— Objavljeno 02/10/2015 / Bug.hr.
Ljudsko znanje o svemiru najvećim se dijelom temelji na informacija koje su na Zemlju donijeli kozmički glasnici – čestice emitirane u svakakvim kozmičkim procesima i detektirane raznovrsnim zemaljskim instrumentima. Glasnici koji su prvi otkriveni, i koji su do danas ostali najvažniji, su fotoni ili kvanti elektromagnetskih valova. Fotoni različitih energija (ili frekvencija, ili valnih duljina) različito međudjeluju s materijom pa njihovo opažanje zahtijeva različite metode. Zato elektromagnetske valove, iz praktičnih razloga, dijelimo na radiovalove, mikrovalove, infracrveno zračenje, vidljivu svjetlost, ultraljubičasto zračenje, rendgensko zračenje i gama-zračenje. Vidljiva svjetlost je tek mali prozor elektromagnetskoga spektra. Opažanje vidljive svjetlosti iz svemira, najprije golim okom a onda sve složenijim instrumentima, dovelo je do optičke astronomije. Detekcijom kozmičkih radiovalova nastala je radioastronomija. Bio je to drugi prozor u svemir kojega je čovječanstvo otvorilo.
Ostali prozori postali su dostupni tek s pomoću instrumenata na satelitima. Pojavile su se infracrvena astronomija, ultraljubičasta astronomija, rendgenska astronomija i gama-astronomija. Izuzetak je jedan dio gama-astronomije, koji nazivamo visokoenergijskom gama-astronomijom. Zbog neizravne metode opažanja njezini instrumenti nisu na satelitima nego na tlu, poput radioteleskopa i većine optičkih teleskopa. Osim fotona, kozmički glasnici su još: kozmičke zrake (nabijene čestice, uglavnom protoni), astrofizički neutrini (neutralne čestice koje s materijom međudjeluju nezamislivo slabo) i gravitacijski valovi (nabori prostorvremena predviđeni općom teorijom relativnosti). Svi ti glasnici imaju grandiozne detektore na Zemlji, ali još uvijek nemaju svoju astronomiju. Naime, za astronomiju nije dovoljno samo detektirati glasnike, nego ih je nužno povezati s kozmičkim izvorima. Ni kozmičke zrake, ni astrofizičke neutrine, ni gravitacijske valove još ne možemo pouzdano povezati s kozmičkim izvorima. Osim toga, gravitacijski valovi nisu dosad čak ni izravno opaženi. No, to bi se moglo promijeniti već u iduća tri mjeseca, najavljuju znanstvenici koji vode eksperiment LIGO, što bi značilo otvaranje dosad najspektakularnijeg prozora u svemir.
Što su zapravo gravitacijski valovi? Samo jedna od znanstvenofantastičnih tema koje sa stvarnošću nemaju veze? To je mišljenje mnogih ljudi, onih koji su za gravitacijske valove uopće čuli, mišljenje koje ponekad iznose neki moji kolege geolozi, biolozi, kemičari pa čak i fizičari neupućeni u nove astronomije. Za fizičare koji poznaju Einsteinovu opću teoriju relativnosti gravitacijski valovi su dio stvarnosti – nešto što postoji, premda dosad nije izravno opaženo.
O općoj teoriji relativnosti već sam bio pisao za BugOnline, u tekstu Supernova na Einsteinovom križu. Ukratko, opća teorija relativnosti je teorija gravitacije – pojave koju, iz iskustva, poznajemo kao međusobno privlačenje objekata uzrokovano njihovom masom. No, opća teorija relativnosti je puno više od pukog opisa privlačenja masivnih tijela u prostoru. Ona sam prostor tretira kao fizički entitet koji ima svoja svojstva, a ne kao ništavilo, prazninu u koju možemo smjestiti objekte. Opća teorija relativnosti gravitaciju opisuje kao zakrivljenost prostora (zapravo, zakrivljenost prostorvremena, jer su prostor i vrijeme neraskidivo povezani). U pojednostavljenom slučaju, opću teoriju relativnosti možemo opisati u jednoj rečenici, kao što je to prvi sročio John Archibald Wheeler: masivno tijelo određuje kako će se okolni prostor zakriviti, a taj zakrivljeni prostor određuje kako će se druga tijela u njemu gibati.
