Einsteinnek igaza volt: megtalálták a gravitációs hullámokat

Szedlák Ádám Zoltán - 2016. február 11., csütörtök 16:45

HÁTTÉR

Száz éve, Einstein óta tudjuk, hogy a jelenségnek léteznie kell, ám mostanáig nem sikerült közvetlenül észlelni.

"Hölgyeim és uraim, gravitációs hullámokat detektáltunk. Megcsináltuk" - jelentette be David Reitze, a LIGO kísérlet vezetője. A két LIGO-berendezés két, egyenként harmincszoros naptömegű fekete lyuk összeolvadásának hatására létrejövő gravitációs hullámokat észlelt.

Így olvad össze két, eltérő tömegű fekete lyuk

Az egymás körül gyorsan keringő fekete lyukak is hoztak létre gravitációs hullámokat, az összeolvadás pillanatában pedig egy nagy, minden irányba terjedő hullám jön létre. A LIGO azt észlelte, hogy egy ilyen hullám áthaladt a földön. Reitze szerint az eredmény a fizika szempontjából olyan volt, mint a holdra szállás.

Az összeolvadásra 1,3 milliárd évvel ezelőtt került sor, a fénysebességgel haladó hullám azonban mostanra ért el hozzánk - mondta Gabriela Gonzalez, a LIGO-kísérlet szóvivője. Az észlelésre 2015. szeptember 14-én került sor.

A LIGO vezérlője

Mi az a gravitációs hullám?

A gravitációs hullámok Einstein elmélete szerint a tér-időben fénysebességgel terjedő zavarok. Hogy kialakuljanak, ahhoz szupernóvák felrobbanása, fekete lyukak és neutroncsillagok ütközése szükséges. Amennyire nagy dolognak hangzik ez, annyira hétköznapi jelenség a világban. A detektálásuk azonban eddig még nem sikerült, mert rendkívül kis erőkről van szó. A LIGO-kísérlet felépítésének egyik legnagyobb kihívása az volt, hogy a berendezés rázkódását csökkentsék, mert egy kisebb földmozgás, egy elhaladó jármű is megzavarhatná a mérést.

A gravitációs hullámok létezését már Einstein is megjósolta

Mi az a LIGO?

A LIGO kísérlet két lézer interferométerből áll, az egyik a Louisiana-beli Livingstonban, a másik a Washington államban található Hanfordban van. Emellett az európai GEO 600 és számos kisebb berendezés is besegít a mérésekben. A LIGO berendezés 4 kilométeres karokkal rendelkezik, ezekben fut végig egy-egy nagy energiájú lézernyaláb. A két detektor 3 ezer kilométerre van egymástól, ezért a kettőt együtt használva háromszögeléssel a hullámok keletkezési helye is kiszámolható.

A négy kilométeres karok hosszán hetvenötször végigvezetett két lézernyaláb normál esetben úgy érkezik a sugárelosztóba, hogy kioltják egymást. Észlelés akkor következik be, ha az egyik detektor hossza a gravitációs hullámok hatására megváltozik, és így eltérő fázisban érnek az elosztóba. Ilyenkor a kioltás nem következik be, az elosztóra szerelt fényérzékelő pedig jelet kap.

A detektor hossza elképzelhetetlenül kicsivel változik csak meg. Tíz a mínusz huszonegyediken méterrel, ami a proton átmérőjének töredék része. Ez viszont elég ahhoz, hogy a LIGO detektora működőképes legyen.

A hanfordi LIGO-létesítmény a levegőből

Lesz-e háromhatvan ettől a kenyér?

A gravitációs hullámok megtalálása nem azért jelentős, mert mindent megváltoztat a világban. Nagyon ritka az a tudományos felfedezés, ami egyik pillanatról a másikra átírja a tudásunkat. Thomas Kuhn A tudományos forradalmak szerkezete - itt fent a teljes könyv, de böngészőben nehéz olvasmány lesz - című könyve, amely Mark Zuckerberg talvalyi olvasmánylistáján is megtalálható, pont erről szól.

A gravitációs hullámok létezését Einstein 1915-ben publikált általános relativitáselmélete jósolta meg. A hullámok létezését pedig a neutroncsillagok keringési idejének csökkenését vizsgálva közvetetten bebizonyította Russel Hulse és Joseph Taylor. A PSR B1913+16 pulzárt - azaz sugárzó neutroncsillagot - 1974-ben fedezte fel a két tudós,, a gravitációs hullámok jelenlétét azonban több évnyi megfigyelési adatból számították ki. A két kutató a felfedezéséért 1993-ban meg is kapta a fizikai Nobel-díjat.

kommunikáció az idegenekkel, Arecibo Observatory — Forrás: AFP

Arecibóból észlelték az első bináris pulzárt

Belekeverjük James Bondot?

Az azóta Hulse-Tayor-binárisnak is nevezett sugárzó neutroncsillagot az Arecibo obszervatóriumból figyelték meg. Ebből a rádióteleszkópból lőtték ki egyrészt a kötött sálmintára emlékeztető arecibói üzenetet a Messier 13 gömbhalmaz felé. Továbbá itt forgatták az 1995-ös Golden Eye című James Bond film egyes jeleneteit. Ez ugyan sehogy nem kapcsolódik a gravitációs hullámokhoz, de jó tudni.

Mi a hatása az életünkre a felfedezésnek?

A LIGO-bejelentés leginkább a tudományos módszer - és persze a műszereket építő ember - diadala. Egyben felhívja arra a figyelmet, hogy a tudományos elméletek kísérleti bizonyíthatósága - erről korábban a fél pár zoknik kapcsán írtam - határtalanul fontos.

Ma többet tudunk biztosan a világ működéséről, mint tegnap tudtunk. Hát nem csodálatos?

LIGO dicsőségtábla: ezek az intézmények vettek részt a kísérletben

Hogyan magyar siker ez?

A kutatásban részt vett az ELTE és a debreceni Atomki kutatócsapata, ők készítették a kísérletben használt inframikrofont. Tőlük az erre az alkalomra létrehozott gravitacioshullam.hu oldalon lehet kérdezni.