Co to jsou gravitační vlny?

Co to jsou gravitační vlny? aneb astronomie dětem!

Taky jste si toho všimli? Všichni mluví o gravitačních vlnách! To se snad gravitace nějak vlní? Nebo že by měla gravitace vlnu jako ovečka? Proč je kolem toho takový humbuk?

earth_stanfordj Nejprve je potřeba si vysvětlit, co se myslí tou gravitací. Většina z vás asi tuší, že gravitace je přitažlivá síla, kterou si nás Země udržuje pěkně při těle, stějně tak jako si Slunce drží své planety nebo Jupiter své měsíce. Ale nenechme se mýlit! Gravitace je totiž síla, kterou na sebe působí všechna hmotná tělsa! To znamená, že i vy a váš počítač se přitahujete, holub s drobkem rohlíku se přitahují, a také Darth Vader s Lukem Skywalkerem se gravitačně přitahují, přestože si hned nepadnou do náručí. To, že nevidíme projevy gravitace mezi holubem a kouskem loupáčku, je z toho důvodu, že obě dvě tělesa mají velmi nízké hmotnosti, tudíž i gravitační síla je mnohem menší. Naopak u velmi těžkých těles, dejme tomu jako jsou planety, hvězdy nebo galaxie, se gravitační síla navenek zcela jistě projeví. Saturn si pyšně hlídá svůj prstenec, hvězdy se vzájemně drží v galaxiích a dokonce i ty galaxie se vzájemně přitahují a srážejí se.

Albert Einstein přišel před sto lety s geniální myšlenkou, že gravitace je jen projevem zakřiveného časoprostoru. A jak si máme (pro sluneční erupce!) představit časoprostor a ještě k tomu zakřivený? Popravdě to není tak snadné, ale my se o to pokusíme. Podívejte se doprava a doleva, nahoru a dolů, a poté dopředu a dozadu. To jsou v podstatě tři půvabné rozměry, kterými disponuje náš prostor. Díky nim mají všechna tělesa výšku, délku, i tu šířku. Jenže je tu ještě jeden další, velmi podstatný rozměr, a tím je čas. Bohužel se v něm můžeme pohybovat pouze dopředu (dobrá dobrá, pokud byste proletěli horizontem událostí černé díry, tak by se situace velmi rychle změnila), ale díky proudu času v podstatě žijeme. Čas je tedy další dimenzí našeho časoprostoru.

waves_spaceAbychom pochopili gravitaci jako zakřivení časoprostoru, představme si trampolínu. A právě ta blána, guma, či jak jinak nazvat to, po čem skáčete, bude představovat náš prostor. Pokud na ni nikdo nestojí, nebo se po ní zrovna neválí váš pes, blána zůstává rovná. Jakmile se tam ale postavíte, vytvoří se pod vámi důlek. A přesně tak si můžeme představit, že hmotné těleso (třeba jako Země, viz. obrázek) zakřivuje časoprostor kolem sebe. Vytvoří v podstatě takový časoprostorový důlek. Kdybychom vedle vás na trampolínu postavili míč, svezl by se po stěně důlku až k vaším nohám. To platí i o našem časoprostoru: parašutista, který vyskočí z letadla, je stále v gravitačním poli Země, tudíž v gravitačním důlku, který kolem sebe Země vytváří, a zvesela padá směrem dolů, až se sneze k „nohám“ Země.

A už už se blížíme k těm gravitačním vlnám. Představte si, že jste na trampolíně dva, třeba se svou mladou a svěží tetou, a každý stojíte tak na tři kroky od sebe. Oba dva vytváříte pod sebou svůj důlek, a protože si s tetou rádi hrajete na hoňku (teta tvrdí, že si potřebuje udržet svou tvrdě vybojovanou štíhlou linii, tak ať běhá), rozběhnete se jeden za druhým. Po čase, jakmile vám bude docházet energie, se začnete postupně přibližovat k sobě, dokud se neobejmete a ze dvou důlků se nestane jeden. A právě při tomto procesu, kdy kolem sebe kroužíte, pobíháte a smějete se jak pominutí, se vytváří na bláně chvění – drobné vlnky. Obdobně to pak vypadá v případě, že kolem sebe obíhají dvě černé díry. Postupně se k sobě přibližují a ztrácí ohromné množství energie tak, že rozvlní okolní časoprostor – vzniknou gravitační vlny.

A právě včera, 11. února 2016, bylo oficiálně oznámeno, že vědci tyto gravitační vlny poprvé pozorovali. Zasloužil se o to projekt LIGO a práce několika tisíců lidí. A cože to vědci napozorovali? Gravitační vlny, které vznikly srážkou dvou černých děr. A co po nich zůstalo? Tak schválně, co myslíte?

Text: Mgr. Lenka Zychová, Ústav teoretické fyziky a astrofyziky, PřF MU
Obrázky: Stanford, space.com