V rámci své obecné teorie relativity Einstein předpověděl, že hmota by měla emitovat gravitační vlny. Měl by být schopen detekovat nejsilnější gravitační vlny, jak prochází Zemí. A vesmírná observatoř plánovaná na spuštění v roce 2015 s názvem LISA by měla být ještě silnější.
Vědci jsou blízko ke skutečným gravitačním vlnám. Obrazový kredit: NASA
Gravitace je známá síla. To je důvod strachu z výšek. Drží Měsíc na Zemi, Zemi na slunci. Zabraňuje plování z našich brýlí.
Ale jak? Posílá Země na Měsíc tajné zprávy?
Ano, ano.
Eanna Flanagan, docentka fyziky a astronomie v Cornell, zasvětila svůj život pochopení gravitace od doby, kdy byl studentem University College Dublin ve svém rodném Irsku. Nyní, téměř dvě desetiletí poté, co opustil Irsko, aby studoval doktorát pod slavným relativistou Kip Thornem na Kalifornském technologickém institutu, se jeho práce zaměřuje na předpovídání velikosti a tvaru gravitačních vln - nepolapitelný jev předpovídaný Einsteinovou teorií obecné relativity z roku 1916 ale nikdy nebyly přímo detekovány.
V roce 1974 astronomové Princetonské univerzity Russell Hulse a Joseph H. Taylor ml. Nepřímo změřili vliv gravitačních vln na ko-obíhající neutronové hvězdy, což je objev, který jim vynesl Nobelovu cenu za fyziku z roku 1993. Díky nedávné práci Flanagana a jeho kolegů jsou nyní vědci na pokraji přímého vidění prvních gravitačních vln.
Zvuk nemůže existovat ve vakuu. Vyžaduje médium, jako je vzduch nebo voda, skrze které doručuje svou zprávu. Podobně nemůže gravitace existovat v nicotě. Také potřebuje médium, pomocí něhož bude moci poslat své poselství. Einstein se domníval, že tímto médiem je prostor a čas, neboli „časoprostorová tkanina“.
Změny tlaku - rána na buben, vibrační hlasitá šňůra - vytvářejí zvukové vlny, vlnky ve vzduchu. Podle Einsteinovy teorie, změny hmotnosti - srážka dvou hvězd, přistání prachu na polici - způsobují gravitační vlny, vlnění v časoprostoru.
Protože většina každodenních předmětů má hmotu, gravitační vlny by měly být všude kolem nás. Tak proč je nemůžeme najít?
"Nejsilnější gravitační vlny způsobí měřitelné poruchy na Zemi 1 000krát menší než atomové jádro," vysvětlil Flanagan. "Detekce je obrovská technická výzva."
Reakcí na tuto výzvu je LIGO, laserové interferometrové gravitační vlnové observatoře, kolosální experiment zahrnující spolupráci více než 300 vědců.
LIGO se skládá ze dvou instalací vzdálených téměř 2 000 mil - jedné v Hanfordu, Wash. Vakuové trubky uzavřené do betonu. Ultra stabilní laserové paprsky procházejí trubkami a poskakují mezi zrcadly na konci každého ramene. Vědci očekávají, že projíždějící gravitační vlna natáhne jednu ruku a stiskne druhou, což způsobí, že oba lasery budou cestovat o trochu jiné vzdálenosti.
Rozdíl pak lze měřit „rušením“ laserů, kde se protínají paže. Je srovnatelná s rychlostí dvou kol kolmo na křižovatku. Pokud cestují stejnou rychlostí a vzdáleností, vždy se zhroutí. Ale pokud jsou vzdálenosti odlišné, mohou jim uniknout. Flanagan a jeho kolegové doufají, že bude chybět.
Navíc, kolik laserů udeří nebo minete, poskytne informace o charakteristikách a původu gravitační vlny. Úlohou Flanagana je předpovídat tyto vlastnosti, aby jeho kolegové v LIGO věděli, co hledat.
Díky technologickým limitům je LIGO schopno snímat gravitační vlny určitých frekvencí ze silných zdrojů, včetně výbuchů supernovy v Mléčné dráze a rychle otáčet nebo ko-obíhat neutronové hvězdy v Mléčné dráze nebo ve vzdálených galaxiích.
S cílem rozšířit potenciální zdroje NASA a Evropská kosmická agentura již plánují nástupce LIGO, LISA, laserovou interferometrickou kosmickou anténu. LISA je konceptem podobným LIGO, kromě toho, že se lasery odrazí mezi třemi satelity od sebe vzdálenými 3 milióny mil a sledují Zemi na oběžné dráze kolem Slunce. Výsledkem bude, že LISA bude schopna detekovat vlny při nižších frekvencích než LIGO, jako jsou vlny vyvolané kolizí neutronové hvězdy s černou dírou nebo srážkou dvou černých děr. Spuštění LISA je naplánováno na rok 2015.
Flanagan a spolupracovníci technologického institutu v Massachusetts nedávno dešifrovali podpis gravitační vlny, k němuž dochází, když supermasivní černá díra spolkne neutronovou hvězdu velikosti slunce. Je to podpis, který bude pro LISA důležitý.
"Když LISA letí, měli bychom vidět stovky těchto věcí," poznamenal Flanagan. "Budeme schopni měřit, jak se prostor a čas deformují a jak se má prostor skrz černou díru kroužit." Vidíme elektromagnetické záření a myslíme si, že je to pravděpodobně černá díra - ale to je asi tak daleko, jak se máme. Bude velmi vzrušující vidět, že relativita skutečně funguje. “
Varoval však: „To nemusí fungovat. Astronomové pozorují, že expanze vesmíru se zrychluje. Jedno vysvětlení je, že je třeba upravit obecnou relativitu: Einstein měl většinou pravdu, ale v některých režimech by to mohlo fungovat jinak. “
Thomas Oberst je vědeckým spisovatelem v Cornell News Service.
Původní zdroj: Cornell University
