სამყაროს სმენით შესწავლა

წამოვიდა უზარმაზარი მასალა ამ აღმოჩენის შესახებ. ყველას თუთიყუშივით პირზე გვეკერა ტერმინი „გრავიტაციული ტალღები”, მაგრამ არამარტო არავინ ვიცოდით ეს რა ჯანდაბაა, არამედ ბევრმა ჩვენგანმა ისიც კი არ იცის, რომ სიტყვა გრავიტაცია სხვა არაფერია თუ არა მიზიდულობა. რა „იწვევს”გრავიტაციას ან რა პრინციპით მუშაობს ის, ან რა შუაშია საერთოდ ტალღები და რატომაა ეს აღმოჩენა ასეთი მნიშვნელოვანი?

უცნაური ისაა, რომ აინშტაინის მიერ ფარდობითობის ზოგადი თეორიის შექმნამდე, პასუხები ამ კითხვებზე ჩვენთვის კი არა, ფიზიკოსებისთვისაც კი გაუცემელი იყო. აქვე გაგიჩნდებათ კითხვა: კარგი, მე არ ვიცოდი, არ ვარ ფიზიკოსი, მაგრამ ფიზიკოსებმა როგორ არ იცოდნენ, ნიუტონმა ხომ ჯერ კიდევ მე-17 საუკუნეში (აინშტაინამდე 230 წლით ადრე) შემოგვთავაზა მსოფლიო მიზიდულობის კანონი? ესე იგი, ფიზიკამ უკვე იცოდა რა არის გრავიტაცია. ოლოლო თქვენ! ვერ გამოიცანით! არაფერიც არ იცოდა!

საღამოვდებოდა, ჩემი მეგობარი ესპანეთში უნდა გაგვეცილებინა. აღმაშენებლის ამტვერებულ ქუჩაზე ვიდექი, როცა მეორე ჩემი მეგობარი, ტბელ აბუსერიძე, მწერს: „გილოცავ! დროზე, გახსენი ეს ლინკი, გრავიტაციული ტალღები აღმოაჩინეს!“ თან მანამდე მსოფლიოში აღიარებულმა მეცნიერებმა, ლორენს კრაუსმა და ბრაიან გრინმა დაწერეს, რომ ჭორები გავრცელდა გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენის შესახებო. როცა მთელი ინტერნეტი მოიცვა ამ „ჭორებმა“, მოახლოვდა კიდეც პრესკონფერენციის დრო, სადაც იტყოდნენ, აღმოაჩინეს თუ მართლა ბოდვა იყო. აღმოჩენა მართლაც დადასტურდა! იმ დროს ჩემზე ბედნიერი არავინ არ იყო, რადგან ვიცოდი, ისტორიულ ფაქტს მოვესწარი.

ბოდიში, ცოტა გავერთე და ამ ბლოგის მიზანს გადავუხვიე. მიზანი კი ამ რთული ფენომენების მარტივად ახსნის მცდელობაა. ამიტომ, ზემოთ მოყვანილ კითხვებზე პასუხების გასაცემად მივყვეთ საინტერესო ისტორიას.

ნიუტონის მსოფლიო მიზიდულობის კანონის მიხედვით, მზე უცებ რომ გაქრეს, დედამიწა და მზის სისტემის სხვა პლანეტები მყისიერად მოსწყდებიან ორბიტებს და ღრმა კოსმოსისკენ აიღებენ გეზს, ანუ ამ ჰიპოთეტურ მოდელში, ჩვენც მყისიერად უნდა შევიტყოთ მზის გაქრობა.ეს მოდელი მარტივ ახსნას გვთავაზობს – როგორც მაგნიტი იზიდავს ლითონს, ასევე მზე იზიდავს პლანეტებს. თუკი მაგნიტი უცებ დაკარგავს მიზიდვის თვისებას, მას მიწებებული ლითონი მყისიერად ჩამოვარდება. ნიუტონისეული შეხედულებით, გამქრალ მზეს პლანეტების სწორედ ასევე მყისიერად უნდა „დასცვივდეს”.

დაახლოებით 230 წლის შემდეგ, 26 წლის ფიზიკის რევოლუციონერი აინშტაინი ადგენს, რომ არაფერს შეუძლია სინათლის სიჩქარეს გადააჭარბოს, მათ შორის არც ჩვენამდე „ინფორმაციის მოღწევას” მზის მიზიდულობის გაქრობის შესახებ.

