მიმდინარე საუკუნეში კაცობრიობა არაერთი უმნიშვნელოვანესი მეცნიერული წინსვლის მოწმე გახდა. სულ რაღაც 23 წელიწადში ათასობით ტექნოლოგიური და მეცნიერული აღმოჩენის მომსწრენი ვართ, დაწყებული სმარტფონებითა და თანამედროვე სუპერკომპიუტერებით — დამთავრებული მარსზე წყლის აღმოჩენით. 21-ე საუკუნე მეცნიერების ისტორიაში უკვე ოქროს ასოებით წერია.

მეცნიერთა უმრავლესობა საუკუნის ერთ-ერთ (თუ არა ყველაზე) მნიშვნელოვან აღმოჩენად გრავიტაციულ ტალღებს მიიჩნევს. მიზეზი იმაში მდგომარეობს, რომ გრავიტაციული ტალღები ბუნების ფუნდამენტურ კანონებზე, კერძოდ, გრავიტაციაზე, გვაძლევს ინფორმაციას.

ასევე იხილეთ: და, აი, ისიც — მეცნიერებმა სამყაროს გრავიტაციული ტალღების კვალი დააფიქსირეს

გრავიტაციის — როგორც თეორიის — ჩამოყალიბება ნიუტონით იწყება. ნიუტონმა თავისი თეორიის გამოყენებით შეძლო პლანეტების ორბიტების გამოთვლა, თუმცა ეს თეორია ერთ მნიშვნელოვან წინააღმდეგობას აწყდებოდა — მერკურის ორბიტა ნიუტონისეულ გამოთვლებს არ ემორჩილება!

მერკურის ორბიტის ახსნას კიდევ ორ საუკუნეზე მეტი დასჭირდა და მისი ახსნა ალბერტ აინშტაინმა შეძლო, რომელმაც გრავიტაცია თავის ფარდობითობის ზოგად თეორიაში სივრცე დროის გეომეტრიას დაუკავშირა. აღმოჩნდა, რომ ნიუტონისეული გრავიტაციის თეორია კერძო შემთხვევაა აინშტაინის უფრო ზოგად თეორიაში. სწორედ აინშტაინის თეორია წინასწარმეტყველებს გრავიტაციული ტალღების არსებობას.

გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენა

აინშტაინის ფარდობითობის თეორია კაცობრიობის ერთ-ერთი უდიდესი მიღწევაა, თუმცა გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენას თეორიის ჩამოყალიბებიდან ერთი სრული საუკუნე დასჭირდა. პირველად გრავიტაციული ტალღები 2015 წელს LIGO-ს გრავიტაციულ ობსერვატორიაში დააფიქსირეს. აღნიშნული ტალღები წარმოადგენდნენ ორი შავი ხვრელის შერწყმის კვალს, რომლებიც ერთმანეთს ჩვენგან 1.3 მილიარდი სინათლის წლის მოშორებით შეერწყნენ. შავი ხვრელების თავდაპირველი მასა 29 და 36 მზის მასას წარმოადგენდა, ხოლო შერწმის შედეგად ახალი შავი ხვრელის მასა 62 მზის მასას უტოლდებოდა, რაც იმას ნიშნავს, რომ დარჩენილი სამი მზის მასის (29+36=65; 62 სამით ნაკლებია 65-ზე) ტოლი ენერგია გრავიტაციული ტალღების სახით გამოთავისუფლდა, რაც კოლოსალური რაოდენობაა: ეს პროცესი მთელი დანარჩენი სამყაროს ვარსკვლავების მიერ გამოსხივებულ ჯამურ ენერგიაზე 50-ჯერ უფრო მძლავრი იყო.

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით, გრავიტაციული ველის ცვლილება/ვარიაცია უნდა იწვევდეს ტალღის გავრცელებას. გრვიტაციული ტალღა კი ნიშნავს სივრცის შეკუმშვა-გაფართოებას. მის დასაფიქსირებლად უნდა გავზომოთ, თუ რამდენად შეიკუმშება ან გაფართოვდება სივრცე კონკრეტული მიმართულებით. სწორედ ამ მიზანს ემსახურება LIGO-ს ორი ოთხკილომეტრიანი შტო.

როდესაც გრავიტაციული ტალღა გაივლის LIGO-ს ინტერფერომეტრს, ის შეკუმშავს სივრცეს ერთი შტოს მხარეს, ხოლო მეორე შტოს მხარეს სივრცეს გააფართოვებს, რაც ნიშნავს, რომ ერთი შტო მომენტალურად უფრო გრძელი გახდება მეორესთან შედარებით. ლაზერული ინტერფერომეტრიის საშუალებით შეიძლება ამ ეფექტის დაფიქსირება, მეტიც, LIGO აფიქსირებს ატომბირთვის ზომის (10^-15 მეტრი) ვარიაციებსაც კი.

