Агуу их эрдэмтэн Альберт Эйнштейний физикийн ертөнцийг асар ихээр өөрчилсөн орон зай ба цаг хугацааны ойлголт өнөөг хэр нь хүн төрөлхтөний ирээдүйг өөрчлөх хүчин зүйл бүхий шинжилгээ судалгааны гол сэдэв болсоор ирсэн юм. 100 гаруй жилийн өмнө суут эрдэмтний дэвшүүлж гаргасан физикийн онолуудыг орчин үеийн техник технологийн тусламжтайгаар эрдэмтэд баталж эхэллээ.

Дорно дахины ард түмэн шинэ жилийн баяраа тэмдэглэж байх ахуйд өрнөдийн хэвлэлүүд Эйнштейний дэвшүүлж байсан татах хүчний долгионы (gravitational waves) онолыг анх удаа баталсан тухай шуугиж эхэлсэн юм. Энэхүү шуугиант нээлтийг АНУ-ын эрдэмтэд ёслол төгөлдөр зарласан.

Татах хүчний долгион гэж юу вэ?

Анх 100 жилийн өмнө Альберт Эйнштейн таталцлын орны долгион оршдог гэсэн таамаглалыг дэвшүүлж байжээ. Түүний энэ онолыг батлахад техник технологийн хүчин чадал болон урт удаан хугацаа шаардагдаж ирсэн юм. Орон зай ба цаг хугацааны ойлголтыг үндсээр нь өөрчилсөн Эйнштейний судалгааны ажлын гол бүтээл нь харьцангуйн онол ба харьцангуйн ерөнхий онол байв.

Анх 1905 онд “Хөдөлж буй биетийн электродинамик” гэсэн нэр бүхий эрдмийн ажлыг агуулгаар нь хүмүүс харьцангуйн тусгай онол хэмээн тодорхойлж эхлэв. Улмаар Эйнштейн 1916 онд харьцангуйн ерөнхий онолоо нийтлүүлсэн юм. Энэ үед орон зай цаг хугацааны төсөөллийг орвонгоор нь өөрчиллөө хэмээж байсан ч дэлхийн нэгдүгээр дайн ид өрнөж байсан үе тул эрдэм шинжилгээний ажилтнуудын хүрээнээс хальж төр засгийн хэмжээнд судлахыг урьтал болгож чадахгүй л байлаа. Гэхдээ түүний энэхүү гайхамшигт онолоос огт өөр эрдмийн ажил буюу Фото-электроны эффектийн тайлбарт нь 1921 оны физикийн Нобелийн шагнал хүртээж байжээ.
Тэгвэл өнөөдрийг хүртэл дэлхийн эрдэмтэд Эйнштейний харьцангуйн онолд илүүтэй ач холбогдол өгч цаг хугацаа ба орон зайн (огторгуйн) бүтэц мөн түүнчлэн Таталцлын (Гравитацийн) ухааныг судалсаар ирлээ. Энэхүү онол нь харьцангуйн тусгай ба ерөнхий гэсэн Альберт Эйнштейний нээсэн шийдвэрлэх хоёр физикийн онолуудаас бүрддэг тухай дээр өгүүлсэн.

Тэгвэл энэ онолын үндсэн дээр таталцлын орноос долгион буюу гажилт үүсч ямар нэгэн хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй энерги тэрхүү таталцлын орон зайг дайран өнгөрөхдөө нөлөөлөлд автаж байдгийг дэвшүүлэн баталсан аж.

Үүнийг энгийн үгээр тайлбарлавал татах хүчнээс долгион үүсдэг бөгөөд тэрхүү долгион бүхий орон зайг нэвтрэн өнгөрч байгаа биетэд цаг хугацаа өөрөөр үйлчилдэг аж. Эйнштейний дэвшүүлсэн онолын энэ зарчмыг олон ч сансар огторгуй, шинжлэх ухааны сэдэвтэй ном зохиол, кинонд ашигласан бөгөөд сансрын нисгэгчид таталцлын долгион онцгой хүчтэй нөлөөлдөг гаригт хэдхэн цаг газардаад буцан хөөрөхөд дэлхийн хугацаагаар олон жилтэй тэнцэхүйц хугацааг өнгөрөөсөн байдаг тухай өгүүлсэн байдаг нь түгээмэл жишээ.