და, აქ ვაწყდებით პარადოქსს: მზიდან ჩვენამდე სინათლის მოღწევას 8 წუთი სჭირდება. მზის გაქრობას ჩვენ მხოლოდ 8 წუთში შევიტყობთ, ასევე, ჩვენთვის, 8 წუთში უნდა გაქრეს მისი მიზიდულობა. ანუ, ერთი მხრივ არსებობს სივრცე ჩვენსა და მზეს შორის და მეორე მხრივ არსებობს ზუსტად დადგენილი დრო – 8 წუთი, რომელიც სჭირდება სინათლეს ამ სივრცის გასავლელად, რათა ჩვენამდე მოაღწიოს და გავიგოთ „მზის გაქრობის” შესახებ. ამ მოცემულობაში კი, ნიუტონის მსოფლიო მიზიდულობის კანონის მიხედვით,“გაქრობა/აღქმების” მყისიერება არ მუშაობს. ეს როგორ? ნიუტონი ცდებოდა? რამდენადაც დაუჯერებელი არ უნდა ყოფილიყო, ცხადი გახდა, რომ ნიუტონი ცდებოდა. მზის მიზიდულობის გაქრობა ჩვენი აღქმისთვის მყისიერი ვერ იქნება, რადგან მას აქვს ზღვრული სიჩქარე – სინათლის სიჩქარე, რომელსაც სამყაროში ვერაფერი გადააჭარბებს. მაშ რა ხდება? სწორედ ამ პარადოქსმა დააყენა აინშტაინი მიზიდულობის გვარობის ახსნის გზაზე და ათწლიანი ტვინის ჭყლეტის შემდეგ, გააკეთა ყველაზე ლოგიკური დაშვება – სივრცე და დრო არამარტო ერთმანეთის მიმართაა დამოკიდებული და მოვლენა ხდება სივრცე-დროში (ანუ ის ხდება სივრცის განსაზღვრულ კოორდინატებში კონკრეტულ დროს), არამედ არ არსებობს ცალკე დრო და ცალკე სივრცე. ეს ერთი ფენომენია: სივრცე-დრო და მოვლენები „მასში” ხდება! ხოლო მიზიდულობა სხვა არაფერია, თუ არა ამ სივრცე-დროის გამრუდების შედეგი! გამოთვლებზე დამყარებულმა ამ მოსაზრებამ ყველაფერი თავის ადგილზე დააყენა და აი, როგორ.

ყველამ ვიცით, რომ ბატუტზე დადებული ბოულინგის მძიმე ბურთი ბატუტის ზედაპირს (ბადეს) ამრუდებს. ასევე ამრუდებს ნებისმიერი მასიური ობიექტი თავის გარშემო სივრცე-დროს.

მზე ნამდვილად მასიური ობიექტია. ამიტომ, თუ ძალიან უხეშად წარმოიდგენთ, რომ სივრცე-დრო მის გარშემო ბატუტივით ჩაიზნიქა და გამრუდდა, მაშინ ძალიან ლოგიკურია, რომ მასთან სიახლოვეში მყოფი პლანეტები (მაგალითად დედამიწა) დაიწყებენ ამ გამრუდებულ სივრცე-დროში „ჩავარდნას” და ისევე წრიულის მსგავს მოძრაობას, როგორც მაგალითად პინგ-პონგის ბურთი დაიწყებდა წრიულ მოძრაობას ბოულინგის ბურთის მიერ ჩაღრმავებულ-გამრუდებულ ბატუტში. აინშტაინმა დაასკვნა, რომ, რეალურად, ერთი სხეულის მიერ რაღაც აუხსნელი ძალებით მეორეს „მიზიდვა” კი არ ხდება მაგნიტივით (რაც ნიუტონის დროს ეგონათ), არამედ ეს „მაგნიტის მსგავსი” მიზიდულობის ეფექტი (გრავიტაცია) იქმნება სივრცე-დროის „ჩაზნექილობაში” (გამრუდებაში) სხეულების ინერციული მოძრაობით (ეს კი გულისხმობდა დამატებით რამეს – ინერცია და გრავიტაცია, ერთი და იგივე რამ არის), ანუ მზე დედამიწას არ იზიდავს. მზის მასა ამრუდებს სივრცე-დროს, რომელშიც დედამიწა „ვარდნით-წრიულ” მოძრაობას ასრულებს.

