Leo kastanas: Βαρυτικά κύματα. Όσο πιο απλά γίνεται

Η ύλη εκδηλώνεται με δύο ιδιότητες. Η μια είναι η μάζα και η άλλη το ηλεκτρικό φορτίο (φορτίο). Η μάζα δημιουργεί βαρυτικό πεδίο και το φορτίο ηλεκτρικό πεδίο. Πεδίο λέμε ένα χώρο μέσα στον οποίο ασκούνται αντίστοιχες δυνάμεις. Στο βαρυτικό ασκούνται βαρυτικές δυνάμεις σε μάζες και στο ηλεκτρικό, ηλεκτρικές δυνάμεις σε φορτία.

Το κύμα είναι μια διαταραχή που ταξιδεύει στο χώρο και το χρόνο. Μια πέτρα που πέφτει στην επιφάνεια του νερού παράγει τα γνωστά μας μηχανικά υδάτινα κύματα. Και ό ήχος είναι μηχανικό κύμα. Αυτά τα μηχανικά κύματα χρειάζονται ύλη για να ταξιδέψουν, γιαυτό και ο ήχος δεν διαδίδεται στο κενό.

¨Ολοι ξέρουμε και ένα άλλο είδος κυμάτων τα ηλεκτρομαγνητικά (ΗΜΚ). Τέτοια είναι τα ραδιοφωνικά ή τηλεοπτικά, τα μικροκύματα, το φως, οι υπεριώδεις, οι ακτίνες Χ, η ραδιενέργεια. Τα ΗΜΚ παράγονται από φορτία όχι όμως ακίνητα αλλά από φορτία που κάνουν ταλαντώσεις. Αυτά τα κύματα τρέχουν με την ταχύτητα του φωτός τόσο στην ύλη όσο και στο κενό.

Η Φυσική έχει ανακαλύψει ότι η Φύση λειτουργεί συνήθως με συμμετρίες. Πχ το φορτίο και η μάζα αν και διαφορετικά πράγματα έχουν πολλές κοινές ιδιότητες. Αν λοιπόν ένα ταλαντούμενο φορτίο παράγει ΗΜΚ γιατί και μια επιταχυνόμενη μάζα να μην εκπέμπει βαρυτικά κύματα (ΒΚ). Από εκεί ξεκίνησε ο Einstein το 1906 και με ανώτερα μαθηματικά περιέγραψε τα υποτιθέμενα (ΒΚ) που κανένας τότε δεν είχε δει.

Και τα ΒΚ τρέχουν παντού στην ύλη και στο κενό με την ταχύτητα του φωτός. Ενώ όμως τα ΗΜΚ μπορούν να γίνουν πολύ εύκολα αντιληπτά ακόμα και αν είναι ασθενή (με ανάλογες συσκευές που φτιάχνει ο άνθρωπος εδώ και 110 χρόνια, πομποί και δέκτες) τα βαρυτικά κύματα έχουν μια ιδιαιτερότητα. Είναι πολύ ασθενή για τα ανθρώπινα μέτρα. Για να γίνουν αντιληπτά πρέπει να παραχθούν από τεράστιες επιταχυνόμενες μάζες (δεκάδες φορές μεγαλύτερες από τη μάζα του Ηλιου. Αυτός είναι και ο λόγος που μέχρι τώρα δεν είχαν γίνει αντιληπτά.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, δυο μαύρες τρύπες με μάζες 29 και 36 φορές μεγαλύτερες από τη μάζα του Ηλιου, συγκρούστηκαν πριν 1300 εκατ. χρόνια (καλύτερα, ήρθαν πολύ κοντά αφού οι μάζες μόνο έλκονται) και η σύγκρουση απελευθέρωσε τεράστια ποσά ενέργειας δηλαδή παρήγαγε βαρυτικά κύματα που άρχισαν να τρέχουν στο σύμπαν. Κάτι, σα να έπεσε ένα βουνό μέσα στη θάλασσα και να σήκωσε κύμα ( γέλια). Τα ΒΚ ταξίδεψαν απόσταση 1,3 δις έτη φωτός και έφτασαν στη Γη πριν κάτι μέρες πολύ βέβαια εξασθενημένα λόγω της απόστασης. Μαζί με τα κύματα αυτά έφτασε και ο ήχος της σύγκρουσης.

Στη Γη περίμενε η ανιχνευτική συσκευή LIGO του επάρατου νεοφιλελέ καπιταλισμού των ΗΠΑ, ένα project 15 χωρών, 83 πανεπιστημίων ( και το ΑΠΘ μέσα) και 1000 φυσικών ( δεν ξέρω αν είναι δημοκράτες και αριστεροί) που λειτουργεί από το 1997 και δαπανά εκατομμύρια δολάρια. Οι συσκευές LIGO είναι βαρυτικά τηλεσκόπια που ανιχνεύουν όχι φως ή ΗΜΚ αλλά βαρυτικά κύματα.

Το ΒΚ είναι ένα ισχυρό μεταβαλλόμενο βαρυτικό πεδίο που παραμορφώνει το βαρυτικό πεδίο της Γης ή αν θέλετε το χωρόχρονο. Μιας και η βαρύτητα σύμφωνα με την γενική θεωρία της σχετικότητας (Einstein) είναι μια διαταραχή του χώρου και του χρόνου. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι τα ΒΚ παραμορφώνουν το χρόνο αλλά και τα μήκη. Αν περάσουν από μέσα μας αλλάζουν τις διαστάσεις μας, παροδικά. Πόσο; Απειροελάχιστα αν είναι ασθενή αλλά την αλλάζουν. Πως; Μας συμπιέζουν και μας μικραίνουν. Όπως αλλάζουν και τη ροή του χρόνου. Δηλαδή ένα ισχυρό βαρυτικό πεδίο προκαλεί διαστολή του χρόνου.

Τι έκανε το LIGO; Μια ακτίνα laser μετράει συνεχώς με «τρελή» ακρίβεια το μήκος ενός σωλήνα περίπου 4km. Μόλις πέρασε από τη συσκευή το ΒΚ έστω και εξασθενημένο παραμόρφωσε το χωρόχρονο, δηλαδή σμίκρυνε το μήκος του σωλήνα και αυτό η συσκευή το μέτρησε. Και για να είναι σίγουροί είχαν στήσει δύο LIGO   ένα στο Hanford και ένα στο Livingston. Και τα δύο μέτρησαν παραμόρφωση. Πόσο; 10 στην -21, δηλαδή 1 διά 1 και 21 μηδενικά. 1/1000000000000000000000 του μέτρου.

Για τα μέτρα της σχετικότητας είναι πολύ μεγάλο ή αν θέλετε αρκετό για να πούμε ότι υπάρχουν βαρυτικά κύματα.

Συνεπώς τα ΒΚ υπάρχουν και ο Αλβέρτος το είχε προβλέψει. Πρακτικά η ανακάλυψη θα συμβάλει στη μελέτη του σύμπαντος και κυρίως στη γνώση της προέλευσής του, ανοίγει ένα παράθυρο στην Κοσμολογία κλπ. Μετά από 100 χρόνια θα ξέρουμε.

Για μας τους φυσικούς είναι μια τεράστια ανακάλυψη που συμβάλει στην ενοποίηση της θεωρίας των δυνάμεων. Φιλοσοφικά επιβεβαιώνει την αρχική ιδέα των συμμετριών στη φύση. Τον ορθολογισμό δηλαδή την τάξη μέσα στο χάος του σύμπαντος.

Ελπίζω να σας φώτισα λιγάκι. Φιλιά.