რა არის გრავიტაციული ტალღა?

გრავიტაციული ტალღა არის სივრცე-დროის ტალღისებური ცვლილება. შეგვიძლია მოვიყვანოთ ასეთი შედარება: წარმოიდგინეთ, რომ სამყარო არის უზარმაზარი რეზინის სიბრტყე. ამ რეზინის ზედაპირზე მოვათავსოთ ბურთი. ზედაპირი ჩაიზნიქება, ანუ სიბრტყე გამრუდდება. რაც უფრო მძიმე ბურთს მოვათავსებთ, ზედაპირიმით უფრო ჩაიზნიქება. მსგავსი რამ ხდება სივრცე-დროის სტრუქტურაში: სხეული, რომელსაც აქვს მასა, თავის გარშემო სივრცე-დროს ამრუდებს. რაც უფრო დიდია სხეულის მასა, მით მეტია გამრუდება. სინათლე, რომელიც წრფეზე, სწორ ხაზზე მოძრაობს, ასეთი დიდი მასის მახლობლად ამ სხეულისკენ გადაიხრება. მზე ძალზე მასიურია და თავის გარშემო ქმნის მრუდე სივრცე-დროს, რაც წარმოშობს მიზიდულობის ეფექტს, ანუ გრავიტაციას. სწორედ ამიტომ მოძრაობს დედამიწა (და სხვა პლანეტები) მზის გარშემო. შედარებისათვის: თუ რეზინის სიბრტყეში მყოფ მძიმე ბურთთან ახლოს გავაგორებთ მეორე ბურთს, ის მრუდე ტრაექტორიაზე დაიწყებს მოძრაობას და პირველი ბურთისკენ გადაიხრება.

როდესაც ძლიერ მასიური სხეულები ძალზე სწრაფად და აჩქარებით მოძრაობენ ერთმანეთის გარშემო (როგორც, მაგალითად, ორი შავი ხვრელი), მაშინ ჩნდება ძლიერი გრავიტაციული ტალღები. ამ მოძრაობით ისინი იწვევენ სივრცე-დროის სიმრუდის ცვლილებას (კვლავ შეიძლება მოვიყვანოთ ორი ბურთის ანალოგია - მათი ერთმანეთის გარშემო ბრუნვა გამოიწვევს რეზინის ზედაპირის ტალღურ რხევებს). ნებისმიერი მოძრავი სხეული ქმნის გრავიტაციულ ტალღებს, მათ შორის - ჩვენც, ადამიანებიც, ოღონდ ეს ტალღები მეტისმეტად სუსტია და ამიტომაც ვერ ვგრძნობთ. ჩვენ ვცხოვრობთ გრავიტაციული ტალღების უზარმაზარ ოკეანეში, თუმცა, სხვა ძალებთან შედარებით (მაგალითად,ელექტრომაგნიტურთან), გრავიტაცია ძალზე სუსტია.

როგორ მოხდა გრავიტაციული ტალღების დაფიქსირება? კვლავ გამოვიყენოთ შედარება: ავიღოთ რეზინის ზედაპირზე ორი წერტილი და მათ შორის სივრცე ხან გავწელოთ და ხან შევკუმშოთ. ამ დროს მანძილი ამ ორ წერტილს შორის შეიცვლება: ხან გაიზრდება, ხან შემცირდება. გავუშვათ სინათლე ერთი წერტილიდან მეორისკენ. სინათლის სიჩქარე უცვლელია, ამიტომ როცა სივრცე გაწელილია, მაშინ მას უფრო დიდხანს უწევს მოძრაობა ერთი წერტილიდან მეორემდე, ვიდრე როცა სივრცე შეკუმშულია. სივრცე-დროც, დაახლოებით, ასე ტალღისებურად იცვლება და სწორედ ეს თვისება იქნა გამოყენებული ლიგოს (LIGO) ხელსაწყოში: ის შედგება ორი ურთიერთპერპენდიკულარული, თითოეული 4 კმ სიგრძის, გვირაბისგან, რომლებშიც მოძრაობს ლაზერული სხივი. ეს სხივი ზომავს მანძილებს გვირაბის ბოლოებს შორის. როდესაც გრავიტაციული ტალღა ამ სივრცეში ვრცელდება, ერთი მიმართულებით სივრცე იწელება, ხოლო მეორე მიმართულებით იკუმშება. შემდგომ ხდება ამ ორი ლაზერული სხივის შეკრება (ე.წ. ინტერფერენცია), რომლის მიხედვით შესაძლებელია გავზომოთ, სივრცე გაფართოვდა თუ შეიკუმშა, ანუ დავადგინოთ გრავიტაციული ტალღის არსებობა.

