Eynşteynin kənahəti: Qravitasiya dalğaları

Eynşteynin Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsinə əsasən kainat bir dəniz kimi dalğalana bilər. O buna prosesə Qravitasiya Dalğalanması deyirdi. Bəs o haqlı idi? Birlikdə baxaq.

Bu mövzumuzu bir-neçə yerə bölüb ilk qismi "Qravitasiya dalğaları nədir?" deyə adlandıraq və bu suala cavab verməklə mövzuya başlayaq.

Qravitasiya dalğaları nədir?

Bu suala cavab vermək üçün Enşteynin 1915-ci ildə irəli sürdüyü Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi haqqında da məlumatlı olmamız lazımdır. Yaxşı, Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi nədən bəhs edir? Bu suala mövzunu çox uzadıb sıxıcı etməmək üçün qısaca olaraq bu şəkildə cavab verə bilərik: Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi zaman-məkanı parçaya bənzədir. Əgər 4 küncündən də tutulub gərilmiş bir parçanın məsələn, stolunuzun örtüyünün üzərinə ağır bir cisim qoysanız parça cismin ağırlığından dolayı əyiləcək (çökəcək). Kütlə də buna bənzər bir şəkildə zaman-məkanı bənzər şəkildə əyir. Burada hər hansı bir bənzətmədən istifadə etmirik. Kütlə zaman-məkanı həqiqi mənada əyə bilir. Buna qravitasiya və ya cazibə deyilir. Daha doğrusu cisimlərin zaman-məkan içərisindən keçərkən bir-birlərinə doğru hərəkət etmə meyilliliyinə qravitasiya deyilir. Yəni cazibə Nyutonun hesab etdiyi kimi iki və ya daha çox cisim arasındakı xəyali bir iplə çəkmək kimi səbəbdən qaynaqlanan bir anlayış deyil. Səbəbi cisimlərin zaman-məkanı əyməsidir.

İndi sualımıza cavab verək. Qravitasiya dalğaları nədir? Enşteyn kosmodakı obyektlərin sabit deyil, hərəkətdə olduğunu bilirdi. Sürətləndikcə suda dalğalar yaradan gəmi kimi artan təcillə hərəkət edən kütlələrin zaman-məkanda "dalğalanmalar" yaratdığını və bu dalğaların qaynaqdan xaricə doğru enerji (radiasiya) daşıdığını irəli sürmüşdü. Amma Enşteynə görə bu dalğaları müəyyən etmək demək olar ki, qeyri-mümkün idi, çünki dalğalar qaynaqdan nə qədər uzalaşsalar o qədər zəifləyirilər, hətta subatom səviyyəsinə keçirlər. Digər tərəfdən, dalğanın böyüklüyü obyektin kütləsi ilə əlaqəli olduğu üçün obyekt nə qədər böyük olursa dalğalar da o qədər böyük olmalıdır. Bu fikirdən sonra bütün diqqətlər bir-biri ilə toqquşan pulsarlar kimi nəhəng göy cisimlərinə çevrildi. Jozef Teylor və Stiv Veyzberqin PSR B1913+16 adlı cüt pulsarlı sistemdən əldə etdikləri məlumatlar sayəsində qravitasiya dalğaları ilk dəfə dolayı yolla ortaya qoyuldu. Bir-birlərinin ətrafında fırlanan iki yüksək sıxlıqlı neytron ulduzu fırlandıqca zaman-məkanı əyərək qravitasiya dalğaları vasitəsi ilə enerji yayırdılar və ulduzların azalan enerjisi qravitasiya dalğalarının varlığını dolayı yolla sübut edirdi.

Cüt pulsarlar

Qravitasiya dalğalarının birbaşa kəşfi körpə kainatı anlaya bilmək üçün önəmli bir fürsətdir. Böyük Partlayışdan təxminən 380 min il sonraya kimi kainatda heç bir işıq mənbəyi yox idi. Yəni heç bir işıq yox idi. Dolayısı ilə, teleskoplarla nə qədər qədim kosmik obyektlərə baxsanız belə görə biləcəyiniz ən cavan kainat 380 min il yaşında olacaq. Ayrıca, şüa yaymayan bir kainatı qiymətləndirmək üçün ənənəvi elektromaqnetik cihazları istifadə etməyə çalışmaq da yayarsızdır. Amma qravitasiya dalğalarının kəşfi sayəsində Böyük Partlayışdan 380 min ilə qədərki period haqqında məlumat əldə etməyimiz mümükün olacaq. Kainat 380 min il sonra isə Kosmik Mikrodalğa Arxaplan Radiasiyası adlanan şüalanma dövrəsinə girir ki, bundan sonrasını elektomaqnetik ölçmələrlə ölçə bilirik.

