Vasario 11 d. Pažangi lazerinės interferometrijos gravitacinių bangų observatorija (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observator, LIGO) pranešė pirmą kartą tiesiogiai užfiksavusi gravitacines bangas, arba erdvėlaikio virpesius, kilusius susidūrus dviem masyvioms juodosioms skylėms.
Albertas Einšteinas jų egzistavimą numatė dar prieš šimtmetį, savo bendrojoje reliatyvumo teorijoje. Beveik visa kita, ką numatė jo teorija, per tą laiką buvo patvirtinta, tačiau gravitacinės bangos ilgą laiką glumino mokslininkus. Tiesą sakant, net ir pats Einšteinas abejojo, kad žmonija kada nors jas galės stebėti tiesiogiai.
Kaip erdvėlaikio virpesiai, gravitacinės bangos neretai yra lyginamos su garsu – lygiai taip pat, kaip šviesos bangų teleskopai leidžia „matyti“ kosmosą, gravitacinių bangų teleskopai leidžia jį „girdėti“. Štai keli klausimai ir atsakymai, padėsiantys geriau suprasti tikrąją tokių bangų kilmę ir jų reikšmę.
Kas yra gravitacinės bangos? Paprastai kalbant, tai yra vibracijos, kylančios tada, kai masė, susidariusi iš kataklizminių kosminių sprogimų ir susidūrimų, tokių kaip dviejų masyvių juodųjų skylių susijungimas, yra paverčiama energija. Tokie megasprogimai yra pakankamai galingi, kad supurtytų erdvėlaikį ir pasiųstų per jį gravitacines bangas, panašiai kaip į ežerą nukritęs akmenėlis pasiunčia vandens virpesius. Tačiau, priešingai nei galėtume pagalvoti, gravitacinės bangos nesupurto galaktikų, planetų ar žmonių – jos tiesiog ištempia ir suspaudžia materiją. Be to, kadangi kosmose tokie kataklizminiai reiškiniai yra dažni, o gravitacinės bangos gali keliauti per visą Visatą, fizikai mano, kad mes esame nuolat jų maudomi.
Kodėl jos pastebėtos tik dabar? Toks materijos ištempimas ir suspaudimas dažnai paprasčiausiai yra pernelyg mažas, kad jį užfiksuotų Žemės teleskopai. Kas kartą, kai gravitacinė banga pereina per žmogaus kūną, jis yra ištempiamas ir suspaudžiamas mažiau nei per protono diametrą. Kaip ir bangelės ežere, taip ir gravitacinės bangos darosi silpnesnės keliaudamos didesnius atstumus, o jas sukėlę susidūrimai galėjo įvykti už milijardų šviesmečių nuo mūsų.
Ar gravitacinės bangos yra tas pats kas gravitacijos bangos? Ne. Šias sąvokas labai lengva supainioti, ypač turint omenyje tai, kad, anot bendrosios reliatyvumo teorijos, gravitacija yra susijusi su erdvėlaikio išlinkimu. Tačiau gravitacijos bangos yra skysčių dinamikos fenomenas. Jos susidaro, kai gravitacija bando išlyginti bangas, atsiradusias tarp skirtingo tankio sluoksnių, tokių kaip atmosferos sluoksniai, ar tarp vandens ir oro.
Argi mes neradome gravitacinių bangų dar 2014-aisiais? Tikrai buvo toks metas, kai jau atrodė, kad Pietų ašigalyje veikianti observatorija aptiko gravitacines bangas, neva kilusias po Didžiojo sprogimo... kol nepaaiškėjo, kad tai tėra dulkės iš mūsų pačių galaktikos. Vis dėlto, gravitacinės bangos praeityje kartą buvo aptiktos netiesiogiai – dar 1974-aisiais, kai amerikiečių fizikai Russellas Hulse‘as ir Josephas Tayloras aptiko du vienas į kitą judančius pulsarus (greitai besisukančias neutronines žvaigždes, skleidžiančias elektromagnetinę spinduliuotę) ir apskaičiavo, jog jeigu jos skleistų gravitacines bangas, tai idealiai patvirtintų bendrojo reliatyvumo teoriją. Tai padėjo jiems laimėti 1993 m. Nobelio fizikos premiją.
Mokslininkai tvirtina, kad gravitacinių bangų atradimas atvers visiškai naują lapą astronomijos istorijoje. Laikui bėgant ir tobulėjant prietaisams bus kur kas lengviau nustatyti tikslią gravitacinių bangų gimimo vietą, o tada galėsime į tas vietas atidžiau pažvelgti per teleskopus.
Kur galima pritaikyti gravitacines bangas? Labai daug kur. Mokslininkai tvirtina, kad gravitacinių bangų atradimas atvers visiškai naują lapą astronomijos istorijoje. Laikui bėgant ir tobulėjant prietaisams bus kur kas lengviau nustatyti tikslią gravitacinių bangų gimimo vietą, o tada galėsime į tas vietas atidžiau pažvelgti per teleskopus. Tačiau pagrindinis prizas yra pats didžiausias visų laikų sprogimas – Didysis sprogimas. Seniausia šviesa Visatoje, kosmoso radiacinis fonas, atsirado po 300 000 metų nuo Didžiojo sprogimo, tačiau mokslininkai mano, kad gravitacinės bangos gimė iškart po jo. Pačių seniausių gravitacinių bangų aptikimas ir išnarstymas papasakotų mums kur kas daugiau apie Visatos kūdikystę nei bet kas kitas.
