Αναδημοσιεύτηκε από την ΠΗΓΗ: skai.gr

Κατηγορία: Επιστήμη

Δημοσιεύθηκε : 06 Οκτωβρίου 2017

Επισκέψεις: 928

Ο επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου γράφει για την βράβευση των ερευνητών που πρωτοστάτησαν στη δημιουργία και την ανάπτυξη των ειδικών παρατηρητηρίων LIGO που εντόπισαν τα βαρυτικά κύματα.

Διονύσης Σιμόπουλος, επίτιμος διευθυντής Ευγενιδείου Πλανηταρίου

Η Σουηδική Βασιλική Ακαδημία Επιστημών ανακοίνωσε το μεσημέρι της 3ης Οκτωβρίου 2017 ότι το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2017 απονέμεται κατά το ήμισυ στον καθηγητή Rainer Weiss του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ), και κατά το άλλο ήμισυ στους καθηγητές Barry C. Barich του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια (Cal Tech), Kip Thorne του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια (Cal Tech).

Οι ερευνητές αυτοί πρωτοστάτησαν στη δημιουργία και την ανάπτυξη των ειδικών παρατηρητηρίων LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) τα οποία εντόπισαν και τελικά απέδειξαν την πραγματικότητα της ύπαρξης των βαρυτικών κυμάτων που είχε προβλέψει η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Albert Einstein από το 1916. 

Η ύπαρξη Βαρυτικών Κυμάτων είναι μία από τις πλέον εντυπωσιακές προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας, που όμως έμεναν επί 100 χρόνια απαρατήρητα, μέχρις ότου στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, στα δύο εργαστήρια LIGO (που είχαν δημιουργηθεί για τον εντοπισμό Βαρυτικών Κυμάτων) σήμανε συναγερμός! 

Τα δύο εργαστήρια, στη Λουϊζιάνα και στην Ουάσιγκτον σε απόσταση 3.000 χλμ. μεταξύ τους, είχαν μερικές μόνον ημέρες από τότε που είχαν τεθεί σε λειτουργία μετά την αναβάθμισή τους σε νέα επίπεδα ακρίβειας και ευαισθησίας, και με την πρώτη πέτυχαν διάνα! 

Εκείνη την ημέρα (στις 12:51 μ.μ. ώρα Ελλάδος) εντόπισαν την σύγκρουση δύο «Μαύρων Τρυπών», η μία με μάζα 36 ηλιακών μαζών και η άλλη με 29 ηλιακές μάζες σε απόσταση 1,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Λίγο πριν από την σύγκρουση οι δύο μαύρες τρύπες περιφέρονταν η μία γύρω από την άλλη 250 φορές το δευτερόλεπτο ενώ η ταχύτητα περιφοράς τους έφτανε τα 150.000 χλμ. το δευτερόλεπτο (το 50% της ταχύτητας του φωτός). 

Με την σύγκρουση δημιουργήθηκε μία μεγαλύτερη μαύρη τρύπα η μάζα της οποίας εξαρτάται από την γεωμετρία και το σπιν της σύγκρουσης κι έτσι δεν είναι το σύνολο των επί μέρους μαύρων τρυπών γιατί ένα 5% περίπου εκπέμπεται με την μορφή της ενέργειας των βαρυτικών κυμάτων που παράγονται κατά την σύγκρουση. Έτσι κι εδώ αντί των 65 ηλιακών μαζών είχαμε την δημιουργία μιας μαύρης τρύπας 62 ηλιακών μαζών. 

Οι τρεις "χαμένες" ηλιακές μάζες μετετράπησαν σε ενέργεια βαρυτικών κυμάτων η οποία ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία θα ήταν αντίστοιχη με την ενέργεια που εκπέμπουν ένα δισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια ήλιοι (10^21) ή 50 φορές όλοι οι γαλαξίες του Σύμπαντος! Γιατί με βάση την περίφημη εξίσωση του Einstein (E=mc^2) εάν αντικαταστήσουμε το "m" με τις 3 ηλιακές μάζες (ένα συγκλονιστικά τεράστιο ποσό) πολλαπλασιαζόμενο με το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός (c^2) θα μας δώσει το αδιανόητο νούμερο που αντιστοιχεί στην ενέργεια που απελευθερώνουν ένα δισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια ήλιοι (10^21). 

Παρ'  όλα αυτά η παραμόρφωση που κατέγραψαν τα δύο συμβολόμετρα LIGO δεν υπερέβαινε τα τέσσερα χιλιοστά της διαμέτρου ενός πρωτονίου, ενώ η πιθανότητα κάποιου λάθους στη παρατήρηση αυτή ήταν μία στο εκατομμύριο, που στην ουσία αποτελεί μία βεβαιότητα! Ας πάρουμε, όμως, τα πράγματα από την αρχή.

