Zmarszczki wszechświata

Tomasz Rożek

GN 13/2014 |

publikacja 27.03.2014 00:15

Ludzie dostają zmarszczek na starość. Wszechświat – przeciwnie. Pomarszczył się cały w pierwszych chwilach swojego istnienia. Właśnie zarejestrowano fale grawitacyjne. Coś tak nierzeczywistego, że od myślenia na ich temat... marszczy się czoło.

Obserwatorium astronomiczne na biegunie południowym. Dzięki temu teleskopowi udało się zarejestrować zmarszczki przestrzeni Eli Duke /flickr Obserwatorium astronomiczne na biegunie południowym. Dzięki temu teleskopowi udało się zarejestrować zmarszczki przestrzeni

Z tym marszczeniem jest od razu problem. Wokół nas wiele rzeczy może mieć zmarszczki. Fale na wodzie wyglądają jak zmarszczki, pognieciona czy poskładana kartka papieru także wygląda jak pomarszczona. Tak samo zresztą jak na przykład plisowana spódnica. Ale wszystkie zmarszczki, które nas otaczają, występują na powierzchniach płaskich. Są w pewnym sensie dwuwymiarowe. Tymczasem fale grawitacyjne dotyczą trzech wymiarów. Ich zarejestrowanie to wyzwanie nie tylko technologiczne, ale przede wszystkim intelektualne. Jak wyobrazić sobie coś, czego nigdy nikt nie zobaczył? Czego po prostu wokoło nas nie ma?

Tłuszcz na wodzie

Najłatwiej chyba wrócić do dwóch wymiarów i spróbować zrobić analogię. Gdy na płaskiej powierzchni, na przykład tafli wody, znajdzie się kilka obiektów, powiedzmy oczek tłuszczu, te nie będą zmieniały swoich kształtów. Nie powinny też zmieniać swojego położenia. Co innego, gdy pojawi się jakaś fala. Takie zaburzenie (zmarszczka), poruszając się, natrafi w końcu na wspomniane oczka tłuszczu. Gdy przez nie przejdzie, oczka nie tylko zmienią swoją pozycję, ale także kształt i rozmiar. Ale to tylko chwilowa sytuacja. Gdy fala przejdzie, wróci spokój, wróci poprzedni kształt obiektów i poprzednia ich pozycja. My, wszystko, co nas otacza, Ziemia, ba, cały wszechświat jest zanurzony w przestrzeni, przez którą cały czas przebiegają fale. Nie tylko elektromagnetyczne (np. światło), ale także znacznie bardziej subtelne, czyli fale grawitacyjne. Skąd ich nazwa? Powstają w czasie największych kataklizmów kosmicznych. W wodzie fale mogą powstać, gdy do zbiornika wrzucimy kamień.

W kosmosie takim kamieniem wytwarzającym fale jest szybka przemiana materii w energię. W 1974 r. dwaj amerykańscy radioastronomowie (Joseph Taylor i Russel Hulse), obserwując krążące wokół siebie gwiazdy (PSR1913+16), stwierdzili, że układ powoli traci swoją energię, tak jak gdyby wysyłał fale grawitacyjne. Mimo że samych fal nie zaobserwowano, za pośrednie potwierdzenie ich istnienia autorzy dostali w 1993 r. Nagrodę Nobla. Było to kilkadziesiąt lat po pierwszych próbach eksperymentalnego wykrycia zmarszczek przestrzeni. W latach 60. XX wieku próbował je zarejestrować amerykański fizyk Joseph Weber. Budowane przez niego aluminiowe cylindry obłożone detektorami niczego jednak nie wykryły.

Fale na biegunie

Tym razem się udało. Zaledwie kilka dni temu naukowcy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ogłosili, że dzięki obserwacjom umieszczonego na biegunie południowym teleskopu BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) udało im się zarejestrować zmarszczki przestrzeni. Dane należy powtórnie przeanalizować, inne zespoły naukowców powinny sprawdzić ich prawidłowość, ale już dzisiaj środowisko kosmologów i fizyków jest mocno poruszone publikacją, na temat odkrycia która ukazała się w „Nature”.

Istnienie fal grawitacyjnych przewidział niemal wiek temu Albert Einstein. To, co zarejestrowano, to echo pierwszych chwil istnienia wszechświata. Wtedy miała miejsce tzw. era inflacji – wszechświat niezmiernie szybko się rozszerzał. Znacznie szybciej niż prędkość światła. Nie należy jednak mylić tego z prędkością poszczególnych obiektów w rodzącym się kosmosie. To nie tyle one się poruszały, ile raczej puchła przestrzeń pomiędzy nimi. Dość trudno to zrozumieć, więc czas chyba na kolejną analogię. Z dość dużym przybliżeniem rozszerzający się kosmos można porównać do pompowanego balonu. Gdyby narysować na nim kilka kropek, a potem nadmuchać, odległość pomiędzy kropkami zwiększy się. Mimo tego, że same kropki nie zmienią swojej pozycji. To przestrzeń pomiędzy nimi spęczniała. Odkrycie fal grawitacyjnych świadczy o tym, że w młodym wszechświecie rzeczywiście był okres, w którym to pęcznienie miało niesamowite tempo. Dzisiaj wszechświat też się rozszerza. Balon też się pompuje. I choć pęcznieje coraz szybciej, bardzo daleko mu do tempa rozszerzania, jakie miał krótko po swoich narodzinach.

Dostępna jest część treści. Chcesz więcej? Zaloguj się i rozpocznij subskrypcję.
Kup wydanie papierowe lub najnowsze e-wydanie.