Gravitacioni talasi

Kratka istorija gravitacionih talasa

Kakav je put nauka prešla od prvobitne hipoteze, preko višedecenijske potrage koja je usledila, do epohalnog otkrića gravitacionih talasa

Tekst: Nikola Zdravković

Priča počinje, naravno, s Ajnštajnom. Posle pauze od nekoliko godina, Ajnštajn se vratio temi opšte relativnosti 1911. godine, člankom u časopisu Annalen der Physik, gde je prepoznao potrebu za teorijom koja bi objedinila specijalnu relativnost i Njutnovu teoriju gravitacije.

Do 1916. godine, posle niza pretpostavki, prepravki, i razmene ideja sa nekim od vodećih fizičara svog vremena, Ajnštajn je bio zadovoljan novonastalom Teorijom opšte relativnosti. Pružala je objašnjenje gravitacije kao iskrivljenje prostor-vremena, kao i eksperimentalno proverljive jednačine.

Teorija opšte relativnosti se mnogo puta od tada pokazala tačnom. Međutim, sa sobom je nosila i probleme, od kojih je jedan bio postojanje gravitacionih talasa. Nauka ih prvi put susreće 1916, u jednom od Ajnšatjnovih članaka o opštoj relativnosti, gde se javljaju kao prirodna posledica delovanja gravitacije. Oni ”ispadaju” iz jednačina koje je on ponudio, ali Ajnštajn nije bio siguran u njihovo postojanje.

Nesigurnost

Naučna zajednica je dugo delila ovu nesigurnost. Neki naučnici su ih smatrali samo matematičkim artefaktom jednačina; drugi potencijalnom fizičkom pojavom, ali bezmalo nemogućom za detektovanje. Naime, gravitacioni talasi su talasi samog prostor-vremena sa neverovatno malim amplitudama, koji se prirodno gube u gužvi ”bučnijih” prirodnih pojava.

Drugim rečima, detektovanje gravitacionih talasa zahteva izrazito precizan istrument, koji decenijama nakon Ajnštajna nije bio čak ni osmišljen, a kamoli isproban. Jedan od prvih proboja u tom polju pravi Džozef Veber, američki fizičar, sa svojom kasnije čuvenim mašinama sastavljenom od aluminijumskih cilindara i antena. Tokom 60-tih godina prošlog veka, više puta je tvrdio da su njegove mašine detektovale gravitacione talase.

Danas se zna da Veber nije bio u pravu, i da je pogrešno identifikovao pozadinske šumove koje su mašine pravile. Međutim, njegovi pokušaji su doveli do ponovnog interesovanja za gravitacione talase i opštu relativnost – period koji Kip Torn, jedan od tvoraca LIGO-a, zove ”zlatnim dobom opšte relativnosti”, otprilike do 1975. godine. U ovo vreme došlo je do nekih ključnih astronomskih opservacija.

Možda najvažniju među opservacijama izvršili su Džozef Tejlor i njegov student, Rasel Alan Huls, 1974. godine. Koristeći radio teleskop u Aresibo opservatoriji u Portoriku, njih dvojica su otkrili prvi binarni pulsar, u kom pulsar  ima zvezdu-saputnika, najčešće još jednu neutronsku zvezdu. Promene u rotaciji pulsara savršeno su se uklapale u predviđanja koja su nudile Ajnštajnove jednačine o gravitacionim talasima.

Prvi put u istoriji, gravitacioni talasi su bili otkriveni – ali samo posredno, kroz posledice na ponašanje dveju zvezda. Krajem 60-tih i tokom 70-tih, Rajner Vejs sa MIT-a, heroj dana kao jedan od mozgova iza LIGO tehnologije, prvi put je počeo da se bavi mogućnostima detekcije gravitacionih talasa koristeći laserski interferometar. 

Otkriće

Postojalo je mnogo problema, od kojih je glavni bila cena takvog poduhvata, ali i činjenica da nije bila poznata učestalost talasa koje bi takav interferometar mogao da primeti. Međutim, rezultati Tejlora i Hulsa dali su ”vetar u leđa” ovakvim pokušajima. Vejs se tokom 70-tih godina upoznao sa Kip Tornom, čuvenim astronomom i kosmologom sa Kalteka, kao i sa Ronaldom Dreverom, istraživačem sa univerziteta u Edinburgu.

Drever je bio ključan prilikom osmišljavanja stabilizacije laserskog zraka tzv. Paund-Drever-Hol tehnikom koja je mogla omogućiti detektovanje gravitacionih talasa. Koristeći ovu tehniku, zajedno su osmislili detektor nalik na današnji LIGO, i 1983. ga predstavili Nacionalnoj fondaciji za nauku (NSF) SAD-a. Pretpostavljena cena detektora bila je 300 miliona dolara.

Usledilo je dugogodišnje natezanje sa NSF-om, američkim Kongresom, i najrazličitijim finansijerima. Naučnici su konačno uspeli da izdejstvuju sredstva od Kongresa 1992. Dva detektora koja stoje i danas izgrađena su u roku od nekoliko godina, i do 2001. počela su sa radom. Međutim, taj ”rad” još uvek nije bio pokušaj detekcije gravitacionih talasa, već samo podrobna priprema, kalibracija opreme i ispitivanje uslova budućih eksperimenata. 

Nakon još nekoliko godina sređivanja, ”pravi” LIGO, tzv. Advanced LIGO, bio je spreman u septembru 2015. Na iznenađenje skeptika i kritičara, odmah je, 14. septembra, detektovao gravitacione talase. Danas se priča o gotovo garantovanoj Nobelovoj nagradi za Rajnera Vejsa i neke od najznačajnijih saradnika. Ronald Drever je, nažalost, u međuvremenu otišao u starački dom zbog demencije, i nije prisustvovao trijumfalnoj konferenciji za štampu. 

Ovo otkriće će, naravno, ubrzo otići dalje od Vejsa, Torna, Drevera i stotina drugih saradnika širom sveta koji su imali udela u ovom najvećem astronomskom otkriću 21. veka. Era ”posmatračke gravitacione astronomije” tek počinje.

Specijal 

GRAVITACIONI TALASI

Istražite više o otkriću veka u seriji priloga na “Elementarijumu”:

Istražite druge tekstove:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

CPN
Ulica kralja Petra 46
11000 Beograd
Republika Srbija
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs