Η ανίχνευση των κυμάτων βαρύτητας.

Τι είναι τα κύματα βαρύτητας; 

Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, που προτάθηκε από τον Einstein πριν από εκατό χρόνια, κάθε κατανομή μάζας ή ενέργειας καμπυλώνει τον χωρόχρονο στην περιοχή της. Μια εικόνα σχετική που βοηθά την προσέγγιση αυτής της διευθέτησης είναι η ακόλουθη. Αν φανταστούμε τον χωρόχρονο ως μια ελαστική μεμβράνη, η τελευταία θα ήταν επίπεδη απουσία κατανομής μάζας ή ενέργειας. Αν τοποθετηθεί μία μάζα, η μεμβράνη καμπυλώνεται στην περιοχή που τοποθετείται το σώμα. Η καμπυλότητα της μεμβράνης-χωροχρόνου είναι τόσο μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα της μάζας-ενέργειας. Αν φέρουμε μια άλλη μάζα στη μεμβράνη και αυτή η δεύτερη μάζα τοπικά θα παραμορφώσει-καμπυλώσει την μεμβράνη. Η μάζα «συνομιλεί» με τον χωρόχρονο. Η πρώτη λέει στον δεύτερο πως θα παραμορφωθεί-καμπυλωθεί και ο βαθμός καμπύλωσης του χωροχρόνου λέει στη μάζα πως θα κινηθεί. Ας υποθέσουμε τώρα ότι το πρώτο σώμα κινείται επιταχυνόμενο προς το δεύτερο. Η παραμόρφωση-καμπυλότητα της μεμβράνης (χωροχρόνου) ακολουθεί το κινούμενο σώμα. Ταυτόχρονα μικρές διαταραχές αρχίζουν να διαδίδονται στην μεμβράνη-χωρόχρονο. Αυτές οι διαταραχές είναι ότι ονομάζουμε κύματα βαρύτητας. 

Πότε έγινε το γεγονός που ανιχνεύτηκε;

Τα κύματα βαρύτητας που ανιχνεύτηκαν προέρχονται από ένα κοσμικό γεγονός που έγινε στο απώτατο παρελθόν, από ένα γεγονός που συνέβη 1,3 δισεκατομμύριο χρόνια πριν. Είδαμε κάτι που συνέβη στο παρελθόν, 1,3 δισεκατομμύριο χρόνια πριν. Πόσο μακριά από τη Γη συνέβη; Τα κύματα βαρύτητας τρέχουν με ταχύτητα 300.000 km / sec. Έγινε, λοιπόν, τόσο μακριά που θα χρειαζόταν κάποιος να ταξιδεύει με αυτήν την απίστευτη ταχύτητα, την ταχύτητα του φωτός, 1,3 δισεκατομμύριο χρόνια για να βρεθεί στον τόπο του συμβάντος. 

Ποιο ήταν το κοσμικό γεγονός που ήταν ο γεννήτορας των κυμάτων βαρύτητας; 

 Η ανίχνευση των κυμάτων ήταν αποτέλεσμα ενός συγκλονιστικού κοσμικού γεγονότος, της "συγχώνευσης" μιας "μαύρης τρύπας", με μάζα 29 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του ηλίου, με άλλη "μαύρη τρύπα", με μάζα 36 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του ηλίου. Ας θυμηθούμε ότι η μάζα του ηλίου είναι 300.000 μεγαλύτερη από εκείνη της γης. Οι μαύρες τρύπες είναι κοσμικές οντότητες με τόσο ισχυρό πεδίο βαρύτητας που δεν αφήνουν τίποτα να τους ξεφύγει, ούτε και το φως δεν γλυτώνει. Αυτές ήταν οι δύο κατανομές «μάζας-ενέργειας» που καμπύλωσαν την μεμβράνη-χωρόχρονο. Η επιταχυνόμενη κίνηση τους στην πορεία προς την "συγχώνευση" τους ήταν αυτή που οδήγησε στη ακτινοβολία κυμάτων βαρύτητας. Τα κύματα βαρύτητας αφαιρούν ενέργεια από τα σώματα που αλληλοεπιδρούν. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, τα κύματα βαρύτητας προικίστηκαν με ενέργεια που αντιστοιχεί στη μετατροπή σε ενέργεια ("εξαΰλωση") μάζας 3 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του ηλίου. Και το μέγεθος αυτής της ενέργειας που μετέφεραν τα κύματα βαρύτητας ήταν αυτό που επέτρεψε την ανίχνευσή τους. Γιατί απαιτείται ένα κοσμικό γεγονός τέτοιου μεγέθους για να γίνει εφικτή η ανίχνευση κυμάτων βαρύτητας; Τα κύματα βαρύτητας μεταφέρουν ενέργεια ασύλληπτα μικρότερη εκείνης που μεταφέρουν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, είναι ασύλληπτα ασθενείς διαταραχές. Προέρχονται από πολύ μακριά, και όσο ένα κύμα απλώνεται στο χώρο τόσο μικραίνει το πλάτος της διαταραχής. Συνεπώς, απαιτείται η πηγή εκπομπής τους να έχει τρομακτικό ενεργειακό απόθεμα για να τους δώσει την ενέργεια εκείνη που θα τα κάνει ανιχνεύσιμα μακριά. Η επιταχυνόμενη προσέγγιση δύο μαύρων τρυπών μέχρι τη συγχώνευσή τους είναι μια διαδικασία που έχει την δυνατότητα να προσφέρει στα κύματα βαρύτητας μια τέτοια ενέργεια που τα κάνει ανιχνεύσιμα στη Γη.

