Új Szó, 2019. április (72. évfolyam, 77-100. szám)
2019-04-05 / 81. szám
TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA Hogyan segítheti a tudomány fejlődését a gravitációs hullámok kutatása? A gravitációs hullámok a fizikusok számára az észlelés egy új módját és területét jelentik, ahol a már megismert dolgok másképpen mutatkoznak meg, s az eddig meg nem ismertekről is információk érkeznek (Fotó: Shutterstock) HORÁNYI GÁBOR Az előző cikkünkben azt tisztáztuk, hogyan zajlik a gravitációs hullámok észlelése. Az a tény, hogy az Einstein által megjósolt hullámokat nemzetközi összefogással minden kétséget kizáróan észlelni lehetett, már önmagában Nobel-dijat jelentett a projekt elindítóinak 2017-ben. De miért olyan nagyjelentőségű a gravitációs hullámok észlelése a fizika, s ezen belül a kozmológia, vagy akár a kvantummechanika fejlődése szempontjából? Mindezt egy példával szeretném megvilágítani. Képzeljünk el egy olyan világot, ahol az emberek nem rendelkeznek a látás érzékszervével. Ezt a világot nem olyannak kell elgondolni, amilyennek egy látássérült észleli a mi világunkban. A látók között élő vakok a látók fogalmait használják. Ha nem ismernénk a látást, akkor mindazok a fogalmak, melyek a látásunkkal függenek össze, nem léteznének. Nem használnánk olyan kifejezéseket a közbeszédben, hogy világosan látszik, ez a nézőpontom, látványos jelenség, s kétségtelenül nem úgy köszönnénk el egymástól, hogy viszontlátásra, legfeljebb úgy, hogy a viszonthallásra. De nem csak ezek lennének a különbségek. Nem beszélhetnénk színekről, másféle legendáink, történeteink lennének a világról, s még a természettudományos összefüggéseink struktúrája is meglehetősen eltérő lenne. S vajon mi történne egy ilyen világban, ha egyszer csak egy kiválasztott tudóscsoport szert tenne a látásra, erre a csodálatos „ötödik” érzékre? Minden bizonnyal nagymértékben módosulna mindaz, amit a világról gondoltunk. Bármilyen furcsán hangzik, a gravitációs hullámok felfedezése némileg hasonló helyzetet teremtett. A gravitációs hullámok a fizikusok számára az észlelés egy új módját s területét jelentik, ahol a már megismert dolgok másképpen mutatkoznak meg, s az eddig meg nem ismertekről is információk érkeznek. Maga a gravitációs hullám a fény légüres térben mérhető sebességével terjed, s a hullámok jellegzetes tulajdonságaival rendelkezik. Ugyanakkor a fény elektromágneses hullám, ami azt jelenti, hogy létrejöttének oka az elektromos töltések mozgása. Ilyképpen az elektromos töltött testek mozgásáról tájékoztat minket, akár meglehetősen nagy távolságról is. Keletkezésének, anyaggal való kölcsönhatásának megvannak a szabályai, s ezek a szabályok alapvetően eltérnek a gravitációs hullámra érvényes törvényektől. A gravitációs hullámokat ugyanis - ahogy ezt korábban leírtuk - a tömegek mozgása, átrendeződése kelti. Ebből következően elektromos töltéssel nem rendelkező tömegek mozgása, átrendeződése gravitációs hullámokat kelt anélkül, hogy elektromágneses hullámok is keletkeznének. Egy fekete lyuk azért fekete, mert nem tudja elhagyni azt a fény, azaz az elektromágneses hullám, ami a színét adná. Ugyanakkor a mozgó fekete lyukak keltenek gravitációs hullámokat, a gravitáció szempontjából a fekete lyuk nem fekete. A fény hullámhossza rendkívül rövid és elképesztően hosszú is lehet, s ezen lehetséges hullámhosszaknak csak egy meglehetősen szűk tartománya az, amit látható fénynek nevezünk. A látható fény hullámhossza nagyságrendileg a milliméter tízezred részének tartományába esik. Tehát a szemünk és agyunk ebben a tartományban tud egyáltalán információkat gyűjteni a világról az elektromágneses hullámok segítségével. Műszereinkkel persze észlelni tudjuk a kilométeres rádióhullámokat, s a milliméter milliárdod részének nagyságrendjébe eső gamma sugarakat is. A LIGO által észlelt gravitációs hullámok hullámhossza az 1000 kmes nagyságrendbe esik, ami azt jelenti, hogy a rendszer olyan tömegátrendeződéseket tud észlelni, melyek ilyen nagyságrendű gravitációs hullámot eredményeznek. Ezek a hullámok nem lépnek semmilyen kölcsönhatásba az emberrel, nincs olyan emberi érzékszerv, mely a gravitációs hullámokat észlelni tudná. A gravitációs hullámok könnyedén és minden féle változás, torzulás nélkül áthatolnak nemcsak rajtunk, hanem akár az egész földgolyón is. A LIGO számára tehát a Föld, s mindaz az anyag, amin a gravitációs hullámok torzulás nélkül áthatolnak, „láthatatlan”. Vagy talán úgy kellene fogalmazni, hogy hallhatatlan? Mivel a gravitációs hullámok hullámhossztartománya a hang hullámhossztartományába esik. Akár mondhatnánk, azt is, hogy a gravitációs hullámokat észlelő LIGO rendszer egyfajta gigászi, a kozmosz felé irányított fül? De tényleg erről lenne szó? A gravitációs hullámok észlelése nem a látás és a hallás kiterjesztése. Ez egy merőben új módja az észlelésnek, melynek