2016 elején a fizikusok nemzetközi együttműködése az emberiség történetében először regisztrált gravitációs hullámokat. A hullámokat két fekete lyuk összeolvadásával generálták, és egy speciális detektor-interferométer, a LIGO segítségével detektálták, amely az Egyesült Államokban található. Mik a gravitációs hullámok, miért kellett egy évszázad felfedezni őket, és mi a szerepe ebben az orosz tudósoknak? Az ISU Csillagászati Obszervatóriumának vezetője, Szergej Jazev, az Irkutszki Planetárium tudományos igazgatója erről mesélt az "Oblastnaya" -nak.
- Száz évvel ezelőtt Albert Einstein befejezte a relativitáselmélet általános elméletét. Az akkoriban új elmélet lehetővé tette az úgynevezett gravitációs hullámok létezését, amelyek folyamatosan és mindenhol felmerülnek. Egyszerű példa: intünk a kezünkkel, a gravitációs hullámok eltérnek a kéztől. De a gravitáció a leggyengébb erő a természetben, és két tényezőre van szükség a gravitációs hullámok rögzítéséhez. Először is olyan hatalmas eseménynek kell bekövetkeznie, amelyben gigantikus tömegek vesznek részt, például a csillagok összeolvadása, egyik csillag esése a másikra vagy valami hasonló. Másodszor pedig hihetetlenül érzékeny berendezésekre van szükségünk, amelyek rögzítik a jelet ebből az eseményből a Földön.
A gravitációs hullámok regisztrálásának ötlete évtizedek óta létezik. A fizikusok tökéletesen megértették, mit kell tenni, de a szükséges technológiák egyszerűen sokáig nem léteztek. A gravitációs hullámjeleket észlelő LIGO interferométer-detektor az USA-ban még 1992-ben készült el. A fizikusok sokáig nem tudtak semmit sem kijavítani, mert a telepítésben hiányzott az érzékenység. Az a tény, hogy a gravitációs hullámok valójában egy bizonyos entitás rezgései, amelyeket a fizikusok "téridőnek" neveznek. Ez például azt jelenti, hogy a telepítés két eleme közötti távolság ingadozni kezdhet, mivel maga a tér megváltoztatja tulajdonságait. Kiderült, hogy a készülék szükséges érzékenysége meghaladja a valós érzékelés határait - a rezgések amplitúdójának körülbelül 10 ezerszer kisebbnek kell lennie,mint az atommag mérete. Ez fantasztikus pontosság. Tavaly korszerűsítették a telepítést, amely után az Univerzum mélyéről jelet lehetett rögzíteni egy rendkívül erőteljes eseményről - két fekete lyuk összeolvadásáról. Egymilliárd háromszázmillió évvel ezelőtt történt, és csak tavaly szeptember 14-én érkeztek visszhangjai a Földre. Az egyidejűleg felvett gamma-sugárzásnak köszönhetően világossá vált, hogy ez nem véletlenszerű zaj. A szakértők nagyon sokáig ellenőrizték az eredményt, és csak februárban kockáztatták meg, hogy értesítsék a világot arról, hogy nagy felfedezés történt.és csak tavaly szeptember 14-én érkeztek visszhangjai a Földre. Az egyidejűleg rögzített gamma-sugárzásnak köszönhetően világossá vált, hogy ez nem véletlenszerű zaj. A szakértők nagyon sokáig ellenőrizték az eredményt, és csak februárban kockáztatták meg a világ tájékoztatását, hogy nagy felfedezés történt.és csak tavaly szeptember 14-én érkeztek visszhangjai a Földre. Az egyidejűleg rögzített gamma-sugárzásnak köszönhetően világossá vált, hogy ez nem véletlenszerű zaj. A szakértők nagyon sokáig ellenőrizték az eredményt, és csak februárban kockáztatták meg, hogy értesítsék a világot arról, hogy nagy felfedezés történt.
