Egy pillanattal az ősrobbanás után

Einsteinnek megint igaza volt. Az Antarktiszon működő hatalmas rádiótávcső a világon elsőként szerzett közvetlen bizonyítékokat az ősrobbanás idején keletkezett gravitációs hullámok létezéséről, amelyeket a tudós már 99 évvel ezelőtt megjövendölt.

Majd száz éve, hogy Einstein kidolgozta az általános relativitáselméletet, de a tudomány (pontosabban a műszerek) még mindig nem elég fejlettek ahhoz, hogy annak minden következményét igazolni vagy cáfolni tudják. Időről időre történnek azonban olyan megfigyelések, amelyek bizonyítják az elmélet nehezen ellenőrizhető részleteit. Sok fizikus van azon a véleményen, hogy a héten nyilvánosságra hozott legutóbbi ilyen felfedezés olyan horderejű, hogy könynyen Nobel-díjat érhet.
Az általános relativitáselmélet korszakalkotó szemlélete szerint a gravitáció nem valamiféle erő, hanem a téridő görbülete. A testek úgy mozdulnak el a hatására, mintha egy hepehupás szőnyegen gurulnának a gyűrődések mentén. Einstein azt is feltételezte, hogy az igazán drasztikus események, például az ősrobbanás vagy a csillagok összeomlása hirtelen „rengéseket”, gravitációs hullámokat kelt a téridőben. Bár több csillagászati megfigyelés is szükségszerűvé tette a gravitációs hullámok létezését, eddig nem volt meg a minden kétkedőt meggyőző, perdöntő bizonyíték, a füstölgő fegyver, ahogy az angol szólás mondja.
– A gravitációs hullámokat nem árnyékolja le, nem nyeli el semmi, mint a fényt, mindenen keresztülhaladnak. Ezért az univerzum olyan részeiből is információt szolgáltathatnak, amelyek egyébként rejtve maradnának. Potenciálisan az univerzum megismerésének új eszközei – válaszolta a gravitációs hullámok jelentőségét firtató kérdésünkre Gergely Árpád László fizikus, a Szegedi Tudományegyetemen működő gravitációs kutatócsoport vezetője, jelenleg a Tokiói Tudományegyetem vendégkutatója. – Azért nehéz kimutatni e hullámokat, mert a természet négy fő kölcsönhatása (a gravitáció, az elektromágnesesség, illetve az atomokat összetartó gyenge és erős kölcsönhatás) közül a gravitáció messze a leggyengébb. Ennek ellenére ez az erő határozza meg az univerzum fejlődését.
Bár sok kozmológiai probléma megoldásához elkerülhetetlennek látszott, bizonyíték arra sem volt eddig, hogy közvetlenül az ősrobbanás után villámgyorsan „felfúvódott”, a másodperc töredékéig a fénynél is sokkal gyorsabban tágult az univerzum. Úgy tűnik, most egyszerre sikerült a gravitációs hullámok létezésére és a felfúvódási elméletre is bizonyítékokat szerezni. Mivel a felfúvódás kvantumos viselkedés, a gravitációs hullámokat pedig az általános relativitáselmélet jósolta meg, a megfigyelés Gergely Árpád László szerint a természet kettős szemléletének első közös bizonyítékaként is értelmezhető.
– A tudomány mai állása szerint a gravitáció a fizika „fekete báránya” – egészíti ki Bartos Imre, a Columbia Egyetem asztrofizikusa. – A másik három erőt sikerült már egységes elmélettel leírnunk, de a tömegvonzás eddig ellenállt ennek az egyesítési kísérletnek. Ahhoz, hogy továbblépjünk, a legígéretesebb út az extrém szituációk, például a gravitációs hullámokat keltő fekete lyukak vizsgálata. E felfedezés ezen erőfeszítéseknek is lökést ad majd.
Az nem állítható, hogy a mostani felfedezés előtt forró nyomot követtek a tudósok, minthogy az adatok az Antarktiszról érkeztek. Az ott lévő Harvard–Smithsonian Asztrofizikai Kutatóközpont rádiótávcsöve mutatta ki a gravitációs hullámok nyomát a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban. Az elmélet szerint ugyanis a világegyetem gyors felfúvódása az ősrobbanás utáni pillanatokban nyomot hagyott ebben a háttérsugárzásban: a polarizált fényben egyfajta mintázatot.
Ez a nyom tehát a polarizáltságnak egy sajátos, örvénylő formája. (A természetes sugárzások, például a napfény hullámai véletlenszerű irányban rezegnek. Amikor azonban valamilyen erő hat rájuk, például polárszűrőn hatolnak át, a rezgések egy irányba rendeződnek, polarizálttá válnak. A gravitációs hullámok afféle polárszűrőként hatottak a mikrohullámú háttérsugárzásra, így alakultak ki ezek a „minták”, a világegyetem első pillanatainak lenyomataként.)
A kozmológusok számára ez a felfedezés ugyanolyan horderejű, mint a Higgs-bozon megtalálása. A Stanford Egyetem egyik fizikusa a hír hallatán rögvest el is látogatott az vélhetően hamarosan Nobel-díjas Andrej Linde professzorhoz, a felfúvódási elmélet atyjához, hogy elmondja neki, igaza volt. Az idős fizikus majdnem sírva fakadt. A megható jelenetet filmre vették, olvasóink is megtekinthetik a tinyurl.com/felfuvodas internetes oldalon.

2014. március 20.