AktualnościNauka

Nobel z fizyki a sprawa polska

Tegoroczną Nagrodę Nobla przyznano Rainerowi Weissowi, Barry C. Barishowi i Kipowi S. Thorne, dzięki którym powstał detektor LIGO i po raz pierwszy zaobserwowano fale grawitacyjne – echo zderzenia odległych czarnych dziur.


 

Połowę nagrody pieniężnej (9 milionów koron szwedzkich, czyli 4 miliony złotych) otrzyma Rainer Weiss, drugą połową podzielą się Barry C. Barish i Kip S. Thorne.
Istnienie fal grawitacyjnych przewidział już Albert Einstein w ogólnej teorii względności opublikowanej 20 marca 1916 roku. Jednak po raz pierwszy udało się je zaobserwować dopiero 14 września 2015. Wówczas dotarły do Ziemi fale grawitacyjne wywołane przez zderzenie dwóch czarnych dziur (jedna o masie 29, a druga 36 mas Słońca), oddalonych od nas o 1,3 miliarda lat świetlnych. Tuż przed zderzeniem zbliżały się one do siebie z prędkością równą połowie prędkości światłą (150 000 kilometrów na sekundę). Powstała czarna dziura 62 razy cięższa niż Słońce – brakujące 3 masy Słońca to energia wypromieniowanych fal grawitacyjnych. Jako że fale grawitacyjne rozchodzą się z prędkością światła, to kiedy zdarzył się ten kosmiczny kataklizm, na naszej planecie żyły tylko prymitywne organizmy jednokomórkowe.

 



 

Choć fale grawitacyjne odebrane z tak wielkiej odległości są bardzo słabe, potwierdzenie ich istnienia może oznaczać przewrót w astrofizyce. Pozwalają bowiem w zupełnie nowy sposób obserwować najbardziej gwałtownie zjawiska kosmiczne i poszerzać granice naszej wiedzy. Badania nad nimi umożliwił interferometr LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) – wspólny projekt 1300 badaczy z ponad 20 krajów (w tym z Polski). Idea zbudowania takiego urządzenia ma niemal 50 lat, a do jej urzeczywistnienia szczególnie przyczynili się tegoroczni laureaci. (Natomiast Weiss, w czasie wtorkowej rozmowy telefonicznej podczas uroczystości ogłoszenia nazwisk laureatów w Sztokholmie podkreślił, że nagrodę postrzega “jako uznanie dla pracy tysiąca ludzi”).

 

W połowie lat 70. XX wieku Rainer Weiss przeanalizował potencjalne źródła zakłóceń, mogących zaburzać prowadzenie pomiarów fal grawitacyjnych. Zaprojektował również odpowiedni detektor – laserowy interferometr. Już wówczas Kip Thorne i Rainer Weiss byli przekonani, że fale grawitacyjne uda się wykryć.

 

Fale te powstają zawsze, gdy jakaś masa przyspiesza – zarówno w przypadku wykonującego piruet łyżwiarza, jak i pary okrążających się nawzajem czarnych dziur. Gdy taka fala przenika przez Ziemię, wszystko na niej minimalnie zmienia swoje wymiary. Jednak nawet fale wytwarzane przez czarne dziury są tak słabe, że Einstein uważał ich wykrycie za niemożliwe. W rzeczywistości okazało się to “tylko” bardzo trudne – potrzeba było pary ogromnych interferometrów laserowych, oddalonych od siebie o 3 tysiące km, aby wykryć zmianę długości interferometrów, tysiące razy mniejszą od rozmiarów jądra atomowego. Każdy z detektorów (jeden w stanie Waszyngton, drugi – w Luizjanie) ma dwa tunele w kształcie litery L. Długość takiego tunelu to 4 kilometry. W ich wnętrzu odbijają się wiązki laserowa, a odpowiednia aparatura sprawdza, czy długość jednego ramienia nie zmieniła się w stosunku do drugiego. Zwykle wyniki pomiaru są takie same – chyba, że fala grawitacyjna odkształci czasoprzestrzeń.

 

Wszystkie znane rodzaje promieniowania elektromagnetycznego i cząstek elementarnych – w tym promieniowanie kosmiczne – znalazły już zastosowanie w badaniach Wszechświata. Jednak właściwości fal grawitacyjnych pozwalają na bezpośrednią obserwację zaburzeń czasoprzestrzeni, otwierając zupełnie nowe perspektywy w astrofizyce.

