Γιατί η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων είναι τόσο σημαντική;

Ο κόσμος της φυσικής είναι γεμάτος ενθουσιασμό μπροστά στη καυτή αναμενόμενη ανακοίνωση σχετικά με την αναζήτηση για τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων. Αλλά τι είναι αυτά και γιατί πρέπει να σας ενδιαφέρουν;

Έχουμε ζητήσει τη γνώμη των εμπειρογνωμόνων.

Ε: Τι είναι τα κύματα βαρύτητας;

Α: O Άλμπερτ Αϊνστάιν προέβλεψε τα βαρυτικά κύματα στη γενική θεωρία της σχετικότητας πριν από έναν αιώνα. Είναι κυματισμοί στον χωροχρόνο, την ίδια τη δομή του Σύμπαντος.

Η θεωρία δηλώνει ότι η μάζα στρεβλώνει τον χώρο και τον χρόνο και μοιάζει πολύ με την τοποθέτηση μιας μπάλας του μπόουλινγκ σε ένα τραμπολίνο. Άλλα αντικείμενα στην επιφάνεια θα "πέσουν" προς το κέντρο, μια μεταφορά για την βαρύτητα με την οποία το τραμπολίνο είναι ο χωροχρόνος.

Όταν τα αντικείμενα επιταχύνουν, στέλνουν κύματα κατά μήκος της καμπύλης του ιστού του χωροχρόνου με την ταχύτητα του φωτός και όσο μεγαλύτερη μάζα έχει το αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερο το κύμα και τόσο πιο εύκολο θα είναι για τους επιστήμονες να το ανιχνεύσουν.

Τα βαρυτικά κύματα δεν αλληλεπιδρούν με την ύλη και ταξιδεύουν μέσω του σύμπαντος εντελώς ανεμπόδιστα.

Τα ισχυρότερα κύματα που προκλήθηκαν από τις πιο κατακλυσμιαίες διαδικασίες στο Σύμπαν-δύο μαύρες τρύπες που συγκρούονται, ογκώδη αστέρια που εκρήγνυνται, ή η γέννηση του Σύμπαντος περίπου 13.800 εκατομμύρια χρόνια πριν.

Ε: Γιατί η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων είναι σημαντική;

Α: Η εύρεση και η απόδειξη των βαρυτικών κυμάτων θα τελειώσει την αναζήτηση για μια βασική πρόβλεψη στη θεωρία του Αϊνστάιν, η οποία άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο η ανθρωπότητα αντιλαμβάνεται βασικές έννοιες όπως τον χώρο και τον χρόνο.
Εάν τα κύματα βαρύτητας γίνουν ανιχνεύσιμα, αυτό θα ανοίξει νέες συναρπαστικές προοπτικές στην αστρονομία-επιτρέποντας την μέτρηση των μακρινών άστρων, των γαλαξιών και των μελανών οπών με βάση τα κύματα που κάνουν.

Τα λεγόμενα αρχέγονα κύματα βαρύτητας, το πιο δύσκολο είδος για να ανιχνευθεί, θα ενισχύσει την άλλη κύρια θεωρία της κοσμολογίας, αυτή του «πληθωρισμού» ή εκθετική διαστολή του νεαρού Σύμπαντος.

Οι αρχέγονες κύματα θεωρητικά εξακολουθούν να αντηχούν σε όλο το Σύμπαν σήμερα, αν και αδύναμα.

Εάν ανακαλυφθούν, θα μας πουν για την ενεργειακή κλίμακα στην οποία σημειώθηκε ο πληθωρισμός, ρίχνοντας φως στο ίδιο το Big Bang.

Ε: Γιατί είναι τόσο δύσκολο να τα βρούμε;


Α: ο ίδιος ο Αϊνστάιν αμφέβαλλε για το αν τα κύματα βαρύτητας θα μπορούσαν ποτέ να ανιχνευθούν με δεδομένο το πόσο μικρά είναι.