O EINSTEIN ΚΑΙ TA BAΡΥΤΙΚΑ ΚYMATA

Όπως είναι γνωστό η μεγαλύτερη ανακάλυψη του Einstein ήταν η διαπίστωσή του πως η βαρύτητα δεν είναι στην πραγματικότητα μία δύναμη αλλά το αποτέλεσμα της παραμόρφωσης των τεσσάρων διαστάσεων του χωρόχρονου. Οποιοδήποτε μικρό ή μεγάλο κομμάτι ύλης, πλανήτης, άστρο, ή γαλαξίας, παραμορφώνει την δομή του χωρόχρονου γύρω του. 

Καθώς τα διάφορα αντικείμενα κινούνται μέσα στο Σύμπαν είναι σαν να κυλάνε μέσα, έξω, και γύρω απ' αυτές τις παραμορφώσεις, ενώ η κίνηση τους επηρεάζεται απ' αυτές παρ'  όλο που δεν μπορούμε να τις δούμε. Αντίθετα, εκείνο το οποίο βλέπουμε είναι το αποτέλεσμα που έχει στα διάφορα αυτά αντικείμενα η επίδραση της φαινομενικά μυστηριώδους δύναμης που ονομάζουμε βαρύτητα, με άλλα λόγια "η ύλη λεει στο χωρόχρονο πώς θα καμπυλωθεί και ο βαθμός καμπύλωσης του χωρόχρονου υπαγορεύει στην ύλη πώς θα κινηθεί", όπως τόσο χαρακτηριστικά έγραφε πριν από χρόνια ο αείμνηστος καθηγητής John Archibald Wheeler.

Τα τελευταία 100 χρόνια, η βαρυτική θεωρία του Einstein έχει γίνει αποδεκτή ως η πιο ικανοποιητική απ' όλες τις άλλες. Επί πλέον η θεωρία αυτή περιλαμβάνει με τον καλύτερο τρόπο όλα όσα γνωρίζουν μέχρι σήμερα οι επιστήμονες για τη βαρύτητα. 

Παρ' όλα αυτά ακόμη κι αυτή άφηνε ορισμένα βασικά ερωτήματα αναπάντητα, όπως: η παραμόρφωση του χωρόχρονου συμβαίνει άραγε «αστραπιαία» ή μήπως μεταδίδεται με τη μορφή κυμάτων; 

Η αναζήτηση του Einstein για μια απάντηση στο ερώτημα αυτό, τον οδήγησε σε μία εκπληκτική εκτίμηση: ακριβώς όπως υπάρχουν κύματα φωτός που μεταφέρουν ενέργεια από μέρος σε μέρος, έτσι θα πρέπει να υπάρχουν και βαρυτικά κύματα τα οποία μεταφέρουν ενέργεια από τόπο σε τόπο. Θεώρησε δηλαδή ότι οι βαρυτικές δυνάμεις ακτινοβολούνται προς τα έξω σαν τα κύματα που δημιουργούνται από την πτώση μιας πέτρας στο νερό μιας λίμνης.

Οι αναζητήσεις του Einstein τον οδήγησαν δηλαδή σε μια εκπληκτική διαπίστωση: ακριβώς όπως τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα δημιουργούνται από την κίνηση ηλεκτρικών φορτίων και διαδίδονται στον χωρόχρονο, έτσι θα πρέπει να υπάρχουν και βαρυτικά κύματα που θα δημιουργούνται από τη βίαιη μετακίνηση μεγάλων μαζών και θα εμφανίζονται ως πτυχώσεις στη δομή του χωρόχρονου. 

Ο Einstein υπέθεσε ότι διάφορα καταστροφικά κοσμικά συμβάντα, όπως η τελική εκρηκτική κατάρρευση ενός ετοιμοθάνατου άστρου, ή η σπειροειδής σύμπτυξη ενός ζεύγους άστρων νετρονίων ή μαύρων τρυπών, θα πρέπει να εκπέμπουν κύματα βαρύτητας στο Διάστημα με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του φωτός. 

Παρ' όλα αυτά ο Einstein πίστευε ότι αφού η βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη από τις θεμελιώδεις δυνάμεις, με ισχύ 100 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων τρισεκατομμύρια φορές μικρότερη της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης (δύναμης), η επίδραση των βαρυτικών κυμάτων θα πρέπει να ήταν εξ ίσου αδύναμη οπότε δεν θα μπορούσαν ποτέ να γίνουν αντιληπτά. Γι' αυτό, άλλωστε, και δεν είχαν εντοπιστεί μέχρι τώρα. Κι έτσι η θεωρία του Einstein για τα βαρυτικά κύματα παρέμενε χωρίς αποδείξεις.