Kereső toggle

Hozzánk szólt az univerzum

Nobel-díj-gyanús a gravitációs hullámok észlelése

Továbbítás emailben
Cikk nyomtatása

Az évszázad felfedezésérŐl számoltak be múlt hét csütörtökön Washingtonban, amikor bejelentették, hogy sikerült kísérletileg is igazolni az Einstein által megjósolt gravitációs hullámokat. A sajtótájékoztatóval egyidejűleg megjelenő cikkben a kutatók arról számoltak be, hogy két egymásnak ütköző fekete lyuk okozta gravitációs hullámot detektáltak tavaly szeptemberben.

„Hölgyeim és uraim, megcsináltuk. Gravitációs hullámokat észleltünk – jelentette be David Reitze professzor, a felfedezést produkáló LIGO kutatóintézet igazgatója a washingtoni sajtótájékoztatón. – Az univerzum először szólt hozzánk a gravitációs hullámokon keresztül. Egészen eddig süketek voltunk.”

David Reitze magyarázata szerint két közepes méretű fekete lyuk összeütközéséről van szó, ezt sikerült másfél milliárd évvel az esemény után érzékelni. A felfedezés érdekessége, hogy a gravitációs hullámok Einstein relativitáselméletéből következnek, bár ő azt jósolta, hogy ezeket nem lehet majd detektálni. (Lásd keretes cikkünket!)

Einstein elmélete a világegyetemet olyannak írja le, mint egy kifeszített lepedő, amelyre ha rátesznek egy vasgolyót, meggörbíti a teret. Minél nagyobb valaminek a tömege, annál jobban meggörbíti a teret, ennek a következménye a gravitáció. Ebben a meggörbült térben okoz fodrozódást vagy szebb nevén gravitációs hullámot, ha egy nagy tömegű objektum nagy sebességgel halad. Ilyen nagy tömegű test például egy fekete lyuk, amely valaha egy csillag volt, de felrobbanása után egy jóval kisebb méretű objektummá zsugorodott össze, amelyből már nem lép ki a fény – innen az elnevezés. A hatás erősebb persze, ha nem egy, hanem rögtön két fekete lyuk mozog, esetleg egymásnak ütközik. Ezt érzékelték most a nemzetközi kooperációban dolgozó kutatók két helyszínen is, Hanfordban és Living-stonban.

Gravitációs hullámokat észlelni azonban nem könnyű dolog. Kell hozzá egy hatalmas interferométer, amely képes a térben keletkezett legkisebb zavar érzékelésére. Az amerikai szuper interferométer két, egymásra merőleges, mintegy négy kilométeres alagútból áll – ezek az interferométer karjai –, amelyekben vákuumban halad két lézernyaláb. Mindkét alagút végén egy-egy tükör küldi vissza a nyalábokat, amelyek találkozásánál jön létre az interferenciakép. A két kar hossza úgy van beállítva, hogy alapesetben a két nyaláb kioltsa egymást, bármilyen zavar azonban a tükrök elmozdulásával jár, és interferencia jön létre. Ez a módszer nagyon pontos, ugyanakkor ez okozza a mérés nehézségét: a gravitációs hullámok okozta kis perturbációt, amely a tükrök olyan kis méretű elmozdulását okozza, mint az atomok egymilliomod része, el kell különíteni a környezet által okozott rezgésektől. A berendezésnek ki kell szűrnie az elhaladó teherautók, közeli földmunkák vagy a koreai atomrobbantások által okozott rezgéseket. A mérés megbízhatóságát szolgálja, hogy a gravitációs hullámokat, két egymástól több ezer kilométerre elhelyezkedő interferométer méri. Csak az lehet igazi jel, amit mindkét interferométer detektál – ez történt tavaly szeptember 14-én, amikor a két interferométer hét mikroszekundumos különbséggel ugyanazt az interferenciaképet észlelte.

A hullám frekvenciája növekedett az észlelés során, ami arra utal, hogy a két fekete lyuk egymáshoz képest spirálisan mozgott az ütközés előtt. Számítógépes szimuláció segítségével sikerült azt is meghatározni, hogy két – egyik a Napnál 36-szor, a másik pedig 29-szer nagyobb tömegű – fekete lyuk mintegy 210 kilométernyire közelítette meg egymást spirális mozgásuk során, ezt követően került sor az egybeolvadásukra. Az „újonnan” keletkezett fekete lyuk a Nap tömegének 62-szerese, és ez nem tévedés. A hiányzó 3 Napnyi tömeg hatalmas energiává alakult: ezt sikerült a kutatóknak észlelniük.

A felfedezés természetesen Nobel-díj-gyanús, hasonlóan a Higgs-bozon megtalálásához, amelynek esetében a részecske létének feltételezése évtizedekkel megelőzte a felfedezést.

A róla elnevezett részecske létét Higgs és munkatársai még a hatvanas években vetették fel, majd 2012-ben sikerült kísérletileg is igazolni. Rá egy évvel a kutatók megkapták a fizikai Nobel-díjat. A gravitációs hullámok felfedezése nemcsak Einstein elméletét igazolja, hanem a párban előforduló fekete lyukak létezését is. Stephen Hawking, aki a fekete lyukak szakértője, a BBC-nek nyilatkozva kifejtette, hogy a felfedezés forradalmasítja majd az asztronómiát: „A gravitációs hullámok miatt ezután teljesen másképp nézünk majd az univerzumra. Ez az első alkalom ugyanis, hogy sikerült egy fekete lyuk párt és azok összeolvadását megfigyelni. Az általános relativitáselmélet igazolása mellett ez azt is jelenti, hogy képesek leszünk a fekete lyukak megfigyelésére az univerzum történetében.”

 

Einsteinnek megint igaza volt

Albert Einsteinnek nem az első alkalommal lett igaza: számos elméleti feltételezést tett, amelyeket később igazoltak. A gravitációs hullámok létét például közel száz évvel az után, hogy kidolgozta az általános relativitáselméletet. A gravitációt leíró általános relativitáselmélet szerint a fény meghajlik, ha egy nagy tömegű objektum – például a Föld – mellett halad el. Einstein elméletét az 1919. május 29-ei napfogyatkozás során sikerült igazolni, azonban mégsem ezért kapta a Nobel-díjat két évvel később, hanem a szintén nagy fontossággal bíró foto-elektromos hatás leírásáért. A Nobel Bizottság egyes tagjai ekkor még nem tudták teljességgel elfogadni az általános relativitáselméletet. 1935-ben dolgozta ki az EPR (Einstein–Podolsky–Rosen) paradoxonnak nevezett hipotézist, amely Einsteinnek a kvantummechanika iránti ellenérzéséből nőtt ki. Feltételezése szerint, ha a kvantummechanika igaz, akkor az ikerfotonok nagy távolságban is „érzik” egymást, vagyis az egyik részecske tulajdonságainak megváltozásával a másik részecskének ugyanaz a tulajdonsága szintén megváltozik. A nyolcvanas évek elején végzett kísérletek bebizonyították, hogy Einstein ugyan tévedett a kvantummechanikát illetően, de következtetése helyes volt.

Olvasson tovább: