Posted by გრავიტაციული თეორიები სხვადასხვაგვარი შეიძლება მოვიგონოთ. ყველა მათგანი ერთნაირად კარგად აღწერს ჩვენს სამყაროს, თუ მისი, მხოლოდ ერთი გამოვლინებით შემოვიფარგლებით – ნიუტონისეული მსოფლიო მიზიდულობის ძალით. თუმცა, არსებობს სხვა, უფრო ნატიფი ეფექტებიც, რომლებიც მზის სისტემის მასშტაბებში ექსპერიმენტულად იქნა შემოწმებული და ისინი, ერთი კონკრეტული თეორიისკენ მიუთითებს – ფარდობითობის ზოგადი თეორია(ფზთ)(ფარდობითობის ზოგადი თეორია – შავი ხვრელები და თხუნელას ორმოები).
ფზთ, მხოლოდ ფორმულების ნაკრები არ არის, ის საშუალებას გვაძლევს ფუნდამენტურ დონეზე შევხედოთ გრავიტაციის არსს. თუ სივრცე ჩვეულებრივ ფიზიკაში მხოლოდ ფონია, მოვლენათა მოხდენის ადგილი, ფზთ-ში ის თვითონ ხდება მოვლენა, დინამიური სიდიდე, რომელიც ფზთ-ს კანონების მიხედვით იცვლება. დრო-სივრცის სწორედ ეს გამრუდებები, ერთგვარ ფონთან შედარებით, ან, გეომეტრიის ენაზე რომ ვთქვათ, დრო-სივრცის მეტრიკის გამრუდება, შეიგრძნობა, როგორც გრავიტაცია. მოკლედ რომ ვთქვათ, ფზთ, გრავიტაციის გეომეტრიულ წარმოშობას ამხელს.
ფზთ-მ უმნიშვნელოვანესი წინასწარმეტყველება მოგვცა: გრავიტაციული ტალღები. ეს არის დრო-სივრცის გამრუდება, რომელსაც წარმომქმნელი წყაროდან „მოწყვეტა“ და გავრცელება შეუძლია. ალბერტ აინშტაინმა ფზთ-ს საბოლოო ფორმულირება 1915 წელს მოახდინა და მაშინვე მიხვდა, რომ მის მიერ მიღებული განტოლებები, ასეთი ტალღების არსებობას უშვებს.
ყველა სხვა თეორიის მსგავსად, ფზთ-ს ეს წინასწარმეტყველება ესქპერიმენტულად უნდა დამტკიცდეს. გრავიტაციული ტალღების გამოსხივება ყველა მოძრავ სხეულს შეუძლია: პლანეტები, ზემოთ აგდებული ქვა, ხელების მოძრაობა. მაგრამ გრავიტაციული ურთიერთქმედება იმდენად სუსტია(მოკლედ ფუნდამენტური ურთიერთქმედებების შესახებ), რომ არ არსებობს არანაირი ესქპერიმენტული მოწყობილობა, რომელიც ჩვეულებრივი „მასხივებლებისგან“ გამოშვებული ასეთი ტაღების რეგისტრირებას შეძლებდა.
მძლავრი ტალღის წარმოსაქმნელად, დრო-სივრცის ძლიერი გამრუდებაა საჭირო. ერთმანეთთან ახლოს მბრუნავი შავი ხვრელების წყვილი იდეალური ვარიანტია, მათივე გრავიტაციული რადიუსის ფარგლებში ერთმანეთისგან. მეტრიკის გამრუდება იმდენად ძლიერი იქნება, რომ ამ წყვილის ენერგიის მნიშვნელოვანი ნაწილი, გრავიტაციული ტალღების სახით გამოსხივდება. ენერგიის კარგვასთან ერთად, წყვილი მიახლოებას დაიწყებს, სულ უფრო მეტი სიჩქარით ბრუნვით, მეტრიკის კიდევ უფრო გამრუდებითა და მეტი სიმძლავრის გრავიტაციული ტაღების წარმოქმნით, სანამ, საბოლოოდ, ამ წყვილის გრავიტაციული ველის კარდინალური გადაწყობა მოხდება და წყვილი ერთ შავ ხვრელად გაერთიანდება.
