Novákoviny

stránky publicisty Jana A. Nováka

Gravitační vlny: revoluce fyziky nebo jen potvrzení Einsteina?

grav1Zpráva o detekování gravitačních vln proběhla i médii, která se vědě normálně vůbec nevěnují; nešetřilo se ani slovy o revoluci, objevu století a průlomu ve fyzice. Autorům objevu se ale ve skutečnosti především podařilo potvrdit jeden z předpokladů Einteinovy teorie relativity. Použitá metoda detekce gravitačních vln také otevírá nové okno pro poznávání vesmíru.

 

"Tři vědci, kteří pozorovali vzdálený tanec smrti dvou černých děr, jsou vážnými kandidáty na Nobelovu cenu," zavěštil si Tim Radford z The Guardian. "Jejich objev vykrystalizoval z půlstoletí sofistikovaného vědeckého výzkumu, množství předpovědí, práce celých armád astronomů a astrofyziků i tisíců hodin simulací na nejvýkonnějších superpočítačích - ale od nynějška budou s gravitačními vlnami citována především jejich jména: Rainer Weiss, Kip Thorne a Ronald Drever".

 

Jako vlny na vodě

Na počátku minulého století pak Albert Einstein ve své teorii relativity ukázal, že gravitace je jednou z určujících sil vesmíru a má vliv dokonce i na plynutí času. Obecná teorie relativity popisuje gravitaci jako jakési zakřivení prostoru poblíž každé hmoty.

grav2

 

 

obr: Dvojice masívních černých děr obíhajících kolem společného těžiště vytváří časoprostorové vlnění podobné vlnám na vodní hladině

 

 

Nejlépe si lze takový prostor představit zjednodušeně jako tenkou pružnou folii napnutou ve velkém rámu. Pokud na folii nic neleží, je rovná. Pokud však na ní položíme třeba nějakou kouli, folie se v jejím okolí prohne. Čím hmotnější koule, tím větší prohnutí. Pod lehčí koulí se "prostor" prohne méně, takže když se dostane do určité vzdálenosti od těžší, skutálí se k ní - je jí přitahována.

Gravitace je jednou ze čtyř základních sil působících ve vesmíru. Ač se nám to nezdá, je velmi slabá. Například elektrické síly, které drží pohromadě atomy, jsou nesrovnatelně silnější. Gravitace však má oproti nim jednu velkou zvláštnost - působí na obrovské vzdálenosti. Zatímco tedy ve světě atomových částic je její význam malý, v našem vesmíru má význam zcela zásadní: drží jej pohromadě.

Einsteinova teorie relativity také předpověděla existenci gravitačních vln. Vznikají, když se tělesa z velkou hmotností pohybují určitým způsobem a šíří se rychlostí světla. Můžeme si je představit jako spirálovitou vlnu, která se šíří na hladině kolem předmětu, který se pohybuje v kruhu. Gravitační vlny vypadají podobně, jen s tím rozdílem, že nedeformují vodní hladinu, ale časoprostor.

Odhalit gravitační vlnu je teoreticky snadné: její průchod prozradí změna vzdálenosti mezi dvěma předměty. V praxi to už tak snadné není, protože jde o vzdálenosti ještě menší než jsou vzdálenosti částic v atomu. Dalším problémem je odlišit tyto nepatrné pohyby od projevů jiných vlivů. Na tom také ztroskotalo více než půl století trvající hledání důkazu jejich existence.

 

Poslední tanec černých děr


Úspěšný americký experiment se jmenuje LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wawe Observatory) a - jak z názvu vyplývá - používá pro lapání gravitačních vln vzájemné ovlivňování dvou laserových paprsků.

grav3

 

 

obr: Jedno ze dvou zařízení experimentu LIGO, na kterém se podařilo existenci gravitačních vln prokázat

 

 

Jde o dva lasery umístěné ve speciálních vakuových tunelech dlouhých 4 kilometry, jejichž paprsky se kříží takovým způsobem, aby se jejich vlnové dálky navzájem vyrušily. Pokud se ovšem časoprostor deformuje průchodem gravitační vlny, systém se "rozladí" a k vyrušení paprsků nedojde.

Aby byl vyloučen vliv jiných faktorů, jsou zařízení dvě - jedno v Hanfordu ve státě Washington, druhé v Livingston (Louisiana). Když se rozladí obě ve stejnou chvíli (přesněji řečeno s odpovídajícím neparným časovým rozdílem), je jisté, že šlo o gravitační vlnu.

V případě objevu, který tak vzrušil svět, zachycenou gravitační vlnu způsobil závěrečný kolaps dvojice černých děr obíhajících velkou rychlostí kolem sebe navzájem. Zřítily se jedna na druhou ve vzdálenosti 1,3 miliardy světelných let a před tím, než se z nich stala supermasivní gravitační past, vyzářily část energie v podobě vlny, kterou LIGO zaznamenalo 14. září loňského roku.

Potvrzení existence gravitačních vln je nepochybně významný čin, který nasměruje fyziku, astrofyziku a kosmologii na mnoho příštích let a otevře dveře dalšímu výzkumu. Evropská kosmická agentura například 3. prosince loňského roku vypustila satelit LISA Pathfinder, který testuje technologie detekce gravitačních vln v kosmickém prostoru. Programy výzkumu gravitačních vln má také Japonsko a další státy.

Na druhou stranu, nejde o "revoluci" nebo "průlom" - jak je objev často prezentován. To, že gravitační vlny s velkou pravděpodobností existují, naznačovaly už výsledky některých dřívějších experimentů a ani o Einsteinově teorii nikdo soudný nepochybuje. Význam spočívá především v tom, že už se ví, jak gravitační vlny hledat, což otevírá další okno do vesmíru.

 

Jan A. Novák

Psáno pro iHned.cz

 

obr: ESA a NASA připravují společný projekt detekco kosmických vln ve vesmíru. Nyní satelit LISA Pathfinder ověřuje technologie

 

Přidat komentář


Bezpečnostní kód
Obnovit

 
Joomla Templates by JoomlaShack