Gravitacijski valovi dugo su vremena bili isključivo u domeni teorijskih razmatranja. Njihova izravna detekcija postala je stvarnost prije samo nekoliko godina, otvorivši novi prozor u svemir. Sada znanstvenici iz Njemačke žele otići korak dalje – ne samo osluškivati te kozmičke šumove, već aktivno utjecati na njih.
Tim iz istraživačkog centra HZDR predstavio je koncept eksperimenta koji bi napokon mogao razjasniti podliježe li gravitacija zakonima kvantne mehanike. Ideja je odvažna, a ako plan uspije, promijenit će temelje našeg znanja o prostoru i vremenu.
Koncept prijenosa energije između svjetlosti i gravitacijskih valova
Izvor gravitacijskih valova su najmoćniji kozmički kataklizmi, poput sudara crnih rupa ili kolizija neutronskih zvijezda. Albert Einstein predvidio je njihovo postojanje prije više od sto godina, ali smo ih locirali tek 2015. godine zahvaljujući opservatoriju LIGO. Od tada su fizičari bili osuđeni na pasivno primanje tih signala.
Ralf Schützhold iz Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf predlaže promjenu te situacije. Njegov tim razradio je teorijski koncept u kojem bi se energija mogla prenositi između laserske zrake i gravitacijskog vala. U pojednostavljenom smislu, svjetlost bi mogla ili predati energiju valu, pojačavajući ga, ili je oduzeti, mijenjajući pritom vlastitu frekvenciju.
Uspjeh ove ideje ovisi o otkrivanju nevjerojatno suptilnih promjena u laserskoj svjetlosti. Prenesena energija odgovarala bi jednoj ili nekolicini hipotetskih čestica, odnosno gravitona, koji bi trebali prenositi gravitacijsko međudjelovanje. Do sada ih nitko nije opazio, a njihovo postojanje jedna je od najvećih zagonetki fizike. Eksperiment bi to mogao potvrditi, iako će samo mjerenje biti nevjerojatno teško.
Milijun kilometara svjetlosnog puta u uređaju od jednog kilometra
Realizacija ove ideje zahtijevala bi izgradnju interferometra s parametrima koji danas zvuče kao znanstvena fantastika. Laserska zraka morala bi se odbijati između dva zrcala udaljena oko jedan kilometar ne jednom, već čak milijun puta. Zahvaljujući tome, efektivni put koji bi svjetlost prešla iznosio bi milijun kilometara. To je otprilike dva i pol puta više od udaljenosti od Zemlje do Mjeseca.
Konstrukcija bi podsjećala na postojeći opservatorij LIGO, ali bi preciznost mjerenja morala biti još veća. LIGO može otkriti promjene duljine reda veličine atometara, što je kao da mjerite udaljenost do najbliže zvijezde s točnošću debljine ljudske vlasi. U novom eksperimentu ključno bi bilo otkrivanje minimalnih razlika u frekvencijama dviju zraka svjetlosti, a osjetljivost bi moglo povećati korištenje kvantnog ispreplitanja fotona.
Konačni test za kvantnu prirodu gravitacije
Srž cijelog pothvata je odgovor na fundamentalno pitanje: je li gravitacija kvantni fenomen? Suvremena fizika pokušava spojiti opću teoriju relativnosti s kvantnom mehanikom, ali te dvije teorije do sada nisu htjele surađivati. Predloženi eksperiment mogao bi donijeti rješenje.
- Dokaz gravitona: Opažanje predviđenih efekata bio bi snažan argument za kvantnu prirodu gravitacije.
- Revizija teorija: Ako efekti izostanu, to bi značilo da naše trenutne teorije trebaju duboku promjenu.
- Dugoročan cilj: Od koncepta do gotovog eksperimenta moglo bi proći nekoliko desetljeća.
Znanstvenici priznaju da je potrebna tehnologija tek u povojima, a troškovi će biti astronomski. Ipak, sama činjenica da fizičari imaju konkretan plan za aktivno istraživanje gravitacijskih valova značajan je napredak. Istraživanje je objavljeno u prestižnom časopisu Physical Review Letters.
