Spoznajte ekipo znanstvenikov, ki so odkrili gravitacijske valove

Bil je trenutek, samo trenutek, ko so se vsi zdeli, da bi si oddahnili od pogovorov o vojni in politiki in pogledali v nebo. 11. februarja 2016 so velike novice poročale, da je človeštvo prvič zaznalo gravitacijske valove, ki minevajo po Zemlji iz najglobljega vesolja, moteče subtilen, vendar globok pojav, ki ga je prvi napovedal Albert Einstein leta 1916. Valovi so prihajali iz dveh črnih lukenj ki se je trčil pred 1, 3 milijarde let, je bil kozmični vpliv, ki je ustvaril desetkrat večjo moč kot svetlobna moč vseh zvezd v opazovanem vesolju skupaj. Toda gravitacijski valovi, ki jih je ustvaril, so zbledeli na navaden wisp, ko so se valijo skozi prostor in čas. Še nobenega instrumenta jih ni bilo mogoče zaznati - do zdaj.

Iz te zgodbe

Blues in druge pesmi iz vesolja

Nakup

Sorodne vsebine

• Znanstveniki slišijo trčenje dveh še bolj starodavnih črnih lukenj

Čeprav je dosežek omogočilo več kot 1000 znanstvenikov in inženirjev, ki delajo desetletja, so bili glavni premierji Kip Thorne, Ronald Drever in Barry Barish, vsi iz Caltecha; in Rainer Weiss iz MIT. Da bi ujeli svoj nemogoče majhen kamnolom, so namestili edinstveno velik detektor, 620 milijonov dolarjev laserski interferometer za gravitacijsko valovanje ali LIGO, ki ima en del v Louisiani, drugi pa v zvezni državi Washington.

Thorne se je za projekt potegoval skozi osemdeseta in devetdeseta leta v vrsti odmevnih predavanj po vsem svetu. Lanky in bradati, je bil že legenda astrofizike - teoretik z vizijo, ki je tako obsežna, da bi pozneje pomagal ustvariti hollywoodske filme, kot je Interstellar . Ko je začel svojo kariero, so mnogi fiziki menili, da so gravitacijski valovi, kljub Einsteinovi napovedi, znanstvena fantastika. V ostrem odmiku od newtonske fizike je Einsteinova splošna teorija relativnosti nakazovala, da je gravitacija ustvarila prej neodkrite valovanje, ki se je gibalo skozi vesolje in čas na način, podoben zvoku.

Izmeriti te valove pa se je zdelo skoraj nemogoče. V primerjavi z drugimi silami je gravitacija izjemno šibka. Elektromagnetna sila med dvema elektronoma je 10 ⁴⁰ (več kot trilijon trilijona trilijona) močnejša od njihove gravitacijske privlačnosti. Za snemanje gravitacijskega vala bi bili potrebni izredno masivni predmeti in nepredstavljivo občutljivi inštrumenti.

Kljub temu Thorne pravi, da je verjel, da gravitacijski valovi obstajajo do takrat, ko je doktoriral leta 1962. Skozi sedemdeseta leta se je večina drugih znanstvenikov z njim strinjala, kar so ga prepričali nepredušni matematični modeli in miselni eksperimenti. Glasba je bila zunaj. Preprosto ga še niso slišali.

LIGO, zgrajen sredi devetdesetih let in prvič aktiviran leta 2002, je bil zasnovan tako, da je izjemno občutljiv na te drobcene trese. Opazovalnica je bila sestavljena iz dveh velikanskih detektorjev v obliki črke L, ki sta nameščena na razdalji 1.865 milj. Razdalja med njima in oddaljena lokacija obeh krajev bi preprečila, da bi oba instrumenta pobrala motnje iz istega zemeljskega tremorja ali mimo vozila. Vsak detektor je bil sestavljen iz dveh 2, 5 milj ročic z laserjem na križišču, razdeljenih na dva snopa, in ogledal na vsakem koncu. Ko je gravitacijski val prešel skozi cevi, so znanstveniki napovedovali, da bo vesolje-čas samo nekoliko prekrival - približno eno deset tisoč premera enega protona. To najmanjše izkrivljanje bi bilo dovolj za spremembo dolžine cevi in ​​laserski sijaj na detektorjih.

