Denník N

Vedci oznámili objav gravitačných vĺn, o Nobelovej cene za fyziku je asi rozhodnuté

Čierna diera. Ilustračné foto – NASA
Čierna diera. Ilustračné foto – NASA

Oznámili objav gravitačných vĺn, posledného dielika pestrej mozaiky Einsteinovej teórie relativity.

„Dokázali sme to, zaznamenali sme gravitačné vlny,“ oznámili vo štvrtok vedci na tlačovej konferencii vo Washingtone. Potvrdili tak poslednú nenaplnenú Einsteinovu predpoveď o gravitácii. Stávky, kto tento rok získa Nobelovu cenu, tak budú zrejme zbytočné.

Einsteinova všeobecná relativita opisuje gravitáciu ako efekt zakriveného časopriestoru. Hoci „zakrivený časopriestor“ je populárny pojem, ide o technicky náročný výraz. S prižmúrenými očami ho môžeme vysvetliť zhruba takto: vzdialenosť dvoch bodov sa môže meniť bez toho, aby sa pohli z miesta.

Ak cestujeme medzi dvomi miestami, najkratšie je to po priamke. To prestáva platiť, ak sa nám do cesty postaví vysoký kopec. Trasu si vtedy skrátime tým, že ho obídeme. Podobným pravidlom sa riadi pohyb v Einsteinovej teórii. Najkratšia možná trasa v časopriestore tak v troch rozmeroch vyzerá ako eliptická dráha planét.

Zakrivený časopriestor

Časopriestor zakrivuje prítomnosť hmoty, napríklad hviezd. Deformácia sa drží v ich okolí. Za istých podmienok sa dokáže odtrhnúť a voľne letieť priestorom ako gravitačné vlny. Takéto vlny sú veľmi slabé. Aby sme ich mohli pozorovať aj vo veľkej vzdialenosti, potrebujeme extrémne silný zdroj.

Intenzívne gravitačné vlny vznikali napríklad počas inflácie, čiže éry prudkého rozpínania vesmíru tesne po veľkom tresku. Ich stopy by sa mali objaviť v reliktovom žiarení, no v tomto smere pozorovania zatiaľ úspešné neboli.

Zrážka čiernych dier

Aktuálnejším zdrojom sú napríklad explodujúce supernovy alebo dva obiehajúce objekty s extrémne veľkými hmotnosťami, ako napríklad čierne diery alebo neutrónové hviezdy. V takomto prípade postupne odnášajú gravitačné vlny energiu obiehajúcich telies, čo vedie až k ich kolapsu. Za pozorovanie takéhoto dvojsystému, a teda nepriamo aj gravitačných vĺn, udelili v roku 1993 Nobelovu cenu za fyziku.

Vo svete okolo nás je veľa druhov vlnenia, napríklad to zvukové vnímame ako drobné odchýlky v tlaku vzduchu. Gravitačné vlny sa šíria podobným spôsobom, ich nosným médiom je samotný priestor. Ak na nás dopadne gravitačná vlna, bude to mať zaujímavé dôsledky – najprv budeme trochu vyšší a užší (čo nás možno poteší) a po chvíli zas nižší a širší (čo nás asi poteší menej). Toto sa bude opakovať s frekvenciou danou zdrojom gravitačných vĺn. Môže ísť o sekundy, minúty či roky.

Experiment LIGO

Na takomto princípe funguje experiment LIGO, ktorý gravitačné vlny zaznamenal. Tím vedcov zhotovil dve 4 kilometre dlhé kolmé ramená a sledoval, ako sa v čase predlžujú a skracujú. Efekt gravitačných vĺn je veľmi slabý a vyžadovalo veľa práce odfiltrovať šum, ktorý ho maskoval. Dá sa to prirovnať k snahe identifikovať hmkanú melódiu v rušnej miestnosti.

To, že pôjde o náročný experiment, bolo jasné od začiatku. Úlohou bolo zaregistrovať chvenie priestoru spôsobené zrážkou dvoch čiernych dier, ktoré sú od nás vzdialené viac ako miliardu svetelných rokov.

Posledný diel v mozaike

Einsteinova všeobecná teória relativity, ktorá nedávno oslávila storočnicu, predpovedá mnohé efekty, ktorým by sme bez nej nedokázali porozumieť, či už ide o našu planétu (rozdielne plynutie času na orbite), slnečnú sústavu (dráha Merkúra či ohyb lúčov hviezd Slnkom), vzdialené objekty vo vesmíre (napríklad čierne diery) či vesmír samotný (jeho zrýchľujúce sa rozpínanie).

Posledným zostávajúcim dielikom pestrej mozaiky Einsteinovej teórie boli gravitačné vlny. Ich priame pozorovanie je tak veľkým triumfom a vyvrcholením dlhoročného bádania.

Kedysi sme si mysleli, že jediným nástrojom na skúmanie vesmíru je svetlo, ktoré k nám prichádza. Ukázalo sa, že to nie je pravda. Posledné roky prekvitá aj takzvaná neutrínová astrofyzika. Gravitačné vlny predstavujú nový unikátny spôsob, ako hľadieť na (nielen nočnú) oblohu. Uvidíme, čo vlna záujmu o ne prinesie.

Autor je doktorandom teoretickej fyziky na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave. Na Denníku N píše popularizačné blogy o fyzike. 

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na pripomienky@dennikn.sk.

Veda

Teraz najčítanejšie