Új Szó, 2018. december (71. évfolyam, 275-297. szám)
2018-12-21 / 292. szám
10| TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA 2018. december 21. lwww.ujszo.com Honnan erednek a gravitációs hullámok? A gravitációs hatás a gömb sugarától, s a benne lévő anyag mennyiségétől függ (Fotó: Shutetrstock) HORÁNYI GÁBOR Előző cikkünkben arról írtunk, hogy a tömegek hogyan görbítik meg a négydimenziós téridőt. A hagyományos euklideszi térben, melyet elsődleges térképzetünk alapján leginkább el tudunk képzelni, nincs helye a térgörbületnek. Ha ebben a világban két test párhuzamos pályán mozog azonos irányú és nagyságú egyenletes sebességgel, távolságuk állandó marad. A görbült téridőben ezeknek a testeknek a kölcsönös helyzete attól függ, hogy pályájukat hogyan befolyásolta a téridő helyről helyre változó mintázata. Mivel a téridő görbületét közvetlenül nem észleljük, a testek kölcsönös helyzetében bekövetkező változásokat azoknak a tömegeknek tulajdonítjuk, amelyek a téridő görbületét okozzák. A tömegek hatásának tulajdonítani a téridőben mozgó testek kölcsönös helyzetének változását önmagában helyes felismerés, de az a következtetés, hogy a tömegek kölcsönhatása valamilyen gravitációnak nevezett misztikus távolhatási erőnek tulajdonítható, hibás. Einstein általános relativitáselmélete szerint a gravitáció klasszikus értelmezése a téridő görbületének fel nem ismeréséből fakadó hibás képzet. Az nem kérdéses, hogy a tömegek egymásra gyakorolt hatása valódi, ezt nevezzük gravitációnak, de a gravitáció szó maga elfedi a lényeget. A tömegek közötti kölcsönhatás nem távolból ható vonzásban nyilvánul meg, hanem annak a téridőnek szerkezetéből fakad, amelyet a tömegek maguk alakítanak ki. A Föld nem azért kering a Nap körül, mert a Nap vonzza (hat a gravitáció), hanem mert a Nap által meggörbített téridőben a Föld szabad mozgása egy olyan pályán zaj lik, amely alakja egy önmagába záródó görbe, egy ellipszis. A Föld tehát éppen olyan szabadon, minden külső erőhatástól mentesen mozog a görbült téridőben, mint ahogy egy magára hagyott test halad át Newton törvényei szerint, a tömegektől távoli üres Univerzum euklideszi terein. Ha egy csillag maga formálja a környezetében a téridő „domborzatát”, egyáltalán nem meglepő, hogy ebben a környezetben a különböző anyagú testek azonos pályákon mozognak. Miközben Newton általános tömegvonzást leíró klasszikus törvényének legmeglepőbb, s legkevésbé magyarázható sajátsága éppen az, hogy a gravitáció a különböző anyagú testekre azonos módon hat. Mindez az általános relativitáselmélet szerint nyilvánvaló, nem is lehetne másképpen. Elmondható tehát, hogy a téridő einsteini elmélete minden bonyolultsága ellenére inkább egyszerűsítette a világról alkotott képünket. Ha elfogadjuk azt az állítást, hogy a tömegek meggörbítik a téridőt, akkor be kell látnunk, hogy a tömegek átrendeződése a téridő görbületének megváltozásához vezet. Einstein megjósolta, hogy nagyobb tömegátrendeződések esetén a téridő egészének mintázatán végiggyűrűzik a téridő egy szűkebb tartományában bekövetkező változás, azaz „gravitációs hullámok” indulnak el. Ezeket a hullámokat - mondta Einstein - egyszer minden bizonnyal észlelni is tudunk majd. És az „egyszer” úgy két évvel ezelőtt elérkezett! Megmozdul egy test a téridőben, s átrendezi maga körül annak görbületét. Megrántja a téridő szövetét, s ezáltal egy hullámot indít el, a változás hullámát. Csakhogy a gravitációnak nevezett hatás - értelmezzük bárhogyan - meglehetősen gyenge kölcsönhatás, néhány extrém szituációtól eltekintve. Két elektron közötti gravitációs vonzás ereje vagy negyven nagyságrenddel kisebb, mint az elektromos taszítás. Be kell látnunk, hogy a környezetünkben lévő tömegek térgörbítő hatása nagyon minimális. Amennyiben észlelni szeretnénk tehát gravitációs hullámot, azaz igazolni szeretnénk Einstein meglátását, rettentő nagy tömegátrendeződéseket kell megfigyelnünk. Erre a célra a fekete lyukak egybeolvadásának megfigyelése alkalmas. Einstein idején korántsem volt pontos képünk a fekete lyukakról. Ugyanúgy elméleti feltevésnek számítottak, mint maguk a gravitációs hullámok, egészen a legutóbbi időkig. Ha a fekete lyukak összeolvadása során keletkező gravitációs hullámokat szeretnénk megismerni, először a fekete lyukakkal kapcsolatos tudásunkat érdemes felfrissíteni. Paradox módon a természetes állapotában mégoly gyenge gravitációs hatást kiváltani tudó piciny tömeg rendhagyó körülmények között minden ismert kölcsönhatásnál erősebb gravitációs hatás létrehozására képes. Mindez akkor következik be, ha a tömeget extrém szűk helyre préseljük össze. Ha egy