LISA — მომავლის ობსერვატორია

LIGO-ს ობსერვატორიამ გზა გაუხსნა გრავიტაციული ტალღების კვლევის ახალ მიმართულებებს. LIGO-ს ერთ-ერთი მთავარი მინუსი იმაში მდგომარეობს, რომ მას შეუძლია მხოლოდ 10 ჰერცზე მაღალი სიხშირის გრავიტაციული ტალღების დაფიქსირება, როდესაც სამყაროში, ძირითადად, სხეულები ნაკლებსიხშირიან ტალღებს წარმოქმნიან. ეს პრინციპული პრობლემაა დედამიწაზე განლაგებული ნებისმიერი გრავიტაციული ობსერვატორიისათვის.

გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენიდან მალევე დაიგეგმა ახალი მისიები და პროექტები გრავიტაციულ ტალღებთან სამუშაოდ. მათ შორის ერთ-ერთი LISA-ს (Laser Interferometer Space Antena) პროექტია, რომელიც ასევე ლაზერებს გამოიყენებს უმცირესი ვარიაციების დასაფიქსირებლად. LISA-ს პროექტის მთავარი მოტივი სწორედ ზემოთ აღნიშნული სიხშირეების პრობლემაა. ამ პრობლემის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მიზეზი ობსერვატორიის ზომაა, რომელსაც დედამიწის ზომა ზღუდავს. ამიტომ LISA-ს ობსერვატორიის განლაგება კოსმოსში უნდა მოხდეს, სადაც ობსერვატორიამ მილიონობით კილომეტრი უნდა მოიცვას, რაც ექსპერიმენტს არნახულ სიზუსტეს შესძენს.

LISA-ს ორბიტა

მისია 2037 წლისთვის იგეგმება. LISA შედგება სამი ძირითადი, ერთმანეთისგან დამოუკიდებელი, კომპონენტისგან, რომლებიც დედამიწისგან 50 მილიონი კილომეტრის დაშორებით განლაგდება. ისინი დედამიწას უკან გაჰყვებიან მზის ორბიტაზე.

რაც შეეხება კომპონენტებს, LISA-ს მისიის ფარგლებში გაეშვება სამი თანამგზავრი, რომლებიც შეადგენენ ტოლგვერდა სამკუთხედს, რომლის გვერდების სირგძეც 2.5 მილიონი კილომეტრი იქნება.

მისიის მიზნები

LISA-ს მისია არაერთ მნიშვნელოვან მიზანს ემსახურება. ის ოთხი წელიწადის განმავლობაში იფუნქციონირებს და მოგვცემს დეტალურ ინფორმაციას იმაზე, რაზეც აქამდე მონაცემები საერთოდ არ არსებობდა, მათ შორისაა:

• სამყაროს პირველი ასეული მილიონი წლის განმავლობაში სტრუქტურების ფორმირების შესწავლა;
• ზემასიური შავი ხვრელები და (სავარაუდოდ) ათასობით ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელი ირმის ნახტომში;
• მონაცემები ასევე დაგვეხმარება გამოვარჩიოთ თეორიები, რომლებიც სწორად ხსნიან მასიური შავი ხვრელების არსებობას ჩვენს სამყაროში.

დედამიწაზე მყოფი ობსერვატორიები აფიქსირებენ მხოლოდ მაღალენერგეტიკულ პროცესებს, როგორებიცაა ვარსკვლავების და შავი ხვრელების შერწყმა, რადგან მათ სწორედ ამ დიაპაზონში შეუძლიათ ოპერირება. მეორე მხრივ, LISA-ს შეუძლია გრავიტაციული ტალღების სრული სპექტრის გამოკვლევა, რაც უამრავ ფუნდამენტურ კითხვაზე პასუხის გაცემის საშუალებას მისცემს მეცნიერებს.

გრავიტაციული ტალღების მომავალი

გრავიტაციული ტალღები, ამ ეტაპზე, გვესახება როგორც მხოლოდ ფუნდამენტური კვლევების იარაღი, რომელიც ნათელს მოჰფენს სამყაროს ყველაზე ბნელ და იდუმალებით მოცულ მონაკვეთებს. თუმცა არსებობს აზრი, რომ მომავალში შესაძლებელია გრავიტაციული ტალღების გამოყენება სხვა მიზნებისთვის.

სამეცნიერო წრეებში აღარავინ დავობს იმ საკითხზე, რომ გრავიტაციული ტალღები სინათლის სიჩქარით მოძრაობენ, თუმცა, სინათლისგან განსხვავებით, გრავიტაციას ვერაფერი აჩერებს, რადგან ის თვით სივრცის დეფორმაციას იწვევს. სწორედ ამ და სხვა მიზეზების გამო, ამ ეტაპზე, ჩვენთვის უცნობია, თუ ზუსტად რა კომერციული გამოყენება შეიძლება ჰპოვოს გრავიტაციულმა ტალღებმა; თუმცა ისტორიას თუ გადავხედავთ, მსგავს აღმოჩენებს და საკითხის სიღრმისეულ გააზრებას ყოველთვის მოჰყვება კაცობრიობის განვითარების ახალ ეტაპზე გადასვლა.