Nobelova nagrada za novi prozor u svemir

Četrnaestog septembra 2015. prvi put je direktno detektovan gravitacioni talas nastao spajanjem dve crne rupe, a nakon toga su usledile i detekcije tokom 2016. i 2017. godine.

Vrlo brzo postalo je jasno da je uspešno detektovana nova vrsta informacija o svemiru i da je kolaboracija LIGO/VIRGO otvorila novi prozor u univerzum.

Poput Galilejevog prvog astronomskog posmatranja teleskopom 1609. godine, to je prvo posmatranje svemira u domenu gravitacionih talasa kao izvora informacija. Najavljena je nova revolucija u astronomiji, revolucija u kojoj će nastati gravitaciona astrofizika i u kojoj ćemo saznati mnogo novih informacija o najegzotičnijim pojavama u svemiru i pojavama koje nismo mogli da posmatramo dosadašnjim tehnikama posmatranja.

Mnogi su predviđali da će ovogodišnja Nobelova nagrada za fiziku imati veze sa ovim otkrićem i tako je i bilo.

„Za odlučujući doprinos razvoju detektora LIGO i posmatranje gravitacionih talasa" ovogodišnju Nobelovu nagradu za fiziku dobila su trojica naučnika iz kolaboracije LIGO/VIRGO - Rajner Vajs, Bari Beriš i Kip Torn.

31148202 Dobitnici Nobelove nagrade za fiziku 2017: 
Rajner Vajs, Bari Beriš i Kip Torn


Hiljadama godina unazad, čovečanstvo je istraživalo svemir posmatrajući samo vidljivu svetlost koja dolazi sa udaljenih nebeskih tela. U dvadesetom veku te tehnike posmatranja obogaćene su i tehnikama koje mogu detektovati elektromagnetne talase manjih i većih talasnih dužina od vidljive svetlosti (gama, rendgensko i ultraljubičasto zračenje, odnosno infracrveno, mikrotalasno i radio zračenje). Kasnije su razvijene i tehnike posmatranja kosmičkih zraka (naelektrisanih čestica ogromnih energija) i neutrina (slabo interagujućih elementarnih čestica ekstremno male mase). Pomoću tih tehnika smo dobijali informacije o svemiru do tog 14. septembra 2015.

Za to vreme, u domenu teorije, 1916. godine Albert Ajnštajn je na scenu fizičkih teorija uveo opštu teoriju relativnosti, koja revolucionarno menja koncepcije prostora i vremena kao pozornice na kojoj se odvijaju fizičke pojave, kao i gravitacije kao sile kojom masivna tela privlače jedna drugo na toj pozornici.

Ajnštajn je uveo prostor-vreme, četvorodimenzionalni prostor ‒ pozornicu na kojoj se odvijaju pojave u svemiru, dok je gravitacija predstavljala posledicu zakrivljenosti prostor-vremena. Zakrivljenost je, pritom, uvek uzrokovana postojanjem materije u prostor-vremenu, a kao što je jednostavno opisao Džon Arčibald Viler, jedan od velikana teorije gravitacije druge polovine dvadesetog veka, materija govori prostor-vremenu kako da se krivi, dok zakrivljenost prostor-vremena govori materiji kako da se u njemu kreće.

Ta teorija sažeta je u ovim pretpostavkama i u takozvanim Ajnštajnovim jednačinama. Rešavanje ovih jednačina dalo je opise raznih egzotičnih i do tada neobjašnjivih objekata i pojava poput crnih rupa, precesije perihela orbite Merkura, ili predviđanje postojanja gravitacionih talasa kao nosilaca informacija o pojavama u svemiru.

Uprkos tome što ni sam nije verovao u postojanje crnih rupa, Ajnštajn je izveo jednačine koje su nesumnjivo pokazivale ne samo da takvi objekti mogu da postoje, nego i da svako ubrzano kretanje masivnih objekata u svemiru proizvodi oscilovanje samog prostor-vremena. Kada su u pitanju dve crne rupe koje se kreću jedna oko druge, te oscilacije prostor-vremena su najjače, odnosno njihova amplituda je najveća. Takvo kretanje i konačno spajanje inicira ogromnu promenu samog prostor-vremena koja se prenosi putem gravitacionih talasa, poput onog koji je detektovan 14. septembra 2015.

31148216 Vizuelizacija gravitacionog talasa dvojne crne rupe


Kao što se u prostor-vremenu elektromagnetno polje oscilatorno menja pa ta promena predstavlja elektromagnetni talas, tako se kretanjem masa menja prostor-vreme. Razvlači se i sabija, i ta promena koja se prenosi kroz svemir predstavlja gravitacioni talas. Zajedno sa prostor-vremenom, naravno, razvlače se i sabijaju i svi objekti u njemu - naša planeta Zemlja, uređaj na kom čitate ovaj članak, čestice od kojih je sastavljena materija...

Kada je teorija bila dovoljno poznata, rodila se i ideja o detekciji gravitacionih talasa - 1970-ih godina Rajner Vajs je sa saradnicima postavio skicu detektora koji je decenijama kasnije pod nazivom LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) i detektovao ono za šta je smišljen i godinama uporno finansiran i razvijan.

S obzirom na to da su promene o kojima govorimo ekstremno male, detektor mora biti jako precizan. Pri najegzotičnijim i najdramatičnijim događajima ‒ kakvo je spajanje dve crne rupe ‒ promena prostor-vremena se dešava na skalama reda veličine 1/100000 dela nanometra! To su skale veličina jezgara atoma! I LIGO to i jeste. On je najprecizniji instrument i najprecizniji detektor koji je čovečanstvo napravilo.

31148229 Detektor LIGO i princip detekcije gravitacionih talasa


Kada se sve ovo sumira, dostignuća LIGO kolaboracije su višestruka. Napraviti tako precizan i tehnološki napredan instrument i održati finansiranje istraživanja u polju fundamentalne nauke, s jedne strane, direktno detektovati gravitacione talase i tako u još jednom aspektu potvrditi predviđanja opšte teorije relativnosti, s druge strane, a povrh svega otvoriti prostor za istraživanje do sada neistraženih i neistraživih pojava u svemiru i tako revolucionarno približiti čovečanstvo otkrivanju najvećih misterija savremene astrofizike i savremene fundamentalne nauke nesumnjivo je vredno najvećih nagrada i priznanja koje čovečanstvo može da dodeli.

Nova era astrofizike tek počinje, razvoj gravitacionih opservatorija je tek pred nama, a pravo bogatstvo novih otkrića o svemiru koje sledi obeležiće ovaj vek poput kopernikanske revolucije u renesansi i Ajnštajnove teorije relativnosti u dvadesetom veku!