Από την εφημερίδα Η ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ (Σάββατο 11 Απριλίου 2009).Του Κωστα Kοκκοτα(Καθηγητή Θεωρητικής Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Τίμπινγκεν Γερμανίας και Θεωρίας Σχετικότητας στο ΑΠΘ)
Η αστρονομική έρευνα μέχρι σήμερα βασίζεται στη συλλογή φωτονίων (φωτός) που εκπέμπονται από κάθε γωνιά του ορατού Σύμπαντος. Τα φωτόνια αποτελούν φορείς της πληροφορίας για τις ιδιότητες των διαφόρων αστρικών σωμάτων, όπως για παράδειγμα την επιφανειακή θερμοκρασία των αστέρων και των πλανητών, την ηλικία των αστρικών σωμάτων, όπως και την απόστασή τους απο τη Γη. Ομως οι νόμοι που περιγράφουν την παραγωγή και τη διάδοση των φωτονίων έχουν ελάχιστη επιρροή στη δυναμική των αστρικών συστημάτων.
Το Σύμπαν εξελίσσεται κυρίως χάρη στη βαρύτητα και η θεωρία που την περιγράφει και κατά συνέπεια περιγράφει την εξελικτική πορεία από τη «γέννηση» μέχρι και τον οποιασδήποτε μορφής «θάνατο» του Σύμπαντος είναι αυτή του Αϊνστάιν. Ειδικά η θεωρία του για τη βαρύτητα αποτελεί καθημερινό εργαλείο των αστρονόμων και των θεωρητικών φυσικών στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν ακραία κοσμικά φαινόμενα, όπως τρομακτικές αστρικές εκρήξεις, πρωτόγνωρες πηγές ισχυρής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, τη Μεγάλη Εκρηξη που δημιούργησε το Σύμπαν κ. ο. κ.
Η βαρύτητα είναι η πιο ασθενική από τις δυνάμεις της Φύσης που είναι υπεύθυνες για τη δημιουργία και την εξέλιξη του Σύμπαντος και της ζωής, αλλά σε «συμπαντικές αποστάσεις» υπερτερεί των υπολοίπων δυνάμεων. Η ισχύς της καθορίζεται από δύο παράγοντες, τη μάζα των σωμάτων και τις διαστάσεις τους. Οι αλλαγές της έντασης της βαρύτητας δημιουργούν «κυματισμούς στον χωρόχρονο», όπως και οι αλλαγές του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα (φωτεινά, ραδιοφωνικά κ. ο. κ). Η θεωρία του Αϊνστάιν προβλέπει ότι η πληροφορία της αλλαγής της έντασης της βαρύτητας θα διαδίδεται στο Σύμπαν με τα βαρυτικά κύματα που το διατρέχουν με ταχύτητα ίση με αυτήν του φωτός. Ενα προφανές ερώτημα είναι πόσο ισχυρές πρέπει να είναι οι αλλαγές του βαρυτικού πεδίου για να γίνουν αντιληπτές και ένα δεύτερο πώς θα τις ανιχνεύσουμε;
Παραμορφώσεις σωμάτων
Η θεωρία προβλέπει ότι μόνο οι μεταβολές πολύ ισχυρών βαρυτικών πεδίων σαν και αυτά που συναντούμε στις κοσμικές αβύσσους, γνωστές ως μαύρες τρύπες, ή στα υπέρπυκνα αστέρια νετρονίων, αλλά και οι αρχικές φάσεις της δημιουργίας του Σύμπαντος θα μπορούσαν να είναι αξιόλογες πηγές βαρυτικών κυμάτων. Παρά την τρομακτική ισχύ της βαρύτητας κοντά σε αυτά τα σώματα, τα παραγόμενα κύματα είναι ασθενικά και δεν ανιχνεύονται τόσο εύκολα. Η ανίχνευσή τους εστιάζεται στην τάση της βαρύτητας να μεταβάλλει τις διαστάσεις των σωμάτων. Αρα, μια συσκευή μέτρησης βαρυτικών κυμάτων θα πρέπει στην ουσία να μετράει παραμορφώσεις σωμάτων ή αλλαγές στην απόσταση μεταξύ δύο ακίνητων σημείων στον χώρο. Οι παραμορφώσεις αυτές είναι απίστευτα μικρές, αλλά και τα όρια των δυνατοτήτων του ανθρώπινου μυαλού είναι ακόμη πιο απίστευτα. Οι πρώτοι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων διανύουν την αρχική φάση λειτουργίας τους και είναι ήδη σε θέση να μετρήσουν μεταβολές στην απόσταση Γης - Ηλιου μικρότερες του ενός χιλιοστού του μέτρου! Ως το 2013 η ευαισθησία τους πρόκειται να βελτιωθεί κατά περίπου δέκα φορές και τότε αναμένουμε την πρώτη αδιαμφισβήτητη απ’ ευθείας ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων. Τέτοιοι ανιχνευτές βρίσκονται σε λειτουργία σε ΗΠΑ (LIGO), Ιταλία (Virgo) και Γερμανία (GEO600), ενώ στο πλαίσιο της συνεργασίας ESA και NASA προγραμματίζονται και διαστημικοί ανιχνευτές (LISA).