 

Możemy się spodziewać wielu nowych odkryć dokonanych dzięki nieuchwytnym dotychczas falom. Pierwszym było samo odkrycie podwójnego układu czarnych dziur, których trwające 0,12 sekundy zderzenie zarejestrowano 14 września 2015. Czarne dziury nie generują światła ani fal radiowych – za to mogą wytwarzać fale grawitacyjne. Możliwe, że uda się wykrywać także zderzenia gwiazd, rotujące gwiazdy neutronowe czy wybuchy supernowych. (PAP)


Tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki ma polski posmak, bo nasi naukowcy już od kilkunastu lat zgłębiali tematykę fal grawitacyjnych – powiedział PAP prof. Piotr Jaranowski z Uniwersytetu w Białymstoku.


 

Dla prof. Piotra Jaranowskiego z Zakładu Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu w Białymstoku tegoroczna Nagroda Nobla z dziedziny fizyki nie jest zaskoczeniem. Jak zaznaczył w rozmowie z PAP, już od kilku miesięcy typowano, iż tegoroczna Nagroda Nobla będzie związana z odkryciem fal grawitacyjnych.

 

Naukowiec przypomniał, że polski wkład w odkrycie fal grawitacyjnych jest niemały, i że w Polsce od ponad dekady działa Polgraw – grupa kilkunastu naukowców (w tym właśnie – prof. Jaranowski), zajmujących się tematyką fal grawitacyjnych. Badacze ci reprezentują dziewięć polskich instytucji naukowo-badawczych. “Tegoroczna Nagroda Nobla ma posmak polski” – zaznaczył.

 

Jaranowski przypomniał, że Polgraw jest częścią międzynarodowego konsorcjum VIRGO Collaboration – konsorcjum współpracującego z LIGO Collaboration. To właśnie LIGO Collaboration dysponuje dwoma detektorami, które we wrześniu 2015 r. odkryły w sposób bezpośredni fale grawitacyjne.

 

“Zasadnicza praca, która ukazała się w czasopiśmie +Physical Review Letters+ i donosi o bezpośrednim odkryciu fal grawitacyjnych, ma ponad tysiąc autorów z kilkudziesięciu krajów” – zaznaczył naukowiec. Dlatego – jak sugerował – Komitetowi Noblowskiemu zapewne trudno było wybrać trzy najbardziej zasłużone osoby. “Na pewno te osoby, które dostały (Nagrody Nobla) – to nie są jedyne osoby, które są ojcami tego sukcesu” – podkreślił współautor wspomnianego artykułu.

 

“Jest rzeczą niezwykle przyjemną, że człowiek ma do czynienia z badaniami, które honorowane są Nagrodą Nobla” – powiedział prof. Jaranowski. Jego własna praca doktorska napisana w latach 90. XX w. dotyczyła detekcji tego samego sygnału, który został ostatecznie wykryty we wrześniu 2015 r.

 

Wkład prof. Jaranowskiego w badania uhonorowane Nagrodą Nobla polegał m.in. na wymyślaniu algorytmów, za pomocą których poszukuje się fal grawitacyjnych. “Mamy tu do czynienia z sygnałem, który jest głęboko ukryty w szumie i za pomocą specjalnych procedur analizy trzeba ten sygnał wydobyć” – mówi naukowiec. Pracę w tym zakresie – wykonaną przez niego i innych polskich specjalistów – można więc określić jako “odszumianie”.

 

Wszyscy trzej nobliści to emerytowani profesorowie. Prof. Jaranowski przypomniał, że Kip S. Thorne jest teoretykiem, zaś Barry C. Barrish i Rainer Weiss to fizycy doświadczalni. Weissa określił jako “znakomitego eksperymentatora”, który wymyślił interferometr laserowy – urządzenie, które wykryło fale grawitacyjne. Z kolei Thorne złożył do National Science Foundation projekt badawczy związany z budową LIGO i silnie lobbował za tym przedsięwzięciem.

 

“Sam pamiętam, jak byłem wtedy doktorantem jeszcze, to pisaliśmy do kongresu USA specjalnie listy (…) wspierające ideę budowy LIGO” – wspomina prof. Jaranowski.

 

W kluczowym momencie budowy detektora LIGO w latach 90. ubiegłego wieku Barish został jego dyrektorem. Prof. Jaranowski podkreślił w rozmowie z PAP, że budowa detektora była bardzo trudna i nie obywało się bez problemów. Jednak dzieki organizacyjnym zasługom dyrektora Barisha udało się doprowadzić do zakończenia.

 

“Przyszłość jest niezwykle obiecująca, dlatego że to odkrycie to jest początek nowej historii” – ocenił prof. Jaranowski. Jak przypomniał, do tej pory wykryto już cztery sygnały związane ze zderzeniami dwóch masywnych czarnych dziur. “Ale jest ogromna ilość innych sygnałów, innych źródeł, które produkują fale grawitacyjne. Spodziewamy się, że w miarę tego, jak te detektory będą wciąż ulepszane, nowe rodzaje źródeł będą wykrywane” – podsumował prof. Jaranowski.(PAP)

 

Leszek Cieloch Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
×
Leszek Cieloch Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.