Qravitasiya dalğalarının kəşfi

Qravitasiya dalğaları Enşteynin bu fikri irəli sürdüyündən bəri ilk dəfədir ki, birbaşa müşahidə edilir. (Əslində daha öncə, 2014-cü ildə, 17 martda BICEP 2 vasitəsi ilə qeyd edildiyi deyildi biz də bu barədə facebook səhifəmizdə post paylaşmışdıq, iki həftə sonra ölçülərin yanlış olduğu məlum olmuşdu). Dediyimiz kimi, qravitasiya dalğaları kosmik obyektlərin zaman-məkanda yaratdığı dalğalardır və bu dalğaların ölçülməsi olduqca çətindir. Çünki qaynaqdan uzaqlaşdıqca dalğalar zəifləyir. Bu dalğaları müşahidə edə bilməyimiz üçün dalğalar müşahidə edilə bilinəcək ölçüdə olmalıdır ki, bu da qaynağın nəhəng, yəni böyük kütləli cisim olması gərəkdiyi mənasına gəlir. Real müşahidələrlə təstiqlənmiş məhz bu dövrdəki elmi zəfərimizi 1,3 milyard il öncə baş vermiş bir qəzaya (və ya fəlakətə) - iki qara dəliyin bir-biri ilə toqquşmasına - borcluyuq. Bu kəşf Enşteynin kəhanətini təsdiqlədi və kainatımıza yeni bir baxış bucağı açdı.

Qravitasiya dalğaları mənşələri və qravitasiya haqqında başqa yolla heç cür əldə edilə bilinməyəcək qiymətli məlumatlar daşıyır. Fiziklər düşünür ki, müşahidə etdikləri qravitasiya dalğaları iki qara dəliyin birləşib tək bir qara dəliyə çevrilmə anının son mərhələsində yayılmışdır. İndiyə qədər iki qara dəliyin birləşməsi təxmin edilmiş amma heç vaxt realda müşahidə edilə bilməmişdir.

Qravitasiya dalğaları 2015-ci ilin sentyabr ayının 14-ü, Cənub Yay Saatı ilə 5:51-də Livinqston, Luiziana və Henfird, Vaşinqtonda yerləşən əkiz Lazer İnterferometerli Qravitasiya dalğa Rəsədxanası (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory - LIGO) tərəfindən müəyyən edilmişdir. LIGO Beynəlxalq Elm Vəqfi (National Science Foundation - NSF) tərəfindən mailiyyələşir. Həmçinin, Kaltek və MIT universitetləri tərəfindən dizayn və inşa edilərək universitetlər tərəfindən idarə edilir.

Qravitasiya dalğalarının gəldiyi istiqamət

Müşahidə edilmiş siqnallara əsaslanan LIGO-dakı elm adamları düşünür ki, müşahidə edilən dalğaların qaynağı olan qara dəliklər Günəşdən 29-36 dəfə daha ağır olub və bu kosmik hadisə 1,3 milyard il öncə baş verib. 3 Günəş kütləsi qədər böyük bir kütlə isə qravitasiya dalğalarına çevrilərək müşahidə edilən kainatdakı ən böyük enerji partlamasından 50 dəfə güclü şəkildə yayılmışdır. Siqnalın dedektorlara çatma zamanı baxımından Livinqstonda yerləşən dedektor hadisəni Hemfordda olan dedektordan 7 millisaniyə daha tez qeydə almışdı. Bu da dalğa qaynağının Cənub Yarımkürəsində olduğu mənasını verir.

Ümumi Nisbiliyə görə bir-birinin orbitində fırlanan qara dəliklər qravitasiya dalğalarının emissiyası vasitəsi ilə enerji itirirlər. Bu da onların daha da yaxınlaşmasına səbəb olur və bunun nəticəsində onlar sürətli şəkildə fırlanaraq birləşir. Birləşmənin son saniyəsinin son mərhələsində qara dəliklər 0,5 işıq sürəti ilə hərəkət edər və Enşteynin E=mc² düsturuna əsasən qara dəliklərin kütlələrinin bir hissəsi enerjiyə çevrilir. Bu enerji qravitasiya dalğası şəklində yayılır. LIGO-nun müşahidə etdiyi dalğa da məhz bu dalğadır.