შავი ხვრელების ასეთი შერწყმა, გრანდიოზული მასშტაბების აფეთქებაა, ოღონდ, მთელი ეს ენერგია არა სინათლის სახით გამოსხივდება, არა ნაწილაკებად, არამედ სივრცის რხევების სახით. გამოსხივებული ენერგია ხვრელების საწყისი მასების მნიშვნელოვან ნაწილს შეიცავს, რომელიც წამზე მცირე დროში გამოიფრქვა(მოკლედ – მატერია – ენერგია). ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმაც ანალოგიურ ტალღებს წარმოქმნის. ენერგიის გაცილებით მცირე გრავიტაციულ-ტალღური გამონაფრქვევი სდევს თან ზეახლის ბირთვის კოლაფსსაც.
ორი კომპაქტური ობიექტის შერწყმის გრავიტაციულ-ტალღურ ანთებას კონკრეტული, ადვილად გამოთვლადი პროფილი აქვს. რხევების პერიოდი, ორი ობიექტის, ერთმანეთის გარშემო ორბიტალური მოძრაობით არის მოცემული. გრავიტაციულ ტალღებს ეენრგია მიაქვს; შედეგად, ობიეტქები ერთმანეთს უახლოვდება და ბრუნვის სიჩქარეს უმატებს, რაც რხევებისა და ამპლიტუდის მატებაში გამოიხატება. გარკვეულ მომენტში, ხდება შერწყმა, გამოსხივდება ბოლო ძლიერი ტალღა, რასაც მაღალი სიხშირის რხევები(ringdown) მოყვება თან – წარმოქნილი შავი ხვრელის „კანკალი“, რომელიც ყველა სახის არასფერულ გამრუდებებს „იშორებს“. დამახასიათებელი პროფილის ცოდნა ფიზიკოსებს საშუალებას აძლევს გამოყონ ასეთი რხევები დეტექტორებიდან მოსული ძლიერი ხმაურებით გაჯერებული მონაცემებიდან.
დრო-სივრცის მეტრიკის რხევები, გრანდიზოსული აფეთქების გრავიტაციულ-ტალღური ექოა, რომელიც მთელს სამყაროში ვრცედლება, ყველა მიმართულებით წარმომქმნელი წყაროდან. მისი ამპლიტუდა მანძილის მატებასტან ერთად მცირდება, როგროც წერტილოვანი წყაროს ელვარება მცირდება დაშორებასთან ერათად. როცა შორეულ გალატიკაში გამოსხივებული გრავიტაციული ტალრა დედამიწამდე მოაღწევს, მეტრიკის რხევა 10−22 რიგის, ან უფრო მცირე იქნება. სხვანაირად რომ ვთქვათ, ფიზიკური კონტაქტის არ მქონე ობიექტებს შორის მანძილი, ტალღის გავლის დროს, ასეთივე სიდიდით შეიცვლება.
ამ სიდიდის გამოთვლა მასშტაბური წარმოდგენებით შეიძლება გამოითვალოს. ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმის ან ხვრელების შერწყმის დროს, მათთან ახლოს მეტრიკის ცვლილება დიდია – 0,1(იმიტომაც არის ძლიერი, ძლიერი გრავიტაცია). ეს დეფორმაცია, ამ ობიექტების ზომის სივრცეს მოიცავს, ანუ რამდენიმე კილომეტრს. წყაროდან მოშორებასთან ერთად რხევების ამპლიტუდა მანძილის უკუპროპორციულად მცირდება.
თუ შერწყმა ჩვენს გალაქტიკაში მოხდება, დედამიწამდე მოსული დრო-სივრცის რხევა გაცილებით ძლირი იქნება, მაგრამ ასეთი მოვლენები ათასწლეულებში ერთხელ ხდება. ამიტომ ისეთი დეტექტორი უნდა ავაგოთ, რომელიც ხვრელებისა და ნეიტრონულების შეწყმას აქედან ათეულობითა და ათასეულობით მეგაპარსეკის მანძილზე იგრძნობს, ანუ, ათასეულობით და მილიონობით გალაქტიკებს მოიცავს.
