Derfor er gravitationsbølger interessante

Derfor er gravitationsbølger interessante

Kl. 16:30 i dag vil forskere fremlægge observationer af rystelser i rumtiden, som er blev forudsagt af Einstein for 100 år siden. Det baner vejen for en helt ny måde at studere universet på - helt tilbage til Big Bang.

Forhåndsinteressen og spændingen er enorm. Den 11. februar 2016 kan blive en lige så stor dag for fysikken som 4. juli 2012, hvor Cern annoncerede opdagelsen af Higgsbosonen.

Læs også: Higgs'en er i hus og det ligner en nobelpris

Nogle mener endog, at dagen i dag kan blive endnu større, hvis forskere fra Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Ligo) i USA som forventet på en pressekonference kl. 16.30 dansk tid vil annoncere, at de har detekteret gravitationsbølger udsendt fra to sorte huller, som er i færd med at støde sammen.

Pressekonferencen kan følges live via flere forskellige websites.
Du kan se med her

Læs også: Live-tv: Følg med, når forskerne be- eller afkræfter rygter om gravitationsbølger fra sorte huller

Gravitationsbølger er en direkte konsekvens af Einsteins generelle relativitetsteori, og opdagelsen vil uden tvivl i mange medier og kommentarer blive omtalt som endnu en fjer i hatten på teorien.

Læs også: Hip hip hurra: Den generelle relativitetsteori fylder 100 år

Mere vigtigt er dog, at opdagelsen vil bane vejen for at studere universet på en måde, som ikke kan gøres med andre metoder.

Et kig på Big Bang

Med synligt lys og anden elektromagnetisk stråling kan man studere universet tilbage i tiden til omkring 300.000 år efter big bang.

Det ældste elektromagnetiske signal er den kosmiske baggrundsstråling, som den europæiske Planck-satellit med et dansk designet spejl har lavet de hidtil mest nøjagtige målinger af.

Læs også: Unikke satellit-data fastslår universets alder med hidtil uset nøjagtighed

Før den tid var universet ikke gennemsigtigt for elektromagnetisk stråling, da elektroner endnu ikke var bundet til atomkerner.

Med neutrino-astronomi kan man principielt studere universet tilbage til, da det kun var ét sekund gammelt.

Men det allerførste og mest spændende sekund i universets liv - helt tilbage til den såkaldte Planck-tid på ca. 10^-43 sekund - kan kun studeres med gravitationsbølger.

Læs også: Hvirvler i rumtiden omkring sorte huller overrasker forskerne

På den måde kan det måske blive muligt at studere opspaltningen af naturkræfterne og se, hvordan den elektrosvage kraft omkring 10^-12 sekund efter Big Bang delte sig i den elektromagnetiske kraft og den svage kernekraft.

Så selv om Einstein nok engang vil blive nævnt og hyldet i forbindelse med opdagelsen af gravitationsbølger, er opdagelsen ikke blot endnu en bekræftelse af den generelle relativitetsteori. Den er markeringen af, at vi kan studere universet på en helt ny måde, som kan være med til forklare de voldsomme hændelser i den allerførste tid i universet, som hidtil har været skjult for os.

Følsomheden skal forbedres

Der kommer dog til at gå en rum tid, før rumtiden i detaljer kan kortlægges præcist med gravitationsbølgeobservatorier.

De nuværende observatorier i USA og Europa vil ikke være følsomme nok, selv ikke efter de i de kommende år får forbedret deres følsomhed efter et allerede fastlagt program. Men de vil uden tvivl opdage flere voldsomme hændelser, der involverer neutronstjerner, sorte huller og slige objekter, der kan hjælpe astronomer og astrofysikere til at give en bedre beskrivelse af universet.

Gravitationsbølger kan også studeres med rumobservatorier. Satellitten LISA Pathfinder, der blev opsendt 3. december 2015, skal afprøve teknologi, som kan danne basis for et større observatorium engang i fremtiden.

Læs også: Einsteins frie fald testes i rummet

Gravitationsbølger er rystelser i rumtiden

I den generelle relativitetsteori er rum og tid sammenflettet i den firedimensionale rumtid.

Den amerikanske fysiker John Archibald Wheeler har beskrevet essensen af den generelle relativitetsteori i én enkelt, smuk sætning:

'Rum-tiden fortæller stof, hvordan det skal bevæge sig; stof fortæller rum-tiden, hvordan den skal krumme'.

Når stof bevæger sig, ændrer krumningen af rumtiden sig, og ændringen udbreder sig som små rystelser med lysets hastighed.

Rystelserne eller gravitationsbølgerne er dog så små, at der skal flyttes rundt på meget store objekter, for at man kan få et signal, der kan måles i praksis.

Det kan eksempelvis ske, når to sorte huller, der nærmer sig hinanden, vil miste energi, som udsendes i form af gravitationsbølger.

Ligo og tilsvarende observatorier leder efter sådanne bølger med avancerede lasersystemer, der kan måle bevægelser af objekter, der flytter sig mindre end diameteren af en proton.

Læs også: Krusninger i rumtiden skal afsløre neutronstjerner og sorte huller

Den første udgave af Ligo stod færdig i 2002, men det er først efter en opgradering, som blev fuldendt sidste år, at følsomheden er blevet så god, at man kan forvente at måle de svage gravitationsbølger.

Læs også: Dansk astrofysiker: Hundredvis af sammenstød mellem sorte huller vil blive registreret hvert år

Einstein mistede og genvandt troen på gravitationsbølger

Selv om Albert Einstein tidligt indså, at gravitationsbølger var en konsekvens af hans generelle relativitetsteori, kom han senere i stærk tvivl.

I 1936 var Einstein endog kommet til den overbevisning, at de næppe fandtes. I et brev til Max Born skrev Einstein:

'Sammen med en ung kollega (Nathan Rosen, red.) er jeg kommet frem til det interessante resultat, at gravitationsbølger ikke eksisterer'.

Einstein og Rosen skrev en artikel herom, som de indsendte til Einsteins daværende favorittidsskrift Physical Review.

Her blev artiklen dog afvist, efter at en anonym reviewer, som senere er blevet identificeret som Howard P. Robertson, havde fundet en fejl.

Einstein blev så utilfreds hermed, at han trak artiklen tilbage og aldrig siden publicerede noget som helst i Physical Review.

Han fik optaget artiklen uforandret i tidsskriftet Journal of Franklin Institute. Under den sidste korrekturlæsning var Einstein dog i kontakt med Robertson - uden at vide, at det var ham, som havde afvist artiklen til Physical Review.

Robertson overbeviste Einstein om, at han havde mistolket sin analyse, så artiklen blive rettet i sidste øjeblik til at have konklusionen, at gravitationbølgerne var reelle nok.

Indirekte observation i 1974

I 1974 fandt amerikanerne Joseph Taylor og Russel Hulse en binær pulsar bestående af to neutronstjerner, der kredser om hinanden med en periodetid på ca. otte timer.

De detaljerede målinger viste, at rotationstiden blev formindsket med 75 mikrosekunder pr. år - pga. et energitab, som udsendes i form af gravitationsbølger.

Denne indirekte observation af gravitationsbølger blev i 1993 belønnet med Nobelprisen i fysik.

Den første direkte observation af gravitationsbølger vil ligeledes være en bedrift i Nobelprisklassen.

Kommentarer (23)

Det må blive noget af en opgave at filtrere tidejord og små jordskælv bort, som også vil ændre på længderne.
På den anden side må det være et meget følsom seismometer.

  • 3
  • 9