Ήταν μια στιγμή, μια στιγμή, όταν όλοι φάνηκαν να κάνουν ένα διάλειμμα από το να μιλάμε για πολέμους και πολιτική και να κοιτάξουμε στον ουρανό. Στις 11 Φεβρουαρίου 2016, τα μεγάλα ειδησεογραφικά πρακτορεία ανέφεραν ότι για πρώτη φορά, η ανθρωπότητα είχε εντοπίσει βαρυτικά κύματα που διέρχονται από τη Γη από το βαθύτερο διάστημα, ένα φρικιαστικό και βαθύ φαινόμενο, το οποίο προέβλεπε αρχικά ο Albert Einstein το 1916. Τα κύματα προήλθαν από δύο μαύρες τρύπες που συγκρούστηκε πριν από 1, 3 δισεκατομμύρια χρόνια, μια κοσμική πρόσκρουση που δημιούργησε δέκα φορές περισσότερη δύναμη από τη φωτεινή ισχύ όλων των αστεριών στο παρατηρούμενο σύμπαν σε συνδυασμό. Αλλά τα βαρυτικά κύματα που δημιούργησε ξεθωριάστηκαν σε ένα απλό wisp, καθώς κυλούσαν μέσα από το χώρο και το χρόνο. Κανένα όργανο δεν ήταν ποτέ σε θέση να τα ανιχνεύσει - μέχρι τώρα.
Από αυτή την ιστορία
Black Blues τρύπα και άλλα τραγούδια από τον εξωτερικό χώρο
Αγοράσχετικό περιεχόμενο
- Οι επιστήμονες ακούν δύο ακόμα πιο αρχαίες μαύρες τρύπες συγκρούονται
Αν και το επίτευγμα κατέστη εφικτό από περισσότερους από 1.000 επιστήμονες και μηχανικούς που εργάζονταν για δεκαετίες, οι πρωταγωνιστές ήταν οι Kip Thorne, Ronald Drever και Barry Barish, όλοι οι Caltech. και ο Rainer Weiss του MIT. Για να αιχμαλωτίσουν το απίστευτα μικρό τους λατομείο, χρησιμοποίησαν έναν εξαιρετικά ευρύ ανιχνευτή, το παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων 620 εκατομμυρίων δολαρίων, ή το LIGO, το οποίο έχει ένα κομμάτι στη Λουιζιάνα και ένα άλλο στην πολιτεία της Ουάσινγκτον.
Ο Θορν εκστρατεία για το έργο σε όλη τη δεκαετία του 1980 και του 1990 σε μια σειρά από διαλέξεις υψηλού προφίλ σε όλο τον κόσμο. Παλιά και γενειοφόρος, ήταν ήδη ένας θρύλος στην αστροφυσική - ένας θεωρητικός με ένα τόσο ευρύ όραμα που αργότερα βοήθησε στη δημιουργία κινηματογραφικών ταινιών του Χόλιγουντ όπως η Interstellar . Όταν ξεκίνησε την καριέρα του, πολλοί φυσικοί θεωρούσαν ότι τα βαρυτικά κύματα ήταν επιστημονική φαντασία, παρά την πρόβλεψη του Αϊνστάιν. Σε μια απότομη διάλειμμα από τη Νευτώνεια φυσική, η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν είχε προτείνει ότι η βαρύτητα παρήγαγε προηγουμένως ανιχνευμένες κυματιστές που μετακινούνταν διαστημικά με τρόπο πολύ σαν ήχο.
Η μέτρηση αυτών των κυμάτων, ωστόσο, φαινόταν σχεδόν αδύνατη. Σε σύγκριση με άλλες δυνάμεις, η βαρύτητα είναι εξαιρετικά αδύναμη. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεταξύ δύο ηλεκτρονίων είναι 10 40 (περισσότερο από ένα τρισεκατομμύριο φορές τρισεκατομμύρια φορές ένα τρισεκατομμύριο) ισχυρότερη από τη βαρυτική τους έλξη. Η καταγραφή ενός βαρυτικού κύματος απαιτεί εξαιρετικά τεράστια αντικείμενα και απίστευτα ευαίσθητα όργανα.
