Frei Zsolt (ELTE TTK): Új ablak az Univerzumra - gravitációs hullámok (Atomcsill, 2016.03.03.)

Előadó: Frei Zsolt (ELTE TTK, Atomfizikai Tanszék)
Cím: Új ablak az Univerzumra - a gravitációs hullámok felfedezése
Időpont: 2016. március 3.
Először történt, hogy tudósok megfigyelték a téridő "gravitációs hullámoknak" nevezett fodrozódásait, amelyek a távoli univerzum egy 1,2 milliárd évvel ezelőtt lezajlott kataklizmikus eseményében keletkezve most érték el a Földet. Az észlelés igazolja Albert Einstein 1915-ben közölt általános relativitáselméletének egyik legfőbb előrejelzését, és eddig példa nélküli, új ablakot nyit a Világegyetemre.
Előadásomban elmondom a gravitációs hullámokat észlelő két detektor, a Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) történetét, bemutatom a felfedezést, a hullámok forrásául szolgáló feketelyuk-ütközés mechanizmusát, és ismertetem a magyar hozzájárulást is a berendezés fejlesztéséhez és a közös munkához.
Az előadás végén kitérek a gravitációs hullámok más típusú feltételezett forrásaira, és ezek észlelésének lehetőségeire.
További infó: atomcsill.elte.hu/program/kivo...

[@SamuelAba-yc7oh]

Érthető és érdekes előadás volt. Örülök neki, hogy ilyen előremutató kutatásokra is költenek még. Kár, hogy hadviselésre sokkal több jut.

[@milanpekacs6579]

klassz előadás volt. Gratulálok az eredményekhez!

[@jenaylei7577]

Ez a kedvenc előadásom

[@Andbovi]

Zseniális előadás!

[@zoltanmeszaros7060]

Eddig legjobb előadás, amit ebben a témában találtam. Gratulálok az előadónak és persze a csapatnak!

[@zaidenmayson879]

you all probably dont care at all but does anybody know a method to log back into an instagram account..? I somehow forgot the account password. I would love any help you can give me!

[@jedidiahdevon494]

@Zaiden Mayson Instablaster :)

[@zoltanposa7666]

Hangot érzékelünk az űrből s képtelenség jó hangminőséget biztosítani a földön??? Ez vonatkozik Dávid Gyula remek előadásaira is. Csodálom, hogy ezek a remek előadók nem kérik ki maguknak...

[@injust2171]

Egy teló az előadó zsebébe és a felvételen jó lesz a hang . Ez egy 8 éves babázo kislány műszaki szintje . Kíváncsi vagyok hogy a teremben hány műszaki diploma volt???

[@gyongy8368]

Segáz, majd legközelebb egy stadionból jelentkeznek, arra úgyis költ a kormány eleget... Hát na, mi a fontos, ugye. :)

[@bandibunko1359]

Ez nagyon jó volt! A legjobbakat kívánom a jövőben is! 🌝

[@laszlobarany5368]

Lenne egy kérdésem , mint a témában laikus érdeklődő. Az előadásban elhangzott gravitációs hullámok, mint kisugárzott energiák, azok most betudható-e a sötét energia -mint a világunkat alkotó "anyagformák" - egyik alkotórészeként, vagy ezek most akkor hová sorolhatóak a hármas felosztáson belül (sötét energia, sötét anyag, ismert anyag)?

[@elteatomcsill8013]

Ha be kell sorolni, akkor a gravitációs hullámok az "ismert anyag" kategóriába tartoznak. Jól ismerjük az elméletüket, és kísérletileg is felfedezték őket, a kettő pedig összhangban van egymással. Azért nem szokás ilyen kontextusban emlegetni a gravitációs hullámokat, mert minden valószínűség szerint csak igen kicsiny hányadát alkotják a teljes anyagmennyiségnek, ezért "a nagy rovancs" készítésekor nem kell figyelembe venni őket. Bár vannak olyan egzotikus elméletek, amik a sötét anyag egyik lehetséges alkotórészeként tekintenek a gravitációs hullámok még fel nem fedezett fajtáira, de az ilyen elméleteket általában elutasítják, mert nagyon nehéz hihető magyarázatot adni arra, honnan származna, milyen folyamatban jött volna létre ez a nagy mennyiségű gravitációs hullám. dgy