ლიგოს საშუალებით მიღწეულ იქნა წარმოუდგენელი სიზუსტე: 10-23. წარმოიდგინეთ, 1 მეტრის სიგრძის მილი გაზომოთ ამ სიზუსტით (ჩვეულებრივ ყოფით პირობებში შეგვიძლია გავზომოთ 10-2-10-3 მეტრის სიზუსტით). რადგანაც სამყაროში უამრავი გრავიტაციული ტალღაა (როგორც ვთქვით, ჩვენ ამ გრავიტაციული ტალღების ოკეანეში ვცხოვრობთ), მათი დაფიქსირებისთვის საჭირო იყო ძალზე რთულ მონაცემთა ანალიზი. წარმოიდგინეთ, უზარმაზარ სტადიონზე, სადაც 200 ათასი მაყურებელია, ძალზე დიდ ხმაურში გაიგონოთ სტადიონის მოპირდაპირე მხარეზე მყოფი ადამიანის ჩურჩული - დაახლოებით, ასეთი სირთულისაა ამ ტალღის აღმოჩენა.

კიდევ ერთხელ გავიმეორებ, რომ გრავიტაციული ტალღებიიყო ყოველთვის, რაც ადამიანი არსებობს (და მანამდეც). ისინი ახლა არ გაჩენილა. უბრალოდ, მხოლოდ ახლა შეძლო ადამიანმა მათი დაფიქსირება. ის, რომ 100 წლის წინ მეცნიერმა (ალბერტ აინშტაინმა) იწინასწარმეტყველა ისეთი მოვლენის არსებობა, რომელიც არის ადამიანისათვის სრულიად უხილავი და უგრძნობი, თავისთავად უდიდესი მიღწევაა. ეს რომ ძალზე დიდი მოვლენაა მეცნიერებაში, ამაზე ისიც მეტყველებს, რომ გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენას 100 წელი დასჭირდა. ტექნიკურად ეს მხოლოდ ბოლო ხანებში გახდა შესაძლებელი, ათასობით ძალზე ნიჭიერი ადამიანის დიდი ძალისხმევის შედეგად.

რისთვისაა საჭირო ეს აღმოჩენა? რას გვაძლევს ის? რატომ არის ეს მნიშვნელოვანი?

• პირველ რიგში, ჩვენ სამყაროს სხვა თვალით დავინახავთ და შევიცნობთ. თუ აქამდე მხოლოდ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების (როგორიცაა სინათლე) საშუალებით იყო ეს შესაძლებელი, ახლა უკვე გრავიტაციის საშუალებითაც ახალი თვალით დავინახავთ სამყაროს და მეტს გავიგებთ მის შესახებ, გაჩნდება ახალი და მოულოდნელი მხარეები.
• მეორე, ეს აღმოჩენა ადამიანის უდიდეს ტექნოლოგიურ გარღვევაზე მიუთითებს.
• მესამე, ადრე თუ გვიან ადამიანი შეძლებს ამ აღმოჩენის გამოყენებას და თვისებრივად ახალ ტექნოლოგიურ დონეზე გადასვლას, როგორც ეს ხდებოდა სხვა ფუნდამენტური აღმოჩენების შემთხვევაში.

ამ მოვლენის პოპულარული ახსნა შეგიძლიათ ნახოთ ამ ბმულზე: http://www.phdcomics.com/comics.php?f=1853

მაია თოდუა
ილიას სახელმწიფო უნივერსიტეტის პროფესორი, ე. ხარაძის აბასთუმნის ასტროფიზიკური ობსერვატორიის დირექტორი.