Ο Αλβέρτος Αινστάιν και τα βαρυτικά κύματα

---

---

Σ​​τις 18 Απριλίου 1955 ο Αλβέρτος Αϊνστάιν, ο μεγαλύτερος επιστημονικός νους της σύγχρονης εποχής, πέρασε στην αιωνιότητα. Οπως είναι γνωστό, η μεγαλύτερη ανακάλυψη του Αϊνστάιν ήταν η διαπίστωσή του πως η βαρύτητα δεν είναι στην πραγματικότητα μια δύναμη αλλά το αποτέλεσμα της παραμόρφωσης των τεσσάρων διαστάσεων του χωρόχρονου. Οποιοδήποτε μικρό ή μεγάλο κομμάτι ύλης, πλανήτης, άστρο, ή γαλαξίας, παραμορφώνει τη δομή του χωρόχρονου γύρω του. Καθώς τα διάφορα αντικείμενα κινούνται μέσα στο σύμπαν είναι σαν να κυλούν μέσα, έξω και γύρω απ’ αυτές τις παραμορφώσεις, ενώ η κίνησή τους επηρεάζεται απ’ αυτές παρόλο που δεν μπορούμε να τις δούμε. Αντίθετα, εκείνο το οποίο βλέπουμε είναι το αποτέλεσμα που έχει στα διάφορα αυτά αντικείμενα η επίδραση της φαινομενικά μυστηριώδους δύναμης που ονομάζουμε βαρύτητα, με άλλα λόγια «η ύλη λέει στον χωρόχρονο πώς θα καμπυλωθεί και ο βαθμός καμπύλωσης του χωρόχρονου υπαγορεύει στην ύλη πώς θα κινηθεί», όπως τόσο χαρακτηριστικά έγραφε πριν από χρόνια ο αείμνηστος καθηγητής John Archibald Wheeler.

Κι όμως, ένα από τα πλέον βασικά ερωτήματα της Γενικής Σχετικότητας για την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων έμενε, 100 χρόνια τώρα, αναπάντητο. Οι αναζητήσεις του Αϊνστάιν τον οδήγησαν σε μια εκπληκτική διαπίστωση: ακριβώς όπως τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα δημιουργούνται από την κίνηση ηλεκτρικών φορτίων και διαδίδονται στον χωρόχρονο, έτσι θα πρέπει να υπάρχουν και βαρυτικά κύματα που θα δημιουργούνται από τη βίαιη μετακίνηση μεγάλων μαζών και θα εμφανίζονται ως πτυχώσεις στη δομή του χωρόχρονου. Ο Αϊνστάιν υπέθεσε ότι διάφορα καταστροφικά κοσμικά συμβάντα, όπως η τελική εκρηκτική κατάρρευση ενός ετοιμοθάνατου άστρου ή η σπειροειδής σύμπτυξη ενός ζεύγους άστρων νετρονίων, θα πρέπει να εκπέμπουν και κύματα βαρύτητας. Καθώς τα ταχυκίνητα αυτά κύματα θα έρχονταν σε επαφή με διάφορα σωματίδια ύλης στο Διάστημα, η ταχύτητα των σωματιδίων αυτών θα πρέπει να μεταβάλλεται έτσι ώστε και τα σωματίδια αυτά να εκπέμπουν κύματα βαρύτητας. Ακόμη όμως και μ’ αυτή την αλυσιδωτή βαρυτική αντίδραση, ο Αϊνστάιν πίστευε ότι αφού η βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη από τις θεμελιώδεις δυνάμεις, με ισχύ 100 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων τρισεκατομμύρια φορές μικρότερη της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, η επίδραση των βαρυτικών κυμάτων θα πρέπει να ήταν εξίσου αδύναμη, οπότε δεν θα μπορούσαν ποτέ να γίνουν αντιληπτά.Μια έμμεση ένδειξη ότι τα βαρυτικά κύματα πρέπει να υπάρχουν εντοπίστηκε το 1974 από τους Αμερικανούς αστροφυσικούς Russel Hulse και Joseph Taylor, που τους χάρισε μάλιστα και το βραβείο Νομπέλ Φυσικής του 1993. Με τις μελέτες που έκαναν τότε σε ένα διπλό σύστημα άστρων νετρονίων (πάλσαρ) παρατήρησαν ότι η περίοδος της τροχιάς τους μειωνόταν, γεγονός που πρέπει να οφειλόταν στην εκπομπή βαρυτικών κυμάτων. Αν και οι μεταβολές αυτές ήταν ελάχιστες, εντούτοις αντιστοιχούσαν με μεγάλη ακρίβεια στις τιμές που προβλέπει η Γενική Σχετικότητα. Σήμερα όμως η έμμεση εκείνη ένδειξη έγινε άμεση με τη δημοσίευση (στις 11 Φεβρουαρίου 2016) των αποτελεσμάτων της παρατήρησης που έγινε στις 14 Σεπτεμβρίου 2015 (στις 12.51 μ.μ. ώρα Ελλάδος) για τη σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών, η μία με μάζα 36 ηλιακών μαζών και η άλλη με 29 ηλιακές μάζες, σε απόσταση 1,3 δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τη Γη. Λίγο πριν από τη σύγκρουση, οι δύο μαύρες τρύπες περιφέρονταν η μία γύρω από την άλλη 250 φορές το δευτερόλεπτο, ενώ η ταχύτητα περιφοράς τους έφτανε τα 150.000 χλμ. το δευτερόλεπτο.