[@istvanburai3090]

Kedves Gyula! Kedves Zsolt! Engedjen meg egy kérdést, amely bizonyára egyértelműen hibás értelmezésemen alapul, de a megfelelő apparátus hiányában nem tudom megoldani. Ha a példa kedvéért s GW150914 észlelést vesszük, akkor a két komponens az alábbi adatokkal rendelkezik (nem közvetlen mérés, hanem modell-illesztés alapján): 29 és 36 naptömeg. Ha jól értelmezem, a kettős rendszer összeolvadás előtti összesített energiája = két tömeg + a két perdület + a két tömeg mozgási energiája. Ha jól gondolom, a bespirálozás utolsó pillanatáig, az eseményhorizontok érintkezésének pillanatáig a rendszer által kisugárzott gravitációs hullám energia (felfutó szakasz) forrása nem más, mit a perdületek és az igen jelentős mozgási energiák (tehát a tömegek még ekkor "érintetlenek"). Ha jól gondolom, a fenti paraméterek közül a két tömeg által reprezentált energia (mivel az szingularitás mögött rejtezik) vehető zárt rendszernek - az érintkezés pillanatáig. A modell-illesztés alapján az egyesült rendszer a lecsengő jel vizsgálata alapján 62 naptömegű testnek feleltethető meg. A kérdésem pedig: ha két rendszer tömege szingularitás mögött rejtőzik, ezen két zárt rendszer egyesülése után a két tömeg összegéből hogyan "hiányozhat" egyáltalán bármi, hogyan konvertálódik a szingularitás mögött lévő (és ez a lényeg) tömegekből 3 naptömegnyi gravitációs hullámmá? Milyen folyamat teszi lehetővé, hogy a fekete lyukak zárt rendszeréből "kinyerjünk" tömeget, energiát? Elnézést a laikus kérdésért. Dehát laikus vagyok, így nincs más :) Tisztelettel: BI

[@elteatomcsill8013]

