Nejčastější otázky

Vždy jsem si myslel, že gravitace je pole. Jak může něco být polem a současně i vlnou?
Ptá se Eamon z Austrálie

Vlny jsou jen typ chování pole, když se mění určitým způsobem s ohledem na pozici v místě a čase. Pole se mohou chovat i jinak než vlny. Mohou se měnit s časem nebo se měnit nevlnovým způsobem. Každé fyzikální pole musí být schopno pohybovat se jako vlna v důsledku konečné rychlosti šíření (rychlost světla) a zachování energie. V sekci o gravitačních vlnách na této stránce se nachází dobré vysvětlení.

Když se na problém podíváme z matematického hlediska, tak je pole číslo (nebo sada čísel), které závisí na poloze v čase a prostoru. Ve fyzice nám fundamentální pole, která nás zajímají, plodí čísla, která jsou odpovědí na otázky typu „Pokud dám malý náboj sem, jak moc a v jakém směru se bude pohybovat?“ (Náboj musí být malý, aby jeho vlastní pole nenarušilo to existující, které se snažíte změřit.) Například odpovědí na otázku „Jak moc (na jednotkový náboj) bude tento malý náboj tlačen v závislosti na tom, kdy a kam ho umístím?“ je elektrické pole. Pokud zaměníte „elektrický náboj“ slovem „hmota“, odpovědí bude gravitační pole.

Ten poslední příklad byl ale pro Newtonovu teorii gravitace. Einsteinova relativistická teorie je koncepčně odlišná, protože různí pozorovatelé by mohli nesouhlasit s tím, jak silně a v jakém směru je objekt tlačen díky jejich odlišnému pohledu na pohyb. Matematicky to však lze stále vyjádřit ve tvaru pole, což se ukáže spojené s geometrií časoprostoru. Toto pole musí umožňovat vlnění, což znamená, že musí být možné mít vlny v časoprostoru samotném. To jsou ty gravitační vlny, které Einstein@Home hledá.

Jaký je tedy rozdíl mezi vlnami a ostatním věcmi, které může pole dělat? Samozřejmě se „vlní“: Některá čísla rostou a jiná klesají s ohledem na čas a polohu. Co už není tak zřejmé, je to, že to umožňuje vlnám přemisťovat energii (také informace a ostatní věci) i přes prázdné oblasti (žádné částice, žádné náboje…). Jsou způsobem komunikace vzdálených částí vesmíru se zbytkem, a proto jsou také pro astronomy tak důležité.