Pe 14 septembrie 2015 cunoașterea universului de către om a intrat într-o nouă fază odată cu identificarea undelor gravitaționale cu ajutorul un interferometru special denumit LIGO. Dacă până atunci universul era scrutat cu ajutorul undelor electromagnetice, undele gravitaționale vin să completeze instrumentarul astronomilor.
Conform teoriei generale a relativității create de Albert Einstein, undele gravitaţionale reprezintă ondulaţii ale continuului spaţiu-timp generate de corpuri masive aflate în accelerare.
Deși undele gravitaționale sunt o predicție a teoriei lui Einstein (care credea că nu sunt însă detectabile de instrumentele noastre, semnalul general de acestea fiind extrem de mic), este posibil ca acestea să ducă la invalidarea teoriei relativității generale. Iată de ce.
Cum apar undele gravitaționale? Atunci când o masă accelerează într-o regiune de spațiu-timp curbat ori când o masă se află în mișcare într-o regiune unde curbarea spațiu-timpului se schimbă. Modificările aduse curbării spațiu-timpului formează un fel de „valuri” (ca în animațiile de mai sus) care se transmit în toate direcțiile în univers.
Undele gravitaționale nu au nevoie de un mediu pentru a se transmite (cum are, de exemplu, nevoie sunetul de aer), căci acestea sunt parte din structura spațiului, fiind modificări ale acestei structuri fundamentale a spațiului.
Cum se detectează undele gravitaționale
Când cele două brațe ale interferometrului (detectorului de unde gravitaționale) sunt egale și nu există unde gravitaționale care să le modifice, semnalul aparatului de măsură este nul. Dar atunci când mărimea brațelor se schimbă, apare un semnal, iar modelul de interferență se schimbă, indicând existența modificării structurii spațiului (a undelor gravitaționale). Credit: NASA's Space Place
Se propagă undele gravitaționale cu viteza luminii?
În 2017 au fost detectate pentru prima dată undele gravitaționale generate de fuziunea a două stele neutronice. Cu această ocazie s-a putut măsura viteza de propagare a undelor gravitaționale, aceasta fiind exact viteaza luminii. Viteaza, frecvența, amplitudinea și energia undelor gravitaționale detectate s-au potrivit perfect cu predicțiile lui Einstein.
Teoria generală a relativității este o teorie bazată pe tensori; materia și energia îi spun spațiului cum se se curbeze, iar curbarea spațiului indică materie și energiei cum să se deplaseze.
Dar dacă teoria relativității prezice că viteza undelor gravitaționale va fi mereu egală cu viteza luminii, există teorii ale gravitației care încorporează alte posibilități. De exemplu, observarea fuziunii de găuri negre s-ar putea să ne ducă la constatări care nu pot fi explicate de relativitatea generală.
Afectează curbarea spațiu-timpului și undele gravitaționale?
Lumina (undele gravitaționale), într-un spațiu-timp curbat (cum ar fi în apropierea unor corpuri cosmice cu masă mare, cum ar fi o stea ori o gaură neagră) are traiectoria afectată (apărând, așadar, întârzieri, în raport cu așteptările date de deplasarea în linie dreaptă).
Undele gravitaționale nu sunt afectate de materie, cu o excepție: sunt afectate de modul în care materia și energia curbează structura spațiu-timpului.
Polarizarea undelor gravitaționale
Dacă lumina are două tipuri de polarizare: în sensul acelor de ceasornic și în sensul invers, undele gravitaționale au o polarizare denumită „plus, +” și una denumită „cruce, x”, cu direcțiile de compresie-și-extindere aflate la 45° una de alta.
Dar dacă gravitația ar avea o componentă scalară sau vectorială, cum există în multe versiuni modificate ale relativității generale - atunci viteza nu va mai fi aceea pentru toate undele gravitaționale.
Conform unui nou studiu - cele două polarizări (undele corespondente), + și x, s-ar deplasa cu viteze diferite dacă spațiul ar fi puternic curbat. În plus, undele gravitaționale ar putea fi încetinite și curbate în mod diferit, în funcție de lungimea de undă.
Pe măsură de numărul detectoarelor de unde gravitaționale crește (pe lângă LIGO și Virgo sunt în construcție KAGRA și LIGO India), posibilitățile de testa noile teorii cu privire la comportamentul gravitației cresc. Valorificând aceste posibilități, putem stabili dacă relativitatea generală va rezista și acestei încercări ori este nevoie de o nouă teorie a gravitației, dincolo de relativitatea generală.
Sursa: Forbes