megnevezése egy ma még nem létező, új szót igényelne. De manapság már nem nagyon szoktunk új szavakat kitalálni. A világmindenségben számos olyan jobbára ismeretlen jelenség zajlik, amely az eddig észleltnél sokkal nagyobb hullámhosszúságú gravitációs hullámok kibocsájtásával jár. Ilyen például az úgynevezett szupemehéz fekete lyukak mozgása. Ezek a fekete lyukak meglehetősen gyakoriak, a galaxisok középpontjaiban helyezkednek el. A szupemehéz fekete lyuk által keltett gravitációs hullámok megfigyeléséhez a Föld méreteit bőven meghaladó karokkal rendelkező detektorra lenne szükségünk. Erre a célra készül az űrbe telepített, s összehangolt mozgású műholdakból álló LISA rendszer. A műholdak finom távolságváltozását melyet a téridő hullámzása kelt, a LIGO-hoz hasonlóan lézerek segítségével lehet majd megállapítani. A gravitációs hullámok észlelése révén a kozmoszról szerzett ismereteink rohamosan bővülnek. Aki jobban belelát a kozmosz mélyébe, közelebb kerül az eredethez, az univerzum keletkezésének pillanatához. Ne felejtsük, a fénysebesség véges volta következtében elmondható: aki a távolba néz, az a múltba néz. Az eredet, a keletkezés pillanatának közelében minden kétséget kizáróan a kvantummechanika törvényei uralkodnak. A gravitációs hullámok révén tehát akár a relativitáselmélet és kvantummechanika egyesítése, a kvantumgravitáció elméletének megszületése is elérhető közelségbe kerülhet. A detektorok új generációja, az európai Virgo, valamint Japán és India gravitációs hullámdetektora mind pontosabb, a zavaró tényezőktől jobban megtisztított méréseket eredményezhet. Tervezés alatt áll egy sokkal hatékonyabb gravitációs hullámdetektor, az Einstein- távcső, mellyel kapcsolatban az is felmerült, hogy akár Magyarországon, a Mátra alatt is épülhetne. A fizika és ezen belül a kozmológia fejlődésének új korszaka kezdődött el. Az elmúlt szűk három évben a relativitáselmélet kérdéseit jártuk körül, hogy megérthessük a gravitációs hullámok természetét. A következő cikkünkben már a kvantummechanikára fogunk fókuszálni. Az élet jele is lehet, amit most észleltek a Marson MTI-HÍR Metánszivárgást észleltek a Mars felszínén. A jelenséget először a NASA Curiosity Mars-járója észlelte, majd ezt a vörös bolygó körül keringő európai űrszonda, a Mars Express is megerősítette. A Földön a metán az élet egyik fontos jele, hiszen gyakran biológiai folyamatok hatására jön létre. A marsi légkörben lévő metán természetének jellemzőiről és mértékéről nincs megegyezés a kutatók között. Ez a gáz azért különösen érdekes, mert a földi metánt különböző életformák is előállíthatják ugyanúgy, ahogy geológiai folyamatok. A feltételezések szerint a metánnak nagyon rövid az élettartama a Mars légkörében, így észlelése azt jelenti, hogy csak nemrég kerülhetett a felszínre. A metánra utaló erős jeleket a Curiosity 2013. június 15-én észlelte, majd méréseit megerősítették a másnap a Mars Express fedélzetén lévő spektrométerrel (PFS) gyűjtött adatok - írja a BBC.com. Az eredményeket két tanulmány foglalta össze, melyeket a Nature Geoscience című tudományos lapban mutattak be. Marco Giuranna kutató szerint alapvetően nem észleltek metánt, egyetlen esetet kivéve, amikor a légkörben mintegy 15 ppb (parts per billion) koncentrációban regisztráltak metánt a légkörben. Kiderült, hogy ez éppen egy nappal az után volt, hogy a Curiosity 6 ppb metánkoncentrációt mért. Úgy vélik, hogy a metán a Marsjárótól északra lévő területről származik és a szivárgás a Gale-kráterből ered, a Curiosity leszállási helyéből. A Marson több lehetséges módja van a metántermelődésnek. Ha léteznek még rajta mikrobák, azok is szolgálhatnak a metán forrásaként. A távoli múlt mikroorganizmusai által termelt metánt magába rejthette ajég is, amely olvadásakor felszabadulhat a gáz a légkörbe. Bizonyos geológiai folyamatok is termelhetnek metánt, nincs feltétlenül szükség biológiai folyamatra. Ilyen a szerpentinizáció, egy hőt és vizet igénylő kőzetátalakulási folyamat a kéregben. A metán ebben az esetben a folyamat mellékterméke. Marco Giuranna szerint a szivárgás nem a Gale-kráterből származik, a kutatók átvizsgálták a kráter körüli régiót olyan képződmények után kutatva, ahonnan elképzelhető lehet a szivárgás. A metánszivárgás ismert folyamat a Földön a tektonikus törésvonalak mentén és természetes gázmezőkön. , Azonosítottuk a tektonikus vetődéseket, melyek olyan régiók alatt húzódhatnak, ahol vékony jégréteg lehet. Mivel az állandóan fagyott területek (permafrost) remek szigetelést biztosítanak a metán számára, lehetséges, hogy a jég felszín alatti metánt zárt magába és időszakosan szabadítja fel a törésvonalak mentén, amikor aj égréteg is megtörik” - véli Giuseppe Etiópé, a római Nemzeti Geofizikai és Vulkanológiai Intézet munkatársa. Metánszivárgást észleltek a Mars felszínén (Fotó: Shutterstock)