ბუნებრივია, რომ დედამიწაც, როგორც მთვარის მიმართ მასიური ობიექტი, მთვარესაც ასე „ამოძრავებს” მის მიერ გამრუდებულ სივრცე-დროში და ეს ფენომენი სამართლიანია ყველა ობიექტის მიმართ მთელ „მაკრო” სამყაროში.

აინშტაინმა 100 წლის წინ დაუშვა, რომ თუ მისი თეორია მართებულია, მაშინ უნდა არსებობდეს გრავიტაციული ტალღები, რომელსაც მომავალში აღმოაჩენდნენ.

რატომ ტალღები? იმიტომ, რომ მოვლენებს მაკროსამყაროში აქვთ თავიანთი „გადამტანები” და ეს გადამტანი არის ტალღა. მაგალითად, მზის სინათლე ჩვენამდე აღწევს ტალღების სახით. კოსმოსური ზონდის მიერ გადაღებული პლანეტების ფოტოები ჩვენამდე ასევე ტალღის სახით აღწევს. ლოგიკური იყო დაშვება, რომ თუ გრავიტაცია სივრცე-დროის გამრუდებაა (მოვლენა მაკროსამყაროში), მაშინ ისიც ტალღის სახით უნდა გავრცელდეს.

ფარდობითობის თეორიის ეს ნაწილი (გრავიტაციული ტალღების ვარაუდი) ლამაზად ჟღერდა. მისი აღიარებით უამრავი მოვლენა მაკროსამყაროში უკვე ლოგიკურად იხსნებოდა. მაგრამ თეორია მაინც თეორიაა და მხოლოდ დაშვებად და ლამაზ ზღაპრად შეიძლება დარჩეს მის ექსპერიმენტულ დამტკიცებამდე…

11 თებერვალი. ტბელ აბუსერიძე: „ბექა! გილოცავ! დროზე, გახსენი ეს ლინკი, გრავიტაციული ტალღები აღმოაჩინეს!

შესაძლოა გაგიჩნდეთ ლოგიკური კითხვა: თუ მზის მიერ პლანეტების „მიზიდვა” სივრცე-დროის გამრუდების შედეგია და ამან უნდა წარმოშვას გრავიტაციული ტალღები და, ამავე დროს, ტალღები მუდმივად უნდა წარმოიქმნებოდეს და ვრცელდებოდეს ამ მასიური ობიექტების (მზისა და პლანეტების) განუწყვეტელი მოძრაობის გამო, რატომ დასჭირდათ მეცნიერებს 100 წელი მათ აღმოსაჩენად? საქმე ისაა, რომ მართალია, მზე მასიურია, მაგრამ დღევანდელი ტექნოლოგიებისთვის მის მიერ გენერირებული ტალღები დასაფიქსირებლად მაინც „მცირეა”. ამიტომ, მეცნიერებმა ყურადღება მზეზე გაცილებით უფრო მასიურ ობიექტებს მიაპყრეს. კითხვა, სავარაუდოდ, ასე ჟღერდა – რა არის მაკროსამყაროში მზეზე გაცილებით მასიური და რა მოვლენაა ისეთი სიმძლავრის, რომლის შემდეგაც შევძლებთ გრავიტაციული ტალღის დაფიქსირებას ჩვენ ხელთ არსებული ტექნოლოგიებით?

შესაძლებელია, ასეთი ობიექტი იყოს ნეიტრონული ვარსკვლავი და შავი ხვრელი. თან ვიცით, რომ ისინი ერთმანეთს ეჯახებიან.

დარჩა მხოლოდ ზემგრძნობიარე ინსტრუმენტების შექმნა, რომელიც სწორედ ნეიტრონული ვარსკვლავების ან შავი ხვრელების შეჯახების შედეგებს დააფიქსირებდა. რატომ ზემგრძნობიარე? იმიტომ, რომ ასეთი მოვლენები, მართალია, თავისთავად ძალიან მასშტაბურია, მაგრამ ისინი იმდენად შორს არიან ჩვენგან, რომ მათი გავლენა ჩვენს უშუალო გარემოზე ძალიან მცირეა. LIGO-სმეცნიერების მიერ დაფიქსირებული გრავიტაციული ტალღები, რომლებიც 1,3 მილიარდი სინათლის წლის მანძილიდანაა წამოსული, პროტონის დიამეტრზე მილიონჯერ პატარაა. ამიტომ, მათ საძიებლად მეცნიერებს მოუწიათ ძალიან ნატიფი ინსტრუმენტების შექმნა და ექსპერიმენტი ასეთი იყო:

