Φυσικοί με τη βοήθεια υπερυπολογιστών θα ελέγξουν τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν

Φυσικοί με τη βοήθεια υπερυπολογιστών θα ελέγξουν τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν

 Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Cardiff θα αρχίσουν να εξετάζουν την πιο διάσημη θεωρία του Αϊνστάιν με τη βοήθεια των πιο ισχυρών υπερ-υπολογιστών στον κόσμο.  Πρόκειται να μελετήσουν  συγκρουόμενες μαύρες τρύπες – ένα από τα πιο βίαια γεγονότα στο σύμπαν – σε πειράματα που θα μπορούσαν να ανοίξουν νέους δρόμους στην καλύτερη γνώση της θεμελιώδους φυσικής.

 Στην ομάδα με επικεφαλής τον Mark Hannam – από τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Cardiff – έχουν χορηγηθεί 16.700.000 ώρες λειτουργίας σε περίπου 1.900 από τα πιο προηγμένα υπολογιστικά συστήματα στην Ευρώπη.

Ο στόχος τους είναι να κινηθούν προς την πρώτη άμεση ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων, που προβλέφτηκαν για πρώτη φορά από τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, σχεδόν, 100 χρόνια πριν.

Δεδομένου ότι οι συγκρούσεις των μαύρων τρυπών είναι από τα πιο βίαια γεγονότα στο σύμπαν, υπάρχει η ελπίδα ότι τα συνήθως απίστευτα ασθενή σήματα θα μπορούσαν να διαβαστούν με την πιο προηγμένη και ευαίσθητη τεχνολογία.

Μια νέα μέθοδος οπτικοποίησης δείχνει την συστροφή του χωροχρόνου, κάτι σαν περιδινίσεις, που εξαπλώνονται μετά τη συγχώνευση δύο μαύρων οπών

Τα βαρυτικά κύματα δημιουργούνται από μάζες που επιταχύνονται – όπως είναι οι μαύρες τρύπες – παρόμοια με τον τρόπο που τα ηλεκτρικά φορτία εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αλλά τα τελευταία είναι πολύ ισχυρότερα από τα βαρυτικά κύματα.

Εκφράζεται η ελπίδα ότι τα αποτελέσματα της έρευνας θα συμβάλουν έτσι ώστε να απαντούν σε ερωτήσεις, σχετικά με το εάν τα αντικείμενα που δημιουργήθηκαν σε αυτές τις κοσμικές συγκρούσεις αποτελούν μαύρες τρύπες, ή ακόμη πιο εξωτικά αντικείμενα.

Ο Hannam χαιρέτισε το ξεκίνημα του έργου ως «πραξικόπημα, και μια τεράστια ευκαιρία" για την επιστήμη.

Η ομάδα του αποτελείται από 20 επιστήμονες από όλο τον κόσμο, η οποία θα περάσει τον χρόνο της στους υπολογιστές για να επιλύσει τις εξισώσεις που θέτει η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, για να περιγράψει τι συμβαίνει όταν δύο μαύρες τρύπες συγκρουστούν μαζί.

Οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν τεράστια άστρα "ξεμείνουν από καύσιμα» και – σε ορισμένες περιπτώσεις – καταρρέουν στον εαυτό τους, και γίνονται τόσο πυκνά που το όποιο φως δεν μπορεί να δραπετεύσει, καθώς η "ταχύτητα διαφυγής" που απαιτείται από τη βαρυτική έλξη μιας μαύρης τρύπας είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός.

Η μελέτη των μαύρων τρυπών είναι ζωτικής σημασίας για τη θεωρία του Αϊνστάιν, καθώς η θεωρία βεβαιώνει ότι τίποτα στο σύμπαν δεν κινείται ταχύτερα από το φως.

Εκφράζεται η ελπίδα ότι οι προσομοιώσεις μπορούν να οδηγήσουν σε μια άμεση παρατήρηση των συγκρούσεων μέσω των σημάτων των βαρυτικών κυμάτων – δηλαδή κυματισμοί στον χωροχρόνο – που εκπέμπουν.

Η τεχνολογία ανίχνευσης που χρησιμοποιείται από τους επιστήμονες πρόκειται να προχωρήσει το 2015, όταν ελπίζεται ότι θα μπορούσαν τότε να ανιχνεύσουν βαρυτικά κύματα άμεσα, με αποτέλεσμα την δυνατότητα της πρώτης απευθείας δοκιμής της θεωρίας του Αϊνστάιν.

Θα ήταν, όπως το περιέγραψε ο Δρ Hannam, μια ανακάλυψη για Νόμπελ. Κι αν η ομάδα ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα, τότε θα "ανοίξει ένα νέο παράθυρο στο σύμπαν – και θα μας μάθει πολλά σχετικά με τη σκοτεινή πλευρά του”.

"Η πραγματική «απόδειξη» της θεωρίας δεν μπορεί να συμβεί στην πραγματικότητα μέχρι το 2015, οπότε οι ανιχνευτές θα ανάψουν”, διευκρινίζει.

“Ο στόχος, εν τω μεταξύ είναι να παράγουμε προσομοιώσεις και να συνθέσουμε αυτά σε κάποιο μοντέλο για το πώς μοιάζουν αυτά τα κύματα."

Ο ίδιος λέει ότι το σημερινό δίκτυο των ευαίσθητων ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων "σπρώχνει τα όρια” της προηγμένης τεχνολογίας.

Η ομάδα θα συνεργάζεται με το ευρωπαϊκό σκέλος του παγκόσμιου δικτύου ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων, που περιλαμβάνει το αμερικανικό παρατηρητήριο κυμάτων βαρύτητας (LIGO) και το Ευρωπαϊκό GEO600, όπως και οι ανιχνευτές Virgo  στη Γαλλία και τη Γερμανία.

Στόχος της είναι να είναι οι πρώτοι που θα ανιχνεύσουν βαρυτικά κύματα, για να παρατηρήσουν ολόκληρο το σύμπαν μέσω της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων.

Εκφράζεται δε η ελπίδα ότι οι νέοι ανιχνευτές θα είναι ευαίσθητοι σε χιλιάδες φορές μεγαλύτερο όγκο του σύμπαντος, σε σύγκριση με τους αρχικούς ανιχνευτές. Οι δε προσεκτικές εκτιμήσεις των φυσικών υποδηλώνουν ότι θα μπορέσουν να παρατηρήσουν  δωδεκάδες εκδηλώσεις βαρυτικών κυμάτων κάθε χρόνο.

Και ο Hannam προσθέτει: “η θεωρία του Αϊνστάιν υπάρχει για σχεδόν 100 χρόνια και δεν έχει δοκιμαστεί σε πιο ακραία επίπεδα. Δεν υπάρχει θεωρία που να έχει παραχθεί από την ανθρωπότητα και να ήταν τέλεια. Κάπου θα υπάρχει μια τρύπα – και όταν την βρούμε, θα αφήσει περισσότερες ερωτήσεις, και αυτό είναι πραγματικά συναρπαστικό. Αλλά το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνουμε είναι η άμεσα παρατήρηση αυτών των βαρυτικών κυμάτων, η οποία δεν έχει γίνει ποτέ."

Πηγή: Physics 4u     Πανεπιστήμιο του Cardiff