Οι κυματισμοί που εκπέμπονται από δύο μαύρες τρύπες σε τροχιά, για παράδειγμα, θα τεντώσουν έναν χάρακα ενός εκατομμυρίου χιλιομέτρων (621.000 μίλια)  στη Γη,  σε λιγότερο από το μέγεθος ενός ατόμου.

Κύματα που προέρχονται από δεκάδες εκατομμύρια έτη φωτός μακριά θα τεντώσουν και θα αποσπάσουν μια ακτίνα φωτός τεσσάρων χιλιομέτρων, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στο Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO),  με περίπου το πλάτος ενός πρωτονίου.

Ε: Πώς έχουμε ψάξαμε για αυτά;

A: Μέχρι τώρα, τα κύματα βαρύτητας έχουν  ανιχνευθεί μόνο έμμεσα.
Το 1974, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι τροχιές ενός ζεύγους άστρων νετρονίων στο Γαλαξία μας, που περιβάλλει ένα κοινό κέντρο μάζας, έγιναν όλο και μικρότερα με ρυθμό που αντιστοιχεί με απώλεια ενέργειας μέσω βαρυτικών κυμάτων.

Αυτή η ανακάλυψη κέρδισε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1993. Οι ειδικοί λένε ότι η πρώτη άμεση ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων είναι πιθανό να έχει την ίδια τιμή.
Μετά ο Αμερικανός φυσικός Joseph Weber κατασκεύασε τους πρώτους ανιχνευτές κυλίνδρου με βάση το αλουμίνιο στη δεκαετία του 1960 και ακολούθησαν δεκαετίες προσπάθειας χρησιμοποιώντας τηλεσκόπια, δορυφόρους και ακτίνες λέιζερ.
Τα επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια έχουν εκπαιδευτεί στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, μια αμυδρή λάμψη του φωτός που έχει απομείνει από το Big Bang, για στοιχεία που δείχνουν ότι καμπυλώνεται και τεντώνεται από τα κύματα βαρύτητας.

Πριν από δύο χρόνια, αμερικανικοί αστροφυσικοί ανακοίνωσαν ότι είχαν τελικά εντοπίσει τα βαρυτικά κύματα χρησιμοποιώντας ένα τηλεσκόπιο που ονομάζεται BICEP2, που σταθμεύει στο Νότιο Πόλο.

Αλλά αργότερα αναγκάστηκαν να παραδεχθούν ότι έκαναν λάθος.
Μία άλλη μέθοδος περιλαμβάνει την ανίχνευση μικρών αλλαγών σε αποστάσεις μεταξύ των αντικειμένων.

Τα βαρυτικά κύματα που διέρχονται από ένα αντικείμενο στρεβλώνουν το σχήμα του, τεντώνοντας το και πιέζοντας το προς την κατεύθυνση που το κύμα ταξιδεύει, αφήνοντας μια αποκαλυπτική, αν και πολύ μικρή, επίδραση.

Ανιχνευτές όπως το LIGO και το Virgo στην Ιταλία, έχουν σχεδιαστεί για να εντοπίζουν τέτοιες στρεβλώσεις.

Στο LIGO, οι επιστήμονες χωρίζουν το φως λέιζερ σε δύο κάθετες ακτίνες που ταξιδεύουν αρκετά χιλιόμετρα και αντανακλώνται από τα κάτοπτρα πίσω στο σημείο όπου ξεκίνησαν.
Οποιαδήποτε διαφορά στο μήκος τους θα επισημάνει την επίδραση των βαρυτικών κυμάτων.

Τον περασμένο Δεκέμβριο, η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος ξεκίνησε ένα εργαστήριο που ονομάζεται Lisa Pathfinder για να αναζητήσουν επίσης τα κύματα βαρύτητας στο διάστημα. (Πληρ.  European Space Agency, Institute of Physics, LIGO, Nature, phys.org)
Eva Cat
thecuriosityofcat
11/2/2016

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου