A 19. század végén a tudósok úgy vélték, hogy a fizikának sikerült világunk majdnem minden törvényszerűségét leírnia, és csak rövid idő kérdése, míg a fennmaradt problémákat megoldják. Néhány jelentős tehetség azonban – mint például Henri Poincare francia és Hendrik Lorenz holland fizikus, majd pedig Albert Einstein, végleg megdöntötte ezt a kényelmes világképet. E tudományos forradalom következményei ma is tartanak. Bár Einstein általános relativitáselméletét már sokszor tesztelték és sokszor megerősítették,  tudósoknak mégsem sikerült minden állítását igazolni. Az elmélet egyik alapvető eleme a gravitációs hullámok létezése. Azt kérdik, hogy mi ez?

Hullámzó téridő
A klasszikus fizikai megközelítés a világot olyan események összességének írja le, amelyek nem függnek attól a tértől és az időtől, amelyben lejátszódnak, vagyis a tért és az időt független és változatlan értéknek tekintik. Ez azonban egy nagyon leegyszerűsített Ezután például a könnyebb testek, amelyek a nehezebbek közelében mozognak, „beleesnek” a nehezebb testek által képzett „gödrökbe”, ami gravitációs vonzerőként jelenik
meg. Innen már csak egy lépés annak megértése, hogy mik azok a gravitációs hullámok. Egyszerűen ezek az téridőben lévő hullámok, amelyeket a mozgó anyagi testek okoznak, ugyanúgy, ahogy a vízen úszó hajó hullámbarázdákat hagy maga után.

Ha a háló átszakad…
A gravitáció és a téridő az egzotikus fizikai folyamatok és jelenségek gazdag kincsestára. Például ha a téridő görbülete végtelen, más szavakkal, ha a test, amely mélyedést hoz létre a téridőben (hálóban) olyan sűrű, hogy a
háló „átszakad”, fekete lyuk jön létre, amelynek vonzereje olyan erős, hogy még a fény sem tud neki ellenállni. Az ilyen deformáció a téridőről, mint hálóról alkotott elképzelésünkben úgy nézne ki, mint egy feneketlen tölcsér. Elméletileg két ilyen tölcsér végtelen csöveikkel összekapcsolódhat, és így létrejöhet a Világegyetem két területének összekapcsolódása a hipertéren keresztül, amelyet féreglyuknak is neveznek. Matematikailag lehetséges a fent említett helyzet, de egyelőre nem világos, hogyan lehetne ezeket az objektumokat megfelelő mértékben stabilizálni, hogy űrutazást lehessen tenni rajtuk keresztül. Elméletileg az is lehetséges, hogy kvantumszinten
megtörténjen a téridő kis részének elszakadása (valamiféle „buborék” mintájára), és egy új, önálló világegyetem jöjjön létre. Valószínűleg a mi Világegyetemünk is ily módon szakadhatott el elődjétől.

96 százalékos vakságban szenvedünk?
Mit adhat nekünk a gravitációs hullámok megfigyelése? Mit nyerhet vele a tudomány? E kérdés megválaszolása előtt jusson eszünkbe, hogy a gravitáció a Világegyetem egyik alapvető kölcsönhatása. Jelentősége mindenekelőtt abban áll, hogy végtelen hatóköre van, és az egyedüli, amely kivétel nélkül a Világegyetem minden részére hat. Ennek köszönhetően alapvető hatása van az anyagi testekkel (például bolygók, csillagok vagy galaxisok) történő folyamatokra és a Világegyetem fejlődésére. Ezenfelül nagyon fontos például az a legutóbb az amerikai WMAP műhold által is megfigyelt tény, hogy az atomokból létrejött klasszikus anyag (ahogy mi ismerjük) a Világegyetem anyagának csupán 4 százalékát alkotja! A többit az úgynevezett sötét anyag (22 százalék) alkotja, amely egyelőre ismeretlen részecskékből áll, valamint a sötét energia (74 százalék). Ezek azonban nem bocsátanak ki fényt, és nem sugároznak semmilyen elektromágneses hullámot. Létezésüket a tudósok csak a fénylő anyagra kifejtett gravitációs hatásnak köszönhetően fedezték fel.

Gravitációs cunami
Gravitációs hullámok talán leghatékonyabban, bár viszonylag ritkán két szupermasszív, a Napnál néhány milliószor vagy milliárdszor nagyobb tömegű fekete lyuk összeolvadásakor keletkeznek. Ilyen általában két galaxis és a középpontjukban lévő fekete lyukak összeolvadásakor történik meg, amely valóságos „gravitációs cunamit” indít el a Világegyetemben. Ilyen jellegű összeolvadás a Föld közelében csak néhány milliárd év múlva fog
bekövetkezni, amikor a mi galaxisunk összeütközik idősebbik testvérével, az M31 spirálgalaxissal. A gyenge gravitációs hullámokat majd a nagyon érzékeny, a föld zavaró hatásának kivédése miatt a világűrbe telepített berendezésekkel leszünk képesek megfigyelni. Az elkövetkező évtizedben az első detektor kihelyezését a LISA projekt keretében tervezik, amely három Nap körüli pályára állítandó műholdból áll.

Hogyan lehet mérni?
Mivel a gravitáció és az anyag kölcsönhatása nagyon gyenge, eddig minden erőfeszíté ellenére sem volt képes az ember a gravitációs hullámok létezését műszerek segítségével észlelni. Ha egy ilyen hullám ugyanis áthalad például egy 10 méter hosszú hengeren, ennek deformációja legfeljebb a proton átmérőjének tízezredét éri el. Az ilyen kicsi eltéréseket nagyon nehéz mérni, és még nehezebb megkülönböztetni az általános zajtól
vagy a föld rengésétől. A technika azonban ma már rendkívül előrehaladott, és kezdi elérni az ilyen parányi jelek méréshez szükséges érzékenységet. A szakemberek nagy (úgynevezett lézer-) interferométereket hoztak létre, amelyek a távolság mérésére lézersugarakat, tükrök rendszerét és optikai jeleket használnak. Ezek közül a legnagyobbak, LIGO és GEO600 néven az Amerikai Egyesült Államokban és Németországban találhatók, és érzékenységük a történelem során először teszi reálisan lehetővé a gravitációs hullámok mérését. 2002-ben kezdték el az első kísérleti méréseket, a berendezések érzékenységét tovább javítják, egyre közelebb kerül a tervezett mértékhez, amelyet 2011-ben ér majd el. A gravitációs hullámok kimutatása tehát nagy valószínűséggel már nem várat sokáig magára.

Új ablak a világűrbe
A gravitációs hullámok egy bizonyos típusa létrejött a Világegyetem kezdetén is. Mai napig terjed a téridőben, és információkat hordoz arról, hogy milyen volt a Világegyetem a létrejötte után. A gravitációs hullámok megfigyelése tehát egy teljesen új ablakot nyit a Világegyetemre. Lehetővé teszi, hogy ne csak az anyag 4 százalékát figyelhessük meg, mint eddig, hanem sokkal többet. Jelentősen segít abban, hogy elhúzzuk a Világegyetemünk
múltját és jövőjét eltakaró függönyt. A megfelelő érzékenységű detektorok létrehozása olyan jelentőségű fejlődést jelent, mintha egy sűrű, sötét, csak szentjánosbogarak által „megvilágított” erdőben hirtelen felkelne
a nap, és meglátnánk az egész erdőt.  Ez pedig megéri! ■ KOLLÁR GYÖRGY