Vuoden 2016 alussa fyysikkojen kansainvälinen yhteistyö rekisteröi gravitaatioaallot ensimmäisen kerran ihmiskunnan historiassa. Aallot syntyivät kahden mustan aukon sulautumisesta ja havaittiin Yhdysvalloissa sijaitsevalla erityisellä ilmaisin-interferometrillä LIGO. Mitä ovat painovoima-aallot, miksi niiden löytäminen kesti vuosisadan, ja mikä on venäläisten tutkijoiden rooli tässä? ISU: n tähtitieteellisen observatorion päällikkö, Irkutskin planetaarion tieteellinen johtaja Sergei Yazev kertoi tästä "Oblastnajalle".
- Sata vuotta sitten Albert Einstein sai päätökseen työnsä suhteellisuusteorian suhteen. Tuolloin uusi teoria mahdollisti niin kutsuttujen gravitaatioaaltojen olemassaolon, joita syntyy jatkuvasti ja kaikkialla. Yksinkertainen esimerkki: heilutamme kättämme, painovoima poikkeaa kädestä. Mutta painovoima on luonteeltaan heikoin voima, ja painovoima-aaltojen kiinnittämiseen tarvitaan kaksi tekijää. Ensinnäkin on oltava jokin voimakas tapahtuma, johon osallistuvat jättimäiset massat, esimerkiksi tähtien sulautuminen toistensa kanssa, yhden tähden putoaminen toisen päälle tai jotain vastaavaa. Toiseksi tarvitsemme uskomattoman herkkiä laitteita, jotka tallentaisivat signaalin tästä tapahtumasta maan päällä.
Ajatus gravitaatioaaltojen rekisteröinnistä on ollut olemassa jo vuosikymmenien ajan. Fyysikot ymmärsivät täydellisesti, mitä oli tehtävä, mutta tarvittavia tekniikoita ei yksinkertaisesti ollut olemassa pitkään aikaan. LIGO-interferometri-ilmaisin Yhdysvalloissa, joka havaitsi gravitaatioaaltosignaalit, suunniteltiin vuonna 1992. Fyysikot eivät pystyneet pitkään aikaan korjaamaan mitään, koska asennuksesta puuttui herkkyys. Tosiasia on, että gravitaatioaallot ovat itse asiassa tietyn kokonaisuuden värähtelyjä, joita fyysikot kutsuvat "aika-ajaksi". Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että asennuksen kahden elementin välinen etäisyys voi alkaa vaihdella, koska tila itse muuttaa ominaisuuksiaan. Kävi ilmi, että laitteen vaadittu herkkyys on todellisen havainnon rajojen ulkopuolella - värähtelyjen amplitudin tulisi olla noin 10 tuhatta kertaa pienempi,kuin atomiytimen koko. Tämä on upea tarkkuus. Viime vuonna asennusta modernisoitiin, minkä jälkeen voitiin tallentaa signaali maailmankaikkeuden syvyydestä erittäin voimakkaasta tapahtumasta - kahden mustan aukon sulautumisesta. Se tapahtui miljardi kolmesataa miljoonaa vuotta sitten, ja vasta viime vuoden 14. syyskuuta sen kaiku saavutti maan. Samanaikaisesti tallennetun gammasädepurkauksen ansiosta kävi selväksi, että tämä ei ole satunnaista kohinaa. Asiantuntijat ovat tarkistaneet tulosta jo kauan, ja vasta helmikuussa he riskoivat ilmoittaa maailmalle, että suuri löytö on tehty.ja vasta viime vuoden 14. syyskuuta sen kaiut saavuttivat maan. Samanaikaisesti tallennetun gammasädepurskeen ansiosta kävi selväksi, että tämä ei ole satunnaista kohinaa. Asiantuntijat tarkasivat tulosta hyvin kauan, ja vasta helmikuussa he vaaransivat ilmoittaa maailmalle, että suuri löytö oli tehty.ja vasta viime vuoden 14. syyskuuta sen kaiut saavuttivat maan. Samanaikaisesti tallennetun gammasädepurkauksen ansiosta kävi selväksi, että tämä ei ole satunnaista kohinaa. Asiantuntijat ovat tarkistaneet tulosta jo kauan, ja vasta helmikuussa he riskoivat ilmoittaa maailmalle, että suuri löytö on tehty.
Sergey Arturovich, mikä merkitys gravitaatioaaltojen löytämiselle on tieteelle?
