Као део своје опште теорије релативности, Ајнштајн је предвидио да маса треба да емитује гравитационе таласе. Требало би да буде у стању да детектује најмоћније гравитационе таласе док пролазе кроз Земљу. А свемирска опсерваторија планирана за покретање 2015. под називом ЛИСА требала би бити још јача.
Научници су близу да заправо виде гравитационе таласе. Кредитна слика: НАСА
Гравитација је позната сила. То је разлог страха од висине. Држи месец ка Земљи, Земља ка сунцу. Чува да пиво не исплива из наших чаша.
Али како? Да ли Земља шаље тајне поруке месецу?
Па, да - некако.
Еанна Фланаган, Цорнелл ванредна професорица физике и астрономије, свој је живот посветила разумевању гравитације још од када је била студент на Универзитетском колеџу у Даблину у својој родној Ирској. Сада, готово две деценије након што је од Ирске напустио студиј доктората код чувеног релативиста Кип Тхорнеа на Калифорнијском технолошком институту, његов рад фокусиран је на предвиђање величине и облика гравитационих таласа - неухватљива појава прогнозирана Еинстеиновом теоријом опште релативности из 1916. године али који никада нису директно откривени.
1974. астрономи са Универзитета Принцетон Русселл Хулсе и Јосепх Х. Таилор Јр. индиректно су измерили утицај гравитационих таласа на кобитне орбите неутронских звезда, што је откриће које им је донело Нобелову награду за физику 1993. Захваљујући недавном раду Фланагана и његових колега, научници су сада на прагу да директно виде прве гравитационе таласе.
Звук не може постојати у вакууму. Потребан јој је медиј, као што су ваздух или вода, кроз који ће испоручити своју поруку. Слично томе, гравитација не може постојати у ништавилу. И њој је потребан медиј преко кога ће испоручити своју поруку. Ајнштајн је теоретизирао да је тај медиј простор и време, или „тканина простора времена“.
Промјене притиска - ударци на бубањ, вибрирајући гласнице - стварају звучне таласе, пукотине у зраку. Према Аинстеиновој теорији, промене у маси - судар две звезде, слетање прашине на полицу књига - производе гравитационе таласе и мрешкање у просторном времену.
Будући да већина свакодневних предмета има масу, гравитациони таласи би требали бити свуда око нас. Па зашто их не можемо пронаћи?
„Најјачи гравитациони таласи изазваће мерљиве поремећаје на Земљи 1.000 пута мањи од атомског језгра“, објаснио је Фланаган. "Откривање њих је огроман технички изазов."
Одговор на тај изазов је ЛИГО, Ласер Интерферометер Гравитацијско-таласна опсерваторија, колосални експеримент који укључује сарадњу више од 300 научника.
ЛИГО се састоји од две инсталације удаљене скоро 2.000 миља - једна у Ханфорду, Васхингтону, и једна у Ливингстону, Ла. Сваки објекат је обликован као џиновски "Л", са две руке дугачке 2,5 километра, направљене у пречнику од 4 стопе. вакум цеви у бетону. Ултра стабилне ласерске зраке пролазе кроз цеви, скачући између огледала на крају сваке руке. Научници очекују да гравитациони талас који пролази испружи једну руку и стисне другу, узрокујући да два ласера путују мало другачије удаљености.
Разлика се затим може мерити „уплитањем“ ласера у којима се руке пресеку. То је упоредиво са два аутомобила која брзе окомито у правцу раскрснице. Ако путују истом брзином и удаљеношћу, увек ће се сударити. Али ако су удаљености различите, можда ће пропустити. Фланаган и његове колеге надају се промашају.
Штавише, тачно колико ће ласерски ударити или промашити пружиће информације о карактеристикама и пореклу гравитационог таласа. Улога Фланагана је да предвиди ове карактеристике тако да његове колеге из ЛИГО-а знају шта да траже.
Због технолошких ограничења, ЛИГО је способан само да осети гравитационе таласе одређених фреквенција из моћних извора, укључујући експлозије супернове у Млечном путу и брзо окретање или суорганизацију неутронских звезда било у Млечном путу, било у далеким галаксијама.
Како би проширили потенцијалне изворе, НАСА и Европска свемирска агенција већ планирају наследник ЛИГО-а, ЛИСА, свемирска антена за ласерски интерферометар. ЛИСА је по концепту слична ЛИГО, само што ће ласери одскочити између трију сателита три миља миља, пратећи Земљу у орбити око Сунца. Као резултат тога, ЛИСА ће моћи да детектује таласе на нижим фреквенцијама од ЛИГО-а, попут оних насталих сударом неутронске звезде са црном рупом или сударом двеју црних рупа. ЛИСА би требала бити лансирана у 2015. години.
Фланаган и сарадници са Технолошког института у Масачусетсу недавно су дешифровали потпис гравитационог таласа који настаје када супермасивна црна рупа прогута неутронску звезду величине сунца. То је потпис који ће бити важан да га ЛИСА препозна.
"Када ЛИСА лети, требали бисмо видети стотине ових ствари", приметио је Фланаган. „Бићемо у могућности да измеримо како су простор и време искривљени и како би простор требало да се увије црном рупом. Видимо електромагнетско зрачење и мислимо да је вероватно црна рупа - али то је отприлике колико имамо. Биће врло узбудљиво коначно видети да релативност у ствари функционише. "
Али упозорио је, „Можда неће успети. Астрономи примећују да се ширење свемира убрзава. Једно објашњење је да општу релативност треба измијенити: Ајнштајн је углавном био у праву, али у неким режимима ствари би могле функционирати другачије. "
Тхомас Оберст је приправник науке у Цорнелл Невс Сервице.
Изворни извор: Цорнелл Университи