Kedves István! A kérdés jogos, a probléma igen érdekes és bonyolult, ezért az ismeretterjesztő előadásokban általában elsiklanak felette. A lényeg röviden az, hogy a fekete lyukat nem úgy kell elképzelni, mint egy bolygót: középen van egy böhöm nagy test, határozott tömeggel, és gravitációs terével befolyásolja a körülötte levő más testek mozgását. A két rendszer tömege nem „a szingularitás mögött rejtőzik”! A fekete lyuk tulajdonképpen az önmagát csapdába ejtő, önmagát görbítő téridő, egy szemléletes hasonlattal. mintha csomót kötöttünk volna a téridőre. Tény, hogy a jelenlegi modelljeink szerint a fekete lyukak úgy keletkeznek, hogy sok közönséges anyag tömörül egy helyre, és ezzel kritikus méretben meggörbíik a téridőt. De ez a centrumba hulló anyag hamarosan eltűnik a szingularitásban, ezzel mintegy távozik a mi világunkból! A kialakult fekete lyuk „belsejében”, az eseményhorizont mögött nincsen ott a behullott M tömegű anyag! Nem ez adja a fekete lyuk „tömegét” és energiáját! „A fekete lyuk tömege” - igazából pongyola szóhasználat. A gömbszimmetrikus (Schwarzschild-féle) fekete lyukakat egyetlen hosszúság dimenziójú b paraméter jellemzi (az eseményhorizont sugara). Ugyanez a helyzet akkor is, ha nem fekete lyukról, hanem közönséges anyagból felépült gömbszimmetrikus vonzó centrumról (csillagról vagy bolygóról) van szó. Ha a centrumtól távol vizsgáljuk a görbült téridőt, és az általános relativitáselmélet nemrelativisztikus közelítését alkalmazzuk, akkor megkapjuk a newtoni gravitációelméletet, az 1/r-rel arányos gravitációs potenciállal. És a számításokból kiderül, hogy a fent említett b paraméter arányos a klasszikus newtoni vonzócentrum M tömegével. Bolygó és csillag esetén ez rendben is van, hiszen középen ott van az M tömegű test. Fekete lyuk esetén azonban puszta lustaság és pongyolaság a b ~ M arányosság alapján arról beszélni, hogy M a fekete lyuk tömege. Hiszen mint már írtam, a lyukban nincs ott a behullott tömeg! Pontosan szólva így kellene írni: a b paraméterű fekete lyuk gravitációs hatása tőle nagy távolságban olyan, mintha a centrumban egy M tömegű test lenne. Persze sem tudományos cikkben, sem ismeretterjesztő előadásban sem akar senki sem ilyen precízen és unalmasan fogalmazni. Ehelyett mondjuk röviden azt, hogy „az M tömegű fekete lyuk”. Ez a pongyolaság viszont olykor megbosszulja magát - mint pl a fekete lyukak ütközése, összeolvadása és gravitációs sugárzása esetén. Még egy érdekesség: mi a helyzet, ha a központi objektum nem gömbszimmetrikus? Ekkor a közelében a gravitációs tér (már a newtoni mechanikában is) igen bonyolult, gyorsan változó (ezért nehéz az űrszondákat állandó pályán tartani egy krumpli alakú kisbolygó körül). Távolról viszont a gravitációs tér „kisimul”, egyre hasonlóbbá válik a gömbszimmetrikus test gravitációs teréhez, amit egyetlen paraméter határoz meg, a centrum M tömege. Ugyanez az állítás érvényes (csak sokkal bonyolultabb matematikával kifejezve) az általános relativitáselméletben is: messziről minden test térgörbítő hatása olyan, mint egy gömbszimmetrikus testé, és egyetlen b paraméter határozza meg (amit persze átszámíthatunk M-re is). A következő probléma a gravitációs energia fogalmával kapcsolatos. Mint már több mint száz éve kiderült, az általános relativitáselméletben nem lehet pontosan értelmezni egy kiterjedt objektum energiáját (és impulzusát). Ennek mély matematikai okai vannak, és súlyos fizikai következményei: az általános relativitáselméletben globálisan nem érvényes az energia megmaradásának régóta megszokott „törvénye”. (Kicsiben, lokálisan viszont érvényes, ezért a Földön továbbra sem lehet örökmozgót készíteni.) Nem kell tehát csodálkozni, ha azt olvassuk, hogy az Univerzum tágulásának folyamán nem maradt meg az energia. Két esetben beszélhetünk mégis energiamegmaradásról. Egyrészt akkor, ha a téridő csak egy kicsit tér el a sík, üres, anyag- és gravitációsmentes téridőtől, mondjuk úgy, hogy enyhe fodrozódások borzolják. Igen, ezek a gravitációs hullámok! Ezért az általános tilalom ellenére van értelme annak az állításnak, hogy egy gravitációs hullám ennyi meg ennyi energiát vitt el a forrásától, illetve adott át egy másik objektumnak. A másik eset az, amikor egy elszigetelt objektumot vizsgálunk a távoli üres világegyetemből nézve. Ez a helyzet persze szigorú pontossággal nem áll fenn, hiszen a világ mindenhol tele van anyaggal. De jó közelítéssel ílyennek tekinthető az a helyzet, amikor egy magányos bolygót, csillagot vagy fekete lyukat nézünk messziről. De ez a magányos test lehet akár egy egész naprendszer vagy teljes galaxis is, sok belső objektummal, csillaggal, bolygóval, porral, gázzal, sugárzással és a köztük ható elektromos, mágneses és gravitációs mezőkkel! Ezt az egész komplex objektumot kifelé összesen négy adat képviseli: a teljes energiája és az impulzusvektorának három komponense - akárcsak egy pontszerű részecskét. Az áltrel matematikája ebben az esetben a távoli megfigyelő számára lehetővé teszi az energia és az impulzus fogalmának értelmezését. A speciális relativitáselmélet képletei alapján pedig az energia és az impulzus alapján kiszámíthatjuk az objektum nyugalmi tömegét. Igen figyelemre méltó (és egyáltalán nem magától értetődő) eredménye az általános relativitáselméletnek, hogy az elszigetelt objektumnak a távoli megfigyelő által így értelmezett „tehetetlen” tömege pontosan megegyezik azzal a tömeggel, amiről korábban volt szó, amit a testtől távoli, egyre inkább gömbszimmetrikussá váló téridő görbületéből olvashatunk le. Ez az egyezés az általános relativitáselmélet kiindulópontjának, a súlyos és a tehetetlen tömeg azonosságának szép megjelenése az elmélet bonyolult következtetéseiben. dgy (folytatása következik)

