Artikkel

Når grunnfjellet i universet rister

Dette er en illustrasjon av hvordan Einstein så for seg to sorte hull som kolliderer og lager gravitasjonsbølger. Illustrasjonen er et resultat av en simulering av superdatamaskinen Columbia.

Når grunnfjellet i universet rister

Vitenskapsåret 2016 begynte med et rykte om at gravitasjonsbølger endelig var observert. Fysikere og astrofysikere jublet og nyheten utløste twitter-storm. Endelig var den siste store forutsigelsen til Einsteins generelle relativitetsteori bevist. Eller var den det?

Det hele begynte med at den profilerte amerikanske kosmologen Lawrence M. Krauss plutselig sa dette på Twitter: «Mitt tidligere rykte om LIGO er bekreftet av uavhengige kilder. Følg med! Gravitasjonsbølger kan ha blitt oppdaget!! Spennende».

Det utløste store forventninger og rykter i vitenskapsmiljøet. Professor i teoretisk fysikk ved Fysisk institutt Torsten Bringmann har sett på ryktene og heller kaldt vann i blodet på de mest optimistiske.

Torsten Bringmann
Professor Torsten Bringmann er usikker på om vi har observert gravitasjonsbølger. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

Har vi egentlig funnet gravitasjonsbølger?

– Det vet vi ikke. Før LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) sier noe offisielt, så er det så kjedelig at vi ikke vet noe om dette. Og det kan være mange grunner til at dette ryktet ikke stemmer selv om det kommer fra folk innenifra. Signaler kan være feiltolket. Det er jo snakk om svært svake signaler som skal oppdages.

Det er også et annet problem med signalene.

Et av "problemene" med rykter fra LIGO er at eksperimentet injiserer et falskt signal for å teste sin egen analyse, men bare tre av kollaborasjonens medlemmer vet når dette skjer, sier Bringman.

– Men vi får vente å se. Det er også fullt mulig at de har oppdaget gravitasjonsbølger. Nesten alle er enige om at de finnes.

Når rom-tiden rister

– Hva er gravitasjonsbølger?

– Det er når substansen i universet – rom/tiden – får små vibrasjoner eller rystelser. Se for deg samme prosessen som med elektromagnetiske bølger. De blir frigitt når en ladning akselereres. Ifølge Einstein og relativitetsteorien blir på lignende måte gravitasjonsbølger frigitt når masse er i akselerert bevegelse.

Selv om gravitasjonsbølger er vanlig i universet, gjemmer de seg godt. De gir svake signaler og hvis vi skal ha noe håp om å finne gravitasjonsbølger, må det være fra svært massive objekter som støter på hverandre eller roterer i store hastigheter rundt hverandre.

– Disse vibrasjonene kan ikke stoppes av noe, derfor sprer de seg motstandsløst i universet og kan også observeres.

– De er imidlertid så svake at de er utrolig vanskelig å oppdage. Det er snakk om å endre den effektive lengden på teleskopet, som er på flere kilometer, med mindre enn én tusendels diameter til den minste atomkjerne.

Hvite dverger sirkulerer rundt hverandre
Hvite dverger, kollpasede stjerner, sirkulerer rundt hverandre og skaper gravitasjonsbølger. Illustrasjon: Dana Berry/NASA

Gravitasjonsbølger regnes som den siste store konsekvensen av den generelle relativitetsteori som ennå ikke er observert direkte. Likevel regner nærmest alle fysikere og astrofysikere med at de finnes.

Man er ganske sikker på at de finnes og gravitasjonsbølger har allerede blitt bevist indirekte. Objekter som roterer veldig fort som nøytronstjerner, pulsarer og svarte hull skal ifølge relativitetsteorien miste energi i form av gravitasjonsbølger. Dette klarte man å observere allerede i 1974 ved å observere Hulse-Taylor-pulsaren.

Einsteins lykkeligste tanke

Skal man få et riktig bilde av hva gravitasjonsbøler egentlig er så er det et viktig spørsmål man må stille seg, mener Bringmann.

Nemlig: Hva er gravitasjon? Det var nettopp dette «enkle» spørsmålet Einstein stilte seg da han jobbet med den generelle relativitetsteorien. Og som førte til at Einstein i 1907 fikk det han selv beskrev som «mitt livs lykkeligste tanke». Den var som følger: Hvis en person faller ned fra taket så vil han i fritt fall ikke merke noen tyngde. Da er det motsatte også tilfelle.

– Poenget er at gravitasjon ikke er en kraft på lik linje med kjernekrefter og elektromagnetiske krefter. Den finnes ikke som kraft, ifølge Einstein. Einstein fant ekvivalensprinsippet og det prinsippet sier at akselerasjon og gravitasjon er samme sak.

Dette er en innsikt som best kan beskrives geometrisk.

–  Ja, og hva beskriver egentlig geometri? Geometri er selve opptegnelsen av rommet rundt oss. Det vil si: Legemer trekker ikke på hverandre som Newton mente, men beveger seg i et «tid-rom».

Tyngdekraften kan krumme tid-rommet, ikke trekke på hverandre. Det er også dette tid-rommet som på en måte blir satt i bevegelse når vi får gravitasjonsbølger.

LIGO og Elisa

LIGO er bygget for å oppdage gravitasjonsbølger og har instrumenter som er så følsomme at de kan plukke opp den bittelille bølgefrekvensen. Elisa-sonden, der Norge og Universitet i Oslo er involvert, ser også etter gravitasjonsbølger. Bare en annen type.

– De ser etter forskjellige typer gravitasjonsbølger. LIGO ser etter bølger som stammer fra sammenstøt mellom store legemer som sorte hull eller supernovaeksplosjoner. De ser etter frekvenser som kan stamme fra slike rystelser. Elisa ser på sin side etter gravitasjonsbølger som stammer fra Big Bang. Universets ekstreme ekspansjon i denne tiden skapte gravitasjonsbølger som vi mener vi kan oppdage i dag.

De har en annen og lengre frekvens enn de LIGO ser etter. De er mye eldre.

– Men hva skjer egentlig hvis vi faktisk endelig observerer gravitasjonsbølger?

– Ikke så mye. I alle fall ikke med en gang. Det er gøy at Relativitetsteorien får enda en vitenskapelig seier.

– Men en ting er viktig: Fram til nå har vi nesten utelukkende benyttet oss av elektromagnetisk stråling for å lære om universet. Gravitasjonsbølger kan potensielt gi oss helt nye muligheter til å studere ulike fenomener.

Les mer:

Kontakt:

Professor Torsten Bringman ved Fysisk institutt

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Bakterier

Bacteria: The New Superheroes

Bacteria have a poor reputation, but they are also important collaborators, for instance in medicine. Ambitious researchers use computers to push bacteria beyond their limits.
Kjøttmeisen er en av Norges vanligste fugler

Innvandrere har andre matvaner - også fugler

Meis og mange andre småfuglers matvaner er i stor grad styrt av medfødte instinkter, hevder biologenes lærebøker. Men professor Tore Slagsvold har nå vist at kjøttmeis og blåmeis er smartere enn som så. Innvandrer-meis tar nemlig med seg matvanene hjemmefra når de flytter, men etterhvert finner de ut at menyen kan varieres med nye larvetyper.