I begyndelsen af 2016 registrerede et internationalt samarbejde mellem fysikere gravitationsbølger for første gang i menneskets historie. Bølgerne blev genereret ved fusion af to sorte huller og blev opdaget ved hjælp af et specielt detektor-interferometer LIGO, der er placeret i USA. Hvad er tyngdebølger, hvorfor tog det et århundrede at opdage dem, og hvad er russiske forskeres rolle i dette? Lederen af ISU's astronomiske observatorium, videnskabelig direktør for Irkutsk Planetarium Sergey Yazev fortalte om dette til "Oblastnaya".
- For hundrede år siden afsluttede Albert Einstein sit arbejde med den generelle relativitetsteori. Teorien, der var ny på det tidspunkt, tillod eksistensen af såkaldte tyngdebølger, der opstår konstant og overalt. Et simpelt eksempel: vi vinker med vores hånd, tyngdekraftsbølger afviger fra hånden. Men tyngdekraften er den svageste kraft i naturen, og der kræves to faktorer for at rette tyngdebølger. For det første må der være en kraftig begivenhed, hvor gigantiske masser er involveret, for eksempel sammenfletning af stjerner med hinanden, en stjernes fald på en anden eller noget lignende. Og for det andet har vi brug for utroligt følsomt udstyr, der registrerer signalet fra denne begivenhed på Jorden.
Ideen om, hvordan man registrerer tyngdebølger, har eksisteret i årtier. Fysikere forstod perfekt, hvad der skulle gøres, men de nødvendige teknologier eksisterede simpelthen ikke i lang tid. LIGO interferometer detektoren i USA, der registrerede tyngdekraftsbølgesignaler, blev udtænkt tilbage i 1992. I lang tid var fysikere ude af stand til at ordne noget, fordi installationen manglede følsomhed. Faktum er, at gravitationsbølger faktisk er vibrationer fra en bestemt enhed, som fysikere kalder "rumtid". Dette betyder for eksempel, at afstanden mellem to elementer i installationen kan begynde at svinge, fordi selve rummet ændrer dets egenskaber. Det viste sig, at den krævede følsomhed af enheden er uden for grænserne for reel opfattelse - svingningens amplitude skal være ca. 10 tusind gange mindre,end størrelsen af atomkernen. Dette er fantastisk nøjagtighed. Sidste år blev installationen moderniseret, hvorefter det var muligt at optage et signal fra dybden af universet om en ekstremt kraftig begivenhed - fusion af to sorte huller. Det skete en milliard for tre hundrede millioner år siden, og først den 14. september sidste år nåede dets ekkoer jorden. Takket være den samtidigt optagede gammastrålebrist blev det klart, at dette ikke er tilfældig støj. Eksperter kontrollerede resultatet meget lang tid, og først i februar risikerede de at underrette verden om, at der var foretaget en stor opdagelse.og først den 14. september sidste år nåede dets ekkoer Jorden. Takket være den samtidigt optagede gammastrålebrist blev det klart, at dette ikke er tilfældig støj. Eksperter kontrollerede resultatet meget lang tid, og først i februar risikerede de at underrette verden om, at der var foretaget en stor opdagelse.og først den 14. september sidste år nåede dets ekkoer Jorden. Takket være den samtidigt optagede gammastrålebrist blev det klart, at dette ikke er tilfældig støj. Eksperter kontrollerede resultatet meget lang tid, og først i februar risikerede de at underrette verden om, at der var foretaget en stor opdagelse.
Sergey Arturovich, hvad er betydningen af opdagelsen af tyngdebølger for videnskaben?
- Gravitationsbølger gennemgår noget. Det betyder, at vi modtager en ny type information om fysiske processer. Under begivenheden den 14. september blev Solens tre masser, da to sorte huller smeltede sammen, omdannet til energi fra tyngdebølger. Dette er en monstrøs energi, så selv i en afstand af en milliard tre hundrede millioner lysår følte vi denne begivenhed. Forestil dig: en tremor af rum, der har spredt sig gennem hele universet.
Det er vigtigt at bemærke, at flere andre opdagelser blev gjort samtidigt med registreringen af tyngdebølger. For det første er der opnået bevis for eksistensen af sorte huller. Astronomer og astrofysikere tvivlede ikke på dette, men nogle teoretiske fysikere benægtede indtil for nylig eksistensen af sådanne objekter. For det andet blev det bekræftet, at tyngdekraftsbølger bevæger sig med lysets hastighed, hvilket blev forudsagt i generel relativitet.
En yderligere opdagelse skal siges. Der er sådan et begreb "sort hul begivenhedshorisont". To huller smeltede sammen, begivenhedshorisonten fik en vis kompleks form og svingede. Resultatet er en skal, under hvilken der allerede er et sort hul, men endnu ikke udenfor. Denne effekt - dynamikken i begivenhedshorisonten - blev først registreret under observationer, selvom ingen forventede denne form for opdagelse.
Deltog russiske forskere i et eksperiment for at registrere tyngdebølger?
Salgsfremmende video:
- Detektor-interferometeret er amerikansk, men oplevelsen blev leveret af et internationalt hold, der omfattede russiske specialister. Installationen fangede gravitationsbølgerne selv, men det var nødvendigt at forstå, hvor de kom fra, hvilken begivenhed der forårsagede dem. Så til dette brugte programmet teleskoper fra hele verden, herunder det russiske netværk af teleskoper "MASTER". Det var dog stadig muligt at bestemme kilden til bølgerne ved hjælp af udenlandsk teknologi.
Mange af de teoretiske fundamenter for eksperimentet iscenesat i USA blev skabt i Rusland. I vores land var en af pionererne i søgen efter tyngdebølger den berømte fysiker, en ansat ved Moskva State University, Vladimir Braginsky.
Moskva-astrofysiker, leder af MASTER-projektet, Vladimir Lipunov, offentliggjorde sammen med sine kolleger i 1992 en artikel, hvor det blev sagt, at den første begivenhed til at rette tyngdekraftsbølger ville være netop sammensmeltningen af sorte huller. Derudover er det kendt, at russiske forskere har bidraget til udviklingen af design af detektor-interferometer. Generelt deltog ca. tusind mennesker på en eller anden måde i projektet, og russiske fysikere bidrog til den fælles sag.
Kan opdagelsen af gravitationsbølger kvalificere sig til Nobelprisen i fysik?
- Generelt er opdagelsen af tyngdebølger en Nobel-klasse begivenhed. I de fleste tilfælde sker opdagelser uventet. Men i de sidste par år har der været to undtagelser, hvor opdagelser blev forudsagt, og de skete. Vi taler om Higgs-bosonen, hvis opdagelse havde ventet i flere årtier, og tyngdebølger, som det tog hundrede år at bekræfte. Alle disse begivenheder blev forudsagt teoretisk, i begge tilfælde viste teorien sig at være korrekt og bekræftet af observationer. I 2013 gik den største pris i fysik til François Engler og Peter Higgs. Jeg tror, at Nobelprisen også vil blive tildelt for opdagelsen af gravitationsbølger.