V zadnji polovici 17. stoletja se je prvi fizik na svetu, Sir Issac Newton, razširil delo Galileja, ki je postavilo, da so gravitacijski valovi potovali hitreje kot karkoli drugega v vesolje. Toda leta 1915 je Einstein oporekal temu konceptu newtonske fizike, ko je objavil Splošno teorijo relativnosti in predlagal, da nič ne more potovati hitreje od svetlobne hitrosti, celo gravitacijski valovi.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Pomen gravitacijskih valov:
- Odpre novo okno v vesolje
- Dokazuje Einsteinovo teorijo splošne relativnosti
- Izpodbija Newtonovo teorijo, da se gravitacijski dogodki pojavljajo povsod hkrati
- Vodil do odkritja spektra gravitacijskih valov
- Lahko vodi do potencialnih novih naprav in tehnologij
Epski dogodek
14. septembra 2015, ko so prvič izmerljivi gravitacijski valovi dosegli Zemljo ravno istočasno kot svetlobni valovi iz trka dveh črnih lukenj ob robu vesolja pred 1,3 milijarde leti je Einsteinova splošna teorija relativnosti dokazala pravilno. Izmerjeni z Observatorijem gravitacijsko-valovnega laserja Interferometer v ZDA, detektorjem Device v Evropi in približno 70 vesoljskimi in zemeljskimi teleskopi in observatoriji, ti valovanje odprlo okno v spekter gravitacijskih valov - povsem nov frekvenčni pas - skozi katerega znanstveniki in astrofiziki zdaj nestrpno gledajo po tkanini prostor-čas.
Kako znanstveniki merijo gravitacijske valove
V ZDA opazovalnice LIGO sedijo na tleh v Livingstonu v Louisiani in Hanfordu v Washingtonu. Stavbe spominjajo na L od zgoraj z dvema kriloma, ki se v pravokotnih smereh raztezata 2 1/2 milji, zasidrana v bistvo 90 stopinj ob zgradbah observatorija, v katerih so laser, razdelilnik žarkov, detektor svetlobe in nadzor sobi.
Z ogledali, nameščenimi na koncu vsakega krila, laserski žarek, razdeljen na dva dela, pospeši vsako roko navzdol in zadene na koncu se zrcali in skoraj takoj odbije nazaj, ko ne zazna gravitacijskega vala. Toda ko gre gravitacijski val skozi observatorij brez vpliva na fizično strukturo, izkrivi gravitacijsko polje in raztegne tkivo prostora-časa vzdolž enega roko observatorija in jo stisne na drugo, zaradi česar se eden od razcepljenih žarkov vrne v bistvo počasneje kot drugi in ustvari majhen signal, ki ga lahko odda le detektor svetlobe ukrep.
Obe opazovalnici delujeta hkrati, čeprav gravitacijski valovi trčijo nekoliko drugače krat, znanstvenikom pa zagotovite dve podatkovni točki v vesolju za triangulzacijo in sledenje dogodkom lokacijo.
Gravitacijski valovi valovijo vesoljsko-časovni kontinuum
Newton je verjel, da ko se velika masa premika v vesolju, se celo gravitacijsko polje v trenutku premakne in vpliva na vsa gravitacijska telesa v vesolju. Toda Einsteinova splošna teorija relativnosti je trdila, da je to napačno. Zatrdil je, da nobena informacija o nobenem dogodku v vesolju ne more potovati hitreje od svetlobne hitrosti - energije in informacij - vključno s premikanjem velikih teles v vesolju. Njegova teorija je namesto tega predlagala, da se bodo spremembe gravitacijskega polja gibale s svetlobno hitrostjo. Kot bi metali kamen v ribnik, ko se na primer dve črni luknji združita, se premikata in kombinirata maša sproži dogodek, ki se zažene po vesoljno-časovnem kontinuumu in podaljša tkivo prostor-čas.
Gravitacijski valovi in učinki na Zemlji
V času objave so bili skupaj štirje dogodki, v katerih se dve črni luknji združita kot ena na različnih lokacijah v Vesolje je znanstvenikom ponujalo več možnosti za merjenje svetlobe in gravitacijskih valov v opazovalnicah okoli Ljubljane svetu. Ko vsaj trije observatoriji izmerijo valove, se zgodita dva pomembna dogodka: najprej lahko znanstveniki natančneje poiščejo vir dogodka v nebesa, in drugič, znanstveniki lahko opazujejo vzorce izkrivljanja vesolja, ki jih povzročajo valovi, in jih primerjajo z znanimi gravitacijskimi teorije. Medtem ko ti valovi izkrivljajo tkivo vesoljsko-časovnih in gravitacijskih polj, prehajajo skozi fizično snov in strukture z malo ali nič opaznega učinka.
Kaj prinaša prihodnost
Ta epski dogodek se je zgodil tik ob 100-letnici Einsteinove predstavitve njegove splošne teorije relativnosti Kraljevski pruski akademiji znanosti 25. novembra 1915. Ko so raziskovalci leta 2015 izmerili gravitacijske in svetlobne valove, je odprlo novo študijsko področje še naprej energijo astrofizikov, kvantnih fizikov, astronomov in drugih znanstvenikov s svojimi neznanimi potenciali.
V preteklosti so znanstveniki vsakič, ko so odkrili nov frekvenčni pas v elektromagnetnem spektru, na primer oni in drugi odkrili in ustvarili nove tehnologije, ki vključujejo take naprave, kot so rentgenski aparati, radijski in televizijski sprejemniki, ki oddajajo iz radijskega valovnega spektra, skupaj z walkie-talkiji, radio s šunko, sčasoma mobilnimi telefoni in množico drugih naprav. Kaj spekter gravitacijskih valov prinaša znanosti, še čaka na odkritje.