Einstein ustupuje. Ozvěny gravitačních vln slibují novou fyziku | EkonTech.cz


Einstein ustupuje. Ozvěny gravitačních vln slibují novou fyziku

Ostatní
18. 3. 2017 - 16:37

Jak vypadají černé díry, nikdo pořádně neví. Tým portugalských fyziků ale našel cestu, jak to zjistit pomocí zachycených gravitačních vln. První výsledky však nabourávají obecnou teorii relativity.

Zachycení gravitačních vln před rokem znamenalo pro svět fyziky senzaci. Ukázalo se, že měl Albert Einstein opět pravdu, když jejich existenci před sto lety předpověděl. Další analýzy ale naznačují, že s vlnami možná přišly i ozvěny černých děr. To však Einsteinova obecná teorie relativity nedovoluje.

Zatím jsou ve vesmíru dvě oblasti, kde obecná relativita selhává. První je samotný počátek vesmíru, druhá pak nitro černých děr. V obou případech Einsteinovy rovnice ztrácejí svou schopnost predikce, vycházejí z nich nekonečné hodnoty. Právě nekonečno je jednou z věcí, které fyziky doslova děsí. Znamená to totiž, že daná teorie selhává.

Pokud by se zachycení ozvěn potvrdilo při pozorování gravitačních vln, fyzika zažije další senzaci. K počátku vesmíru, nitru černých děr, by se přidal ještě horizont událostí. Už u něj by přestávaly naše současné rovnice platit. Černé díry by tak byly ještě záhadnější.

Loňský rok se vůbec poprvé podařilo černé díry pozorovat přímo - gravitační vlny totiž přicházely právě od nich. Ukázalo se, že bestie požírající vše ve své blízkosti skutečně existují a nejsou jen představami v hlavách teoretických fyziků. Nic to ale nezměnilo na tom, že astrofyzici dosud pořádně netuší, jak vůbec okraj černé díry vypadá.

Asi nejznámější představou je černá díra s prostým horizontem událostí, odkud se po jeho překročení nedá kvůli velké gravitaci vrátit. Existují ale i další konkurenční teorie. Podle jedné je kolem černé díry „ohnivá zeď“, další zase počítá s tím, že černá díra je klubkem superstrun. K ověření správnosti teorií je nutné podniknout řadu experimentů, ty jsou ale v případě černých děr těžko uskutečnitelné.

Tým portugalských fyziků však přišel s návrhem, jak by se z detekovaných gravitačních vln dalo zjistit, jak černé díry vypadají. Zdali je kolem nich horizont událostí, nebo něco jiného. V případě druhé možnosti by musel detektor zachytit i ozvěny. Ty vznikají v případě, že má okraj černé díry dvě vrstvy.

Jedna je tvořena horizontem událostí a druhá je vnější částečně propustnou vrstvou – například onou ohnivou zdí. Záření by se pak mělo mezi těmito dvěma vrstvami odrážet, přičemž by část fotonů propustnou vrstvou prošla do vesmíru. To stejné platí i pro gravitační vlny, odrazy by tak byly detekovatelné jako ozvěny.

Návrhu portugalských kolegů se ujal kanadský fyzik Niayesh Afshordi a se svým týmem dopočítal, v jakých intervalech by měly ozvěny přicházet. Následně použil data z loňského pozorování černých děr a podrobil je analýze. Výsledek byl překvapivý, ozvěny skutečně našel. Pravděpodobnost, že jde o statistickou chybu, je ale 1 : 270, což je na poměry fyziky stále vysoké číslo. K verdiktu tedy budou nutná další pozorování, a fyzici budou muset být obezřetní. Nedělají totiž nic jiného, než že se snaží nabourat obecnou teorii relativity.

Sám Afshordi uvádí, že je nutné provést analýzu na základě více pozorování, a čeká, až detektor LIGO dodá další data. Přesvědčivé výsledky by tak mohl mít do dvou let.

Detektor LIGO

Jde o systém dvou detektorů umístěných od sebe několik tisíc kilometrů kvůli vyloučení lokálních anomálií, jež by mohly zkreslit měření. Každý z detektorů má dvě na sebe kolmá ramena dlouhá několik kilometrů. Gravitační vlny při přechodu tato ramena mírně zdeformují, což detektor dokáže změřit. Zachycení vln mělo pro vědu stejný význam jako objev telegrafu, umožňuje zkoumat samotné černé díry a slibuje dohlédnout až k velkému třesku. Na výzkumu pomocí detektoru LIGO, spolupracují vědci z mnoha univerzit jako MIT nebo Caltech.