Szerdán írtunk róla, hogy a Magyar Tudományos Akadémia közölte: másodszor is sikerült észlelni a gravitációs hullámokat. A keddi magyar 2:0-ás győzelem után valószínűleg nem ez hozta lázba leginkább az ünneplésben megfáradt szurkolókat, de ha úgy nézzük, gravitációs hullámok érzékelése is 2:0-ra nyert a felfedezés előtti időkkel szemben.
Az MTA hosszan taglalta, mit is jelent ez a felfedezés, de valljuk be, azon kívül, hogy büszkén kihúzzuk magunkat, hogy magyarok is részt vettek a munkában, sokan nem igazán értik, miről is van szó pontosan. A következő magyar meccs csak szombaton esedékes, addig pedig itt egy kis fejtágítás, ha már Gáspár Evelyn bomba alakjának szemrevételezését meguntuk.
Raffai Péter asztrofizikus tagja annak a LIGO Tudományos Együttműködésnek, amelyhez a felfedezés kötődik. Létre is hozott egy videós csatornát, ahol röviden-tömören összefoglalja, miről is szól ez a nagy áttörés. Ezekből szemezgetünk.
Oké, vannak gravitációs hullámok, de hogyan tudjuk érzékelni őket?
Raffai szerint úgy modellezhetjük legkönnyebben a gravitációs hullámok jelenlétét, ha lerakunk két próbatestet, és figyeljük a köztük lévő távolságot. Eddig nem tűnik bonyolultnak. A rendszeren áthaladó gravitációs hullámokat pedig úgy tudjuk kimutatni, ha mérjük a köztük lévő távolságot nagyon nagy pontossággal, mégpedig egy nagyon érzékeny eszközzel. Nem, nem egy vonalzóval, hanem egy úgynevezett interferométerrel, ez a ma létező legérzékenyebb, távolságmérésre alkalmas eszköz.
Ha eddig nem tudtuk bizonyítani, honnan tudtuk, hogy léteznek?
Közvetlen bizonyítékunk ugyan eddig nem volt a gravitációs hullámok létezésére, közvetett viszont igen. Csillagászok 1974-ben felfedeztek egy két neutroncsillagból álló rendszert, ahol ezek a csillagok egymás körül keringenek, akkor ha gravitációs hullámokat bocsájtanak ki, a rendszer energiát veszít. Ezek pedig egyre közelebb kerülnek egymáshoz.
Ezt a mozgást rádióteleszkópokkal észlelték, és követték a csillagok pályáját több mint húsz éven át. Képesek voltak kimutatni a csillagok egymás felé zuhanását. Hogyan történik? Pont olyan ütemben, mintha gravitációs hullámokat bocsájtanának ki. És így pontosan annyi energiát veszítettek, mint amennyit Einstein egykor megjósolt. A tudósok ezért a felfedezésért egyébként 1993-ban Nobel-díjat is kaptak.
Jó, kezdek belebonyolódni, most akkor mik keltik ezeket a hullámokat?
Gravitációs hullámokat bármilyen mozgó tömegek keltenek. Úgy bármilyenek, hogy akár te is vagy a melletted ülő, aki furcsán néz rád, mióta olvasol tudományos cikkeket. Csak azok a hullámok, amiket te keltesz, olyan picik, hogy a tudomány nem tart még ott, hogy kimutathatóak legyenek. Ahhoz, hogy ezt megvalósítsák, három dologra van szükség:
- nagy tömeg,
- kis hely,
- nagy sebesség.
Ilyen két egymás körül keringő test, például két neutron csillag vagy két fekete lyuk az űrben. Ezek annyira közel tudnak egymáshoz kerülni és annyira erős kibocsájtóvá válnak az összeolvadásuk előtti utolsó másodpercekben, hogy a gravitációs hullámaikat már itt a földön is tudjuk érzékelni.
Megvan, mik keltik őket. Akkor tisztázzuk, mik ezek pontosan?
