«Ακούγοντας» τη βαρύτητα

Με μία δημοσίευση στο περιοδικό Nature Photonics, μία ομάδα από 800 φυσικούς από όλο τον κόσμο αναφέρει τις πειραματικές εξελίξεις οι οποίες θα υπερκεράσουν σε σύντομο χρονικό διάστημα τα εμπόδια για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, που ενώ προβλέφθηκαν για πρώτη φορά από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1916, παραμένουν άφαντα. Τα βαρυτικά κύματα είναι ρυτιδώσεις του χωροχρόνου, οι οποίες δημιουργούνται από ακραία κοσμικά φαινόμενα, όπως συγκρούσεις αστέρων, μαύρες τρύπες και εκρήξεις σουπερνόβα. Μπορούν να μεταφέρουν υψηλές ποσότητες ενέργειας, αν και εξασθενούν καθώς απλώνονται, και ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός καθώς το σωματίδιο που φέρει τη βαρύτητα, το γκραβιτόνιο, θεωρείται πως δεν έχει μάζα, όπως και το φωτόνιο.

Προσομοίωση δύο μαύρων τρυπών, από το Ινστιτούτο Albert Einstein στη Γερμανία. Τα χρώματα δείχνουν τις ρυτιδώσεις του χωροχρόνου, δηλαδή τα λεγόμενα βαρυτικά κύματα.

Βαρυτικά κύματα εκπέμπονται από κάθε βαρυτική αλληλεπίδραση, όμως στα συνήθη βαρυτικά φαινόμενα είναι πολύ ασθενή. Για παράδειγμα, η κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο θεωρητικά προκαλεί βαρυτικά κύματα η ενέργεια των οποίων κάνει τη Γη να χάνει ελάχιστη από την κινητική της ενέργεια (200 Joule το δευτερόλεπτο συγκριτικά με τα 1036 Joule συνολικής κινητικής ενέργειας), φέρνοντας τη κάθε μέρα 10-15 μέτρα (περίπου όση η ακτίνα ενός πρωτονίου) πιο κοντά στον Ήλιο.

Τη διεθνή συνεργασία των φυσικών συντονίζει από το Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αυστραλίας ο καθηγητής David Blair. «Η αστρονομία βαρυτικών κυμάτων θα είναι η αστρονομία του μέλλοντος, και πιθανά θα αλλάξει την κατανόησή μας για το Σύμπαν», δήλωσε σχετικά. «Θα μας επιτρέψει να ακούσουμε τη Μεγάλη Έκρηξη και το σχηματισμό μαύρων τρυπών στο Γαλαξία. Θα επιτρέψει στην ανθρωπότητα να εξερευνήσει την αρχή και το τέλος του χρόνου». Σύμφωνα με τις μέχρι σήμερα αντιλήψεις μας ο χρόνος ξεκινά με τη Μεγάλη Έκρηξη, ενώ σταματά, όταν καταρρέει το χωροχρονικό συνεχές σε μία ανωμαλία, μια μαύρη τρύπα δηλαδή.

Την εξέλιξη στον τομέα σηματοδοτεί η κατασκευή ενός νέου είδους ανιχνευτή. Πρόκειται για ένα συμβολόμετρο (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – LIGO) το οποίο χρησιμοποιεί παλμούς λέιζερ για τη μελέτη των ρυτιδώσεων του χωροχρόνου. Ολόκληρη η συσκευή έχει σχήμα ορθής γωνίας, με την κάθε πλευρά να αποτελείται από σωλήνες κενού μήκους τεσσάρων χιλιομέτρων με κάτοπτρα στις άκρες. Οι ακτίνες λέιζερ, απομονωμένες από κάθε είδους παρεμβολή, είναι αφοσιωμένες στο να «ψάχνουν» για τη βαρύτητα.

Η νέα τεχνική που υπόσχεται να κάνει τη διαφορά, είναι η «κβαντική συμπίεση», η οποία επιτρέπει στους επιστήμονες να σβήσουν το θόρυβο από τις κβαντικές παρεμβολές. Έτσι δεν υπάρχει πια ελάχιστο φράγμα για τις ενέργειες που μπορούν να παρατηρηθούν, επιτρέποντας την άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων για πρώτη φορά.

«Έχουμε τα καλύτερα κάτοπτρα που έχουν κατασκευαστεί ποτέ, το πιο δυνατό λέιζερ που έχει ποτέ χρησιμοποιηθεί σε πείραμα και ένα κενό τόσο καλό ώστε θα χρειαζόντουσαν 300 χρόνια για να εισχωρήσει στον LIGO αέρας που να αντιστοιχεί σε ένα κουταλάκι του τσαγιού. Η νέα μέθοδος μας επιτρέπει να μετρήσουμε τις μικρότερες δυνατές ποσότητες ενέργειας», υποστηρίζει ο καθηγητής Blair, ελπίζοντας πως σε λίγα μόλις χρόνια το σύστημα θα είναι έτοιμο να τεθεί σε εφαρμογή και να εγκαινιάσει τη νέα μας δυνατότητα στο να βλέπουμε το Σύμπαν.

Πηγή