Η σύγκρουση εκείνη δημιούργησε μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα με μάζα 62 ηλιακές μάζες ενώ οι τρεις «χαμένες» ηλιακές μάζες μετετράπησαν σε ενέργεια βαρυτικών κυμάτων, η οποία ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία θα ήταν αντίστοιχη με την ενέργεια που εκπέμπουν 50 φορές όλα τα άστρα του σύμπαντος! Παρ’ όλα αυτά η παραμόρφωση που κατέγραψαν τα δύο συμβολόμετρα LIGO στη Λουιζιάνα και την Ουάσιγκτον (που είχαν δημιουργηθεί γι’ αυτού του είδους τις παρατηρήσεις) δεν υπερέβαινε τα τέσσερα χιλιοστά της διαμέτρου ενός πρωτονίου. Η πιθανότητα κάποιου λάθους στην παρατήρηση αυτή είναι μία στο εκατομμύριο, που στην ουσία αποτελεί μια βεβαιότητα! Οπως βεβαιότητα είναι επίσης και η επόμενη απονομή του Βραβείου Νομπέλ Φυσικής στους ερευνητές που πρωτοστάτησαν στη δημιουργία και την ανάπτυξη των παρατηρητηρίων, τα οποία απέδειξαν τελικά την πραγματικότητα της ύπαρξης των βαρυτικών κυμάτων, ανοίγοντάς μας έτσι ένα σπουδαίο νέο παράθυρο ανακαλύψεων για τα τεκταινόμενα στο σύμπαν.

Γιατί τα βαρυτικά κύματα μπορούν να περιγράψουν τη βίαιη προέλευσή τους, ενώ η συχνότητα και η έντασή τους στον χρόνο μάς αποκαλύπτουν την ιστορία της πηγής που τα δημιούργησε, τη μάζα, την ταχύτητα περιστροφής, το σχήμα της τροχιάς, τη θέση της και την απόστασή της. Κι όχι μόνο αυτό, αφού μπορούν επίσης να μας αποκαλύψουν και το τι συνέβη στα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη γέννηση του σύμπαντος. Γιατί, όπως η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου είναι η ηλεκτρομαγνητική υπογραφή της Μεγάλης Εκρηξης, μπορεί να υπάρχει επίσης κι ένα υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων που ίσως να δημιουργήθηκε με την απότομη διόγκωση του σύμπαντος στη φάση της πληθωριστικής του διαστολής στα πρώτα τρισεκατομμυριοστά του πρώτου δευτερολέπτου της ύπαρξής του.

*Ο Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.

ΠΗΓΗ: kathimerini.gr/

επιλογή-καταχώρηση: εφη καλογεροπούλου