Promijeni li se raspodjela masa u prostoru, promijenit će se i zakrivljenost prostora. Kao kad kamen bacimo na dotad mirnu površinu vode – promijenit će se zakrivljenost površine vode. Naravno, zakrivljenost površine vode zbog bačenog kamena je prolazna pojava, a zakrivljenost prostora zbog "ubačene" mase je trajna pojava. No, važna sličnost ovih dviju pojava postoji u drugom segmentu: poremećaj koji uzrokuje kamen bačen u vodu širi se na sve strane i to širenje poremećaja nazivamo valom. Na isti način, poremećaj zakrivljenosti prostora – uzrokovan naglom promjenom raspodjela velikih masa u relativno malom prostoru – ne ostaje lokaliziran, nego se širi na sve strane. Upravo to je gravitacijski val – nabor prostora koji se od mjesta poremećaja širi na sve strane.
Gravitacijski valovi predviđeni su općom teorijom relativnosti još prije sto godina. Zasad su potvrđeni samo neizravno, kroz smanjenje orbitalnog perioda dvojnog sustava neutronskih zvijezda. Tu su pojavu prvi put opazili Russell Alan Hulse i Joseph Hooton Taylor, sa sveučilišta Princeton. Oni su, davne 1974. godine,
otkrili pulsar u dvojnom sustavu čiju su pulsaciju mogli pratiti godinama. Opća teorija relativnosti, naime, predviđa da dvojni sustav neutronskih zvijezda uzrokuje uzburkanost okolnog prostora koja se širi dalje u svemir. Drugim riječima, trajno se emitiraju gravitacijski valovi koji odnose enegiju dvojnog sustava zbog čega dvije neutronske zvijezde polagano padaju jedna prema drugoj. Ta bi promjena trebala biti mjerljiva na duljoj skali. Uglavnom, Hulse i Taylor izmjerili su promjenu od 76,5 mikrosekundi na godinu, što se izvrsno slagalo s teorijskim predviđanjima. Bila je to neizravna detekcija gravitacijskih valova za koju su dobili Nobelovu nagradu, 1993. godine.
Nešto malo ranije, 1992. godine, fizičari Kip Thorne i Ronald Drever s Caltecha te Rainer Weiss s MIT-a, pokrenuli su pripremu eksperimenta LIGO. LIGO je akronim od Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, opservatorij za lasersku interferometriju gravitacijskih valova. Bio je to prvi eksperiment namijenjen izravnoj detekciji gravitacijskih valova. Nakon dvadeset godina dizajna, konstrukcije i testiranja, LIGO je konačno proradio 2002. Opažao je do 2010. godine, ali bez očekivanih rezultata. Pokazalo se da je osjetljivost instrumenta premala. Zatim je idućih pet godina nadograđivan u poboljšanu verziju koja je nazvana Advanced LIGO. Prije nepuna dva tjedna, 18. rujna 2015. godine, Advanced LIGO je krenuo punim pogonom, s tri puta većom osjetljivošću od svojeg prethodnika. No, lovci na gravitacijske valove već najavljuju da se neće na tome zaustaviti. Za tri mjeseca ponovo će obustaviti opažanja i narednih devet mjeseci raditi na poboljšanjima koja bi osjetljivost instrumanta trebala popraviti deset puta u odnosu na izvorni LIGO. A tada ćemo, vrlo vjerojatno, svemir ugledati u posve novom svjetlu i opet radikalno revidirati znanje o svijetu u kojem živimo.