[@dgy137]

@@elteatomcsill8013 (az előző válasz folytatása) Az eddigieket összefoglalva: egy akármilyen elszigetelt objektumot elég messziről nézve egyetlen M tömegparaméterrel jellemezhetünk. Ez a paraméter közönséges testek (bolygók, csillagok) esetén megegyezik a hagyományos módon értelmezett tömeggel. De már egy galaxis esetén nem azonos a galaxist alkotó bolygók, csillagok, por és gázrészecskék tömegének összegével! Hiszen bele kell számítani (elég bonyolult módon) az alkotórészek közti gravitációs (és más) kölcsönhatások járulékát is. Az olyan egzotikus objektumok esetében, mint a fekete lyukak, pedig egyáltalán nem azonosíthatjuk ezt az M tömegparamétert a centrumban levő anyag tömegével, hiszen (mint korábban írtam) a lyukat létrehozó anyag már rég eltűnt a szingularitásban, távozott a világból. Akkor miért van a lyuknak energiája? Egy hasonlat (csak hasonlat!) talán segít megérteni. Egy kicsiny, elektromosan töltött golyónak elektromos energiája van. De ez nem a golyócskára koncentrálódik, hanem a körülötte kialakult elektromos mezőben van elosztva (már 150 éve megvannak a képleteink az energialeoszlás leírására). Egy másik hasonlat. Gyakran szemléltetik az általános relativitáselméletet a gumilepedős hasonlattal: a lepedőre helyezett nagy test behorpasztja a lepedőt, ezért az arra járó kisebb testek görbe pályán mozognak. Koncentráljunk most a mozgás helyett az energiára: a behorpasztott lepedőnek rugalmas energiája van, szétosztva a lepedő mentén, leginkább a legnagyobb görbület, a centrum körül koncentrálva, de jóval távolabb is érzékelhető. A lepedőt azonban vasgolyó nélkül is meggörbíthetjük! Fogjuk meg egy ponton a gumit, húzzuk ki, és kössünk rá egy csomót (reméljük, nem szakad el…). Ha elengedjük, a gumi némi rezgés után egyensúlyi állapotba kerül. A csomó környékén nagyon deformált, távolabb kevésbé. A deformáció miatt rugalmas energia halmozódik fel, leginkább a centrum körül, de távolabb is. És most jön a lényeg: ha a csomótól elég messzire nézem, akkor a gumilepedő deformációját és energiáját vizsgálva nem tudom megkülönböztetni a két helyzetet, amikor egy nehéz test súlya, illetve egy csomó hozta létre a deformációt. A csomó távoli hatását tehát jellemezni tudom egy tömeg jellegű paraméterrel: annak a golyónak a tömegével, amelynek távoli görbítő hatása nem különböztethető meg a csomó távoli hatásától. Pedig a csomó esetében nincs is jelen semmiféle „valódi” tömeg… Ez a csomó a fekete lyuk legjobb szemléletes modellje! A fekete lyuk (és más testek) „gravitációs energiája”, és ennek megfelelő M tömege tehát nem a lyukban, az eseményhorizont mögött elrejtőzött „valódi” tömegnek köszönhető! Ezt az energiát a lyuk körül kialakult deformált, görbült téridő hordozza! Két fekete lyuk közeli találkozásakor ezek a görbült téridőtartományok lépnek kölcsönhatásba, ezek irányítják a centrumok mozgását. A gyors mozgás és változás a téridő hullámszerű gyűrődését is kiváltják, ezek pedig messzire távozva elviszik a rendszer energiájának egy részét. A gravitációs hullámok energiája tehát nem a lyukak belsejéből származik, hanem az összeolvadó, gyorsan változó görbült téridőből. Az eseményhorizont mögül nem jön ki sem fény, sem részecske, sem energia. Amikor a két lyuk eseményhorizontja összeér, további bonyolult (és gyors) folyamatok indulnak meg. A két eseményhorizont összeolvad, általában forog, s újabb gravitációs hullámokat sugároz ki. Végül (az eddig vizsgált esetekben néhány tized másodperc alatt) egy új stacionárius helyzet (Kerr-féle fekete lyuk) alakul ki, amely két paraméterrel jellemezhető: az egyik tömeg-, a másik perdület-jellegű. A kialakult Kerr-lyuk már nem sugároz további gravitációs hullámokat. (Ha a kiinduló fekete lyukak is forogtak, azaz Kerr-jellegűek voltak, akkor a folyamat hasonló, de a számítások bonyolultabbak.) A végső helyzetet jellemző tömegparaméter nem az eredeti két lyukra jellemző (ahogy láttuk: fiktív és szimbolikus) tömegparaméterek összege, hanem a bonyolult dinamikai folyamat során alakul ki, és csak a részletes számítógépes analízis segítségével követhető. A gravitációs hullámokkal eltávozott energia pont megfelel a kezdeti és a végső tömegek különbségének, de ez az energia nem a lyukak belsejéből származik, hanem a két lyukat körölvevő görbült téridő átrendeződésnek köszönhető. Egy érdekesség: az ELTE-n működő LIGO-kutatócsoport munkatársai már a gravitációs hullámok felfedezése előtt számos ilyen ütközés számítógépes szimulációját, numerikus modellezését futtatták le. Megvizsgálták a különböző kezdeti tömegű fekete lyukak különböző szögű ütközéseit és kiszámították az eközben kisugárzott gravitációs hullámok alakját. Ugyancsak megvizsgálták az összeolvadás során kialakuló fekete lyuk csillapodási folyamatát, és az ekkor kibocsátott hullámokat. Az így összegyűjtött adatokból kialakult könyvtár igen hasznosnak bizonyult. A gravitációs hullámok tényleges észlelésekor csak össze kellett hasonlítani a folyamat első (találkozási) és második (lecsillapodási) szakaszában észlelt hullámok formáját a könyvtárbeli adatokkal, meg kellett keresni az azokhoz legjobban hasonlító szimulációkat, és azonnal meg tudták mondani a két találkozó, illetve az ütközés során kialakuló fekete lyuk tömegét. Az ismeretterjesztésben megjelent tömegadatok innen származnak. Összefoglalva: a fekete lyukak ütközésekor kibocsátott gravitációs hullámok nem a fekete lyuk belsejéből vesznek el tömeget (hiszen ott nincs tömeg), energiájuk a görbült téridő átrendeződéséből származik. dgy

