Jeszcze do niedawna były tylko matematycznym przewidywaniem ogólnej teorii względności. Dziś są jednym z najważniejszych narzędzi do badania Wszechświata. Czym są fale grawitacyjne? Jak je odkryto i co zmieniło się w naszym rozumieniu rzeczywistości? Sprawdźmy.
Fale grawitacyjne – definicja i podstawy
Fale grawitacyjne (definicja według ogólnej teorii względności) to zmarszczki w czasoprzestrzeni, wywołane przez przyspieszające masywne obiekty, takie jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe. Fale grawitacyjne co to? Najprościej mówiąc: zakłócają one strukturę czasoprzestrzeni, a zakłócenia te rozchodzą się z prędkością światła.
Czym są fale grawitacyjne w praktyce?
W praktyce fale te są ekstremalnie słabe i trudno wykrywalne. Ich istnienie po raz pierwszy przewidziano teoretycznie ponad 100 lat temu. Fale grawitacyjne Einstein opisał już w 1916 roku jako wynik rozwiązań jego równań pola grawitacyjnego. Jednak przez dziesiątki lat pozostawały poza zasięgiem pomiarów.
Fale grawitacyjne – odkrycie, które zmieniło fizykę
Przełom nastąpił 14 września 2015 roku. Detektory LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) po raz pierwszy zarejestrowały sygnał fali grawitacyjnej, powstały w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur oddalonych o 1,3 miliarda lat świetlnych. To była chwila, gdy odkrycie fal grawitacyjnych przeszło z teorii do rzeczywistości.
Fale grawitacyjne Nobel – nagroda dla odkrywców
Za przełom w astrofizyce, jakim było potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych, w 2017 roku przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Fale grawitacyjne Nobel trafiły do Rainera Weissa, Barry’ego C. Barisha i Kipa S. Thorne’a – pionierów projektu LIGO, którzy przez lata pracowali nad detekcją tych niezwykle słabych sygnałów.
Fale grawitacyjne a grawitacja
W jaki sposób fale grawitacyjne mają się do znanego nam pojęcia grawitacji? W klasycznym rozumieniu grawitacja to siła przyciągania między masami. Jednak zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, to nie tyle siła, co zakrzywienie czasoprzestrzeni przez masę. Fale grawitacyjne a grawitacja są więc bezpośrednio powiązane — fale to propagujące się w czasoprzestrzeni zmiany tej geometrii, powstające wskutek zmieniających się układów masywnych obiektów.
Fale grawitacyjne prędkość i obserwacje
Zgodnie z przewidywaniami teorii względności, fale grawitacyjne przenoszą się z prędkością światła (czyli około 300 000 km/s). To potwierdzono m.in. w 2017 roku, kiedy po raz pierwszy zarejestrowano jednocześnie fale grawitacyjne i fale elektromagnetyczne (w tym światło) z tego samego zdarzenia: zderzenia gwiazd neutronowych.
Co dalej z badaniami fal grawitacyjnych?
Od 2015 roku wykryto dziesiątki kolejnych fal grawitacyjnych. Rozbudowywane są kolejne detektory, jak europejski Virgo czy japoński KAGRA, a w planach jest kosmiczny obserwator LISA. Przyszłość tej dziedziny to nie tylko rejestracja kolejnych zdarzeń, ale także głębsze zrozumienie natury czarnych dziur, ewolucji Wszechświata i być może nowej fizyki poza ogólną teorią względności.