Zacznijmy od bardzo prostego pytania: czym jest grawitacja? Każdy z nas wie, że to ona sprawia, iż stoimy na ziemi, Ziemia obiega Słońce, a coś rzuconego w górę najczęściej spada. Z punktu widzenia fizyki grawitacja to kształt czasoprzestrzeni, czyli wszystkiego, co nas otacza.

CZYTAJ TEŻ: FALE GRAWITACYJNE ZMIERZONE PO RAZ PIERWSZY!

Jak olej na jeziorze

„Równania Einsteina mówią nam, jak materia zakrzywia geometrię czasoprzestrzeni. Materia dyktuje czasoprzestrzeni, jak ma się zakrzywiać, a krzywizna czasoprzestrzeni mówi cząsteczkom, jak mają się poruszać” - wyjaśnia prof. Abhay Ashtekar z Pennsylvania State University. Łatwiej będzie to zrozumieć, gdy skorzystamy z pewnej analogii. Zamiast mówić o czterowymiarowej czasoprzestrzeni (trzy wymiary przestrzenne plus czas) wyobraźmy sobie dwuwymiarową płaszczyznę, taką jak naciągnięta gumowa membrana. Jeśli położymy na niej ciężką kulę, powierzchnia się ugnie i mniejsze kulki znajdujące się w pobliżu zostaną „przyciągnięte” do większej. To samo dzieje się we wszechświecie - tyle że w czterech wymiarach, a membraną jest właśnie czasoprzestrzeń.

Żeby zrozumieć fale grawitacyjne, musimy nieco zmienić analogię. Zamiast gumowej membrany wyobraźmy sobie powierzchnię jeziora, na której unosi się kilka okrągłych plam oleju (mało ekologicznie, ale to tylko eksperyment myślowy). Wrzucamy do wody kamień i patrzymy na rozchodzące się fale. Gdy docierają do plam oleju, na chwilę zmienia się odległość między nimi oraz ich kształt - z okrągłego na jajowaty.

Fala na wodzie zniekształcała obiekty, które znajdowały się na dwuwymiarowej powierzchni. Podobnie może zniekształcać obiekty - od gwiazd po ludzi i atomy - fala grawitacyjna w przestrzeni czterowymiarowej.

Gdy przechodzi, lekko je rozciąga albo skraca, ale po chwili wszystko wraca do normy. Takie fale powstają wtedy, gdy gdzieś we wszechświecie szybko porusza się obiekt o dużej masie. Im większa masa i im szybszy jej ruch, tym przestrzeń bardziej się marszczy - tak samo jak większa fala na wodzie powstanie, gdy wrzucimy do niej większy kamień.

Nobel za falowanie

Historia fal grawitacyjnych ma ok. 100 lat. Próby ich złapania trwają od lat kilkudziesięciu. Nie jest to łatwe, ponieważ wydłużanie i skracanie się obiektów pod ich wpływem jest niezwykle subtelne. W książce „Zmarszczki na kosmicznym morzu” David Blair porównuje poszukiwanie fal grawitacyjnych do nasłuchiwania wibracji wywołanych przez pukanie do drzwi z odległości 10 tys. km. Detektory zdolne wykryć fale grawitacyjne powinny zarejestrować efekt porównywalny z upadkiem szpilki po drugiej stronie naszej planety.