Τα βαρυτικά κύματα αποτελούν τον μοναδικό τρόπο παρατήρησης της «αόρατης πλευράς του Σύμπαντος». Ψυχρά αστρικά αντικείμενα με ισχυρότατα βαρυτικά πεδία, όπως μαύρες τρύπες και παλαιοί αστέρες νετρονίων, αόρατα από τα τυπικά τηλεσκόπια, αποτελούν τους πρώτους στόχους. Οι αόρατες κατά τα άλλα μαύρες τρύπες στέλνουν το «κύκνειο άσμα» τους μέσω βαρυτικών κυμάτων. Σε λίγα χρόνια θα είμαστε σε θέση να παρουσιάσουμε τον πρώτο χάρτη αυτής της «αόρατης πλευράς του Σύμπαντος».
Η πληροφορία είναι εδώ
Πέραν όμως της παρατήρησης των παραπάνω εξωτικών αντικειμένων, η ανίχνευση αυτών των κυμάτων θα διαλευκάνει με μοναδικό τρόπο τη διαδικασία της δημιουργίας. Η επικρατούσα αντίληψη, βασισμένη σε ισχυρά επιστημονικά τεκμήρια, είναι ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε από τη Μεγάλη Εκρηξη, πριν από 14 δισεκατομμύρια χρόνια, και έκτοτε διαστέλλεται συνεχώς.
Οι αστρονόμοι είναι σε θέση να «φωτογραφίσουν» το Σύμπαν στην παιδική του ηλικία, δηλαδή 380 χιλιάδες χρόνια μετά τη Μεγάλη Εκρηξη. Οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, όμως, θα είναι σε θέση να «φωτογραφίσουν» το Σύμπαν στη φάση της δημιουργίας του, δηλαδή κατά τα πρώτα δισεκατομμυριοστά του πρώτου δευτερολέπτου μετά την έκρηξη. Η πληροφορία αυτή βρίσκεται γύρω μας με τη μορφή των κυμάτων βαρύτητας και περιμένει να καταγραφεί. Η απήχηση μιας τέτοιας ανακάλυψης ξεπερνάει τα όρια της αστρονομίας. Θα έχει σοβαρές επιπτώσεις στη θεωρητική φυσική, αλλά και στη φιλοσοφική και θεολογική θεώρηση του ανθρώπου για τον κόσμο.
Η Αστρονομία Βαρυτικών Κυμάτων θα μας δώσει τη δυνατότητα να δούμε ένα εντελώς αόρατο τμήμα του Κόσμου, το οποίο πιθανώς να κρύβει μυστικά που ούτε καν έχουμε φανταστεί.
Η αστρονομική έρευνα μέχρι σήμερα βασίζεται στη συλλογή φωτονίων (φωτός) που εκπέμπονται από κάθε γωνιά του ορατού Σύμπαντος. Τα φωτόνια αποτελούν φορείς της πληροφορίας για τις ιδιότητες των διαφόρων αστρικών σωμάτων, όπως για παράδειγμα την επιφανειακή θερμοκρασία των αστέρων και των πλανητών, την ηλικία των αστρικών σωμάτων, όπως και την απόστασή τους απο τη Γη. Ομως οι νόμοι που περιγράφουν την παραγωγή και τη διάδοση των φωτονίων έχουν ελάχιστη επιρροή στη δυναμική των αστρικών συστημάτων.
Το Σύμπαν εξελίσσεται κυρίως χάρη στη βαρύτητα και η θεωρία που την περιγράφει και κατά συνέπεια περιγράφει την εξελικτική πορεία από τη «γέννηση» μέχρι και τον οποιασδήποτε μορφής «θάνατο» του Σύμπαντος είναι αυτή του Αϊνστάιν. Ειδικά η θεωρία του για τη βαρύτητα αποτελεί καθημερινό εργαλείο των αστρονόμων και των θεωρητικών φυσικών στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν ακραία κοσμικά φαινόμενα, όπως τρομακτικές αστρικές εκρήξεις, πρωτόγνωρες πηγές ισχυρής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, τη Μεγάλη Εκρηξη που δημιούργησε το Σύμπαν κ. ο. κ.
