2016 metų pradžioje tarptautinis fizikų bendradarbiavimas pirmą kartą žmonijos istorijoje užfiksavo gravitacijos bangas. Bangos susidarė susijungus dviem juodosioms skylėms ir buvo aptiktos naudojant specialų JAV detektorių-interferometrą LIGO. Kas yra gravitacinės bangos, kodėl prireikė šimtmečio, kad jas atrastume, ir koks yra Rusijos mokslininkų vaidmuo tame? Apie tai „Oblastnajai“pasakojo ISU Astronomijos observatorijos vadovas, Irkutsko planetariumo mokslo direktorius Sergejus Jazevas.
- Prieš šimtą metų Albertas Einšteinas baigė darbą dėl bendrosios reliatyvumo teorijos. Tuo metu nauja teorija leido egzistuoti vadinamosioms gravitacinėms bangoms, kurios kyla nuolat ir visur. Paprastas pavyzdys: mojuojame ranka, gravitacinės bangos skiriasi nuo rankos. Bet gravitacija yra silpniausia gamtos jėga, todėl gravitacinėms bangoms fiksuoti reikia dviejų veiksnių. Pirma, turi būti koks nors galingas įvykis, kuriame dalyvauja milžiniškos masės, pavyzdžiui, žvaigždžių susiliejimas tarpusavyje, vienos žvaigždės kritimas ant kitos ar kažkas panašaus. Antra, mums reikia nepaprastai jautrios įrangos, kuri įrašytų šio įvykio Žemėje signalą.
Idėja, kaip užregistruoti gravitacines bangas, egzistavo dešimtmečius. Fizikai puikiai suprato, ką reikia daryti, tačiau reikalingų technologijų ilgą laiką tiesiog nebuvo. JAV įsikūręs LIGO interferometro detektorius, kuris aptiko gravitacinių bangų signalus, buvo sukurtas dar 1992 m. Ilgą laiką fizikai negalėjo nieko ištaisyti, nes instaliacijai trūko jautrumo. Faktas yra tas, kad gravitacinės bangos iš tikrųjų yra tam tikros esybės virpesiai, kuriuos fizikai vadina „erdvėlaikiu“. Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, atstumas tarp dviejų instaliacijos elementų gali pradėti svyruoti, nes pati erdvė keičia savo savybes. Paaiškėjo, kad reikalingas prietaiso jautrumas yra už tikrojo suvokimo ribų - vibracijos amplitudė turėtų būti maždaug 10 tūkstančių kartų mažesnė,nei atomo branduolio dydis. Tai yra fantastiškas tikslumas. Pernai instaliacija buvo modernizuota, po kurios buvo galima įrašyti signalą iš Visatos gelmių apie itin galingą įvykį - dviejų juodųjų skylių susijungimą. Tai įvyko prieš milijardą tris šimtus milijonų metų ir tik praėjusių metų rugsėjo 14 dieną jo atgarsiai pasiekė Žemę. Dėl vienu metu įrašyto gama spindulių sprogimo paaiškėjo, kad tai nėra atsitiktinis triukšmas. Ekspertai labai ilgai tikrino rezultatą ir tik vasarį rizikavo pranešti pasauliui, kad padarytas didelis atradimas.ir tik praėjusių metų rugsėjo 14 dieną jos atgarsiai pasiekė Žemę. Dėl vienu metu įrašyto gama spindulių sprogimo paaiškėjo, kad tai nėra atsitiktinis triukšmas. Ekspertai labai ilgai tikrino rezultatą ir tik vasarį rizikavo pranešti pasauliui, kad padarytas didelis atradimas.ir tik praėjusių metų rugsėjo 14 dieną jos atgarsiai pasiekė Žemę. Dėl vienu metu įrašyto gama spindulių sprogimo paaiškėjo, kad tai nėra atsitiktinis triukšmas. Ekspertai labai ilgai tikrino rezultatą ir tik vasario mėnesį rizikavo pranešti pasauliui, kad buvo atliktas didelis atradimas.
Sergejau Arturovičiau, kokia yra gravitacinių bangų atradimo reikšmė mokslui?
