Kao dio svoje opće teorije relativnosti, Einstein je predvidio da bi masa trebala emitirati gravitacijske valove. Trebalo bi biti u stanju otkriti najjače gravitacijske valove dok prolaze kroz Zemlju. A svemirski opservatorij planiran za pokretanje 2015. pod nazivom LISA trebao bi biti još jači.
Znanstvenici su blizu da zapravo vide gravitacijske valove. Kreditna slika: NASA
Gravitacija je poznata sila. To je razlog straha od visine. Drži mjesec do Zemlje, Zemlja do sunca. Čuva da pivo ne ispliva iz naših čaša.
Ali kako? Da li Zemlja šalje tajne poruke na Mjesec?
Pa da - nekako.
Eanna Flanagan, Cornell-ova izvanredna profesorica fizike i astronomije, svoj je život posvetila razumijevanju gravitacije još od kada je bila studentica na University College Dublin u rodnoj Irskoj. Sada, gotovo dva desetljeća nakon što je od Irske napustio studij doktorata kod glasovitog relativista Kip Thornea na Kalifornijskom tehnološkom institutu, njegov rad usredotočen je na predviđanje veličine i oblika gravitacijskih valova - neuhvatljiv fenomen prognoze Einsteinove teorije opće relativnosti iz 1916. godine ali koji nikada nisu izravno otkriveni.
1974. astronomi sa Sveučilišta Princeton Russell Hulse i Joseph H. Taylor Jr. posredno su izmjerili utjecaj gravitacijskih valova na kobitne organe neutronskih zvijezda, otkriće koje im je donijelo Nobelovu nagradu za fiziku 1993. godine. Zahvaljujući nedavnom radu Flanagana i njegovih kolega, znanstvenici su sada na rubu da izravno vide prve gravitacijske valove.
Zvuk ne može postojati u vakuumu. Potreban je medij, poput zraka ili vode, kroz koji može isporučiti svoju poruku. Slično tome, gravitacija ne može postojati u ništavilu. I njemu je potreban medij putem kojeg će isporučiti svoju poruku. Einstein je teoretizirao da je taj medij prostor i vrijeme, odnosno "tkanina prostora vremena".
Promjene tlaka - udaranje na bubanj, vibrirajući govorni kabel - stvaraju zvučne valove, valove u zraku. Prema Einsteinovoj teoriji, promjene mase - sudar dviju zvijezda, slijetanje prašine na policu s knjigom - stvaraju gravitacijske valove i pukotine u prostornom vremenu.
Budući da većina svakodnevnih predmeta ima masu, gravitacijski valovi trebaju biti svuda oko nas. Pa zašto ih ne možemo pronaći?
"Najjači gravitacijski valovi uzrokovat će mjerljive poremećaje na Zemlji 1.000 puta manjim od atomskog jezgra", objasnio je Flanagan. "Otkrivanje njih je ogroman tehnički izazov."
Odgovor na taj izazov je LIGO, Laser Interferometer Gravitacijski-valni opservatorij, kolosalni eksperiment koji uključuje suradnju više od 300 znanstvenika.
LIGO se sastoji od dvije instalacije udaljene gotovo 2 000 milja - jedna u Hanfordu, Washingtonu, i jedna u Livingstonu, La. Svaki je objekt oblikovan poput divovskog "L", s dvije ruke dužine 2,5 kilometra izrađene u promjeru od 4 metra. vakuumske cijevi u betonu. Ultra stabilne laserske zrake prolaze cijevima, skačući između ogledala na kraju svake ruke. Znanstvenici očekuju da će prolazni gravitacijski val ispružiti jednu ruku, a drugu stisnuti, zbog čega će dva lasera prijeći malo različite udaljenosti.
Razlika se tada može mjeriti "interferiranjem" lasera u kojima se ruke sijeku. To je usporedivo s dva automobila koja se kreću okomito na raskrižje. Ako putuju istom brzinom i udaljenost, uvijek će se sudariti. Ali ako su udaljenosti različite, možda će propustiti. Flanagan i njegovi kolege nadaju se promašaju.
Nadalje, tačno koliko će laseri pogoditi ili promašiti pružit će podatke o karakteristikama i podrijetlu gravitacijskog vala. Uloga Flanagana je predvidjeti ove karakteristike kako bi njegovi kolege u LIGO-u znali što treba potražiti.
Zbog tehnoloških ograničenja, LIGO je sposoban samo osjetiti gravitacijske valove određenih frekvencija iz moćnih izvora, uključujući eksplozije supernove u Mliječnom putu i brzo okretanje ili suorganizaciju neutronskih zvijezda ili u Mliječnom putu ili u dalekim galaksijama.
Kako bi proširili potencijalne izvore, NASA i Europska svemirska agencija već planiraju LIGO-ov nasljednik, LISA, svemirska antena za laserski interferometar. LISA je u konceptu sličan LIGO-u, samo što će laseri odskočiti među tri satelita 3 milijuna milja razmaknuvši se tako što će Zemlju pratiti u orbiti oko Sunca. Kao rezultat toga, LISA će moći detektirati valove na nižim frekvencijama od LIGO-a, poput onih nastalih sudarom neutronske zvijezde s crnom rupom ili sudarom dviju crnih rupa. LISA bi trebala biti lansirana u 2015. godini.
Flanagan i suradnici na Massachusetts Institute of Technology nedavno su dešifrirali potpis gravitacijskog vala što rezultira kada supermasivna crna rupa proguta neutronsku zvijezdu veličine sunca. To je potpis koji će LISA-i biti važno prepoznati.
"Kad LISA leti, trebali bismo vidjeti stotine ovih stvari", primijetio je Flanagan. "Moći ćemo izmjeriti kako su prostor i vrijeme iskrivljeni, te kako bi se oko njega trebala uviti crna rupa. Vidimo elektromagnetsko zračenje i mislimo da je vjerojatno crna rupa - ali to je otprilike koliko imamo. Bit će vrlo uzbudljivo napokon vidjeti da relativnost uistinu djeluje. "
Ali upozorio je, "To možda neće uspjeti. Astronomi promatraju kako se širenje svemira ubrzava. Jedno je objašnjenje da se opća relativnost mora izmijeniti: Einstein je uglavnom bio u pravu, ali u nekim su režimima stvari mogle funkcionirati drugačije. "
Thomas Oberst je staž u znanosti pisac u Cornell News Service.
Izvorni izvor: Sveučilište Cornell
