Dlaczego odkrycie fal grawitacyjnych jest tak ważne

W zeszłym roku ukończono trwające pięć lat ulepszenia LIGO - detektora fal grawitacyjnych. Inwestycja opłaciła się. Potrzebowaliśmy stu lat by potwierdzić ten aspekt teorii Einsteina. Odkrycie nie jest jeszcze oficjalne, ale plotki* się nasilają i nikt ich oficjalnie nie odwołuje. Podobno ekipa LIGO właśnie szykuje publikację i są w trakcie “dmuchania na zimne”. Uznałem więc, że warto już poruszyć temat, naciskając na to dlaczego to odkrycie jest tak istotne.

Fale grawitacyjne mają być generowane przez eksplozje gwiazd i zderzenia czarnych dziur. Sama idea ich wykrycia jest prosta - fale te zmieniają odległości między obiektami, na przemian rozciągając i ściskając przestrzeń. LIGO to dwa betonowe tunele czterokilometrowej długości, zbudowane pod kątem prostym. Wewnątrz umieszczono stalowe rury “wypełnione próżnią” (to znaczy jest w nich bardzo dużo niczego) w których wielokrotnie odbijana jest wiązka lasera. Dzięki temu na odległości 4 km można badać ewentualne odkształcenia przestrzeni na dystansie kilkuset kilometrów. Przy odpowiedniej aparaturze można dzięki temu dokonywać pomiarów odkształceń miliard razy mniejszych od jądra atomu. Niestety szumy i zakłócenia są ogromnym problemem. Trzęsienia ziemi, samochody czy pociągi przejeżdzające obok LIGO mogą wywoływać zakłócenia. Dlatego choć idea jest prosta, samo wykrycie było tak trudne.

Mało kto ma wątpliwości co do tego, czy fale grawitacyjne istnieją. Przez sto lat teoria Einsteina przechodziła wszystke sprawdziany. Wiemy, że czasoprzestrzeń istnieje. Wiemy, że ulega zakrzywieniom. Czy zatem eksperyment LIGO to tylko wykwit próżności naukowców? Nie. Udowodniliśmy (prawdopodobnie), że możemy rejestrować i badać fale grawitacyjne. A to ma wielkie konsekwencje.

Potencjanie rozpoczynamy nowy rozdział w badaniu wszechświata. Otrzymaliśmy zupełnie nowy “zmysł”, który pozwoli nam analizować ciemną większość kosmosu, który trudno badać obserwując jedynie światło. Ułatwi nam badanie tajemniczych czarnych dziur i obiektów ukrytych za obłokami gazu. Naukowcy otrzymają możliwość analizowania grawitacji w najbardziej ekstremalnych warunkach - gdy obiekty wielokrotnie cięższe od Słońca okrążają się nawzajem z prędkościami zbliżonymi do prękości światła. Bez wątpienia czeka nas cała masa niespodzianek.

LIGO to jedynie początek. W grudniu ESA na pokładzie rakiety Vega wyniosła sondę LISA Pathfinder, która ma sprawdzić technologię planowanej na 2034 misji eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna). Na pokładzie sondy znajdują się dwie dwukilogramowe masy testowe. Precyzyjny pomiar ich wzajemnego położenia z dokładnością do 10 pikometrów (pikometr to jedna milionowa jednej milionowej metra), ma posłużyć do analizy fal grawitacyjnych. Dokładność tych pomiarów oraz pozycjonowania satelity posłuży do właściwej misji eLISA. W sporym uproszczeniu, będzie to ekstremalna wersja LIGO - trzy satelity umieszczone w formacji trójkąta równobocznego o boku długości miliona kilometrów. W sumie dziwi mnie tylko, że postawiono na trójkąt a nie na czworościan, który ułatwiłby mierzenie fal grawitacyjnych w trzech wymiarach a nie tylko płaszczyźnie (choć konstelacja eLISA będzie obracać się orbitując wokół Słońca, jak pokazuje animacja powyżej).

Tak czy inaczej żyjemy w ciekawych czasach, gdy nasze sondy będą (prawdopodobnie) ujeżdżać fale grawitacyjne.


Źródła i źródełka:
http://gizmodo.com/heres-why-finding-gravitational-waves-would-be-such-a-b-1752286165
http://news.discovery.com/space/ligos-little-black-box-110317.htm
http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2014/11/theres-more-than-one-way-to-hunt-for-gravitational-waves/
http://www.theguardian.com/science/2016/jan/12/gravitation-waves-signal-rumoured-science
http://www.iflscience.com/physics/gravitational-wave-rumors-running-hot
https://www.newscientist.com/article/dn28754-new-rumours-that-gravitational-waves-have-finally-been-detected/


* - Najgłośniejszym plotkarzem jest Lawrence Krauss. Generalnie lubię gościa, myślę, że wszystko nie okaże się jedynie plotką, ale jednocześnie nie pochwalam jego zachowania. Myślę, że trafnej krytyki dokonał astronom Michael Merrifield jeśli sprawa się potwierdzi, to Krauss podpiął się pod szum medialny wokół odkrycia, jeśli sprawa okaże się plotkę, to zaszkodził wiarygodności świata naukowego. W obu przypadkach nieładnie.