- Gravitacinės bangos praeina bet ką. Tai reiškia, kad gausime naujo tipo informaciją apie fizinius procesus. Rugsėjo 14 dienos įvykio metu trys Saulės masės, susijungus dviem juodosioms skylėms, virto gravitacinių bangų energija. Tai yra siaubinga energija, todėl net ir milijardo trijų šimtų milijonų šviesmečių atstumu pajutome šį įvykį. Įsivaizduokite: erdvės drebulys, išplitęs visatoje.
Svarbu pažymėti, kad kartu su gravitacinių bangų registravimu buvo padaryta keletas kitų atradimų. Pirma, buvo gauti juodųjų skylių egzistavimo įrodymai. Astronomai ir astrofizikai tuo neabejojo, tačiau kai kurie teoriniai fizikai dar visai neseniai neigė tokių objektų egzistavimą. Antra, buvo patvirtinta, kad gravitacinės bangos sklinda šviesos greičiu, kuris buvo numatytas bendruoju reliatyvumu.
Reikia pasakyti dar vieną atradimą. Yra tokia sąvoka „juodosios skylės įvykių horizontas“. Dvi skylės susiliejo viena su kita, įvykio horizontas įgavo tam tikrą sudėtingą formą ir svyravo. Rezultatas yra apvalkalas, po kuriuo jau yra juodoji skylė, bet dar nėra lauke. Šis efektas - įvykių horizonto dinamika - pirmą kartą buvo užfiksuotas stebėjimų metu, nors tokio atradimo niekas nesitikėjo.
Ar Rusijos mokslininkai dalyvavo gravitacinių bangų registravimo eksperimente?
Reklaminis vaizdo įrašas:
- Detektorius-interferometras yra amerikietiškas, tačiau patirtį pateikė tarptautinė komanda, kurioje dalyvavo Rusijos specialistai. Instaliacija patys pagavo gravitacines bangas, tačiau reikėjo suprasti, iš kur jos atsirado, koks įvykis jas sukėlė. Taigi tam programa naudojo teleskopus iš viso pasaulio, įskaitant Rusijos teleskopų tinklą MASTER. Tačiau vis tiek buvo įmanoma nustatyti bangų šaltinį pasitelkiant užsienio technologijas.
Daugelis teorinių JAV atlikto eksperimento pagrindų buvo sukurti Rusijoje. Mūsų šalyje vienas iš gravitacinių bangų paieškos pradininkų buvo garsus fizikas, Maskvos valstybinio universiteto darbuotojas Vladimiras Braginsky.
Maskvos astrofizikas, projekto MASTER vadovas Vladimiras Lipunovas kartu su kolegomis dar 1992 m. Paskelbė straipsnį, kuriame buvo sakoma, kad pirmasis gravitacinių bangų fiksavimo įvykis bus būtent juodųjų skylių susiliejimas. Be to, žinoma, kad Rusijos mokslininkai prisidėjo kuriant detektoriaus-interferometro dizainą. Apskritai, vienaip ar kitaip, projekte dalyvavo apie tūkstantis žmonių, o Rusijos fizikai prisidėjo prie bendro reikalo.
Ar gravitacinių bangų atradimas gali pretenduoti į Nobelio fizikos premiją?
- Apskritai, gravitacinių bangų atradimas yra Nobelio klasės įvykis. Daugeliu atvejų atradimai įvyksta netikėtai. Tačiau per pastaruosius kelerius metus buvo dvi išimtys, kai atradimai buvo numatyti ir jie įvyko. Mes kalbame apie Higgso bozoną, kurio atradimas laukė kelis dešimtmečius, ir gravitacines bangas, kurioms patvirtinti prireikė šimto metų. Visi šie įvykiai buvo numatyti teoriškai, abiem atvejais teorija pasirodė esanti teisinga ir patvirtinta stebėjimais. 2013 m. Pagrindinis fizikos prizas atiteko François Engler ir Peter Higgs. Manau, kad Nobelio premija bus įteikta ir už gravitacinių bangų atradimą.