Marek Oramus: Uchylone okno do wszechświata

Jako pierwszy z fizyków wykrywaniem fal grawitacyjnych zajął się (jeszcze w latach 60. i 70. XX wieku) niejaki Joseph Weber.

Aktualizacja: 21.02.2016 22:34 Publikacja: 18.02.2016 22:15

Marek Oramus: Uchylone okno do wszechświata

Foto: Plus Minus

W tym celu wieszał u powały masywne cylindry z aluminium, które miały drgać pod wpływem przechodzących przez Ziemię fal grawitacyjnych. Obstawione czujnikami cylindry okazały się wspaniałymi detektorami: fale zostały niebawem wykryte. Weber stał się prominentnym badaczem wśród fizyków, mówiono głośno o Nagrodzie Nobla. Kłopot był tylko jeden: innym badaczom nie udawało się powtórzyć znamienitych rezultatów, a sam Weber tak kierował eksperymentami, że żadne wątpliwości krytyków ich się nie imały. Sążnisty artykuł innego eksperymentatora zgasił gwiazdę Webera; środowisko fizyków odwróciło się od niego z dnia na dzień. Zmarł zgorzkniały i osamotniony, do końca twierdząc, że odkrycie fal grawitacji jest jego dziełem.

Jednego Weberowi odmówić nie sposób: wywołał zainteresowanie problemem. O tyle było to istotne, że część fizyków otwarcie powątpiewała w realność tych fal. Choć ogólna teoria względności przesądzała kwestię – fale muszą być i kropka – ich istnienie negował fizyk tej miary co Arthur Eddington, a i sam Einstein opublikował pracę, w której się od nich odżegnał. Dopiero w 1978 roku astrofizycy amerykańscy Joe Taylor i Russell Hulse ogłosili wyniki czteroletnich badań układu dwóch gwiazd neutronowych, z których jasno wynikało, że ich orbita zacieśnia się zgodnie z przewidywaniami teorii Einsteina. Oznaczało to, że gwiazdy te tracą energię na wypromieniowanie fal grawitacyjnych. Był to wprawdzie pośredni dowód na ich istnienie, ale do zarejestrowania było daleko. Mimo to osiągnięcie obu badaczy nagrodzono Noblem.

W ostatnich dniach otrzymaliśmy komunikat, że dwa amerykańskie urządzenia pomiarowe noszące nazwę interferometrów wykryły przechodzącą przez Układ Słoneczny falę grawitacyjną, wywołaną mniej więcej miliard lat temu przez zderzenie dwóch czarnych dziur o masie 29 i 36 mas Słońca. Był to potężny kosmiczny kataklizm, ale ponieważ doszło do niego daleko, a fale grawitacyjne w ogóle są bardzo słabe, niezbędna do ich wykrycia była specjalistyczna aparatura, przy której precyzja zegarmistrzów jest śmiechu warta.

Taką aparaturą są właśnie laserowe interferometry, na pozór bardzo proste: to dwa ramiona umieszczone względem siebie pod kątem prostym. Emitowane między nimi światło lasera ulega zakłóceniu przez falę grawitacyjną, ale żeby to odnotować – i tu zaczyna się precyzja – trzeba czułości rzędu ułamka średnicy protonu. Taką dysponują obydwa interferometry LIGO i obydwa pokazały to samo. Istnienie i rozchodzenie się fal grawitacyjnych zostało udowodnione, a ogólna teoria względności jeszcze raz pokazała swą moc.

W ten sposób kto wie, czy nie najważniejsze odkrycie fizyki XXI wieku stało się faktem. Pedro Ferreira, astrofizyk z Oksfordu, porównuje je z odkryciem elektronu, protonu i neutronu z początku XX wieku. Nie ma wątpliwości, że należy się za nie Nagroda Nobla. Kłopot będzie z wyborem, ekipa zaangażowanych w to naukowców liczy 1500 osób, w tym badaczy z Polski, którzy – jak zapewnia lider naszego zespołu prof. Andrzej Królak – wcale nie nosili w tym spektaklu halabardy.

Odkrycie fal grawitacyjnych otwiera nowe okno obserwacyjne w astronomii. Już nie tylko światło, fale radiowe i rozmaite rodzaje promieniowania będą dostarczać wiedzy o kosmosie. Umiejętność rejestracji fal grawitacyjnych pozwoli być może zajrzeć w głąb czarnych dziur. Być może uda się zarejestrować fale grawitacyjne tzw. pierwotne, pochodzące z samego początku wszechświata. Może uda się przesądzić, czy we wczesnym wszechświecie istotnie zachodziła inflacja inna niż ta, której doświadcza zwykły śmiertelnik: idzie o bardzo gwałtowne powiększenie objętości w bardzo krótkim czasie. Kto wie, może uzyskamy w ten sposób jakieś dane na temat tzw. wieloświata? Na razie okno zostało uchylone – jeszcze nie wiemy, co przez nie zobaczymy.

Plus Minus
Walka o szafranowy elektorat
Plus Minus
„Czerwone niebo”: Gdy zbliża się pożar
Plus Minus
„Śmiertelnie ciche miasto. Historie z Wuhan”: Miasto jak z filmu science fiction
Plus Minus
Dzieci komunistycznego reżimu
Plus Minus
Tajemnice pod taflą wody