A gravitációs hullámok a téridő hullámai, amit mi a gravitációs mező ingadozásaiként érzékelünk. Hogyan változhat két test között a távolság? Nyilvánvalóan úgy, ha mozognak egymáshoz képest. Azonban Einstein speciális relativitáselmélete 1915-ben rámutatott arra, hogy nem ez az egyetlen módja a távolság megváltozásának. Nem, ez nem valami misztikus, ezoterikus dolog,
Mégpedig az a másik lehetőség, ha a két test közti térben ingadozik a gravitációs mező. Ez az ingadozás pedig azzal jár, hogy a két test közötti tér megnyúlik vagy megrövidül. Ha ez hullámszerűen történik, akkor beszélünk gravitációs hullámokról. Tehát nemcsak térbeli és nemcsak időbeli megnyúlásról van szó, hanem egy úgynevezett négydimenziós téridőbeliről is. Ezeket a gravitációs hullámokat az ingadozó gravitációs mezők keltik, és hullámszerűen fénysebességgel terjednek. Ahol pedig áthaladnak, ott a távolságokat megnyújtják és megrövidítik.
Téridő? Tessék?
Tisztáznunk kell, hogy minden mozgás térbeli és időbeli mozgást is jelent. A hétköznapi tapasztalatunk pedig az, hogy ezek egymástól függetlenek. A térbeli mozgást tudjuk mérni például egy mérőszalaggal, az időbelit pedig egy órával. Einstein speciális relativitáselméletének értelmében viszont ezek a mozgások nem függetlenek egymástól. Hajmeresztő példa következik: ha a térben egy irányban mozgok egyenesen, majd elfordulok, akkor az eredeti irányba haladásom lelassul. Einstein rámutatott, hogy az időbeli mozgás is ilyen. Ha egy helyben ülök, az időben mozgok egy irányban.
Ha felállok és térben is mozogni kezdek, az időbeli haladásom lelassul. Ha pedig két embert leültetünk egymás mellé, akik azonos korúak (tehát percre pontosan ugyanakkor születtek), majd az egyik térben is mozogni kezd, aztán visszaül, akkor az, aki egy helyben maradt, öregebb lesz, ezután
Ezért indokolt egy négydimenziós téridőbeli mozgásról beszélnünk. Ezt az összefüggést persze a hétköznapi kis sebességek világában nem érzékeljük. Ahhoz, hogy ez érzékelhetővé váljon, nagy sebesség szükséges. Mármint nem egy jól gyorsuló Ferrari, hanem fénysebességet megközelítő sebesség.
Mozog? Visszaül? Aztán öregebb lesz?
Vegyünk egy másik példát ahhoz, hogy ne ikszeljék ki a böngészőablakot úgy, hogy “ilyen aztán a világon nincs”. Tudósok kísérleteztek azzal, hogy vettek két atomórát, amiket beállítottak úgy, hogy teljesen szinkronban legyenek.
Az atomórákról ugye azt kell tudni, hogy olyan pontosak, hogy néhány száz millió év alatt néhány másodpercet csúszhatnak. Majd a két órából az egyiket felvitték egy épület emeletére. Mi történt? Egy bizonyos idő elteltével eltért a két óra által mutatott idő. Hogy miért? Mert a felvitt óra távolabb került a Föld középpontjától, így megnőtt a kerületi sebessége.
Ezek olyan összefüggések, amiket a hétköznapi kis sebességek világában nem érzékelünk. Fénysebesség közeli sebesség kell ahhoz, hogy bizonyítani tudjuk őket. De mivel a részecskék világában kimutathatóak, és mi magunk is részecskékből állunk, így ránk is érvényesnek tekinthetőek.
Most nagyon okosnak érzem magam, de miért lesz ez nekem jó?
Azt kijelenthetjük, hogy ez nem az a típusú áttörés, mint mondjuk az elektromágneses indukció felfedezése volt, hogy néhány nappal később lecserélték a gázlámpákat Londonban. Ez az elmélet igazán a kozmológiában érdekes, azon belül is az ősrobbanás-elmélet finomítására alkalmas.
Tehát ettől nem lesz olcsóbb a kenyér, nem segít Szalainak szombaton is betalálni az ellenfél kapujába. De abban nagy segítséget nyújt, hogy jobban megértsük, hogy születnek a galaxisok vagy a fekete lyukak. Ha pedig kicsit képben leszel a témában, valamelyik meccs alatt akár el is sütheted Einstein mondását, miszerint
