Kosmiczne katastrofy

Trzęsienia czasoprzestrzeni
Zjawiska przewidziane przez Einsteina pozwolą astronomom zajrzeć w najdalsze i najbardziej niedostępne zakątki kosmosu.
Europejski detektor fal grawitacyjnych VIRGO. Fale na przemian wydłużają i skracają jego ramiona, co mierzy się dokładnością do jednej stubiliardowej centymetra.
Virgo

Europejski detektor fal grawitacyjnych VIRGO. Fale na przemian wydłużają i skracają jego ramiona, co mierzy się dokładnością do jednej stubiliardowej centymetra.

Okrążające się nawzajem czarne dziury emitują fale grawitacyjne, które można wykryć, mierząc odkształcenia napotykanych przez nie obiektów.
NASA

Okrążające się nawzajem czarne dziury emitują fale grawitacyjne, które można wykryć, mierząc odkształcenia napotykanych przez nie obiektów.

Kolizja dwóch gwiazd neutronowych, której efektem jest rozbłysk gwiazdy kilonowej (możliwej do zaobserwowania) i emisja fal grawitacyjnych.
ESO

Kolizja dwóch gwiazd neutronowych, której efektem jest rozbłysk gwiazdy kilonowej (możliwej do zaobserwowania) i emisja fal grawitacyjnych.

Wszechświatem nieustannie wstrząsają potężne kataklizmy. Nie ma sekundy, w której nie wybuchłaby jakaś gwiazda, pozostawiając w miejscu eksplozji swój rdzeń zamieniony w czarną dziurę lub gwiazdę neutronową (zbudowany głównie z neutronów obiekt o masie Słońca, lecz o średnicy zaledwie kilkunastu kilometrów). Średnio co pół minuty dochodzi do zderzenia i zespolenia pary gwiazd neutronowych; co kilka minut – do zderzenia i zespolenia pary czarnych dziur. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina każda taka katastrofa powoduje swego rodzaju sejsmiczny wstrząs przestrzeni (dokładniej – czasoprzestrzeni), którego echa rozbiegają się po całym kosmosie w postaci fal grawitacyjnych.

Proste sedno zawiłej teorii

Ogólną teorię względności spowija nimb tajemnej wiedzy dostępnej tylko dla wybranych. Jej sedno jest jednak zadziwiająco proste i daje się zilustrować łatwo przyswajalną analogią. Najlapidarniej ujął je John Archibald Wheeler – wybitny amerykański fizyk teoretyk i kontynuator dzieła Einsteina, dzięki któremu terminy „czarna dziura” oraz „tunel czasoprzestrzenny” na trwałe weszły do codziennego języka. W jego autobiografii „Geons, Black Holes and Quantum Foam” (Geony, czarne dziury i piana kwantowa) znajduje się rysunek przedstawiający rozciągliwą membranę, wklęśniętą pod leżącym na niej kamieniem. Po stoku wklęśnięcia stacza się ziarnko żwiru, a podpis pod rysunkiem głosi: „Materia (kamień) mówi czasoprzestrzeni, jak ma się odkształcać; czasoprzestrzeń mówi materii (żwirkowi), jak ma się poruszać”. I to właściwie wszystko – reszta jest konstrukcją matematyczną, której piękno i głębię mogą docenić rzeczywiście tylko nieliczni. Kto rezygnuje z matematyki, musi zadowolić się stwierdzeniem, że czasoprzestrzeń i jej zawartość są ze sobą związane mniej więcej tak samo jak membrana z analogii Wheelera ze znajdującymi się na niej obiektami.

Zapętlenie materii (dokładniej – materii i energii) z czasoprzestrzenią jest przyczyną wielu zjawisk niemieszczących się w klasycznej fizyce newtonowskiej. Dzięki niemu zegar w Zakopanem spóźnia się względem takiego samego zegara umieszczonego na szczycie Giewontu, gwiazdy widoczne podczas zaćmienia Słońca tworzą na niebie nieco inny wzór niż te same gwiazdy oglądane w nocy, a wszechobecne fale grawitacyjne na zmianę ściskają i rozciągają nasze ciała wzdłuż, jednocześnie rozciągając i ściskając je w poprzek. Spóźnienia zegarów i przesunięcia gwiazd są bardzo małe, ale mierzyć je jest stosunkowo łatwo i odpowiednie eksperymenty zostały przeprowadzone już dziesiątki lat temu. Skali odkształceń spowodowanych przez fale grawitacyjne nie da się opisać żadnym przymiotnikiem: są tak mikroskopijne, że ich nikłość graniczy z niebytem. Nic więc dziwnego, że zmierzono je, a tym samym bezpośrednio zaobserwowano fale grawitacyjne, dopiero w 2015 r. – prawie dokładnie sto lat po opublikowaniu ogólnej teorii względności.

Sukces ten został uhonorowany Nagrodą Nobla, którą w ub.r. otrzymali Rainer Weiss z Massachusetts Institute of Technology oraz Barry C. Barish i Kip S. Thorne z California Institute of Technology. Po ponad 40 latach pracy i pokonaniu niezliczonych problemów technicznych kierowany przez nich zespół LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) zbudował przyrząd zdolny do rzeczy zdawałoby się niemożliwej: pomiaru czterokilometrowej odległości z dokładnością do jednej stubiliardowej (10-17) centymetra. To tak, jakby odległość do Proximy Centauri – najbliższej gwiazdy, od której światło biegnie do nas przez 4,3 roku – mierzyć z błędem 0,001 mm.

Czytaj także

Co nowego w nauce?

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną