Årets Nobelpris i Fysik tilldelades Rainer Weiss, Kip S Thorne och Barry C Barish för deras bidrag till LIGO-detektorn och banbrytande forskning om gravitationsvågor.  Gravitationsvågor utgör ett helt nytt sätt för oss att observera universum och upptäckten är början på en helt ny era inom astronomin. I denna artikel får du lära dig mer om upptäckten och vad den kommer att ha för betydelse i framtiden. 

Årets Nobelpristagare i Fysik.

Gravitationsvågor är krökningar av rumtiden som rör sig som vågor genom universum efter att de sänts ut från källan. När de når jorden är de mycket svaga, och därför har de varit väldigt svåra att detektera. Årets Nobelpris i Fysik tilldelades Rainer Weiss, Kip S Thorne och Barry C Barish för deras bidrag till upptäckten av gravitationsvågor, som alldeles nyligen för första gången kunnat detekteras.

Det var den 14:e september 2015, för bara två år sedan, som man för allra första gången kunde observera gravitationsvågorna. Detektionen gjordes i LIGO-observeratoriet i USA och vågorna härstammande från två kolliderande svarta hål. De hade färdats 1,3 miljarder år genom rymden innan de till sist kunde detekteras av LIGO-detektorn här på jorden.  Upptäckten är banbrytande och att man nu har lyckats detektera gravitationsvågor innebär att Einsteins 100 år gamla förutsägelse har bekräftats.

Nobelpristagarna i Fysik, som alla bidragit till just LIGO-detektorns upptäckt av gravitationsvågor, var överväldigade när de såg signalerna från gravitationsvågorna för första gången:

– Många av oss kunde inte tro på det vi såg. Det tog lång tid att övertyga oss själva om att det vi sett faktiskt varit en gravitationsvåg. Nu har vi sett flera bevis och nu är det inte längre något tvivel att det faktiskt är gravitationsvågor vi sett, sa Rainer Weiss.

Det som gjorde det hela extra spännande är att ledningen vid LIGO-detektorn brukar skicka ut falska signaler för att hålla forskarna som ska detektera dem vakna. Först när de har analyserat signalen klart får de veta att det hela var en falsk signal. Just den här dagen, förmiddagen måndagen den 14:e september, rådde det dock inga tvivel – det var för tidigt på morgonen för att ledningen skulle ha skickat ut falska signaler. Man visste direkt att man funnit en äkta signal. En signal som skulle komma att förändra fysiken för alltid.

 

Vad har upptäckten av gravitationsvågor för betydelse för fysiken?

 

Gravitationsvågor har aldrig tidigare detekterats, men man har kunnat ana att de finns där, t.ex. genom att i neutronstjärnesystem ha sett hur systemet tappar energi på ett sätt som kunde motsvara utsändande av gravitationsvågor. Nu är detta alltså bekräftat. Förutom att upptäckten av gravitationsvågor i sig är ett stort framsteg för fysiken i och med att man kunnat bekräfta något som förutspåddes för länge sedan har upptäckten  stor betydelse för fysiken även på andra sätt.

1. Upptäckten bevisar att svarta hål existerar! Tidigare har det bara funnit indirekta bevis för existensen av svarta hål, det vill säga observationer av hur materia påverkas av att befinna sig i det svarta hålets omgivning. Gravitationsvågor sänds ut direkt från de svarta hålen och utgör därmed konkretare bevis för att svarta hål faktiskt finns på riktigt.

2. Gravitationsvågor är ett svårt test för den allmänna relativitetsteorin – men teorin klarade det! En vetenskaplig teori kan aldrig bevisas i vardagens bemärkelse, utan den vetenskapliga metoden innebär att man hela tiden försöker motbevisa teorin. Lyckas man inte motbevisa den, ja då kanske den helt enkelt stämmer? Einsteins allmänna och speciella relativitetsteori har klarat många tester, och kolliderande svarta hål som sänder ut gravitationsvågor är det mest extrema fenomen man hittills kunnat använda för att testa den allmänna relativitetsteorin. Teorin står fortfarande fast, så nu finns det ännu mer belägg för att den stämmer och att Einstein hade rätt – ännu en gång.

3. Kanske kan gravitationsvågor hjälpa till att förena kvantmekaniken och gravitationsteorin? Ett av fysikens största utmaningar är att förena gravitationsteorin med kvantmekaniken; att fysiken för det riktigt stora ska gå att förena med fysiken för det riktigt lilla. Några idéer kring hur detta skulle kunna gå till förutsäger att man ska kunna se nya effekter på ett speciellt avstånd från det svarta hålet. Kanske kommer man att kunna se sådana effekter med hjälp av gravitationsvågor?

4. Gravitationsvågor kanske kan bidra till att lösa mysteriet med den mörka energin! Nu när vi kan detektera gravitationsvågor från svarta hål kan vi med hjälp av vågorna bestämma avstånd och rödförskjutning till dessa svarta hål. Det gör att vi har ännu en metod att mäta universums expansion när vågorna utsändes, till skillnad från t.ex. metoden där supernovor används för att bestämma stora avstånd i rymden. Metoden med gravitationsvågor bör ge mindre felkällor, så nu kan vi alltså mäta universums expansion ännu bättre! Med fler användningsområden inom kosmologin kanske gravitationsvågorna en dag blir avgörande för stora kosmologiska mysterier, såsom mörk energi. Nu kan vi studera mycket från universums begynnelse som inte går att studera med vanligt ljus!

5. Andra häftiga fenomen som vi enbart kan se med hjälp av gravitationsvågor? Idag har man detekterat gravitationsvågor från kolliderande svarta hål och kolliderande neutronstjärnor, båda extrema fenomen i rymden. Kanske finns det ännu fler och ännu häftigare fenomen som aldrig tidigare observerats, som nu kommer att kunna göra det tack vare upptäckten av gravitationsvågor? Vem vet vad vi kommer att hitta där ute – hittills har allting handlat om att titta på universum i form av ljus, men nu har vi ett helt nytt sätt att se på, eller lyssna på, rymden! Vi går in i en ny era för astronomin!

6. Kan gravitationsvågor ge upphov till ny teknik i framtiden? Vem vet vilka teknologiska tillämpningar upptäckten av gravitationsvågor kommer att generera! De instrument som används för att upptäcka gravitationsvågorna kan anses vara enorma framsteg inom teknologin – signalerna är oerhört svaga, men ändå lyckades man detektera dem. Indirekta teknologiska framsteg som möjliggör bättre mätresultat, analyser och observationsmetoder kan vi alltså vänta oss i takt med att vi blir allt bättre på att mäta gravitationsvågor, men kanske finns även andra, mer svårförutsägbara, tillämpningar? I framtiden kanske alla har en egen gravitationsvågdetektor eller någonting annat relaterat hemma i vardagsrummet? Klart är att grundforskning ofta leder till ny teknik och tillämpningar man aldrig hade kunnat förutse på förhand.

 

Illustration av två kolliderande svarta hål. Det var just ett sådant system som sände ut gravitationsvågorna när de för första gången kunde detekteras av LIGO-detektorn 2015. Detta föranledde årets Nobelpris i Fysik.