Таталцлын долгион байдгийг хэн хэрхэн батлав?

Эйнштэйн дэлбэрч буй од, мөргөлдөж буй хар нүхнээс таталцлын долгион үүсэж болохыг урьдчилан хэлсэн байдаг. Энэ таталцлын долгионыг илрүүлж бүртгэхийн тулд маш мэдрэмтгий бүртгэгч хэрэгтэй. Энэ нь нар дэлхий хоёрын хоорондох зайтай тэнцүү хэмжээнд аялж яваа атомын хэмжээний өчүүхэн зүйлийг алдалгүй бүртгэж чадах тийм өндөр хүчин чадалтай бүртгэгч гэсэн үг. Яг ийм бүртгэгч манай дэлхий дээр хоёр байдаг бөгөөд нэг нь АНУ-д /LIGO/ нөгөөх нь Германд /GEO 600/ ажиллаж байна.

Тэрхүү хоёр байгууламж нь дөрвөн километрын урттай L хэлбэрийн вакум хонгилуудаас бүрдэнэ. Лазер болон толинууд суурилуулсан энэ байгууламжуудад сансраас ирэх татах хүчний долгионыг хянаж, бүртгэдэг. Энэ хоёр бүртгэгчийг Лазерийн интерферометрийн тусламжтайгаар таталцлын долгион судлах төв буюу (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) LIGO-гийн хамтын ажиллагааны төв нэртэй байгууллага эзэмшин ажиллуулдаг. LIGO-гийн хамтын ажиллагааны байгууллагад АНУ-ын эрдэмтэн судлаачид голлож ажилладаг бөгөөд өнөөдрийн байдлаар 15 улсын 100 гаруй их, дээд сургуулийн харьяалалтай 1000 гаруй эрдэмтэн судлаачид ажилладаг юм.

Энэхүү эрдэмтдийн томоохон баг сансрын алс уудамд хоёр “хар нүх” мөргөлдсөнөөс үүссэн “орон зай-цаг хугацааны долгионыг” бүртгэж авсны дараагаар хар нүхнүүдийн масс нь Нарны массаас 29 болон 36 дахин хүнд байсан бөгөөд хоёр хар нүх 1.3 тэрбум жилийн өмнө мөргөлдөж нэгдсэнийг тодорхойлсон юм. Харьцангуйн ерөнхий онолд зааснаар бол хоёр “хар нүх” бие биеэ тойрон эргэхдээ таталцлын долгионы цацрагийн улмаас энергээ алддаг аж. Үүний улмаас тэд нэг тэрбум жилийн хугацаанд аажмаар хоорондоо ойртдог бөгөөд улмаар мөргөлдөж, таталцлын долгион ялгаруулдаг байна. Эрдэмтэд мөн таталцлын долгион байдгийг нотлохын сацуу “хар нүх”-ний давхар систем байдгийг ч нотолж чадсан аж.

Өнөөдрийн энэ нээлт бол тэдгээр 15 орны томоохон их сургуулиудын 1000 гаруй эрдэмтдийн 20 шахуу жилийн судалгааны үр дүн гэж ойлгож болно. Үүгээр ч зогсохгүй агуу эрдэмтний гаргаж дэвшүүлсэн гайхамшигт онолыг батлахын тулд эрдэмтэд жирийн иргэдээс хүртэл тусламж хүсч үүний дагуу дэлхийн өнцөг булан бүрээс мянга мянган хүмүүс хувь нэмрээ оруулсан юм. Физикийн ухаан сонирхдог, дэлхийн өнцөг булан бүрт суугаа олон мянган жирийн иргэд компьютер дээрээ тусгай програм /BOINC/ суулгаж, энэ програм нь төв серверээсээ өгөгдөл татаж ашиглан боловсруулах бөгөөд боловсруулсан өгөгдлөө буцаан илгээх зарчмаар ажиллаж байжээ. Үүний үр дүнд АНУ болон Германд байрлуулсан хоёр бүртгэгчийн илрүүлсэн асар олон өгөгдлийг судлах ажлыг 20 гаруй жилийн хугацаанд хүн төрөлхтөн дуусгаж чадсан байна.

