Какав је пут наука прешла од првобитне хипотезе, преко вишедеценијске потраге која је уследила, до епохалног открића гравитационих таласа
Текст: Никола Здравковић
Прича почиње, наравно, с Ајнштајном. После паузе од неколико година, Ајнштајн се вратио теми опште релативности 1911. године, чланком у часопису Annalen der Physik, где је препознао потребу за теоријом која би објединила специјалну релативност и Њутнову теорију гравитације.
До 1916. године, после низа претпоставки, преправки, и размене идеја са неким од водећих физичара свог времена, Ајнштајн је био задовољан новонасталом Теоријом опште релативности. Пружала је објашњење гравитације као искривљење простор-времена, као и експериментално проверљиве једначине.
Теорија опште релативности се много пута од тада показала тачном. Међутим, са собом је носила и проблеме, од којих је један био постојање гравитационих таласа. Наука их први пут сусреће 1916, у једном од Ајншатјнових чланака о општој релативности, где се јављају као природна последица деловања гравитације. Они ”испадају” из једначина које је он понудио, али Ајнштајн није био сигуран у њихово постојање.
Несигурност
Научна заједница је дуго делила ову несигурност. Неки научници су их сматрали само математичким артефактом једначина; други потенцијалном физичком појавом, али безмало немогућом за детектовање. Наиме, гравитациони таласи су таласи самог простор-времена са невероватно малим амплитудама, који се природно губе у гужви ”бучнијих” природних појава.
Другим речима, детектовање гравитационих таласа захтева изразито прецизан иструмент, који деценијама након Ајнштајна није био чак ни осмишљен, а камоли испробан. Један од првих пробоја у том пољу прави Џозеф Вебер, амерички физичар, са својом касније чувеним машинама састављеном од алуминијумских цилиндара и антена. Током 60-тих година прошлог века, више пута је тврдио да су његове машине детектовале гравитационе таласе.
Данас се зна да Вебер није био у праву, и да је погрешно идентификовао позадинске шумове које су машине правиле. Међутим, његови покушаји су довели до поновног интересовања за гравитационе таласе и општу релативност – период који Кип Торн, један од твораца LIGO-а, зове ”златним добом опште релативности”, отприлике до 1975. године. У ово време дошло је до неких кључних астрономских опсервација.
Можда најважнију међу опсервацијама извршили су Џозеф Тејлор и његов студент, Расел Алан Хулс, 1974. године. Користећи радио телескоп у Аресибо опсерваторији у Порторику, њих двојица су открили први бинарни пулсар, у ком пулсар има звезду-сапутника, најчешће још једну неутронску звезду. Промене у ротацији пулсара савршено су се уклапале у предвиђања која су нудиле Ајнштајнове једначине о гравитационим таласима.
Први пут у историји, гравитациони таласи су били откривени – али само посредно, кроз последице на понашање двеју звезда. Крајем 60-тих и током 70-тих, Рајнер Вејс са MIT-а, херој дана као један од мозгова иза LIGO технологије, први пут је почео да се бави могућностима детекције гравитационих таласа користећи ласерски интерферометар.
Откриће
Постојало је много проблема, од којих је главни била цена таквог подухвата, али и чињеница да није била позната учесталост таласа које би такав интерферометар могао да примети. Међутим, резултати Тејлора и Хулса дали су ”ветар у леђа” оваквим покушајима. Вејс се током 70-тих година упознао са Кип Торном, чувеним астрономом и космологом са Калтека, као и са Роналдом Древером, истраживачем са универзитета у Единбургу.
Древер је био кључан приликом осмишљавања стабилизације ласерског зрака тзв. Паунд-Древер-Хол техником која је могла омогућити детектовање гравитационих таласа. Користећи ову технику, заједно су осмислили детектор налик на данашњи LIGO, и 1983. га представили Националној фондацији за науку (NSF) САД-а. Претпостављена цена детектора била је 300 милиона долара.
Уследило је дугогодишње натезање са NSF-ом, америчким Конгресом, и најразличитијим финансијерима. Научници су коначно успели да издејствују средства од Конгреса 1992. Два детектора која стоје и данас изграђена су у року од неколико година, и до 2001. почела су са радом. Међутим, тај ”рад” још увек није био покушај детекције гравитационих таласа, већ само подробна припрема, калибрација опреме и испитивање услова будућих експеримената.
Након још неколико година сређивања, ”прави” LIGO, тзв. Advanced LIGO, био је спреман у септембру 2015. На изненађење скептика и критичара, одмах је, 14. септембра, детектовао гравитационе таласе. Данас се прича о готово гарантованој Нобеловој награди за Рајнера Вејса и неке од најзначајнијих сарадника. Роналд Древер је, нажалост, у међувремену отишао у старачки дом због деменције, и није присуствовао тријумфалној конференцији за штампу.
Ово откриће ће, наравно, убрзо отићи даље од Вејса, Торна, Древера и стотина других сарадника широм света који су имали удела у овом највећем астрономском открићу 21. века. Ера ”посматрачке гравитационе астрономије” тек почиње.
Специјал
Истражите више о открићу века у серији прилога на “Елементаријуму”:
- (АКТУЕЛНО) Борис Клобучар: Откриће века
- (АНАЛИЗА) Дарко Доневски: Нови прозор ка универзуму
- (АУДИО) ЛИГО: Звук гравитације
- (ВИДЕО) ЛИГО: Кaко ради ЛИГО?
- (ИСТОРИЈА) Никола Здравковић: Кратка повест гравитације