Dediyimiz kimi qravitasiya dalğalarının dolayı yolla varlığını sübut edən Jozef Teylor və Stiv Veyzberq olmuşdu və onlar bu işlərinə görə Nobel mükafatı almışdılar. LIGO isə ilk dəfə zaman-məkanın yaratdığı və Yer kürəsindən keçən bu zəif dalğaları birbaşa müşahidə etdi.

Qravitasiya dalğalarının qaynaqları

Qabriela Qonzalez - Luiziana Dövlət Universitetinin LSC spikeri, fizika və astronomiya professoru:

Bu kəşf yeni çağın başlanğıcıdır: artıq astronomiya sahəsində qravitasiya dalğası bir reallıqdır.

Qabriela Qonzalez

Həmçinin, qravitasiya dalğalarının müşahidəsindən əlavə olaraq bu hadisə elm insanlarının qara dəliklərin birləşməsi barədə əldə etdikləri ilk əsaslı faktdır. Bu o qədər güclü bir proses olmuşdur ki, qravitasiya dalğası yolu ilə yayılan enerji kainatdakı bütün ulduzların birlikdə yaydığı enerjidən daha güclü olmuşdur. Bu tarixi kəşf qravitasiya dalğaları astronomiyasında yeni üfiqlər açır. Artıq alimlər qara dəlikləri, neytron ulduzları, supernovaları öyrənmək üçün qravitasiya dalğalarını dinləyəcəklər. Amma qravitasiya dalğalarının daha diqqətli müşahidə etmək üçün LIGO-nun həssaslığının artırılmasını gözləmək lazımdır. Bu həssaslıq səviyyəsi LIGO-nun zaman-məkanda 10²²-də bir kimi kiçik ölçülü dəyişikliyi ölçə bilməsi deməkdir. Bu ölçü Günəşə ən yaxın ulduz olan Alfa Sentavr ilə aramızdaki ortalama məsafənin saç tükünün diametri qədər dəyişməsi deməkdir.

Bu möhtəşəm müşahidələr qravitasiya dalğalarını öncədən təxmin edən Enşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi daxil olmaqla bir çox nəzəri araşdırmanın təsdiqidir. Amma Enşteyn qara dəliklərin varlığına inanmırdı.

Stiven Hokinq

Qravitasiya dalğalarını necə kəşf edildi?

LIGO lazer şüasını bölmək üçün xüsusi ayna istifadə edir və ayrılmış şüaları bir-birinə perpendikulyar və hərbiri 4 km uzunluqda olan iki tunelə göndərir. Şüaların 400 dəfə əks edilməsindən sonra hər iki şüa 1600 km-lik yol qət edərək şüa qaynağının yaxınlığında kəsişir. Təcrübə normal şərtlər altında heç bir dedektora siqnal göndərilməyəcək şəkildə dizayn edilmişdir, çünki normal şərtlərdə geri qayıdan dalğalar bir-birini sıfırlayır.Amma qravitasiya dalğası bu tunellərinin birini gərib uzunluğunu artırarkən digərini sıxır və beləcə, lazer şüaları bir-birlərinə görə nisbi hərəkət edirlər. Məsafə dəyişdiyi üçün artıq lazer şüaları bir-birlərinə görə mükəmməl şəkildə nizamlı olmur və bir-birlərini sıfırlamırlar. Beləliklə, dedektor zəif şüanı tutur və dalğa siqnalı göndərir.

Qravitasiya dalğalarının təyin edilməsi

Qravitasiya dalğalarının kəşfi niyə önəmlidir?

Qravitasiya dalğaları kainatın doğulma anının izlərini daşıdığı üçün qravitasiyanın digər üç qüvvə - Zəyif Nüvə Qüvvəsi, Elektormaqnit Qüvvəsi və Güclü Nüvə Qüvvəsi arasında niyə ən zəyifi olduğunu anlamamızı təmin edərək Kvant fizikası ilə Nisbilik nəzəriyyəsini "Hər şeyin nəzəriyyəsi" adı altında birləşdirə bilər.