- Gravitaatioaallot käyvät läpi mitä tahansa. Tämä tarkoittaa, että saamme uuden tyyppistä tietoa fyysisistä prosesseista. 14. syyskuuta tapahtuneen auringon kolme massaa, kun kaksi mustaa aukkoa sulautuivat, muuttui gravitaatioaaltojen energiaksi. Tämä on hirvittävä energia, joten jopa miljardin kolmesadan miljoonan valovuoden etäisyydellä tunsimme tämän tapahtuman. Kuvittele: avaruuden vapina, joka on levinnyt kaikkialle maailmankaikkeuteen.
On tärkeää huomata, että useita muita löytöjä tehtiin samanaikaisesti gravitaatioaaltojen rekisteröinnin kanssa. Ensinnäkin on saatu todiste mustien aukkojen olemassaolosta. Tähtitieteilijät ja astrofyysikot eivät epäile tätä, mutta jotkut teoreettiset fyysikot kielsivät vasta äskettäin tällaisten esineiden olemassaolon. Toiseksi vahvistettiin, että gravitaatioaallot kulkevat valon nopeudella, mikä ennustettiin yleisessä suhteellisuudessa.
Vielä yksi löytö on sanottava. On olemassa sellainen käsite "mustan aukon tapahtumahorisontti". Kaksi reikää sulautui toisiinsa, tapahtumahorisontti sai tietyn monimutkaisen muodon ja heilahti. Tuloksena on kuori, jonka alla on jo musta aukko, mutta ei vielä ulkona. Tämä vaikutus - tapahtumahorisontin dynamiikka - kirjattiin ensin havaintojen aikana, vaikka kukaan ei odottanut tällaista löytöä.
Osallistuivatko venäläiset tutkijat kokeeseen rekisteröidä gravitaatioaaltoja?
Mainosvideo:
- Ilmaisin-interferometri on amerikkalainen, mutta kokemuksen antoi kansainvälinen ryhmä, johon kuului venäläisiä asiantuntijoita. Asennus tarttui itse gravitaatioaaltoihin, mutta oli tarpeen ymmärtää, mistä ne tulivat, mikä tapahtuma aiheutti heille. Joten tähän tarkoitukseen ohjelma käytti kaukoputkia kaikkialta maailmasta, mukaan lukien Venäjän teleskooppiverkosto MASTER. Aaltojen lähde oli kuitenkin edelleen mahdollista määrittää ulkomaisen tekniikan avulla.
Monet Yhdysvalloissa tehdyn kokeen teoreettisista perusteista luotiin Venäjällä. Maassamme yksi painovoima-aaltojen etsimisestä oli kuuluisa fyysikko, Moskovan valtionyliopiston työntekijä Vladimir Braginsky.
Moskovan astrofyysikko, MASTER-projektin johtaja Vladimir Lipunov julkaisi yhdessä kollegoidensa kanssa vuonna 1992 artikkelin, jossa sanottiin, että ensimmäinen tapahtuma gravitaatioaaltojen korjaamiseksi olisi juuri mustien aukkojen sulautuminen. Lisäksi tiedetään, että venäläiset tutkijat ovat osallistuneet detektori-interferometrin suunnittelun kehittämiseen. Yleensä hankkeeseen osallistui tavalla tai toisella noin tuhat ihmistä, ja venäläiset fyysikot myötävaikuttivat yhteiseen asiaan.
Voiko gravitaatioaaltojen löytäminen saada fysiikan Nobel-palkinnon?
- Gravitaatioaaltojen löytäminen on yleensä Nobel-luokan tapahtuma. Useimmissa tapauksissa löydöt tapahtuvat odottamattomasti. Mutta viime vuosina on ollut kaksi poikkeusta, joissa löydöksiä ennustettiin, ja ne todellakin tapahtuivat. Puhumme Higgsin bosonista, jonka löytö oli odottanut useita vuosikymmeniä, ja gravitaatioaalloista, joiden vahvistaminen kesti sata vuotta. Kaikki nämä tapahtumat ennustettiin teoreettisesti, molemmissa tapauksissa teoria osoittautui oikeeksi ja vahvistettiin havainnoilla. Vuonna 2013 fysiikan pääpalkinnon saivat François Engler ja Peter Higgs. Luulen, että Nobel-palkinto myönnetään myös painovoima-aaltojen löytämisestä.