A legutóbbi gravitációs hullám érzékelések lehetővé tették a fizikusok számára, hogy egyre nagyobb pontossággal megerősítsék, amit Einstein több mint 100 évvel ezelőtt az általános relativitás elméletében előre jelzett: hogy a gravitáció nem hat azonnal, ahogy Newton gondolta, hanem nagyjából a fény sebességével terjed.
"A gravitáció sebessége, ahogy a fénysebesség, az univerzum egyik alapvető állandója," - mondta Neil Cornish, a Montana Állami Egyetem fizikusa. "A gravitációs hullám csillagászat eljöveteléig nem volt módunk közvetlenül mérni a gravitáció sebességét."
Az elmúlt hónapokban a fizikusok nagyon gyors haladást értek el a gravitáció sebességének meghatározásában a gravitációs hullám megfigyelések révén.
Kezdetben a gravitációs hullámok első LIGO észlelései a gravitáció sebességét a fénysebesség 50-án belülre korlátozták.
Múlt hónapban jelent meg egy tanulmány a Physical Review Letters (PRL) című tudományos folyóiratban, melyben Cornish és társszerzői, Diego Blas a CERN-en és Germano Nardini a Berni Egyetemen egyesítették az első három gravitációs hullám eseményt, amelyek a LIGO és a Virgo együttműködéséből születtek, lehetővé téve számukra, hogy az eredeti becslést a fénysebesség mintegy 45%-ában határozzák meg. (1)
Csak két nappal később (és miután a fent említett fizikusok megírták a tanulmányukat), a LIGO és a Virgo együttműködésének köszönhetően egy másik tanulmány is megjelent a The Astrophysical Journal Letters (AJL) című folyóiratban, amelynek szerzői közel 200 intézményt ölelnek fel szerte a világon. Az augusztusi bináris neutroncsillag egyesülés által kibocsátott gravitációs hullámokból származó adatok felhasználásával képesek voltak behatárolni a gravitáció sebessége és a fénysebesség közötti különbséget -3 x 10⁻¹⁵ és 7 x 10⁻¹⁶-szoros fénysebességre. (2)
A nagy pontosságú ugrásnak az az oka, hogy a neutron csillag esemény nem csak gravitációs hullámokat bocsát ki, hanem gamma-sugarak formájában elektromágneses sugárzást is. Mind a gravitációs hullámok, mind a fény ugyanabból a forrásból származó egyidejű emissziója lehetővé tette a tudósok számára, hogy meghatározzák a gravitáció sebességének határait, amely sok nagyságrenddel pontosabb, mint amit csupán a gravitációs hullámjelek segítségével meg lehet mérni.
Attól függően, hogy egy asztrofizikai forrás gravitációs hullámokat és fényt is kibocsát, a tudósok eltérő megközelítést alkalmaznak a gravitáció sebességének meghatározására. Amikor egy forrás gravitációs hullámokat és fényt is kibocsát, a tudósok képesek megmérni a különbséget (ha van ilyen) a két különböző típusú jel beérkezési idejében egyetlen detektorral. Az AJL tanulmányban a tudósok csak néhány másodpercnyi különbséget mértek a beérkező jelek között, amelyek több mint százmillió fényévnyi távolságot tettek meg. Egy ilyen kis eltérés egy ekkora távolságon belül gyakorlatilag semmi.
Másrészről, amikor egy forrás csak gravitációs hullámokat bocsát ki, a tudósoknak ugyanazt a jelet kell felismerniük több Földi detektor segítségével, és mérniük kell a beérkezési idő (nagyon csekély) különbségét. A PRL tanulmány tudósai ezt a két LIGO detektor által észlelt jelek összehasonlításával tették meg, melyek közül az egyik Hanfordban, Washington államban, a másik pedig Livingstonban, Louisianában található. (3)
Néhány évszázaddal ezelőtt Isaac Newton azt feltételezte, hogy a gravitáció vonzása azonnali, később viszont Albert Einstein cáfolta ezt azzal érvelve, hogy a gravitációs erő fénysebességgel halad.
Einstein számításai szerint a tér nem csak egy üres színpad az anyag számára, hanem a legfontosabb szereplője. A tömeg eltorzítja a tér szövetét, meggörbíti az időt és távolságot oly módon, hogy a tárgyak egymás felé felgyorsulnak.
Ahogyan egy tömeg nélküli fény részecske sebességét az univerzum felső sebességhatára korlátozza, a téridő tömeg nélküli torzításai szintén ezzel a maximális sebességgel terjednek.
Vagy pontosabban, a gravitáció másodpercenként 299,792,458 méteres sebességgel halad, amit jelenleg fénysebességnek nevezünk.
(1) - https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.161102
(2) - http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa920c/pdf
(3) - https://phys.org/news/2017-11-physicists-rapid-bounding-gravity.html