Gravitacijskih valov za zdaj ni

Podrobna analiza podatkov, ki so jih pridobili vesoljski satelit Planck in zemeljskega detektorja BICEP2 in Keck Array, je pokazala, da dokazov za obstoj gravitacijski valov ni. S tem so zavrnili preliminarne rezultate, ki so jih objavili lani in so nakazovali na detekcijo gravitacijskih valov iz najzgodnejšega obdobja v zgodovini vesolja. To bi imelo pomembne implikacije za razumevanje znanosti, a so bili zelo glasni skeptični glasovi, ki so izpostavljali pomanjkljivosti v eksperimentu. Ker je poročilo o gravitacijskih valovih sedaj umaknila kar ista raziskovalna skupina, ki ga je lani napovedala, je zavrnitev praktično dokončna, vsekakor pa zelo gotova.

Gravitacijski valovi bi dokazali obstoj kratkega, a burnega obdobja v zgodovini izjemno mladega vesolja, ki naj bi se med 10^-36 in 10^-32 sekunde povečalo vsaj za faktor 10⁷⁸. Razlog za tako ekstremno povečanje je nepravi vakuum, v katerem naj bi se nahajalo mlado vesolje. Ko se je napihnilo, se je sesedlo v pravi vakuum, hkrati pa se je zravnalo (današnje meritve kažejo, da je v okviru eksperimentalne napake vesolje v vidnih treh prostorskih dimenzijah evklidsko ravno). Problem elegantne teorije - kolikor so pač teorije o zgodnjem vesolju in bizarnem dogajanju v tistem času lahko elegantne - je njena dokazljivost. Dogajanja iz tega časa ne moremo "videti", ker je vesolje postalo prosojno za elektromagnetno valovanje (svetlobo) šele pri starosti 380.000 let. Tedaj so se elektroni in protoni združili v vodikove atome, zato se je srednja prosta pot fotonov povečala prek Hubblovega radija (to je efektivno velikost vidnega vesolja). Po domače - svetloba je lahko prepotovala z enega konca na drugega, če se ni ravno zaletela v kakšno zvezdo. Danes to prasvetlobo vidimo kot mikrovalovno sevanje ozadja.

Gravitacijske valove, ki bi nastali zaradi inflacije v zgodnji fazi vesolja, bi lahko zaznali posredno, saj bi potem povzročili vrtinčasto polarizacijo sevanja ozadja. Polarizacija svetlobe je poenostavljeno povedano smer vektorja električnega polja (lahko bi jo definirali tudi v smislu magnetnega polja, saj sta njuna vektorja pravokotna drug na drugega in na smer propagacije). Polarizacija sevanja ozadja tipa E (analogija na električno polje) nima vrtincev, saj je krožna in radialna, polarizacija tipa B (analogija na magnetno polje) pa jih ima, saj je vrtinčasta. In gravitacijski valovi so edini znani vir slednjega tipa polarizacije.

In sedaj smo ugotovili, da je - ni. S tem je padlo v vodo odkritje, ki bi bilo vredno Nobelove nagrade. Izgubili smo namreč dokaz za obstoj gravitacijskih valov. Neobstoj dokaza namreč ne dokazuje neobstoja, pa smo spet na začetku.

Kaj pa so sploh izmerili v kolaboraciji BICEP2, da so se (prezgodaj) veselili? Razlog je prah. Rimsko cesto napolnjujejo ogromne zaplate vesoljskega prahu, ki so zaslepile meritve. Izjemno težko je namreč ločiti prasevanje ozadja in sevanje zaradi prahu (tudi sevanje ospredja), saj tudi slednje spreminja polarizacijo svetlobe. Vpliv prahu se odšteva z modeli, ki pa očitno niso bili dovolj natančni oziroma so podcenili vpliv prahu. BICEP2 je namreč meril pri eni sami frekvenci, kar nikoli ni dobra ideja - je pa včasih edina možna. Planck je meril v devetih kanalih in pokazal, da je prispevek ospredja večji, kot so sprva ocenili. V vmesnem času so postali dostopni tudi podatki eksperimenta Keck Array iz leta 2012-2013, ki je prav tako potekal na Južnem polu, ki je potrdil Planckove pomisleke.

Poanta zgodbe je, da je znanost pokazala, kako deluje. Rezultati eksperimenta so načeloma vedno razložljivi z več teorijami in naloga znanosti je razlikovati med njimi. To pa je mogoče le tako, da poizkuse kritično reproducira več laboratorijev in da se rezultate primerja. In na koncu ostane teorija, ki je najverjetnejša, a mora biti ves čas pripravljena prepustiti mesto drugi, ki se izkaže kot primernejša.