Na začiatku roku 2016 medzinárodná spolupráca fyzikov prvýkrát v histórii ľudstva zaregistrovala gravitačné vlny. Vlny boli generované zlúčením dvoch čiernych dier a boli detegované pomocou špeciálneho detektora-interferometra LIGO, ktorý sa nachádza v USA. Čo sú to gravitačné vlny, prečo trvalo ich storočie, kým sme ich objavili, a aká je v tom úloha ruských vedcov? „Oblastnej“o tom povedal vedúci Astronomického observatória ISU, vedecký riaditeľ irkutského planetária Sergej Yazev.
- Pred sto rokmi Albert Einstein dokončil prácu o všeobecnej teórii relativity. Teória, nová v tom čase, umožňovala existenciu takzvaných gravitačných vĺn, ktoré vznikajú neustále a všade. Jednoduchý príklad: mávame rukou, gravitačné vlny sa od ruky líšia. Gravitácia je ale najslabšia sila v prírode a na zafixovanie gravitačných vĺn sú potrebné dva faktory. Po prvé, musí existovať nejaká silná udalosť, do ktorej sú zapojené gigantické masy, napríklad zlúčenie hviezd navzájom, pád jednej hviezdy na druhú alebo niečo podobné. A po druhé, potrebujeme neuveriteľne citlivé vybavenie, ktoré by zaznamenávalo signál z tejto udalosti na Zemi.
Myšlienka, ako zaregistrovať gravitačné vlny, existuje už celé desaťročia. Fyzici dokonale pochopili, čo treba urobiť, ale potrebné technológie jednoducho dlho neexistovali. Americký detektor interferometrov LIGO, ktorý detegoval signály gravitačných vĺn, bol koncipovaný ešte v roku 1992. Fyzici dlho neboli schopní nič opraviť, pretože inštalácii chýbala citlivosť. Faktom je, že gravitačné vlny sú v skutočnosti vibráciami určitej entity, ktorú fyzici nazývajú „časopriestor“. To napríklad znamená, že vzdialenosť medzi dvoma prvkami zariadenia môže začať kolísať, pretože samotný priestor mení svoje vlastnosti. Ukázalo sa, že požadovaná citlivosť zariadenia je za hranicami skutočného vnímania - amplitúda oscilácií by mala byť asi 10-tisíckrát menšia,ako veľkosť atómového jadra. To je fantastická presnosť. Minulý rok bola inštalácia zmodernizovaná, po ktorej bolo možné zaznamenať signál z hlbín vesmíru o mimoriadne silnej udalosti - zlúčení dvoch čiernych dier. Stalo sa to pred miliardou tristo miliónov rokov a iba 14. septembra minulého roku sa jeho ozveny dostali na Zem. Vďaka súčasne zaznamenanému výbuchu gama žiarenia bolo zrejmé, že nejde o náhodný šum. Odborníci výsledok kontrolovali veľmi dlho a až vo februári riskovali informovanie sveta, že došlo k veľkému objavu.a len 14. septembra minulého roku sa jeho ozveny dostali na Zem. Vďaka súčasne zaznamenanému záblesku gama žiarenia bolo zrejmé, že nejde o náhodný šum. Odborníci výsledok kontrolovali veľmi dlho a až vo februári riskovali informovanie sveta, že došlo k veľkému objavu.a len 14. septembra minulého roku sa jeho ozveny dostali na Zem. Vďaka súčasne zaznamenanému záblesku gama žiarenia bolo zrejmé, že nejde o náhodný šum. Odborníci výsledok kontrolovali veľmi dlho a až vo februári riskovali informovanie sveta, že došlo k veľkému objavu.
Sergej Arturovič, aký význam má objav gravitačných vĺn pre vedu?
- Gravitačné vlny prechádzajú všetkým. To znamená, že dostaneme nový typ informácií o fyzikálnych procesoch. Počas udalosti 14. septembra sa tri masy Slnka, keď sa spojili dve čierne diery, zmenili na energiu gravitačných vĺn. Toto je obrovská energia, takže aj vo vzdialenosti jednej miliardy tristo miliónov svetelných rokov sme túto udalosť pocítili. Predstavte si: chvenie vesmíru, ktoré sa rozšírilo do celého vesmíru.
Je dôležité poznamenať, že súčasne s registráciou gravitačných vĺn došlo k niekoľkým ďalším objavom. Najskôr sa získali dôkazy o existencii čiernych dier. Astronómovia a astrofyzici o tom nepochybovali, niektorí teoretickí fyzici však donedávna existenciu takýchto objektov popierali. Po druhé sa potvrdilo, že gravitačné vlny sa pohybujú rýchlosťou svetla, ktorá sa predpovedala vo všeobecnej teórii relativity.
Je potrebné povedať ešte jeden objav. Existuje taký koncept „horizontu udalostí čiernej diery“. Dve diery sa navzájom spájali, horizont udalostí dostal istý zložitý tvar a kolísal. Výsledkom je škrupina, pod ktorou je už čierna diera, vonku však ešte nie. Tento efekt - dynamika horizontu udalostí - bol prvýkrát zaznamenaný počas pozorovaní, hoci nikto tento druh objavu neočakával.
Zúčastnili sa ruskí vedci experimentu na registráciu gravitačných vĺn?
Propagačné video:
- Detektor-interferometer je americký, ale skúsenosti priniesol medzinárodný tím, ktorý zahŕňal ruských špecialistov. Inštalácia zachytávala gravitačné vlny sama, bolo však potrebné pochopiť, odkiaľ pochádzajú, aká udalosť ich spôsobila. Preto program využíval ďalekohľady z celého sveta vrátane ruskej siete ďalekohľadov „MASTER“. Stále však bolo možné určiť zdroj vĺn pomocou zahraničnej technológie.
Mnoho teoretických základov experimentu uskutočneného v USA bolo vytvorených v Rusku. U nás bol jedným z priekopníkov hľadania gravitačných vĺn slávny fyzik, pracovník moskovskej štátnej univerzity Vladimir Braginsky.
Moskovský astrofyzik, vedúci projektu MASTER, Vladimir Lipunov, spolu so svojimi kolegami, ešte v roku 1992 publikovali článok, v ktorom sa hovorilo o tom, že prvou udalosťou pri upevňovaní gravitačných vĺn bude práve spájanie čiernych dier. Okrem toho je známe, že ruskí vedci prispeli k vývoju konštrukcie detektora-interferometra. Všeobecne sa na projekte zúčastnilo asi tisíc ľudí, tak či onak, a ruskí fyzici prispeli k spoločnej veci.
Môže sa objav gravitačných vĺn kvalifikovať na Nobelovu cenu za fyziku?
- Všeobecne je objav gravitačných vĺn udalosťou Nobelovej ceny. K objavom vo väčšine prípadov dôjde neočakávane. Ale v posledných niekoľkých rokoch sa vyskytli dve výnimky, pri ktorých sa predpokladalo, že dôjde k objavom, a že sa tak stalo. Reč je o Higgsovom bozóne, ktorého objav čakal niekoľko desaťročí, a gravitačných vlnách, ktorých potvrdenie trvalo sto rokov. Všetky tieto udalosti boli predpovedané teoreticky, v obidvoch prípadoch sa teória ukázala ako správna a potvrdená pozorovaniami. V roku 2013 si hlavnú cenu za fyziku odniesli François Engler a Peter Higgs. Myslím si, že Nobelova cena sa bude udeľovať aj za objav gravitačných vĺn.