť potenciálne zdroje NASA a Európska vesmírna agentúra už plánujú nástupcu LIGO, LISA, vesmírnu anténu laserového interferometra. LISA je v koncepcii podobná LIGO, s výnimkou toho, že lasery sa odrazia medzi tromi satelitmi vzdialenými 3 milióny míľ a sledujú Zem na obežnej dráhe okolo Slnka. Výsledkom bude, že LISA bude schopná detegovať vlny pri nižších frekvenciách ako LIGO, napríklad tie, ktoré vznikajú zrážkou neutrónovej hviezdy s čiernou dierou alebo zrážkou dvoch čiernych dier. Spustenie LISA je naplánované na rok 2015.
Flanagan a spolupracovníci technologického inštitútu v Massachusetts nedávno dešifrovali podpis gravitačnej vlny, ktorý nastane, keď supermasívna čierna diera prehltne neutrónovú hviezdu veľkosti slnka. Je to podpis, ktorý bude pre LISA dôležitý.
"Keď LISA letí, mali by sme vidieť stovky týchto vecí," poznamenal Flanagan. „Budeme schopní zmerať, ako sa skrúti priestor a čas a ako sa má priestor skrútiť čiernou dierou. Vidíme elektromagnetické žiarenie a myslíme si, že je to pravdepodobne čierna diera - ale je to tak ďaleko, ako sa máme. Bude veľmi vzrušujúce vidieť, že relativita skutočne funguje. “
Varoval však: „To nemusí fungovať. Astronómovia pozorujú, že expanzia vesmíru sa zrýchľuje. Jedno vysvetlenie je, že je potrebné upraviť všeobecnú relativitu: Einstein mal väčšinou pravdu, ale v niektorých režimoch by to mohlo fungovať inak. “
Thomas Oberst je stážistom vedeckých spisov v Cornell News Service.
Pôvodný zdroj: Cornell University
