Chleba po vyhlášení nejnovější fyzikální senzace nezlevní. Fyzikové však získali poslední důkaz o platnosti obecné teorie relativity, na nějž čekali sto let. Astronomové budou moci pozorovat vesmír novým způsobem. Čekají nás fascinující objevy.
Sami vědci z detektoru LIGO, který potvrdil existenci gravitačních vln, fyzikálního jevu předpovězeného německým fyzikem Albertem Einsteinem v roce 1916, původně nechtěli věřit svým očím. Objev přišel dřív, než začal detektor oficiálně pracovat. Podle webu časopisu Nature si slibného signálu jako první všiml německý fyzik Marco Drago. Upozornil na něj svého šéfa, Američana Bruce Allena. Ten si ale myslel, že záznam vypadá moc dobře na to, aby byl pravdivý. Vědci v LIGO se totiž dohodli, že budou trénovat falešné poplachy. Zkušení členové týmu měli občas přidat do dat z detektoru klamný signál.
Měl otestovat schopnost odborníků, kteří měření detektoru hlídají, rozpoznat skutečné gravitační vlny. Falešnému signálu říkali fyzikové "slepá injekce." Když si Allen prohlédl data, která mu ukázal Drago, byla to jeho první myšlenka.
"Když jsem to viděl, řekl jsem si: jasně, to je injekce, samozřejmě," prohlásil. Jenže nebyla. Trénink falešných poplachů totiž ještě nezačal. Signál se stal historickým objevem, který bude téměř jistě odměněn Nobelovou cenou. Můžete si ho poslechnout převedený na zvuk. Stačí si pustit výše vložené video.
Život na kouli
V relativistické fyzice připomíná prostor gumu. Může se ohýbat, natahovat a zkracovat. Je to bezpochyby obtížně představitelné. Dá se ale popsat pomocí analogie. S něčím podobným se totiž lidé musí vyrovnávat i při cestování po Zemi. Když potřebujete přejít vzdálenost mezi dvěma body, pak - za předpokladu, že vám nic nepřekáží a nejste v podroušeném stavu - jdete rovně, což znamená po přímce. Protože ale žijete na povrchu koule, je přímka ve skutečnosti oblouk. Na běžné každodenní přemísťování to nemá vliv.
Poloměr Země je totiž obrovský. Při cestování na větší vzdálenosti, jako je třeba let přes Atlantik, už se ale zakřivení Země projeví. Když chce letadlo letět nejkratší cestou, musí zvolit trasu, která na placaté dvourozměrné mapě vypadá křivě.
Einstein předpověděl, že za určitých okolností se prostor může chovat podobně jako třeba hladina rybníka, do které hodíte kámen. Začne se vlnit. V praxi by se to mělo projevovat střídavým prodlužováním a zkracováním vzdáleností. Jako kdyby se vaše cesta do práce, která má třeba tři kilometry, smrskla na jeden a půl, a pak zase natáhla. Skutečné změny způsobené gravitačními vlnami jsou ale velice malé.
Laskavá příroda
Albert Einstein si myslel, že se je nikdy nepodaří změřit. Technika však od jeho dob pokročila. Experiment LIGO tvoří dvojice detektorů vzdálených několik tisíc kilometrů. Jsou oba stejné. Každý z nich se skládá ze dvou navzájem kolmých rour, dlouhých čtyři kilometry. Jejich vnitřkem cestuje laserový paprsek a měří vzdálenost zrcadel na jejich koncích. Když detektorem prochází gravitační vlna, jedna z trubic se zkrátí, zatímco druhá zůstane stejně dlouhá. To se opakuje napřed v jednom detektoru, pak v druhém. Vlny cestují rychlostí světla.
Přesnost měření je ohromující. "Efekt, který měříme na Zemi, je ekvivalentní měření vzdálenosti k nejbližší hvězdě, Proximě Centauri, v rozmezí mikronů," vysvětlil jeden z fyziků pracujících na projektu, Američan Matthew Evans.
Experiment LIGO začal pracovat v roce 2002. Fungoval deset let, aniž by zachytil nějaké známky existence gravitačních vln. Pak ho vědci přestavěli, aby byl ještě přesnější. Bylo to velice obtížné, poněvadž měření ovlivňují například zemětřesení nebo v okolí projíždějící auta. Mnohaletá práce se ale vyplatila a gravitační vlny jsou na světě.
"Příroda byla téměř neuvěřitelně laskavá a poskytla nám signál, který je extrémně silný a extrémně snadno srozumitelný," řekl David Shoemaker z Massachusettského technologického institutu. Podrobnosti výzkumu vyšly v časopise Physical Review Letters.
Srážka černých děr
Zachycenou gravitační vlnu způsobila podle vědců srážka dvojice objektů, na něž Albert Einstein nikdy neuvěřil - černých děr. Jedna z nich měla hmotnost asi jako 29 Sluncí, druhá jako 36. Spojily se do větší černé díry, která má hmotnost asi jako 62 Sluncí. Zbytek hmoty, odpovídající asi třem hmotnostem Slunce, se přeměnil na energii, jež se vyzářila jako gravitační vlny. Fyzikové odhadují, že se to stalo asi 1,3 miliardy světelných let od Země. Kde přesně to bylo, nevědí.
Data ze dvou detektorů na spočítání přesné polohy nové černé díry nestačí. V budoucnosti by to ale jít mohlo. Na Zemi jsou další dva detektory podobné Ligu. Jeden se jmenuje Virgo a stojí poblíž šikmé věže v Pizze. Druhému se říká GE0600 a stojí kousek od Hannoveru. Když naší planetou procházela gravitační vlna zaznamenaná Ligem, byly bohužel oba vypnuté. V blízké budoucnosti by navíc mohl jeden detektor přibýt. Fyzikové plánují doplnit dvě stávající měřící aparatury Liga o třetí.
Lidstvu se tak dostává do rukou nový způsob, jak pozorovat vesmír. Gravitační vlny se přidají k dosavadním metodám studia kosmu, jako je viditelné světlo, radiové, infračervené záření nebo záření gama. Umožní nám podrobně zkoumat černé díry, což je klíčové pro současnou fyziku, poněvadž v černých dírách narážejí její zákony na své hranice. Známý vědec Stephen Hawking už se nechal slyšet, že by gravitační vlny mohly posloužit k ověření jedné z jeho teorií o černých dírách.