აღსანიშნავია, რომ გრავიტაციული ტალღების არსებობის ირიბი მტკიცებულება უკვე არსებობდა, ამისთვის 1993 წელს ნობელის პრემიაც კი გადაიცა. ორმაგი სისტემის – PSR B1913+16, პულსარზე მრავალწლიანი დაკვირვებებით დადგინდა, რომ ორი ობიექტის ბრუნვის პერიოდი ერთმანეთის გარშემო ზუსტად ისეთი ტემპით მცირდება, როგორსაც ფზთ წინასწარმეტყველებდა, ენერგიის დანაკარგით გრავიტაციული ტალღების გამოსხივების სახით. გრავიტაციული ტალღების რეალურობაში ეჭვი აღარავის ეპარებოდა, პრობლემა, მათი პირდაპირი დამზერა იყო.
ორივე დეტექტორის მიერ რეგისტრირებული სიგნალის პროფილი. ჩანს, რომ ხმაურის ფონზე ჯერ სუსტად იგრძნობა, ხოლო შემდეგ ძლიერდება საჭირო ფორმის რხევების ამპლიტუდა და სიხშირე. რიცხვითი მოდელირებით მიღებულ შედეგებთან შედარებით დადგინდა, რა ტიპის ობიექტების შერწყმასთან გვქონდა საქმე: ეს იყო 36 და 29 მზის მასის მქონე შავი ხვრელები, რომლებიც 62(ცნობილთა შორის ყველაზე მასიური, ე.წ. ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელი. არსებობს მცირე და ზემასიური შავი ხვრელებიც) მზის მასის ერთ ხვრელად გაერთიანდა. სხვაობამ ორი საწყისი ობიექტების მასათა ჯამისა 3±0,5 მზის მასა შეადგინა. მასათა ეს გრავიტაციული დეფექტი, დაახლოებით 20 მილიწამში, მთლიანად, გამოსხივებული გრავიტაციული ტალღების ენერგიაში გადავიდა. გამოთვლების მიხედვით, პიკური გრავიტაციულ-ტალღური სიმძლავრე 3,6·1056 ერგ/წმ. აღწევდა, ან, მასაში თუ გადავიყვანთ, 200 მზის მასა წამში.
აღმჩენილი სიგნალის სტატისტიკური მნიშვნელობა 5,1 სიგმას შეადგენს. სხვანაირად რომ ვთქვათ, თუ ეს ერთმანეთზე დალაგებული სტატისტიკური ფლუქტუაციებია და შემთხვევითობაა, ასეთი მოვლენის ცდა 200 ათასი წელი დაგვჭირდებოდა, რაც საშუალებას იძლევა თამამად განვაცხადოთ, რომ აღმჩენილი სიგნალი ფლუქტუაცია არ არის.
პარალელელბი
გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენა, ამ უკანასკნელი წლების განმავლობაში, უკვე მესამე შემთხვევაა, როცა ფიზიკოსებმა ყველა წინააღმდეგობა დაძლიეს და ჩვენი სამყაროს აქამდე უცნობ ნატიფ სტრუქტურაში კიდევ უფრო ღრმად ჩაიხედეს. 2012 წელს, ნახევარი საუკუნით ადრე წინასწარმეტყველებული ჰიგსის ბოზონი იქნა აღმოჩენილი. 2013 წელს კი ნეიტრინულმა დეტექტორმა – IceCube, ასტროფიზიკური ნეიტრინოების რეალურობა დაამტკიცა და სამყაროს „დათვალიერება“ სრულიად განსხვავებული, აქამდე მიუწვდომელი მეთოდით დაიწყო – მაღალი ენერგიების ნეიტრინოების საშუალებით. ამჯერად, ბუნება კიდევ ერთხელ დანებდა ადამიანს: გაიხსნა სამყაროს შესასწავლი გრავიტაციულ-ტალღური „ფანჯარა“, ძლიერი გრავიტაციის ეეფქტები ხელმისაწვდომი გახდა.