Szergej Arturovich, mi a jelentősége a gravitációs hullámok felfedezésének a tudomány számára?
- A gravitációs hullámok bármit átélnek. Ez azt jelenti, hogy új típusú információkat kapunk a fizikai folyamatokról. A szeptember 14-i esemény során a Nap három tömege, amikor két fekete lyuk összeolvadt, gravitációs hullámok energiájává változott. Ez egy szörnyű energia, így egymilliárd háromszáz millió fényév távolságban is éreztük ezt az eseményt. Képzelje el: az egész világegyetemben elterjedt térremegés.
Fontos megjegyezni, hogy számos más felfedezés történt egyszerre a gravitációs hullámok regisztrálásával. Először bizonyítékot szereztek a fekete lyukak létezésére. A csillagászok és az asztrofizikusok nem kételkedtek ebben, de néhány elméleti fizikus egészen a közelmúltig tagadta az ilyen tárgyak létezését. Másodszor megerősítést nyert, hogy a gravitációs hullámok fénysebességgel haladnak, amit az általános relativitáselmélet előre jelzett.
Még egy felfedezést el kell mondani. Van egy ilyen "fekete lyuk eseményhorizont" fogalom. Két lyuk összeolvadt egymással, az eseményhorizont bizonyos összetett formát ölt és ingadozott. Az eredmény egy héj, amely alatt már van egy fekete lyuk, de kívül még nem. Ezt a hatást - az eseményhorizont dinamikáját - először a megfigyelések során rögzítették, bár senki nem számított ilyen jellegű felfedezésre.
Részt vettek-e orosz tudósok a gravitációs hullámok regisztrálására irányuló kísérletben?
Promóciós videó:
- A detektor-interferométer amerikai, de a tapasztalatokat egy nemzetközi csapat szolgáltatta, amely orosz szakembereket tartalmazott. Az installáció maguk fogták el a gravitációs hullámokat, de meg kellett érteni, honnan jöttek, milyen esemény okozta őket. Tehát ehhez a program a világ minden tájáról származó távcsöveket használt, beleértve az orosz "MASTER" távcsövek hálózatát is. A hullámok forrását azonban még mindig meg lehetett határozni a külföldi technika segítségével.
Az Egyesült Államokban végzett kísérlet számos elméleti alapját Oroszországban hozták létre. Hazánkban a gravitációs hullámok kutatásának egyik úttörője a híres fizikus, a Moszkvai Állami Egyetem alkalmazottja, Vladimir Braginsky volt.
Moszkva asztrofizikus, a MASTER projekt vezetője, Vlagyimir Lipunov és munkatársai 1992-ben még egy cikket publikáltak, amelyben azt mondták, hogy a gravitációs hullámok rögzítésének első eseménye éppen a fekete lyukak összeolvadása lesz. Ezenkívül ismert, hogy orosz tudósok hozzájárultak a detektor-interferométer kialakításának kidolgozásához. Általában körülbelül ezer ember vett részt ilyen vagy olyan módon a projektben, és az orosz fizikusok hozzájárultak a közös ügy megvalósításához.
Képes-e a gravitációs hullámok felfedezése a fizikai Nobel-díjra?
- Általában a gravitációs hullámok felfedezése Nobel-osztályú esemény. A legtöbb esetben a felfedezések váratlanul történnek. De az elmúlt években két kivétel volt, amikor felfedezéseket jósoltak, és történtek is. Beszélünk a Higgs-bozonról, amelynek felfedezése több évtizede várt, és a gravitációs hullámokról, amelyek megerősítése száz évig tartott. Mindezeket az eseményeket elméletileg jósolták meg, mindkét esetben az elmélet helyesnek bizonyult és megfigyelésekkel megerősítette. 2013-ban a fizika fődíját François Engler és Peter Higgs kapta. Úgy gondolom, hogy a Nobel-díjat a gravitációs hullámok felfedezéséért is odaítélik.