LIGO-гийн эрдмийн ажлыг АНУ-ын Үндэсний Шинжлэх Ухааны Сангаас олон тэрбум доллараар санхүүжүүлж ирсэн юм.

Нээлтийн ач холбогдол

LIGO-гийн захирал Дэвид Рейц энэхүү шуугиант нээлтийг зарлахдаа хэвлэлийн бага хурал дээр “Бид татах хүчний долгионыг бүртгэж авсан” гээд “Бид үүнийг хийж чадлаа!” хэмээн бахархалтайгаар мэдэгдсэн юм. Нээлт нь долгионыг хэмжих аргаар одон орон, сансрын судалгаа хийх шинэ хаалгыг шинжлэх ухаанд нээж өгч байгаагаараа ач холбогдолтой. Зарим судлаачид 14 тэрбум жилийн өмнө явагдсан Их Тэсрэлтийн үед чухам юу болсныг энэ аргаар мэдэж болно гэж үзэж байна. Тэр үед үүссэн долгион одоог хүртэл сансар огторгуйд аялж байгаа гэж ойлгож болох юм.

LIGO байгууламжийн хэвлэлийн төлөөлөгч Габриела Гонзалес энэ тухай “Судалгааны маш урт зам биднийг хүлээж байна, бид дөнгөж эхлэл цэг дээр л байна” гэжээ. Уг гайхалтай нээлт нь хүн төрөлхтөнд орчлон ертөнцийг таньж мэдэх шинэ арга замыг өгнө гэдэгт шинжээчид итгэлтэй байгаа. Хамгийн наад захын жишээ дурдахад л LIGO-гийн эрдэмтэд Физикийн шинжлэх ухааны Нобелийн шагналыг хүртэх магадлалтай болж байгаа юм.

Мөн таталцлын долгионыг судалснаар хүн төрөлхтөн ирээдүйд эрчим хүчний асуудлыг шийдэж чадна гэдэгт эрдэмтэд итгэлтэй байгааг дурдах хэрэгтэй. Тодруулбал ус төрөгчийн атомаас нэг сая дахин бага гажилтыг илрүүлж чадах “LIGO” байгууламжийн илрүүлсэн долгионоор асар их энерги гарган авах боломжтой болох гэнэ. Сансар огторгуй дахь хоёр хар нүхний мөргөлдөөний үр дүнд орчлон ертөнц дээрх бүх одноос гарах эрчим хүчнээс 50 дахин илүү эрчим хүч үүссэн байдгийг эрдэмтэд нотлоод байгаа юм. Тиймээс таталцлын долгионоос гарган авах эрчим хүчний судалгааны чиглэлээр шинжлэх ухааны бас нэгэн салбар үүсэх магадлалтай болж байгаа гэнэ.
Гэхдээ Эйнштейний суут онолыг баталгаажуулсан шуугиант энэ нээлтийн ард хүмүүсийн хамгийн их сонирхож байгаа зүйл бол цаг хугацааг удирдах явдал юм. Хэрвээ таталцлын долгион цаг хугацааг өөрчилж чадаж байгаа юм бол энэ долгионыг гарган авснаар дурын цаг хугацаанд нөлөөлөх улмаар хүн төрөлхтөний мөрөөдөл болсон цаг хугацааны машиныг бий болгох уу гэдэг асуулт маш сонирхолтой. LIGO-гийн үүсгэн байгуулагчдын нэг Ким Торн “Миний бодлоор таталцлын долгионыг илрүүлсэн энэ тохиол биднийг цаг хугацаагаар аялах боломжтой болгоно гэж бодохгүй байна” хэмээн энэ асуултад тун даруухнаар хариулжээ. Гэхдээ энд нэг зүйлийг онцлох хэрэгтэй. Мэдээж хэрэг төр засгаас олон тэрбумын хөрөнгө гаргаж хийж буй судалгаа шинжилгээний ажлын үр дүнгийн оргил хэсэг нууц байдаг нь жам ёсных. Мөсөн уулын зөвхөн орой нь цухуйж байдагтай нэгэн адил энэхүү гайхамшигт нээлтийн ард бий болж буй боломжуудын зөвхөн олон нийтэд зарлаж болох хэсгийг л, тухайлбал эрчим хүч, хар нүх, нейтрон протоны цөмийг судлана гэх мэтээр ил гаргаж байж болох билээ.
politik.mn