Ακόμα, ο Thorne λέει ότι πίστευε ότι τα κύματα βαρύτητας υπήρχαν από τη στιγμή που άρχισε το διδακτορικό του το 1962. Καθ 'όλη τη δεκαετία του '70, οι περισσότεροι άλλοι επιστήμονες ήρθαν να συμφωνήσουν μαζί του, πεπεισμένοι από αεροστεγή μαθηματικά μοντέλα και πειράματα σκέψης. Η μουσική ήταν εκεί έξω. Δεν το είχαν ακούσει ακόμα.
Το LIGO, που χτίστηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1990 και ενεργοποιήθηκε για πρώτη φορά το 2002, σχεδιάστηκε για να είναι εξαιρετικά ευαίσθητο σε αυτά τα μικροσκοπικά τρικλίνια. Το παρατηρητήριο περιλάμβανε δύο γιγαντιαίους ανιχνευτές σχήματος L που βρίσκονται σε απόσταση 1.865 μίλια. Η απόσταση μεταξύ τους και η απομακρυσμένη θέση των δύο θέσεων θα εμπόδιζαν τα δύο όργανα να πάρουν παρεμβολές από τον ίδιο γήινο τρόμο ή από το πέρασμα του φορτηγού. Κάθε ανιχνευτής αποτελείται από δύο βραχίονες 2, 5 μιλίων με ένα λέιζερ στη διασταύρωση, χωρισμένο σε δύο δοκούς και καθρέφτες σε κάθε άκρο. Όταν ένα βαρυτικό κύμα περάσει μέσα από τους σωλήνες, οι επιστήμονες πρόβλεψαν ότι θα επιβάρυνε λίγο χρόνο-διάστημα περίπου μία-δέκατη χιλιοστό τη διάμετρο ενός πρωτονίου. Αυτή η μικροσκοπική παραμόρφωση θα ήταν αρκετή για να αλλάξει το μήκος των σωλήνων και να κάνει το λέιζερ να λάμψει στους ανιχνευτές.
Σημείωση Συντάκτη, 28 Φεβρουαρίου 2017: Αυτό το άρθρο αναφέρεται αρχικά στην ηλεκτρομαγνητική "έλξη" μεταξύ δύο ηλεκτρονίων, αλλά η "δύναμη" είναι μια καλύτερη λέξη για να την περιγράψουμε.
Εγγραφείτε στο περιοδικό Smithsonian τώρα για μόλις $ 12
Αυτό το άρθρο είναι μια επιλογή από το τεύχος Δεκεμβρίου του περιοδικού Smithsonian
ΑγοράΟ αρχικός γύρος των πειραμάτων LIGO πριν από μια δεκαετία απέτυχε να πάρει ένα σήμα. Αλλά σε ένα μεγάλο διπλασιασμό στο αρχικό τους στοίχημα, οι ερευνητές έπεισαν το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών να ξοδέψει άλλα 200 εκατομμύρια δολάρια για να αναβαθμίσει το LIGO και μέχρι το 2015 το έργο έγινε. Η ερευνητική ομάδα περιλάμβανε πλέον περισσότερους από 1.000 επιστήμονες σε 90 ιδρύματα σε όλο τον κόσμο. Οι προσδοκίες ήταν συντριπτικές. Τον Αύγουστο του περασμένου έτους ο Weiss είπε στη Janna Levin μια αστροφυσική από την Κολούμπια, η οποία γράφει ένα βιβλίο για το LIGO που ονομάζεται Black Hole Blues και άλλα τραγούδια από τον εξωτερικό χώρο - «Αν δεν ανιχνεύσουμε μαύρες τρύπες, αυτό το πράγμα είναι αποτυχία».
