2016. gada sākumā starptautiska fiziķu sadarbība pirmo reizi cilvēces vēsturē reģistrēja gravitācijas viļņus. Viļņi tika radīti, apvienojoties diviem melnajiem caurumiem, un tika konstatēti, izmantojot īpašu detektoru-interferometru LIGO, kas atrodas Amerikas Savienotajās Valstīs. Kas ir gravitācijas viļņi, kāpēc to atklāšanai bija vajadzīgs gadsimts, un kāda ir krievu zinātnieku loma šajā jomā? Par to "Oblastnajai" pastāstīja ISU Astronomijas observatorijas vadītājs, Irkutskas planetārija zinātniskais direktors Sergejs Jazevs.
- Pirms simts gadiem Alberts Einšteins pabeidza darbu pie vispārējās relativitātes teorijas. Tajā laikā jaunā teorija ļāva pastāvēt tā sauktajiem gravitācijas viļņiem, kas pastāvīgi un visur rodas. Vienkāršs piemērs: mēs vicinām roku, gravitācijas viļņi atšķiras no rokas. Bet smagums ir vājākais spēks dabā, un gravitācijas viļņu fiksēšanai ir nepieciešami divi faktori. Pirmkārt, ir jābūt kādam spēcīgam notikumam, kurā iesaistītas gigantiskas masas, piemēram, zvaigžņu saplūšana savā starpā, vienas zvaigznes krišana uz citas vai kaut kas līdzīgs. Otrkārt, mums ir vajadzīga neticami jutīga tehnika, kas ierakstītu signālu no šī notikuma uz Zemes.
Ideja par gravitācijas viļņu reģistrēšanu pastāv jau gadu desmitiem. Fiziķi lieliski saprata, kas jādara, bet nepieciešamās tehnoloģijas vienkārši ilgu laiku nepastāvēja. LIGO interferometra detektors ASV, kas atklāja gravitācijas viļņu signālus, tika iecerēts tālajā 1992. gadā. Ilgu laiku fiziķi neko nespēja salabot, jo instalācijai trūka jutīguma. Fakts ir tāds, ka gravitācijas viļņi faktiski ir noteiktas vienības vibrācijas, kuras fiziķi sauc par "laiktelpu". Tas nozīmē, piemēram, ka attālums starp diviem instalācijas elementiem var sākt svārstīties, jo pati telpa maina savas īpašības. Izrādījās, ka nepieciešamā ierīces jutība pārsniedz reālās uztveres robežas - svārstību amplitūdai jābūt aptuveni 10 tūkstoš reižu mazākai,nekā atoma kodola lielums. Tā ir fantastiska precizitāte. Pagājušajā gadā instalācija tika modernizēta, pēc kuras bija iespējams ierakstīt signālu no Visuma dziļumiem par ārkārtīgi spēcīgu notikumu - divu melno caurumu apvienošanos. Tas notika pirms viena miljarda trīssimt miljoniem gadu, un tikai pagājušā gada 14. septembrī tā atbalsis sasniedza Zemi. Pateicoties vienlaicīgi ierakstītajam gamma staru sprādzienam, kļuva skaidrs, ka tas nav nejaušs troksnis. Eksperti ļoti ilgu laiku pārbaudīja rezultātu un tikai februārī riskēja informēt pasauli, ka ir izdarīts liels atklājums.un tikai pagājušā gada 14. septembrī tās atbalsis sasniedza Zemi. Pateicoties vienlaicīgi ierakstītajam gamma staru sprādzienam, kļuva skaidrs, ka tas nav nejaušs troksnis. Eksperti pārbaudīja rezultātu ļoti ilgi, un tikai februārī viņi riskēja paziņot pasaulei, ka ir izdarīts liels atklājums.un tikai pagājušā gada 14. septembrī tās atbalsis sasniedza Zemi. Pateicoties vienlaicīgi ierakstītajam gamma staru sprādzienam, kļuva skaidrs, ka tas nav nejaušs troksnis. Eksperti ļoti ilgi pārbaudīja rezultātu un tikai februārī riskēja informēt pasauli, ka ir izdarīts liels atklājums.
Sergejs Arturovič, kāda ir gravitācijas viļņu atklāšanas nozīme zinātnei?
