Co się stanie, kiedy zderzą się dwa obiekty, każdy ważący tyle, co 30 Słońc? Prawdopodobnie bardzo duże BUM. Tak duże, że możemy je usłyszeć miliard 300 milionów lat później. I być może nawet załapać się na Nobla? O falach grawitacyjnych mówią dziś wszyscy, więc posłuchacie o tym również w „Świecie…”. Tym razem – w „Świecie w prawie sześć minut”.
Zapraszam!
W 1916 roku – niedługo po opracowaniu Ogólnej Teorii Względności – Albert Einstein stwierdził, że fale grawitacyjne istnieją. Następnie, że nie istnieją. Dwa lata później przedstawił konkretną teorię sugerującą, że fale grawitacyjne jednak istnieją. Trzy lata przed drugą wojną światową przygotował analizę twierdzącą, że ich nie ma. Potem znów zmienił zdanie. A następnie przez sto lat czekaliśmy na potwierdzenie tej teorii.
Fale grawitacyjne to “pofałdowanie” czasoprzestrzeni – coś takiego, jak ślad po wrzuceniu kamienia do gładkiego jeziora. Kłopot polega na tym, że jeśli wrzucimy kamień do wody na środku Bajkału, to na jego brzegu nie zaobserwujemy nawet najmniejszego poruszenia wody. Kosmos jest ciut większy od Bajkału, w związku z tym obserwowalne fale grawitacyjne muszą być efektem naprawdę wielkiego zderzenia. I tak jest w tym przypadku – z obliczeń wynika, że fala która przeszła przez Ziemię w drugiej połowie 2015 roku była efektem połączenia się dwóch czarnych dziur – jednej tak ciężkiej jak 36 naszych Słońc, drugiej – jak Słońc 29. Trwające ułamek sekundy zderzenie wygenerowało sporo energii – równowartość trzech naszych Słońc wyparowała i przekształciła się w falę grawitacyjną. Wytworzona w ten sposób energia przewyższała całą energię wyemitowaną w tym czasie przez wszystkie gwiazdy wszechświata.
Miało to miejsce 1.3 miliarda lat temu tak daleko, że lecąca z prędkością światła fala dotarła do nas dopiero kilka miesięcy temu. I mimo to udało się nam ją zaobserwować. Jak? Przez ułamek sekundy coś ścisnęło i rozciągnęło czasoprzestrzeń, w której się znajdujemy. Nie zauważyliście? Nic dziwnego – kula ziemska (i wszystko co na niej się znajduje) wydłużyła się na ułamek sekundy o niewielką część milimetra, więc mieliśmy małe szanse to odczuć. Gdyby to rozciągnięcie było wielokrotnie większe, obserwowana z oddali Ziemia wyglądałaby tak:
Zbiegiem okoliczności, chwilę wcześniej rozpoczęto próbne, po trwającej siedem lat modernizacji, uruchomienie LIGO – laserowego detektora fal grawitacyjnych. Wykrywacz fal grawitacyjnych składa się z dwóch prostopadłych rur, długich na 4 kilometry. To chyb najdłuższe na świecie konstrukcje zawierające NIC – są izolowane od otoczenia i opróżnione z gazów tak skutecznie, że kiedy kilka lat temu w jedną z nich uderzyła ciężarówka, nie zakłóciło to eksperymentu.
Z jednego miejsca wychodzi promień laserowy, który ulega rozszczepieniu na dwa prostopadłe promienie – każdy z nich wycelowany w lustra na końcu korytarzy. Odbite (stukrotnie) promienie lasera trafiają do detektora. Każdy z nich przebył dokładnie taką samą drogę – detektor jest w stanie stwierdzić jeśli stałoby się inaczej. Jeśli jeden z promieni przebyłby dłuższą drogę oznaczałoby to, że albo ktoś przesunął zwierciadło, albo jakaś siła rozciągnęła tunel.
W szkołach uczono nas, że atom składa się z jądra, protonu i neutronu. To się później okazało kłamstwem, ale wiemy, że proton to coś dość małego. Wygląda na to, że we wrześniu coś przesunęło na chwilę jedno z luster LIGO o dystans jednej tysięcznej średnicy protonu. Błąd pomiaru? Można by tak założyć, gdyby nie jeden problem – jako dodatkowy środek bezpieczeństwa, 3 tysiące kilometrów dalej wybudowano identyczne laboratorium, w którym – w tym samym momencie – zaobserwowano identyczne wydłużenie drogi jednego z laserów.
Chcecie posłuchać, jak brzmi przekształcenie odczytu LIGO na falę akustyczną? Proszę uprzejmie.
Jeśli wyniki się potwierdzą, liderzy projektu mają duże szanse na Nobla. To byłaby już druga nagroda Nobla przyznana za badania nad falami grawitacyjnymi – pierwszą przyznano w 1993 za udowodnienie, że dwa okrążające się pulsary tracą energię wytwarzając zaburzenia w czasoprzestrzeni.
A co to oznacza w praktyce? Po pierwsze – mamy kolejne potwierdzenie trafności ogólnej teorii względności. Einstein się nie mylił (co generalnie nie jest trudne, bo – jak wspomniałem na początku – parokrotnie zmieniał zdanie). Po drugie – mamy dowód na to, że czarne dziury występują parami, potrafią się okrążać i zderzać podobnie jak np. planety. Po trzecie – wygląda na to, że sporo pieniędzy zostanie teraz władowane w badania nad zakłóceniami osnowy rzeczywistości, co – mniej poetycko mówiąc – pozwoli nam w przyszłości dokładniej badać historię wszechświata. Bo fale grawitacyjne przechodzą przez nas częściej, tylko do tej pory nie potrafiliśmy ich wykryć. Teraz będzie łatwiej – bo wiemy, że istnieją. Zwłaszcza, że kilka dni po pierwszym wyłapaniu sensacyjnego zakłócenia, LIGO wykrył kolejne – trochę słabsze.
Dodatkowe informacje:
- Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger
- strona LIGO
- prezentacja poświęcona Einsteinowi i falom grawitacyjnym
Zachęcam do subskrypcji podkastu za pośrednictwem iTunes lub RSS (odnośniki poniżej). Jeśli uważasz, że warto, zostaw też parę dobrych słów w recenzji na iTunes i podeślij informację o podkaście znajomym. Dzięki!
Subskrybcja: iTunes | Android | RSS
Źródło podkładu muzycznego: Garageband oraz Digital Voluntarism by go1dfish (c) 2013 Licensed under a Creative Commons Attribution Noncommercial (3.0) license. Ft: Jeris, guitarmy, Admiral Bob
