Andrej Čadež: Ko se bo okno gravitacijskih valov povsem odprlo, bo prišel vihar

Podkast Številke (52)

Zaznava gravitacijskih valov je eno največjih znanstvenih odkritij zadnjega obdobja. V projektu LIGO je svoj pečat pustil tudi Andrej Čadež.

04. marec 2016 ob 06:45
Ljubljana - MMC RTV SLO
Andrej Čadež je vrhunski slovenski fizik, ki se je veliko ukvarjal s črnimi luknjami (na to temo je tudi doktoriral). Njegovi izračuni podatkov iz valov so pravilno napovedali maso obeh črnih lukenj, ki sta povzročili gravitacijsko valovanje. Foto: MMC RTV SLO

Zgodovinsko odkritje se je zgodilo 14. septembra lani, svetu pa je bilo posredovano pred nekaj tedni. Gravitacijski valovi po Einsteinovi teoriji nastanejo, ko se masivna telesa v kratkem času hitro premikajo v prostoru-času. Težava meroslovcev na Zemlji je v tem, da jih je težko zaznati. Zaslužni profesor univerze v Ljubljani razlaga: "Če imamo razmeroma visok energijski tok, potem je njihov signal zelo šibak. Rečemo, da se slabo sklapljajo s snovjo. Elektromagnetni valovi pa se dobro sklapljajo. Četudi elektromagnetno polje nima velike elektroenergijske gostote, še vseeno kar dobro premika elektrone in zato lahko te valove zaznamo. Enako velik tok gravitacijskih valov pa snovi noče 'zazibati' in zato jih je težko zaznati."

Vabljeni k poslušanju celotne oddaje!


Ukvarjati se je začel s črnimi luknjami
Valove je ujel observatorij LIGO, del te zgodbe je bil tudi Čadež: "Dve leti in pol sem bil član te skupine. Bilo je zelo zanimivo. Kip Thorne je bil teoretik v naši skupini, jaz sem počel različne stvari. Imel sem se priložnost ukvarjati tudi z eksperimentalnim delom. Po naravi sem sicer teoretik, začel sem s črnimi luknjami, nato so me neprestano vlekli gravitacijski valovi. Ko sem pisal svoj doktorat, je Joseph Weber objavil, da jih je odkril, to me je vleklo. Ko sem imel priložnost delati na CalTechu, me je veselilo, da sem sodeloval tudi pri eksperimentalnem delu razvoja tega detektorja."

Med observatorijema je 3.000 km
Ideja o detektorju Ligo je stara skoraj pol stoletja. Gre za dva observatorija v ZDA, ki sta med seboj ločena 3.000 kilometrov. V vsakem sta dve pravokotni cevi, po katerih se premika svetloba. Valovni dolžini se ob vrnitvi v izhodiščno točko izničita, če to ne velja, obstaja verjetnost, da so mimo Zemlje švignili gravitacijski valovi. "Naredil sem teste, kako se naredijo mase, ki se morajo premikati zaradi gravitacijskih valov. Morali smo najti take mase, da bodo dovolj mirne in se ne bodo tresle same od sebe."

Problem računsko trl eno leto
Cev je danes dolga štiri kilometre, sprva je bila le 40 metrov. "Svetloba se širi skozi cevi, ki imajo približno meter premera. Dimenzija 4.000 x 1 meter pomeni, da gre za zelo tanko cev. Laserska svetloba malenkostno siplje, svetloba ne gre iz enega zrcala naravnost nazaj na drugo zrcalo, ampak se je le malo odbije na steno interferometra. Stena interferometra se lahko trese zaradi seizmike ali vetra, zaradi česar lahko napačno sklepamo, da smo dobili gravitacijski val. Izračunati sem moral, kaj je treba narediti, da se to ne bo zgodilo. To je bila ena od mojih nalog, s katero sem se ukvarjal, potreboval sem kar eno leto, da sem naračunal, kaj je treba storiti," je svojo vlogo opisal Čadež.

Želi si več kot le dva detektorja
Dobra stran dveh observatorijev ni le v tem, da izničita možnost naključnega signala. Prednost velike medsebojne oddaljenosti je v tem, "da če res pride do gravitacijskih valov, ti prej pridejo do enega detektorja kot drugega. Iz časovne razlike lahko sklepamo, iz katere smeri so prišli. Če sta detektorja postavljena, da je signal prišel ravno iz smeri, ki je pravokotna na razdaljo med njima, potem bosta signal dobila v istem času. Če pa en detektor dobi signal malce prej, je malce bližje izvoru kot drugi. Iz tega lahko približno ugotovimo kot, iz katerega je prišel. Ne želimo si le dveh detektorjev, ampak tri, štiri, pet, morda šest. Verjamem, da jih bomo čez nekaj let tudi imeli," je profesor optimističen.