- Gravitācijas viļņi iziet cauri visam. Tas nozīmē, ka mēs saņemsim jauna veida informāciju par fiziskajiem procesiem. 14. septembra notikuma laikā trīs Saules masas, saplūstot diviem melnajiem caurumiem, pārvērtās par gravitācijas viļņu enerģiju. Šī ir zvērīga enerģija, tāpēc pat viena miljarda trīs simtu miljonu gaismas gadu attālumā mēs sajutām šo notikumu. Iedomājieties: kosmosa trīce, kas izplatījusies visā Visumā.
Ir svarīgi atzīmēt, ka vairāki citi atklājumi tika veikti vienlaikus ar gravitācijas viļņu reģistrāciju. Pirmkārt, ir iegūti pierādījumi par melno caurumu esamību. Astronomi un astrofiziķi par to nešaubījās, taču daži teorētiskie fiziķi vēl nesen noliedza šādu objektu esamību. Otrkārt, tika apstiprināts, ka gravitācijas viļņi pārvietojas ar gaismas ātrumu, kas tika prognozēts vispārējā relativitātē.
Jāsaka vēl viens atklājums. Pastāv šāds jēdziens "melnā cauruma notikumu horizonts". Divas bedrītes saplūda savā starpā, notikumu horizonts ieguva noteiktu sarežģītu formu un svārstījās. Rezultāts ir apvalks, zem kura jau ir melna bedre, bet vēl nav ārpusē. Šis efekts - notikumu horizonta dinamika - pirmo reizi tika reģistrēts novērojumu laikā, lai gan neviens negaidīja šāda veida atklājumus.
Vai krievu zinātnieki piedalījās eksperimentā, lai reģistrētu gravitācijas viļņus?
Reklāmas video:
- Detektors-interferometrs ir amerikāņu, taču pieredzi sniedza starptautiska komanda, kurā piedalījās krievu speciālisti. Instalācija paši noķēra gravitācijas viļņus, taču bija jāsaprot, no kurienes tie radās, kāds notikums tos izraisīja. Tātad šim nolūkam programma izmantoja teleskopus no visas pasaules, ieskaitot Krievijas teleskopu tīklu MASTER. Tomēr joprojām bija iespējams noteikt viļņu avotu ar ārvalstu tehnoloģiju palīdzību.
Daudzi Amerikas Savienotajās Valstīs veiktā eksperimenta teorētiskie pamati tika izveidoti Krievijā. Mūsu valstī viens no gravitācijas viļņu meklēšanas pionieriem bija slavenais fiziķis, Maskavas Valsts universitātes darbinieks Vladimirs Braginskis.
Maskavas astrofiziķis, projekta MASTER vadītājs Vladimirs Lipunovs kopā ar kolēģiem jau 1992. gadā publicēja rakstu, kurā tika teikts, ka pirmais gravitācijas viļņu fiksēšanas pasākums būs tieši melno caurumu sapludināšana. Turklāt ir zināms, ka krievu zinātnieki ir devuši ieguldījumu detektora-interferometra konstrukcijas izstrādē. Kopumā projektā tādā vai citādā veidā piedalījās aptuveni tūkstotis cilvēku, un krievu fiziķi sniedza savu ieguldījumu kopējā mērķa sasniegšanā.
Vai gravitācijas viļņu atklāšana var pretendēt uz Nobela prēmiju fizikā?
- Kopumā gravitācijas viļņu atklāšana ir Nobela klases notikums. Vairumā gadījumu atklājumi notiek negaidīti. Bet pēdējos gados ir bijuši divi izņēmumi, kad tika prognozēti atklājumi, un tie tiešām notika. Mēs runājam par Higsa bozonu, kura atklāšana bija gaidījusi vairākus gadu desmitus, un gravitācijas viļņiem, kuru apstiprināšana prasīja simts gadus. Visi šie notikumi tika prognozēti teorētiski, abos gadījumos teorija izrādījās pareiza un apstiprināta ar novērojumiem. 2013. gadā galveno balvu fizikā saņēma Fransuā Englers un Pīters Higs. Es domāju, ka Nobela prēmija tiks piešķirta arī par gravitācijas viļņu atklāšanu.