ათი წლის წინ, მეცნიერებმა პირველად გაიგონეს სამყაროს „გრუხუნი“. გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენამ დაადასტურა ალბერტ აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობის მთავარი პროგნოზი და ასტრონომიაში ახალი ეპოქაც დაიწყო.
გრავიტაციული ტალღების ახალია აღმოჩენა ამჯერად მეცნიერების კიდევ ერთი გიგანტის, სტივენ ჰოკინგის თეორიას ტესტავს.
გრავიტაციული ტალღები არის ჭავლები სივრცე-დროის ქსოვილში, რომლებიც სინათლის სიჩქარით მოძრაობენ. წარმოქმნის ძლიერ აჩქარებული მასიური ობიექტები, როგორიცაა შავ ხვრელთა შეჯახება ან ნეიტრონულ ვარსკვლავთა შეჯახება.
სამყაროში მიმოფანტული ეს ჭავლები პირველად 2015 წლის სექტემბერში დააფიქსირა აშშ-ში მდებარე ობსერვატორია LIGO-ს დეტექტორებმა.
ეს პირველი სიგნალი, სახელად GW150914, წარმოქმნილი იყო ორი შავი ხვრელის შეჯახების შედეგად. ორივე მათგანი მზეზე დაახლოებით 30-ჯერ მასიურები იყო და ჩვენგან მილიარდზე მეტი სინათლის წლით მდებარეობდნენ.
ეს გახლდათ პირველი პირდაპირი მტკიცებულება გრავიტაციული ტალღებისა, ზუსტად ისეთის, როგორსაც აინშტაინის ფარდობითობის თეორია პროგნოზირებდა 100 წლით ადრე.
2015 წლიდან დღემდე, უკვე 300-ზე მეტი გრავიტაციული ტალღა აქვს დაფიქსირებული LIGO-ს, იტალიურ Virgo-სა და იაპონურ KAGRA-ს დეტექტორებს.
სულ რაღაც ერთი კვირის წინ, LIGO/Virgo/KAGRA-ს საერთაშორისო კოლაბორაციამ გამოაქვეყნა მათი დაკვირვებების მეოთხე კამპანიის შედეგები, რომლითაც დაფიქსირებულ გრავიტაციულ ტალღათა რაოდენობა გაორმაგდა.
ახლა, პირველი აღმოჩენიდან ათი წლის შემდეგ, საერთაშორისო თანამშრომლობა კიდევ ერთი გრავიტაციული ტალღის სიგნალის, სახელად GW250114-ის აღმოჩენის შესახებ იუწყება.
ეს სიგნალი თავდაპირველი სიგნალის, GW150914-ის თითქმის ასლია.
GW250114-ის წარმომქმნელ შავ ხვრელთა შეჯახება ფიზიკური მახასიათებლებით ძლიერ ჰგავდა GW150914-ს. თუმცა, ვინაიდან გასული ათი წლის განმავლობაში გრავიტაციული ტალღების დეტექტორები მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა, ახალი სიგნალი გაცილებით მკაფიოდ ჩანს (თავდაპირველ GW150914-ზე თითქმის ოთხჯერ მეტად).
საბედნიეროდ, ამ სიგნალმა მეცნიერებს კიდევ ერთი დიადი მეცნიერის იდეების დატესტვის საშუალება მისცა.
50 წლის წინ, ფიზიკოსებმა, სტივენ ჰოკინგმა და ჯეიკობ ბეკენშტაინმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად ჩამოაყალიბეს წესები, რომლებიც შავ ხვრელებს აღწერდა.
ჰოკინგის შავი ხვრელების მექანიკის მეორე კანონი, იგივე ჰოკინგის ფართობის თეორემა ბრძანებს, რომ შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტს მიღმა ფართობი მუდამ უნდა იზრდებოდეს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, შავი ხვრელი არ შეიძლება შეიკუმშოს.
ამასობაში, ბეკენშტაინმა აჩვენა, რომ შავი ხვრელის ფართობი პირდაპირ არის დაკავშირებული მის ენტროპიასთან — უწესრიგობის სამეცნიერო საზომთან. თერმოდინამიკის მეორე კანონი ამბობს, რომ ენტროპია ყოველთვის უნდა იზრდებოდეს — სამყარო მუდმივად უფრო და უფრო არეული ხდება. ვინაიდან შავი ხვრელის ენტროპია ასევე უნდა იზრდებოდეს დროის მსვლელობასთან ერთად, უნდა იზრდებოდეს მისი ფართობიც.
როგორ შეიძლება ამ იდეების დატესტვა? როგორც ჩანს, ამის ბრწყინვალე ხელსაწყოა ერთმანეთს შეჯახებული შავი ხვრელები.
ბოლო გაზომვების სიზუსტემ მეცნიერებს ჰოკინგის ფართობის თეორემის ამ დროისათვის ყველაზე ზუსტი შემოწმების საშუალება მისცა.
პირველ გრავიტაციულ ტალღაზე, GW150914-ზე ჩატარებულმა წინა ტესტებმა აჩვენა, რომ სიგნალი კარგად შეესაბამებოდა ჰოკინგის კანონს, მაგრამ მისი საბოლოოდ დადასტურება შეუძლებელი იყო.
შავი ხვრელები საოცრად მარტივი ობიექტებია. შავი ხვრელის ჰორიზონტის ფართობი დამოკიდებულია მის მასასა და ბრუნვაზე — ერთადერთ პარამეტრებზე, რომლებიც ასტროფიზიკური შავი ხვრელის აღწერისთვის არის საჭირო. თავის მხრივ, მასას და ბრუნვა განსაზღვრავს, თუ როგორ გამოიყურება გრავიტაციული ტალღა.
მეცნიერებმა ცალ-ცალკე გაზომეს შეჯახებულ შავ ხვრელთა მასები და ბრუნვის მაჩვენებლები, შემდეგ კი ეს მაჩვენებლები შეჯახების შედეგად მიღებული ნარჩენის მასასა და ბრუნვას შეადარეს, რითაც შეძლეს, ერთმანეთისთვის ასევე შეედარებინათ ამ ორი ცალკეული შავი ხვრელისა და შეჯახების შედეგად მიღებულის ფართობები.
მონაცემებმა ბრწყინვალე თანხვედრა აჩვენა თეორიულ პროგნოზთან, რომლის თანახმადაც, ფართობი უნდა იზრდებოდეს, რაც ეჭვგარეშე ადასტურებს ჰოკინგის კანონს.
მეცნიერების რომელი გიგანტის დატესტვის ჯერია ახლა? გრავიტაციულ ტალღებზე სამომავლო დაკვირვებები უფრო ეგზოტიკურ სამეცნიერო თეორიათა დატესტვის საშუალებას მოგვცემს და იქნებ რაღაც გვითხრას სამყაროს ჩვენთვის ნაკლული კომპონენტის, ამ დრომდე მოუხელთებელი ბნელი მატერიისა ბნელი ენერგიის შესახებაც.
კვლევა Physical Review Letters-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია The Conversation-ის მიხედვით.