Τη Δευτέρα, 14 Σεπτεμβρίου 2015, ένα βαρυτικό κύμα προήλθε από κάπου βαθιά στον νότιο ουρανό. Έσπασε το όργανο στη Λουιζιάνα πριν ταξιδέψει στις Ηνωμένες Πολιτείες για να σβήσει το όργανο στην πολιτεία της Ουάσινγκτον επτά χιλιοστά του δευτερολέπτου αργότερα. Στις 5:51 π.μ., ο εξοπλισμός του LIGO κατέγραψε τελικά αυτό το μικροσκοπικό τσίμπημα.
Όπως το έθεσε ο Levin, το μεγάλο επίτευγμα του LIGO ήταν ότι πρόσθεσε ένα soundtrack σε αυτό που είχε προηγουμένως μια σιωπηλή ταινία. Το ενενήντα πέντε τοις εκατό του σύμπαντος είναι σκοτεινό, πράγμα που σημαίνει ότι είναι πέρα από τη μέτρηση των πιο προηγμένων τηλεσκοπίων και συσκευών ραντάρ. Αυτό το ελαφρύ βαρυτικό κύμα επέτρεψε στους επιστήμονες να ανιχνεύσουν για πρώτη φορά ένα μαύρο τρύπα - και ήταν πολύ μεγαλύτερες από τις αναμενόμενες. Ο ένας ήταν 29 φορές η μάζα και οι άλλοι 35 φορές η μάζα του Ήλιου.
Όταν οι Thorne και Weiss είδαν για πρώτη φορά τα αρχεία καταγραφής, ανησυχούσαν ότι οι χάκερ είχαν εισάγει διεφθαρμένα δεδομένα στα κούτσουρα. (Το Drever δεν μπόρεσε να μοιραστεί την απάντησή του: είχε χάσει καλά τα χρόνια και βρισκόταν σε σπίτι φροντίδας στην πατρίδα του στη Σκωτία.) Χρειάστηκαν εβδομάδες έρευνας πριν οι επιστήμονες καταλήξουν σε συμφωνία με την ολοκλήρωσή τους.
Στις 26 Δεκεμβρίου 2015, η LIGO κατέγραψε βαρυτικά κύματα από μια άλλη συγχώνευση μαύρης τρύπας. Οι ερευνητές εξακολουθούν να εργάζονται για την τελειοποίηση των οργάνων, τα οποία λένε ότι θα βελτιωθούν μόνο κατά τη μέτρηση των απομακρυσμένων κοσμικών αποστάσεων.
Η ανίχνευση μαύρων οπών, ενώ είναι πραγματικά σημαντική, είναι μόνο η αρχή. Όλο και περισσότερο θα ανακαλύψουμε πόσα δεν γνωρίζουμε. Αυτός είναι ο πραγματικός ενθουσιασμός για τον Thorne, τον Weiss και τους συναδέλφους τους. Τι γίνεται αν η σκοτεινή ύλη εμφανίζεται στη βαρύτητα με τρόπους που κανείς δεν έχει εξετάσει ποτέ; Αν πάρουμε βαρυτικά κύματα αμέσως μετά το Big Bang, τι θα μας διδάξει για τη φύση του σύμπαντος; Χάρη στον LIGO, μπορούμε τώρα να αρχίσουμε να ακούμε τις συναρπαστικές συνθέσεις που κουδουνίζουν ανάμεσα στα αστέρια, τη ακόμα άγνωστη μουσική του τι άλλο υπάρχει εκεί
"Έχουν δώσει στην ανθρωπότητα έναν εντελώς νέο τρόπο να εξετάσουμε το σύμπαν". Stephen Hawking, συγχαίρει τον Kip Thorne, τον Rainer Weiss, τον Barry Barish και τον Ronald Drever, τους πρώτους επιστήμονες για την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων, στο αμερικανικό περιοδικό American Ingenuity του περιοδικού Smithsonian του 2016. Φέτος, οι ιδιοφυίες πίσω από το LIGO ανακοίνωσαν ότι βρήκαν τελικά αυτό που ο Albert Einstein είχε προβλέψει πριν από έναν αιώνα.