Υπάρχουν άλλοι κοσμικοί σχηματισμοί που η αλληλεπίδρασή τους θα οδηγούσε σε εκπομπή ανιχνεύσιμων κυμάτων βαρύτητας; 

Υπάρχουν, είναι οι αστέρες νετρονίων. Αν μαζεύαμε ένα κουταλάκι ύλης από τους αστέρες αυτούς, το γεμάτο κουταλάκι θα ζύγιζε 1 δισεκατομμύριο τόνους. Πως ανιχνεύονται τα κύματα βαρύτητας, ανιχνεύονται άμεσα ή έμμεσα; Τα κύματα βαρύτητας, οι διαταραχές του χωροχρόνου, γίνονται αντιληπτές από τις «παλιρροιογόνες δυνάμεις» που ασκούν στα σώματα που συναντούν καθώς διαδίδονται. Οι δυνάμεις αυτές τα παραμορφώνουν. Τα συστέλλουν κατά μία διεύθυνση και τα διαστέλλουν σε διεύθυνση κάθετη προς την πρώτη. Τα ξεχειλώματα και οι συρρικνώσεις των σωμάτων μαρτυρούν ότι πάνω τους έχουν πέσει κύματα βαρύτητας, είναι τα δακτυλικά τους αποτυπώματα. Η ανίχνευση των κυμάτων βαρύτητας ανάγεται στην ανίχνευση-μέτρηση των παραμορφώσεων αυτών. Εάν λοιπόν έχουμε τοποθετήσει δύο ράβδους στην επιφάνεια της Γης κάθετα τη μία προς την άλλη και πέσει στη Γη κύμα βαρύτητας τότε τα μήκη των δύο ράβδων θα μεταβάλλονται περιοδικά, όταν το μήκος της μιας θα μεγαλώνει το μήκος της άλλης θα μικραίνει και αντίστροφα. Τι μεγέθους είναι αυτές οι παραμορφώσεις; Oι παραμορφώσεις αυτές είναι μικρότερες από τη διάσταση ενός πρωτονίου. Αν φανταστούμε ότι μετρούσαμε τα άτομα που βρίσκονται σε μια κουταλιά νερού, μετρώντας 1.000.000 άτομα το δευτερόλεπτο, η μέτρησή τους θα απαιτούσε εκατοντάδες εκατομμύρια αιώνες. Από την άλλη πλευρά, το άτομο (πυρήνας - ηλεκτρόνια) είναι 99,999999999% κενό. Αν φανταστούμε ότι όλος ο πληθυσμός της γης συμπιεζόταν, ώστε να φύγει το κενό από τα άτομα των ανθρώπων, θα σχηματιζόταν ένας κύβος ίσος με τον κύβο ζάχαρης που βάζουμε στον καφέ μας. Πόσο κούφιοι είμαστε...! Τόσο μικρή είναι η διάσταση του πυρήνα, και συνεπώς του πρωτονίου που είναι φυλακισμένο στον πυρήνα. Όμως, αυτή η διάσταση της φυλακής (πυρήνας) εξασφαλίζει την ύπαρξή μας. Πόση φαντασία, ευφυΐα, ικανότητα, τεχνολογία απαιτήθηκε για τη μέτρηση μιας τόσο ασύλληπτα μικρής παραμόρφωσης... Η συμβολομετρία με τη χρήση ακτίνων Laser έδωσε τη δυνατότητα να μπορούμε να μετρήσουμε ματαβολές του μήκους μια ράβδου της τάξεως του 1/10000000000000000 cm εάν αυτή είχε μήκος 1 cm! Η επιτυχία του πειράματος ήταν αποτέλεσμα προσπάθειας δεκάδων ετών χιλίων περίπου ερευνητών. Ήταν αποτέλεσμα χαρτογράφησης του άγνωστου με εργαλεία τη δημιουργική αμφισβήτηση (επιστήμη είναι η πίστη στην άγνοια των ειδικών) την ελευθερία του έντιμου λάθους, την άρνηση της ανθρώπινης λογικής, τη διεθνή συνεργασία. Είναι από τα γεγονότα που μετρούν τη διαφορά της επιστήμης από τις άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες που καθορίζουν τη ζωή μας και εποικίζονται με εργαλεία αντίθετα αυτά της επιστήμης. Είναι από τα γεγονότα που μετρούν την ανοησία μας.

Και τι σημαίνει η ανίχνευση των κυμάτων βαρύτητας; 

 Εκτός της επαλήθευσης της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, ύστερα από 100 χρόνια, ανοίγουν νέα παράθυρα να δούμε τι συνέβη κατά τη δημιουργία του σύμπαντος. Κύματα βαρύτητας που παρήχθησαν τα πρώτα εκατομμυριοστά του πρώτου δευτερολέπτου της δημιουργίας πιθανολογείται ότι ρέουν δίπλα μας. Η ανίχνευση και η αποκωδικοποίησή τους θα δώσουν πολύτιμη πληροφορία για ότι αποκαλούμε μεγάλη έκρηξη.