[@istvanburai3090]

@@dgy137 Kedves Gyula! Ismét köszönöm hogy megtisztelt a válaszával, az "M tömegű fekete lyuk" kifejezés képletes voltát, valamint ennek következményeit megértettem! És továbbra is nagyon sajnálom hogy nem birtoklom azt a matematikai apparátust, amely ezen ismeretek tényleges, nem hasonlatokon alapuló kifejtését igényelné. Így saját levezetés helyett továbbra is Önökre támaszkodom ezekben a kérdésekben! Várom további előadásaikat, és ha megengedi, továbbra sem csak passzív befogadóként. :) Tisztelettel: BI

[@ferenckarvak]

nagyszerü elöadás nagyszerü elöadótól.

[@karvakferenc]

mivel nemcsak a tér, hanem az idö is elhajlik, akkor lehetne e idöméréses módszerrel detektálni a gravitációs hullámot. Két óra asszinkronitásának mérésével.

[@karvakferenc]

huje vagy. fogbeja szád

[@L4sz10]

Szerintem ezzel ott a gond elvben, hogy az aszinkronitás a hosszúságváltozáshoz hasonlóan átmeneti, és a hullám lecsengésével ugyanúgy visszaáll szinkronba, ahogyan a távolságok is visszaállnak.

[@karvakferenc]

L4sz10 a hosszúságmérésnél is csak átmeneti a hosszkülönbség. Az asszinkronitás nagyságának mérésén van a lényeg. Az idöméréses módszernél használhatnánk a kvantunkorrelációt mint információ továbbitó vonalat ami a referens méröórát köti össze a központi összehasaonlitó egységgel. Hiszen a kvantumösszefüggéses adatátvitel azonnali, gyorsabb a fénytöl. Feltéve ha nem hat ki rá is a gravitációs hullám okozta téridödilaptáció.

[@szonikuszuhany8643]

Megválaszoltad. Kvázi a két műszer egyfajta érzékeny vekker.

