Ponieważ oddziaływanie grawitacyjne jest najsłabsze spośród czterech oddziaływań elementarnych interesuje mnie sposób detekcji fal grawitacyjnych przewidzianych przez teorię względności. Siły elektryczne istniejące pomiędzy atomami są dużo silniejsze od sił grawitacyjnych pomiędzy nimi. Czy wykrycie fal grawitacyjnych za pomocą interferometru LIGO i innych podobnych eksperymentów (umieszczonych na Ziemi) nie jest więc z góry skazane na niepowodzenie? Wydaje mi się, że otoczenie i elementy składowe interferometru (materia) uniemożliwia wykrycie fal grawitacyjnych (właśnie z uwagi na słabość sił grawitacyjnych w stosunku do oddziaływań elektrycznych). Materia powinna bardzo skutecznie tłumić fale grawitacyjne, tzn. zmiana odległości pomiędzy atomami wchodzącymi w jej skład powinna być skutecznie tłumiona przez oddziaływania elektryczne między nimi. Jeżeli tak, to czy eksperymenty naziemne są z góry skazane na niepowodzenie? Ratunkiem mogłoby być dostrojenie detektora do częstotliwości fal grawitacyjnych (rezonans).
Jak wykryć fale grawitacyjne?
Pytanie
Odpowiedź
Tak, ma Pan rację, że oddziaływania grawitacyjne są najsłabsze, ale to wcale nie przekreśla możliwości detekcji fal grawitacyjnych. Fal grawitacyjna deformuje przestrzeń i wobec tego nawet odległość między protonem i elektronem w atomie wodoru będzie się zmieniała pod wpływem fali grawitacyjnej. Problem polega na tym, że ta zmiana będzie niezwykle mała. Fale grawitacyjne początkowo starano się odkryć, tak jak Pan sugeruje, korzystając z zjawiska rezonansu. Rezonatorem był aluminiowy walec o długości około 1.5 m i średnicy około 80 cm. Za pomocą takiego rezonatora starano się odkryć fale grawitacyjne o częstości około 1000 Hz. Niestety pomimo licznych prób i ochładzania takiego walca do temperatury ciekłego helu i poniżej jak dotychczas bez powodzenia.
Adam Lubos: Czy obliczono jakie częstotliwości mogą mieć fale grawitacyjne i czy rezonans jest możliwy do realizacji?
Marek Demiański: Obecnie znamy już zakres częstotliwości fal grawitacyjnych, które są emitowane przez ciasne układy podwójne gwiazd i częstotliwości fal grawitacyjnych, które powstają podczas zlewania się dwóch gwiazd neutronowych lub gwiazdy neutronowej i czarnej dziury.
Adam Lubos: A może umieszczenie interferometru w przestrzeni kosmicznej byłoby lepszym rozwiązaniem?
Marek Demiański: Tak, poważnie rozważane są plany zbudowanie laserowej anteny grawitacyjnej w przestrzeni kosmicznej. Technologicznie jesteśmy do tego przygotowani, koszt takiego przedsięwzięcia jest jednak ogromny.