Нобелова награда за нови прозор у свемир

Четрнаестог септембра 2015. први пут је директно детектован гравитациони талас настао спајањем две црне рупе, а након тога су уследиле и детекције током 2016. и 2017. године.

Врло брзо постало је јасно да је успешно детектована нова врста информација о свемиру и да је колаборација LIGO/VIRGO отворила нови прозор у универзум.

Попут Галилејевог првог астрономског посматрања телескопом 1609. године, то је прво посматрање свемира у домену гравитационих таласа као извора информација. Најављена је нова револуција у астрономији, револуција у којој ће настати гравитациона астрофизика и у којој ћемо сазнати много нових информација о најегзотичнијим појавама у свемиру и појавама које нисмо могли да посматрамо досадашњим техникама посматрања.

Многи су предвиђали да ће овогодишња Нобелова награда за физику имати везе са овим открићем и тако је и било.

„За одлучујући допринос развоју детектора LIGO и посматрање гравитационих таласа" овогодишњу Нобелову награду за физику добила су тројица научника из колаборације LIGO/VIRGO - Рајнер Вајс, Бари Бериш и Кип Торн.

Хиљадама година уназад, човечанство је истраживало свемир посматрајући само видљиву светлост која долази са удаљених небеских тела. У двадесетом веку те технике посматрања обогаћене су и техникама које могу детектовати електромагнетне таласе мањих и већих таласних дужина од видљиве светлости (гама, рендгенско и ултраљубичасто зрачење, односно инфрацрвено, микроталасно и радио зрачење). Касније су развијене и технике посматрања космичких зрака (наелектрисаних честица огромних енергија) и неутрина (слабо интерагујућих елементарних честица екстремно мале масе). Помоћу тих техника смо добијали информације о свемиру до тог 14. септембра 2015.

За то време, у домену теорије, 1916. године Алберт Ајнштајн је на сцену физичких теорија увео општу теорију релативности, која ревoлуционарно мења концепције простора и времена као позорнице на којој се одвијају физичке појаве, као и гравитације као силе којом масивна тела привлаче једна друго на тој позорници.

Ајнштајн је увео простор-време, четвородимензионални простор ‒ позорницу на којој се одвијају појаве у свемиру, док је гравитација представљала последицу закривљености простор-времена. Закривљеност је, притом, увек узрокована постојањем материје у простор-времену, а као што је једноставно описао Џон Арчибалд Вилер, један од великана теорије гравитације друге половине двадесетог века, материја говори простор-времену како да се криви, док закривљеност простор-времена говори материји како да се у њему креће.

Та теорија сажета је у овим претпоставкама и у такозваним Ајнштајновим једначинама. Решавање ових једначина дало је описе разних егзотичних и до тада необјашњивих објеката и појава попут црних рупа, прецесије перихела орбите Меркура, или предвиђање постојања гравитационих таласа као носилаца информација о појавама у свемиру.

Упркос томе што ни сам није веровао у постојање црних рупа, Ајнштајн је извео једначине које су несумњиво показивале не само да такви објекти могу да постоје, него и да свако убрзано кретање масивних објеката у свемиру производи осциловање самог простор-времена. Када су у питању две црне рупе које се крећу једна око друге, те осцилације простор-времена су најјаче, односно њихова амплитуда је највећа. Такво кретање и коначно спајање иницира огромну промену самог простор-времена која се преноси путем гравитационих таласа, попут оног који је детектован 14. септембра 2015.

Као што се у простор-времену електромагнетно поље осцилаторно мења па та промена представља електромагнетни талас, тако се кретањем маса мења простор-време. Развлачи се и сабија, и та промена која се преноси кроз свемир представља гравитациони талас. Заједно са простор-временом, наравно, развлаче се и сабијају и сви објекти у њему - наша планета Земља, уређај на ком читате овај чланак, честице од којих је састављена материја...

Када је теорија била довољно позната, родила се и идеја о детекцији гравитационих таласа - 1970-их година Рајнер Вајс је са сарадницима поставио скицу детектора који је деценијама касније под називом LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) и детектовао оно за шта је смишљен и годинама упорно финансиран и развијан.

С обзиром на то да су промене о којима говоримо екстремно мале, детектор мора бити јако прецизан. При најегзотичнијим и најдраматичнијим догађајима ‒ какво је спајање две црне рупе ‒ промена простор-времена се дешава на скалама реда величине 1/100000 дела нанометра! То су скале величина језгара атома! И LIGO то и јесте. Он је најпрецизнији инструмент и најпрецизнији детектор који је човечанство направило.

Када се све ово сумира, достигнућа LIGO колаборације су вишеструка. Направити тако прецизан и технолошки напредан инструмент и одржати финансирање истраживања у пољу фундаменталне науке, с једне стране, директно детектовати гравитационе таласе и тако у још једном аспекту потврдити предвиђања опште теорије релативности, с друге стране, а поврх свега отворити простор за истраживање до сада неистражених и неистраживих појава у свемиру и тако револуционарно приближити човечанство откривању највећих мистерија савремене астрофизике и савремене фундаменталне науке несумњиво је вредно највећих награда и признања које човечанство може да додели.

Нова ера астрофизике тек почиње, развој гравитационих опсерваторија је тек пред нама, а право богатство нових открића о свемиру које следи обележиће овај век попут коперниканске револуције у ренесанси и Ајнштајнове теорије релативности у двадесетом веку!