c'sillaganyag rendkívüli módon összesűrűsödik, felszínén a gravitáció nagymértékben megnövekszik. A gravitációs hatás ugyanis a gömb sugarától, s a benne lévő anyag mennyiségétől függ. Minél kisebb a gömb sugara, azaz minél szűkebb helyre préseljük össze az anyagot, annál nagyobb lesz az anyaggömb felszínén a gravitáció. S azután létrejöhet ennek az extrém felszíni gravitációnak egy olyan szintje, amikor már a középpont felé ható „vonzás” az atomokat is összeroppantja, s az elektronokat bepréseli az atommagba, így tisztán neutronokból álló, elképesztően sűrű anyagot hoz létre. A csillagfejlődés egy lehetséges állapota ez, az úgynevezett neutroncsillag állapot. Egy kávéskanálnyi neutroncsillag tömege nagyjából egy méretes kastély tömegével vetekszik. De mi van akkor, ha az anyagot összepréselő hatásnak még a neutronok szilárdsága sem áll ellen, s az összehúzódás során még a neutroncsillagnál is sűrűbb anyag jön létre? Ilyenkor fekete lyuk keletkezik. Ekkor az összehúzódás minden határt átlép, s megállíthatatlanul tart egy józan ésszel nehezen értelmezhető pont, a „szingularitás” felé. Közben az anyag sűrűsége olyan nagy lesz, hogy összehúzódó csillaggömbünk felszínét már a fény sem tudja elhagyni, ami azt jelenti, hogy ettől kezdve a gravitáció minden információt rabul ejt. A fekete lyuk határának azt a gömböt tekintjük, amelynek felszínéről az utolsó információmorzsa meg tudott szökni. Ez a felszín az eseményhorizont, tehát amikor a csillag összehúzódása átlépi az eseményhorizontot, a csillag bezárul, fekete lyuk lesz belőle, s ezt a tartományt semmilyen közvetlen információ nem hagyja el. Földünket 0,9 cm sugarú gömbbé kellene összenyomni, hogy fekete lyukká váljon. A fekete lyukká préselő elképesztő nyomás a csillagok belsejében jöhet létre csillagrobbanás során. Képzeljünk el egy kellően méretes csillagot, melynek középpontja és felszíne között valahol félúton lévő gömbhéj mentén erős robbanás következik be. Ez a szupernovarobbanások egy típusa. Ilyenkor a csillag külső övezetei leszakadnak és szétrepülnek, a belső rész pedig összetömörödik, s ha a csillag kellően nagy maradt a külső burok elvesztése után is, akár fekete lyukká is válhat. De vajon hogyan észleljük a fekete lyukakat, ha semmilyen információ nem hagyhatja el azokat? Hol keressük a fekete lyukak összeolvadását? És hogyan befolyásolják a fekete lyukak az időt? Erről a következő alkalommal fogok mesélni. A Szaturnusz felemészti saját jéggyűrűit MTI-HÍR Felemészti jéggyűrűit a Szaturnusz saját mágneses mezeje - közölte a NASA, az amerikai űrügynökség. Az Icarus című tudományos lapban bemutatott tanulmány szerint a Szaturnusz gravitációja bevonzza az ikonikus gyűrűket jégrészecskékből álló, ködös eső formájában. A Szaturnusz gyűrűi a bolygó körül keringő gyűrűrendszert alkotnak. Apró, szinte teljesen vízjégből álló részecskék alkotják őket, de nyomokban sziklás anyag is fellelhető a gyűrűkben. Eredetük vitatott, mindenesetre most eltűnőben vannak. A „gyűrűeső” annyi csapadékot bocsát ki, amennyi fél óra alatt megtöltene egy olimpiai méretű úszómedencét - mondta el James O'Donoghue, a NASA Goddard Space Flight Center nevű intézményének munkatársa. A szakértők szerint a teljes gyűrűrendszer 300 millió év alatt eltűnik, és tekintve a bolygó egyenlítőjére hulló anyagmennyiséget, melyet a Cassini űrszonda észlelt, maguknak a gyűrűknek akár kevesebb mint 100 millió évük lehet hátra. „Ez viszonylag rövid idő ahhoz képest, hogy a Szaturnusz kora több mint négy milliárd év” - mondta O'Donoghue. Az apró részecskék, melyek korábban kiegyensúlyozott helyzetben voltak a gravitációnak és saját keringési sebességüknek köszönhetően, a Napból érkező' ibolyántúli fény vagy a kis meteoritbombázásokból érkező plazmafelhő hatására elektromosan feltöltődhetnek, ami drámai módon megváltoztatja az egyensúlyt - olvasható a tanulmányban. A gyűrű részecskéi így belezuhannak a Szaturnusz felső légkörébe, ahol elpárolognak, a víz pedig kémiai reakcióba lép a Szaturnusz ionoszférájával. Ez a reakció megnöveli az elektromosan töltött részecskék, a H3+ ionok élettartamát. A napfény által energizált ionok infravörös fényben ragyognak. A NASA kutatói ezt az infravörös fényt figyelték meg a Keck-teleszkóp segítségével. „Szerencsések vagyunk, hogy a Szaturnusz gyűrűrendszere közelében vagyunk, amely úgy tűnik, élettartama közepén jár. A gyűrűi azonban ideiglenesek. Lehetséges, hogy csak lemaradtunk a Jupiter, az Uránusz és a Neptunusz hatalmas gyűrűrendszereiről - ma már csak vékony kis gyűrűjük van” - fejtette ki O'Donoghue. A teljes gyűrűrendszer 300 millió év alatt eltűnik (Fotó: Shutterstock)
