Grawitacyjna łączność dzięki laserom

Każda masa i każda energia ma wpływ na czasoprzestrzeń i tworzy w niej "zmarszczki", odkształcenia - zwane falami grawitacyjnymi. Są one jednak zwykle bardzo słabe, chyba że pochodzą od wyjątkowo masywnych obiektów.

Po raz pierwszy fale grawitacyjne zostały zarejestrowane dzięki obserwacjom zderzeń czarnych dziur i z nimi są zwykle kojarzone. Jednak zdaniem naukowców fale te można by również wytwarzać i rejestrować za pomocą laserów, a może nawet wykorzystać do komunikacji. Co prawda odpowiednia technologia prawdopodobnie pojawi się dopiero za kilkadziesiąt lat, jednak w przyszłości mogłaby umożliwić komunikację za pomocą fal grawitacyjnych w przestrzeni kosmicznej - w taki sam sposób, w jaki dzisiaj wykorzystujemy fale elektromagnetyczne.

Aby wytworzyć falę grawitacyjną możliwą do zarejestrowania na Ziemi, potrzebne byłoby niezwykle skoncentrowane źródło energii, na przykład potężna wiązka światła. Chociaż światło składa się z bezmasowych cząstek zwanych fotonami, mają one energię, więc mogą również wytwarzać grawitację.

Killian Martineau z Université Grenoble Alpes (Francja) i jego współpracownicy dokładnie obliczyli, w jaki sposób wirująca wokół własnej osi wiązka światła laserowego o dużej mocy może wytworzyć wykrywalne fale grawitacyjne. Już sama możliwość wytwarzania fal grawitacyjnych w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych pozwoliłaby znacznie poszerzyć wiedzę o tego rodzaju zjawiskach i przetestować teorie dotyczące grawitacji.

Lasery dużej mocy używane są już do badań nad synteza jądrową. W przeciwieństwie do masywnych obiektów w przestrzeni, takich jak czarne dziury, wytwarzane laserowo fale grawitacyjne generowałyby złożone wzory fal w czasoprzestrzeni o częstotliwościach biliardy (tysiące milionów milionów) razy wyższych niż te, które mogą wykryć obecne detektory w rodzaju Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory (LIGO).

Dlatego Martineau proponuje wykorzystanie jako systemu detekcji na przykład innego lasera o dużej mocy, na którego wiązkę oddziaływałyby fale grawitacyjne, albo też detektora fotonów wykorzystującego tak zwany odwrotny efekt Gertsenshteina (energia fal grawitacyjnych zamienia się w światło w obecności pola magnetycznego).

Być może udałoby się opracować nowy system łączności oparty na wykorzystaniu fal grawitacyjnych. Przenikając przez materię, fale grawitacyjne nie ulegają, osłabieniu, dlatego sygnał równie dobrze można wysłać poprzez Ziemię. Na razie jednak nie ma laserów ani detektorów o odpowiednio dużych możliwościach - podkreślaja autorzy publikacji (DOI: 10.48550/arXiv.2309.04191). (PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ zan/