[@zoltan3554]

200 méter mélyre lehet ásni esetleg csak 30-200-ig és lehet találkozni Krétáról származó korallakókkal pont jó kózetlemez határnál amely talapzaton nyukszik nem vizen

[@dr.erdelyinecsurgaymaria4349]

Kitűnő előadás egy izgalmas témáról.

[@szentagostonka]

A végén a kérdések nem kellenének, mert nem lehet rájuk egyből mindig válaszolni , vagy nehéz az előadónak azt mondani, hogy nem tudja a választ, esetleg, ha rosszúl válaszol kellemetlen. Egyébként érdekes szokása hogy mutogat a kezével és járkál. Ezek középiskolások , nekik minek ilyet hallgatni?

[@szonikuszuhany8643]

Jól kezelte a kérdéseket.

[@thyscioniedyn7113]

A szeizmikus rengéseknek szinte állandóan rázniuk kell a detektorokat, sokkal erősebben, mint a hivatkozott tengerhullámzásnak, azok hatását hogyan küszöbölték ki, ill. valóban megjelennek a mérésekben ??

[@L4sz10]

Mivel az egyik detektor Washington államban van, a másik Louisianában, a két detektor kb. háromezer kilométeres távolsága elég nagy ahhoz, hogy a szeizmikus zavarokat kiszűrje, hiszen nem fog egybeesést mérni.

[@thyscioniedyn7113]

Igen erről van szó 39p. előtt, A két detektortól egyforma távolságra levő földrengések koincidenciát okoznak és gravit. hullámnak nézhetők. A különböző földrészeken elhelyezett detektorok háromszögelési értékeiből az egész bolygót megrázó rengések irányát lehet esetleg megtudni és nem a gravitációs hullámokra utalnak ?

[@gypelsoczi]

Ezt lehetne részletesen ? Eddig nem lehetett erről hallani !

[@teetraterra]

szuper előadás . ZENÉVEl... kzbin.info/www/bejne/iJrJaZiVgruZpM0 ( kzbin.info/www/bejne/Z4XUqHWiibaZisk )

[@teetraterra]

kiegészités... : kzbin.info/www/bejne/b3a1e4OnjdF4r8k

[@gusztavbankuti8272]

Végre valaki bevallja, hogy még nem tudjuk hogyan működik a gravitáció.

[@thyscioniedyn7113]

"Azt senki nem mondta, hogy van ott egy erő" - csak különféle, a gyakorlatban jobban vagy rosszabbul beváló absztrakciókat gyártunk... Haha, csak óvatosan hámozzuk azt a léggömböt ! És ha ilyenforma a tudás a realitás fizikai objektumairól, akkor mi a helyzet a társadalomtudományok törvényeinek meg tényeinek valóságosságával... ?

[@tesz-vesz1985]

Pécsen született ahogy Frei Tamás, nem rokona? hasonlít is rá

[@arnoldjanos5303]

Bátyja. (és az apja meg az én gyerekkori haverom anyja testvérek :-) )

[@lajoskomar]

Frei Zsolt saját maga által felvetett kérdésére nem válaszolt. Sajnos. "Miért fontosak a gravitációs hullámok?" Az elmaradt.

[@elteatomcsill8013]

Volt szó erről is: a gravitációs hullámok olyan információt hozhatnak a kozmoszból, amelyhez más (elektromágneses) csatornán nem juthatunk hozzá. A témáról részletesebben lásd Raffai Péter „Csillagászat gravitációs hullámokkal” című Atomcsill-előadását (2017.04.06). dgy

[@lajoskomar]

Nem győzött meg Raffai Péter se. Miért fontosak a gravitációs hullámok? A meteoritok, szupernovák figyelése, az exobolygók figyelése nagyon is indokolt. De a gravitációs hullámok figyelése indokolatlan. Hatásuk 0,00...sok...0 és még valami "piszok". Tehát: Kár kidobálni azok figyelésére milliárdokat. Tovább fejleszteni pláne kár. Legyenek az űrben is mérőműszerek? Minek?

[@karolynemethy3353]

Dávid Gyula ... nincs jobb, sajnos ...bárcsak lenne ... már ő is öreg

[@karolynemethy3353]

A vége nem