Η βαρύτητα είναι η πιο ασθενική από τις δυνάμεις της Φύσης που είναι υπεύθυνες για τη δημιουργία και την εξέλιξη του Σύμπαντος και της ζωής, αλλά σε «συμπαντικές αποστάσεις» υπερτερεί των υπολοίπων δυνάμεων. Η ισχύς της καθορίζεται από δύο παράγοντες, τη μάζα των σωμάτων και τις διαστάσεις τους. Οι αλλαγές της έντασης της βαρύτητας δημιουργούν «κυματισμούς στον χωρόχρονο», όπως και οι αλλαγές του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα (φωτεινά, ραδιοφωνικά κ. ο. κ). Η θεωρία του Αϊνστάιν προβλέπει ότι η πληροφορία της αλλαγής της έντασης της βαρύτητας θα διαδίδεται στο Σύμπαν με τα βαρυτικά κύματα που το διατρέχουν με ταχύτητα ίση με αυτήν του φωτός. Ενα προφανές ερώτημα είναι πόσο ισχυρές πρέπει να είναι οι αλλαγές του βαρυτικού πεδίου για να γίνουν αντιληπτές και ένα δεύτερο πώς θα τις ανιχνεύσουμε;
Παραμορφώσεις σωμάτων
Η θεωρία προβλέπει ότι μόνο οι μεταβολές πολύ ισχυρών βαρυτικών πεδίων σαν και αυτά που συναντούμε στις κοσμικές αβύσσους, γνωστές ως μαύρες τρύπες, ή στα υπέρπυκνα αστέρια νετρονίων, αλλά και οι αρχικές φάσεις της δημιουργίας του Σύμπαντος θα μπορούσαν να είναι αξιόλογες πηγές βαρυτικών κυμάτων. Παρά την τρομακτική ισχύ της βαρύτητας κοντά σε αυτά τα σώματα, τα παραγόμενα κύματα είναι ασθενικά και δεν ανιχνεύονται τόσο εύκολα. Η ανίχνευσή τους εστιάζεται στην τάση της βαρύτητας να μεταβάλλει τις διαστάσεις των σωμάτων. Αρα, μια συσκευή μέτρησης βαρυτικών κυμάτων θα πρέπει στην ουσία να μετράει παραμορφώσεις σωμάτων ή αλλαγές στην απόσταση μεταξύ δύο ακίνητων σημείων στον χώρο. Οι παραμορφώσεις αυτές είναι απίστευτα μικρές, αλλά και τα όρια των δυνατοτήτων του ανθρώπινου μυαλού είναι ακόμη πιο απίστευτα. Οι πρώτοι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων διανύουν την αρχική φάση λειτουργίας τους και είναι ήδη σε θέση να μετρήσουν μεταβολές στην απόσταση Γης - Ηλιου μικρότερες του ενός χιλιοστού του μέτρου! Ως το 2013 η ευαισθησία τους πρόκειται να βελτιωθεί κατά περίπου δέκα φορές και τότε αναμένουμε την πρώτη αδιαμφισβήτητη απ’ ευθείας ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων. Τέτοιοι ανιχνευτές βρίσκονται σε λειτουργία σε ΗΠΑ (LIGO), Ιταλία (Virgo) και Γερμανία (GEO600), ενώ στο πλαίσιο της συνεργασίας ESA και NASA προγραμματίζονται και διαστημικοί ανιχνευτές (LISA).
Τα βαρυτικά κύματα αποτελούν τον μοναδικό τρόπο παρατήρησης της «αόρατης πλευράς του Σύμπαντος». Ψυχρά αστρικά αντικείμενα με ισχυρότατα βαρυτικά πεδία, όπως μαύρες τρύπες και παλαιοί αστέρες νετρονίων, αόρατα από τα τυπικά τηλεσκόπια, αποτελούν τους πρώτους στόχους. Οι αόρατες κατά τα άλλα μαύρες τρύπες στέλνουν το «κύκνειο άσμα» τους μέσω βαρυτικών κυμάτων. Σε λίγα χρόνια θα είμαστε σε θέση να παρουσιάσουμε τον πρώτο χάρτη αυτής της «αόρατης πλευράς του Σύμπαντος».
Η πληροφορία είναι εδώ
Πέραν όμως της παρατήρησης των παραπάνω εξωτικών αντικειμένων, η ανίχνευση αυτών των κυμάτων θα διαλευκάνει με μοναδικό τρόπο τη διαδικασία της δημιουργίας. Η επικρατούσα αντίληψη, βασισμένη σε ισχυρά επιστημονικά τεκμήρια, είναι ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε από τη Μεγάλη Εκρηξη, πριν από 14 δισεκατομμύρια χρόνια, και έκτοτε διαστέλλεται συνεχώς.
Οι αστρονόμοι είναι σε θέση να «φωτογραφίσουν» το Σύμπαν στην παιδική του ηλικία, δηλαδή 380 χιλιάδες χρόνια μετά τη Μεγάλη Εκρηξη. Οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, όμως, θα είναι σε θέση να «φωτογραφίσουν» το Σύμπαν στη φάση της δημιουργίας του, δηλαδή κατά τα πρώτα δισεκατομμυριοστά του πρώτου δευτερολέπτου μετά την έκρηξη. Η πληροφορία αυτή βρίσκεται γύρω μας με τη μορφή των κυμάτων βαρύτητας και περιμένει να καταγραφεί. Η απήχηση μιας τέτοιας ανακάλυψης ξεπερνάει τα όρια της αστρονομίας. Θα έχει σοβαρές επιπτώσεις στη θεωρητική φυσική, αλλά και στη φιλοσοφική και θεολογική θεώρηση του ανθρώπου για τον κόσμο.
Η Αστρονομία Βαρυτικών Κυμάτων θα μας δώσει τη δυνατότητα να δούμε ένα εντελώς αόρατο τμήμα του Κόσμου, το οποίο πιθανώς να κρύβει μυστικά που ούτε καν έχουμε φανταστεί.
