Βαρυτικά κύματα

Η Βαρύτητα είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις (δυνάμεις) της ύλης, μαζί με τον Ηλεκρομαγνητισμό, την Ασθενή Πυρηνική Δύναμη και την Ισχυρή Πυρηνική Δύναμη. Αφορά την αλληλεπίδραση μεταξύ μεγάλων μαζών από μεγάλη –τερατώδη- απόσταση, όπως ο Ήλιος και η Γη, οι γαλαξίες, οι αστέρες νετρονίων και οι μαύρες τρύπες.

Είμαστε εξοικειωμένοι με τον Ηλεκτρομαγνητισμό, που είναι η μορφή αλληλεπίδρασης των φορτισμένων σωματιδίων μεταξύ τους, καθώς και με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που είναι ο τρόπος με τον οποίο διαδίδεται η αλληλεπίδραση στο χώρο, με πεπερασμένη ταχύτητα, αυτή του φωτός.

Όταν λοιπόν μιλάμε για κύματα, στο μυαλό μας έχουμε συνήθως την εικόνα που βλέπουμε όταν πετάμε ένα βότσαλο στην λίμνη ή στη θάλασσα. Και για την Βαρύτητα λοιπόν πρέπει να σκεφτούμε με τον ίδιο τρόπο: αφού η βαρυτική αλληλεπίδραση μεταφέρεται και αυτή στο χώρο και μάλιστα με πεπερασμένη ταχύτητα, μια διάδοση κυματικής μορφής πρέπει να συμβαίνει.

Αυτό προκύπτει και θεωρητικά, με μαθηματικό τρόπο, από τις εξισώσεις/μετασχηματισμούς που περιγράφουν την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, δηλαδή τη θεωρία που ερμηνεύει τη Βαρύτητα σαν μια ιδιότητα του χωροχρόνου: εκεί που η βαρύτητα είναι ισχυρή, εκεί δηλαδή που υπάρχει πολύ ύλη, ο χωρόχρονος καμπυλώνεται, (σαν μια μπάλα που πέφτοντας σε ένα δίχτυ το καμπυλώνει κοντά της).

ΒΚ_Εικόνα1.png

Το πρόβλημα της ανίχνευσης αυτών των κυμάτων, όπως προβλέπονται από τη θεωρία, είναι ότι είναι πάρα-πάρα πολύ αδύνατα όταν φτάνουν στην γειτονιά της Γης. Οι διαταραχές που τα γεννούν βρίσκονται πολύ-πολύ μακριά (όπως αν το βότσαλο πέφτει χιλιόμετρα μακριά από την ακτή της λίμνης). Μόνο γιγάντια συμβάντα στο Σύμπαν, όπως συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων, μια μαύρη τρύπα που καταπίνει ένα αστέρα νετρονίων, αστροσεισμοί κλπ., μπορούν να διαταράξουν αρκετά το «χαλί του χωροχρόνου» και να φτάσουν ως εμάς με κάποια μετρήσιμη διαταραχή.

Όταν φτάνουν πάνω σε ένα μεγάλο σώμα πχ. όπως ο Ήλιος, αναμένεται να αλληλεπιδράσουν με αυτόν. Η σφαίρα του Ήλιου θα γινόταν πιο μακρόστενη κατά τη φορά της διάδοσης των κυμάτων και πιο στενή στην κάθετη σε αυτή φορά. Σαν ο Ήλιος να γινόταν για λίγο κάπως σαν μακρόστενο πεπόνι πριν να ξαναγίνει σφαίρα, αφού περάσει από μέσα του το βαρυτικό κύμα.

Αυτό έδωσε ακριβώς της ιδέα του πώς να ανιχνευθούν, να δούμε δηλαδή πώς καμπυλώνονται σώματα σε δύο κάθετες μεταξύ τους διευθύνσεις. Αυτό ήταν εξαιρετικά δύσκολο να γίνει (σαν το βότσαλό μας να έχει πέσει χιλιόμετρα μακριά από την ακτή της λίμνης και εμείς να μετράμε μια μετατόπιση της όχθης, μόλις στο πάχος μιας τρίχας).

Και όμως το 2016 οι πειραματικοί φυσικοί κατάφεραν να μετρήσουν τέτοιες μικρές διαταραχές που προέρχονταν από το «χορό» που χόρευαν δύο πολύ μακρινά αστέρια (πάλσαρς, βλέπε το σχήμα). Η ύπαρξη των κυμάτων βαρύτητας είναι πλέον αναμφισβήτητη.

ΒΚ_Εικόνα2.png

Ας σκεφτούμε πως ό,τι γνωρίζουμε σήμερα για το Σύμπαν, προέρχεται από τα άλλου είδους κύματα που φτάνουν στην Γη, τα ηλεκτρομαγνητικά. Ό,τι δηλαδή βλέπουμε με το μάτι μας ή με τα ηλεκτρομαγνητικά τηλεσκόπια και με άλλες συσκευές που βλέπουν –στην κυριολεξία-  ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις που μας έρχονται από πολύ μακριά. Ό,τι δηλαδή εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (φως, σε διάφορες συχνότητες).

ΒΚ_Εικόνα 3.jpg

Όταν θα μπορούμε να μετράμε τα βαρυτικά κύματα με μεγαλύτερη ακρίβεια, τότε θα μπορούμε να «βλέπουμε», δηλαδή να μετράμε, και ένα άλλο Σύμπαν, αυτό που δεν εκπέμπει φως. Σαν ένα σκοτεινό (μη ακτινοβολών) σώμα που δεν το βλέπουμε με τα μάτια, όμως αναπνέει και νιώθουμε τον αέρα που μας έρχεται από αυτό.

Με αυτό τον τρόπο θα μπορέσουμε να «δούμε» αυτό που είναι πολύ πιο άφθονο στο Σύμπαν, τη Σκοτεινή Ύλη, που υπολογίζεται ότι το γεμίζει ως και εννιά φορές περισσότερο από τη φωτεινή (ακτινοβολούσα) ύλη. Μπορούμε ακόμη να ανιχνεύσουμε και την πιο αρχέγονη ιστορία του Σύμπαντος, όταν έγινε η Μεγάλη ‘Έκρηξη (η μεγαλύτερη διαταραχή, αυτή που το γέννησε). Σαν να βλέπουμε το μεγάλο κύμα της λίμνης, αυτό που γεννήθηκε όταν ένας γιγαντιαίος βράχος έπεσε στο κέντρο της, αφού πήγε και ήρθε αρκετές στην όχθη, κάθε φορά και πιο ασθενές.

Η ανακάλυψη λοιπόν των βαρυτικών κυμάτων επιβεβαίωσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν ακριβώς 100 χρόνια μετά την οριστική διατύπωσή της και αποτελεί ίσως τη μεγαλύτερη ανακάλυψη του τρέχοντος αιώνα.

 

ΠΗΓΗ: https://www.in.gr/bscience/

 

Διακομανώλη-Πρίγγη Ξακουστή