Na začátku roku 2016 mezinárodní spolupráce fyziků zaznamenala gravitační vlny poprvé v lidské historii. Vlny byly generovány sloučením dvou černých děr a byly detekovány pomocí speciálního detektoru-interferometru LIGO, který se nachází ve Spojených státech. Co jsou gravitační vlny, proč trvalo jejich objevení století a jaká je v tom role ruských vědců? Vedoucí Astronomické observatoře ISU, vědecký ředitel irkutského planetária Sergej Yazev o tom řekl „Oblastnaya“.
- Před sto lety Albert Einstein dokončil práci na obecné teorii relativity. Tehdy nová teorie umožňovala existenci takzvaných gravitačních vln, které vznikají neustále a všude. Jednoduchý příklad: mávneme rukou, gravitační vlny se od ruky rozcházejí. Gravitace je však nejslabší silou v přírodě a k upevnění gravitačních vln jsou zapotřebí dva faktory. Nejprve musí existovat nějaká silná událost, do které jsou zapojeny obrovské masy, například sloučení hvězd navzájem, pád jedné hvězdy na druhou nebo něco podobného. A za druhé, potřebujeme neuvěřitelně citlivé vybavení, které by zaznamenávalo signál z této události na Zemi.
Myšlenka, jak registrovat gravitační vlny, existuje už po celá desetiletí. Fyzici dokonale pochopili, co je třeba udělat, ale potřebné technologie prostě dlouho neexistovaly. Detektor interferometru LIGO v USA, který detekoval signály gravitačních vln, byl koncipován již v roce 1992. Fyzici dlouho nemohli nic opravit, protože instalace postrádala citlivost. Faktem je, že gravitační vlny jsou ve skutečnosti vibrace určité entity, kterou fyzici nazývají „časoprostor“. To například znamená, že vzdálenost mezi dvěma prvky instalace může začít kolísat, protože samotný prostor mění své vlastnosti. Ukázalo se, že požadovaná citlivost zařízení je za hranicemi skutečného vnímání - amplituda oscilací by měla být asi 10 tisíckrát menší,než velikost atomového jádra. To je fantastická přesnost. V loňském roce byla instalace modernizována, po níž bylo možné zaznamenat signál z hlubin vesmíru o mimořádně silné události - sloučení dvou černých děr. Stalo se to před miliardou tři sta milionů let a jeho ozvěny dosáhly na Zemi pouze 14. září. Díky současně zaznamenané dávce gama záření bylo jasné, že se nejedná o náhodný šum. Odborníci výsledek kontrolovali velmi dlouho a teprve v únoru se odvážili informovat svět, že došlo k velkému objevu.a teprve 14. září loňského roku dosáhly jeho ozvěny Země. Díky současně zaznamenané dávce gama záření bylo jasné, že se nejedná o náhodný šum. Odborníci kontrolovali výsledek velmi dlouho a až v únoru riskovali, že budou informovat svět, že došlo k velkému objevu.a teprve 14. září loňského roku dosáhly jeho ozvěny Země. Díky současně zaznamenané dávce gama záření bylo jasné, že se nejedná o náhodný šum. Odborníci kontrolovali výsledek velmi dlouho a až v únoru riskovali, že budou informovat svět, že došlo k velkému objevu.
Sergej Arturovič, jaký je význam objevu gravitačních vln pro vědu?
- Gravitační vlny procházejí čímkoli. To znamená, že obdržíme nový typ informací o fyzických procesech. Během události 14. září se tři masy Slunce, když se spojily dvě černé díry, proměnily v energii gravitačních vln. Jedná se o monstrózní energii, takže i ve vzdálenosti jedné miliardy tři sta milionů světelných let jsme tuto událost pocítili. Představte si: třes vesmíru, který se rozšířil po celém vesmíru.
Je důležité si uvědomit, že současně s registrací gravitačních vln bylo učiněno několik dalších objevů. Nejprve byly získány důkazy o existenci černých děr. Astronomové a astrofyzici o tom nepochybovali, ale někteří teoretičtí fyzici donedávna existenci takových objektů popírali. Zadruhé se potvrdilo, že gravitační vlny se pohybují rychlostí světla, což bylo předpovězeno v obecné relativitě.
Je třeba říci ještě jeden objev. Existuje takový koncept „horizont událostí černé díry“. Dvě díry se navzájem spojily, horizont událostí získal určitý složitý tvar a kolísal. Výsledkem je skořápka, pod kterou už je černá díra, ale ještě ne venku. Tento efekt - dynamika horizontu událostí - byl poprvé zaznamenán během pozorování, ačkoli nikdo neočekával tento druh objevu.
Zúčastnili se ruští vědci experimentu s registrací gravitačních vln?
Propagační video:
- Detektor-interferometr je americký, ale zkušenosti poskytl mezinárodní tým, který zahrnoval ruské specialisty. Instalace zachytila gravitační vlny sama, ale bylo nutné pochopit, odkud pocházejí, jaká událost je způsobila. Proto program využíval dalekohledy z celého světa, včetně ruské sítě dalekohledů MASTER. Stále však bylo možné určit zdroj vln pomocí zahraniční technologie.
Mnoho teoretických základů experimentu provedeného ve Spojených státech bylo vytvořeno v Rusku. V naší zemi byl jedním z průkopníků hledání gravitačních vln slavný fyzik, zaměstnanec Moskevské státní univerzity Vladimir Braginsky.
Moskevský astrofyzik, vedoucí projektu MASTER, Vladimír Lipunov, spolu se svými kolegy, již v roce 1992 publikovali článek, ve kterém bylo řečeno, že první událostí pro fixaci gravitačních vln bude právě sloučení černých děr. Kromě toho je známo, že ruští vědci přispěli k vývoji konstrukce detektoru-interferometru. Obecně se projektu zúčastnilo asi tisíc lidí, tak či onak, a ruští fyzici přispěli ke společné věci.
Může se objev gravitačních vln kvalifikovat pro Nobelovu cenu za fyziku?
- Obecně je objev gravitačních vln událostí Nobelovy ceny. K objevům ve většině případů dochází nečekaně. Ale v posledních několika letech se vyskytly dvě výjimky, kdy se předpovídalo objevy a ty se staly. Mluvíme o Higgsově bosonu, jehož objev čekal několik desetiletí, a gravitačních vlnách, jejichž potvrzení trvalo sto let. Všechny tyto události byly teoreticky předpovězeny, v obou případech se teorie ukázala jako správná a potvrzená pozorováním. V roce 2013 si hlavní cenu ve fyzice odnesli François Engler a Peter Higgs. Myslím, že Nobelova cena bude udělena také za objev gravitačních vln.