Pogum Kipa Thorna
Nedavni uspeh bi lahko pozitivno vplival na finančno podporo projekta, pri čemer pa Čadež poudarja neizmerno vero v projekt, ki je potreboval ogromno denarja in časa, da je prinesel tako otipljive rezultate: "Občudovanja in začudenja vredno je dejstvo, da je bil projekt financiran z milijardami dolarjev, a več kot 30 let ni bilo nobenega rezultata. Kakšno zaupanje je moralo biti. Kakšen pogum je moral imeti Kip Thorne, da je ljudi prepričal, da so vložili milijarde! Ljudje mu niso verjeli, da bodo valovi res najdeni."

Najprej pričakoval trk nevtronskih zvezd
Valove, ki so jih ujeli 14. septembra lani, sta povzročili črni luknji (ena z maso 36, druga z 29 Sončevih mas), ki sta trčili in se združili pred približno 1,3 milijarde let. "Presenetilo me je, da smo ujeli dogodek, ki sta povzročili ravno dve črni luknji. Nismo pričakovali, da bo šlo v prvi detekciji ravno za trk dveh črnih lukenj, pričakovalo se je, da bomo ujeli trk dveh nevtronskih zvezd. Še danes ne vemo, koliko črnih lukenj je z masami okrog 30 Sončevaih mas. To so razmeroma velike mase. Da bi se rojevale zvezde s tako velikimi masami, se nam je vsaj do zdaj zdelo malo verjetno," je priznal sogovornik.

Odpira se novo okno
In zakaj so gravitacijski valovi tako pomembni pri spoznavanju vesolja? "Treba se je spomniti, da je šele dobrih 100 let, odkar smo odkrili elektromagnetne valove. Še manj časa uporabljamo radijske valove, infrardečo svetlobo. Do druge svetovne vojne smo zvezde opazovali zgolj s teleskopi. To je bilo relativno primitivno zaznavanje vesolja. Zdaj smo razširili spekter elektromagnetnih opazovanj vesolja na vsa elektromagnetna valovanja. Vsak del spektra nam je prinesel nekaj novega. Gravitacija je tista sila, ki obvladuje vesolje. To je univerzalna sila, to je vrhovna, izvršilna sila. Zdaj smo sploh prvič videli, kako ta sila deluje, to je fantastično okno v vesolje. A to okno se je komaj odprlo. Ko pa se bo popolnoma odprlo, bo nastal vihar," je vesel Čadež.

Mogoče proučevanje prapoka
V Številkah je pred časom gostoval Alan Guth, oče inflacijske teorije, ki si je še kako želel najdbe teh valov. Kaj najdba zdaj pomeni v kontekstu teorije prapoka? "To bo del tega viharja. Verjamem, da bomo želeli študirati prapok z gravitacijskimi valovi (prepričan sem, da se bo to enkrat zgodilo). Če hočemo prapok videti v gravitacijskih valovih, moramo verjetno zajeti zelo širok spekter valovanj. LIGO je občutljiv na valove frekvence nekaj 10 Hz do 3 kHz, kar je razmeroma ozek interval. Za prapok pričakujemo, da bo svoje značilnosti verjetno kazal na daljših valovnih dolžinah. Detektorji na Zemlji za to niso primerni."

Vabljeni k poslušanju celotnega pogovora, v katerem Andrej Čadež podrobno razloži pojem črne luknje, razmišlja o Albertu Einsteinu, prihodnosti vesolja, odnosu do številk ...



Šele dobrih 100 let je, odkar smo odkrili elektromagnetne valove. Še manj časa uporabljamo radijske valove, infrardečo svetlobo. Do druge svetovne vojne smo zvezde opazovali zgolj s teleskopi. To je bilo relativno primitivno zaznavanje vesolja. Zdaj smo razširili spekter elektromagnetnih opazovanj vesolja na vsa elektromagnetna valovanja. Vsak del spektra nam je prinesel nekaj novega. Gravitacija je tista sila, ki obvladuje vesolje. To je univerzalna sila, to je vrhovna, izvršilna sila. Zdaj smo sploh prvič videli, kako ta sila deluje, to je fantastično okno v vesolje. A to okno se je komaj odprlo. Ko pa se bo popolnoma odprlo, bo nastal vihar.

O tem, kaj prinašajo gravitacijski valovi.


, @stevilkeMMC
Vizualna ponazoritev gravitacijskih valov. Čadeža je presenetilo, da so najprej ujeli valove po trku črnih lukenj. Sam je najprej pričakoval trk nevtronskih zvezd. Foto: Nasa
Kip Thorne je eno najuglednejših imen na področju astrofizike in gravitacijskih valov. Američan je med drugim strokovno sodeloval tudi z ustvarjalci filma Medzvezdje, kjer so tudi prikazane črne luknje. Foto: EPA
Gravitacijske valove v vesolju lovi tudi sonda Lisa Pathfinder Evropske vesoljske agencije. Foto: Esa

Številke


Življenje z otrokom s posebnimi potrebami

Vzroki za nedonošenost: večplodnost, socialni vzroki, starost matere ...

Goran Dragić: od nogometaša do kapetana košarkarske reprezentance

Zakaj je Goranu Dragiću uspelo?