ერთი დეტექტორი ლუიზიანაში დადგეს, მეორე კი – ვაშინგტონის შტატში. ამ დეტექტორებმა ლაზერის სხივები გაუშვეს 4 კილომეტრის სიგრძის გვირაბში, რომლის ბოლოშიც სარკეები იყო. როცა სინათლე აირეკლება და უკან მოდის, ხელახლა ერთიანდება და წარმოქმნის ე.წ. ინტერფერენციულ ზოლებს. ეს ზოლები სინქრონულია. როცა გრავიტაციული ტალღები დედამიწას გადაუვლის, ეს დეტექტორები უნდა შეიკუმშოს და ისევ გაიჭიმოს. სინათლის ზოლები კი აღარ იქნება სინქრონული და წაინაცვლებს. სწორედ ეს მცირე წანაცვლება დააფიქსირა მეცნიერთა გუნდმა.

LIGO-ს (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) აღმოჩენა ფარდობითობის თეორიის მართებულობის დამატებითი მტკიცებულებაა. რითია ეს უმნიშვნელოვანესი? აღმოჩენა ადგენს სამ რამეს:

1. სივრცე-დროის კონტინუუმი ნამდვილად არსებობს

2. მიზიდულობა სივრცე-დროის გამრუდების შედეგია.

3. თავად გრავიტაციული ტალღები კი ე.წ. ჭავლებია სივრცე-დროში, რომლებიც სამყაროშის ინათლის სიჩქარით ვრცელდება.

აღმოჩენის დამატებითი უდიდესი მნიშვნელობა ისიცაა, რომ იგი სამყაროს კვლევის ახალ პერსპექტივებს აჩენს. აქამდე ფაქტობრივი მონაცემები ბევრი კოსმოსური მოვლენის შესახებ, მხოლოდ ხილული სინათლისა თუ სხვა ტიპის ელექტრომაგნიტური ტალღების საშუალებით შეისწავლებოდა. მაგრამ არსებობს მრავალი რამ, რაც აქამდე, პირდაპირი მნიშვნელობით, მეცნიერებისთვის უხილავი იყო. მაგალითად, შავი ხვრელი სინათლეს არ ასხივებს. ამიტომ ის სრულიად უჩინარია. შესაბამისად, მისი ფაქტობრივი შესწავლა ტრადიციული მეთოდებით შეუძლებელი იყო და მხოლოდ თეორიის სფეროს განეკუთვნებოდა. ახლა ისინი გრავიტაციული ტალღებითაც იქნება გამოკვლეული. ეს აღმოჩენა კი, მეცნიერებს ემპირიულად დადასტურებული კვლევების დიდ ეპოქას ჰპირდება.

„ახლა, უკვე ჩვენ არამხოლოდ დავინახავთ სამყაროს, არამედ მოვუსმენთ კიდეც მას“ – აცხადებს ლუიზიანის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მკვლევარი, გაბრიელა გონსალესი.

გენიალურია! აინშტაინმა 100 წლის წინ მათემატიკური განტოლებებიდან დაადგინა ის, რისი ფაქტობრივი მტკიცებულებაც ერთი საუკუნის შემდეგ შეძლეს.

ამასობაში კი, დასავლელი მეცნიერები კვლავ გაგვაოგნებენ თავიანთი აღმოჩენებით. მეც სხვა რა გზა მქონდა, წავედი აღმოჩენის გამოცხადების დღეს ბარში და ჩემს მეგობარ ზვიად სულაბერიძესთან ერთად აღვნიშნე მათი აღმოჩენა და… გრავიტაციულ ტალღებზე სერფინგიც დავგეგმეთ.

სიამოვნებით წარმოგიდგენთ National Geographic საქართველოს ელ. სატატიების რუბრიკა “Nat Geo სტუდენტების” კონტრიბუტორ, ბექა მამუკაშვილს. ბექა 20 წლისაა და აგრარულ უნივერსიტეტში სწავლობს ინჟინერიასა და პროგრამირებაზე. ახლა ის მეორე კურსზეა. გატაცებულია ასტონომიით, ასტროფოტოგრაფიით და არის მეტად საინტერესო Facebook გვერდის, Geo-Astro-ის ერთ-ერთი ადმინისტრატორი.