Opomba urednika, 28. februar 2017: Ta članek se je prvotno nanašal na elektromagnetno "vleko" med dva elektrona, vendar je "sila" boljša beseda, da ga opišemo.

Naročite se na revijo Smithsonian zdaj že za samo 12 dolarjev

Ta članek je izbor iz decembrske številke revije Smithsonian

Nakup

Začetni krog eksperimentov LIGO pred več kot desetletjem ni uspel sprejeti signala. Toda v velikem podvojitvi svoje prvotne stave so raziskovalci prepričali Nacionalno znanstveno fundacijo, da je za nadgradnjo LIGO porabila dodatnih 200 milijonov dolarjev in do leta 2015 je bilo delo končano. V raziskovalno skupino je zdaj vključenih več kot 1000 znanstvenikov v 90 institucij po vsem svetu. Pričakovanja so bila premočna. Weiss je avgusta lani povedal Janni Levin, kolumbijskemu astrofiziku, ki je pisal knjigo o LIGO z imenom Black Hole Blues in Other Songs iz vesolja - "Če ne odkrijemo črnih lukenj, je ta stvar neuspešna."

V ponedeljek, 14. septembra 2015, je od nekje globoko na južnem nebu prišel gravitacijski val. Preden je križaril po Združenih državah, je instrument prelisičil v Louisiani, in nato sedem milisekund v instrumentu v državi Washington. Ob 5:51 zjutraj je LIGO-jeva oprema končno posnela to drobno cmokanje.

Kot je dejal Levin, je bil velik dosežek LIGO, da je dodal zvočni posnetek tistemu, kar je bil prej nemi film. Petinpetdeset odstotkov vesolja je temno, kar pomeni, da je zunaj merjenja naših najnaprednejših teleskopov in radarskih naprav. Ta rahli gravitacijski val je omogočil znanstvenikom, da so prvič odkrili par črnih lukenj - in bile so veliko večje od pričakovanj. Eden je bil 29-krat večji od mase, drugi pa 35-krat večji od mase Sonca.

Ko sta Thorne in Weiss prvič videla dnevnike, jih je skrbelo, da so hekerji v dnevnike vstavili poškodovane podatke. (Drever ni mogel deliti svojega odgovora. Z leti se je slabo počutil in bil v oskrbnem domu na svoji rodni Škotski.) Potrebne so bile tedenske preiskave, preden so se znanstveniki sprijaznili z njihovim dosežkom.

26. decembra 2015 je LIGO posnel gravitacijske valove iz drugega spajanja črne luknje. Raziskovalci še vedno natančno uravnavajo instrumente, za katere pravijo, da se bodo izboljšali le pri merjenju oddaljenih kozmičnih razdalj.

Odkrivanje črnih lukenj, čeprav je resnično pomembno, je šele začetek. Vse bolj bomo odkrivali, koliko tega ne vemo. To je resnično navdušenje za Thorna, Weissa in njihove sodelavce. Kaj pa, če se temna snov v gravitacijo zgleduje na načine, ki jih nihče še ni upošteval? Če bomo ubrali gravitacijske valove takoj po velikem udaru, kaj nas bo to naučilo o naravi vesolja? Zahvaljujoč LIGO-u lahko zdaj začnemo slišati očarljive skladbe, ki zvonijo med zvezdami, še vedno neznana glasba tega, kar je še zunaj

"Človeštvu so dali popolnoma nov način gledanja na vesolje." Stephen Hawking čestita Kip Thorneu, Rainerju Weissu, Barryju Barishu in Ronaldu Dreverju, prvim znanstvenikom, ki so zaznali gravitacijske valove, na reviji Smithsonian 2016 American Ingenuity Awards. Letos so geniji za LIGO sporočili, da so končno našli tisto, kar je pred stoletjem napovedoval Albert Einstein.