"Είμαι εξαντλημένος, αλλά η επιτυχία είναι λαμπρή."
σχετικό περιεχόμενο
- Ο μαθηματικός Emmy Noether πρέπει να είναι ο ήρωάς σας
Ήταν πριν από εκατό χρόνια αυτό το Νοέμβριο, και ο Albert Einstein απολάμβανε μια σπάνια στιγμή ευχαρίστησης. Μέρες νωρίτερα, στις 25 Νοεμβρίου 1915, είχε μεταφερθεί στη σκηνή της Πρωλαρχικής Ακαδημίας Επιστημών στο Βερολίνο και δήλωσε ότι ολοκλήρωσε επιτέλους τη δοκιμαστική και δεκαετή αποστολή του σε μια νέα και βαθύτερη κατανόηση της βαρύτητας. Η γενική θεωρία της σχετικότητας, όπως ισχυρίζεται ο Αϊνστάιν, ολοκληρώθηκε τώρα.
Ο μήνας που οδήγησε στην ιστορική ανακοίνωση ήταν το πιο πνευματικά έντονο και ανησυχητικό διάστημα της ζωής του. Αποκορύφωσε με το ριζοσπαστικά νέο όραμα του Αϊνστάιν για την αλληλεπίδραση του χώρου, του χρόνου, της ύλης, της ενέργειας και της βαρύτητας, ένα επίτευγμα ευρέως σεβαστό ως ένα από τα μεγαλύτερα πνευματικά επιτεύγματα της ανθρωπότητας.
Την εποχή εκείνη, το buzz γενικής σχετικότητας ακούστηκε μόνο από μια ομάδα από στοχαστές στα περίχωρα της εσωτερικής φυσικής. Αλλά στον αιώνα που ακολούθησε, το πνευματικό τέκνο του Αϊνστάιν έχει γίνει ο σύνδεσμος για ένα ευρύ φάσμα θεμελιωδών θεμάτων, όπως η προέλευση του σύμπαντος, η δομή των μαύρων τρυπών και η ενοποίηση των δυνάμεων της φύσης και η θεωρία έχει χρησιμοποιηθεί και για πιο εφαρμοσμένα καθήκοντα όπως η αναζήτηση εξωηλιακών πλανητών, ο προσδιορισμός της μάζας των μακρινών γαλαξιών και ακόμη η καθοδήγηση των τροχιών των τρομακτικών οδηγών αυτοκινήτων και των βαλλιστικών πυραύλων. Η γενική σχετικότητα, μια φορά μια εξωτική περιγραφή της βαρύτητας, είναι πλέον ένα ισχυρό ερευνητικό εργαλείο.
Η αναζήτηση της βαρύτητας άρχισε πολύ πριν από τον Αϊνστάιν. Κατά τη διάρκεια της πανώλης που κατέστρεψε την Ευρώπη από το 1665 έως το 1666, ο Isaac Newton υποχώρησε από τη θέση του στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, κατέφυγε στο σπίτι της οικογένειάς του στο Lincolnshire και στις αδράνειες του συνειδητοποίησε ότι κάθε αντικείμενο, είτε στη γη είτε στον ουρανό, τραβάει ο ένας τον άλλον με μια δύναμη που εξαρτάται αποκλειστικά από το πόσο μεγάλα είναι τα αντικείμενα - η μάζα τους - και πόσο μακριά βρίσκονται στο διάστημα - η απόσταση τους. Σχολικά παιδιά παγκοσμίως έχουν μάθει τη μαθηματική έκδοση του νόμου του Νεύτωνα, η οποία έχει κάνει τέτοιες θεαματικά ακριβείς προβλέψεις για την κίνηση όλων των πραγμάτων, από τα βράχια που έχουν πετάξει σε τροχιές πλανήτες που φαινόταν ότι ο Νεύτωνας είχε γράψει την τελική λέξη για τη βαρύτητα. Αλλά δεν είχε. Και ο Αϊνστάιν ήταν ο πρώτος που έγινε σίγουρος γι 'αυτό.
**********
Το 1905 ο Αϊνστάιν ανακάλυψε την ειδική θεωρία της σχετικότητας, καθιερώνοντας το διάσημο ρητό ότι τίποτα - κανένα αντικείμενο ή σήμα - δεν μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός. Και εκεί βρίσκεται το τρίψιμο. Σύμφωνα με το νόμο του Νεύτωνα, αν κουνήσετε τον Ήλιο σαν μια κοσμική μαράκα, η βαρύτητα θα προκαλέσει τη γήινη ταραχή αμέσως. Δηλαδή, η φόρμουλα του Νεύτωνα υποδηλώνει ότι η βαρύτητα ασκεί την επιρροή της από τη μια θέση στην άλλη στιγμιαία. Αυτό δεν είναι μόνο ταχύτερο από το φως, είναι άπειρο.
Σχετικότητα: Η Ειδική και η Γενική Θεωρία
Δημοσιεύθηκε στην εκατονταετηρίδα γενικής σχετικότητας, αυτή η όμορφη έκδοση του διάσημου βιβλίου του Αϊνστάιν τοποθετεί το έργο σε ιστορικό και πνευματικό πλαίσιο παρέχοντας ανεκτίμητη γνώση σε ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά μυαλά όλων των εποχών.
ΑγοράΟ Αϊνστάιν δεν θα είχε κανένα από αυτά. Μια πιο εξειδικευμένη περιγραφή της βαρύτητας πρέπει σίγουρα να υπάρχει, μία στην οποία οι βαρυτικές επιρροές δεν ξεπερνούν το φως. Ο Αϊνστάιν αφιέρωσε τον εαυτό του να το βρει. Και για να το κάνει, κατάλαβε, θα πρέπει να απαντήσει σε μια φαινομενικά βασική ερώτηση: Πώς λειτουργεί η βαρύτητα; Πώς φτάνει ο Ήλιος στα 93 εκατομμύρια μίλια και ασκεί βαρυτική έλξη στη Γη; Για τα πιο γνωστά ρεύματα καθημερινής εμπειρίας - ανοίγοντας μια πόρτα, ξεβιδώνοντας ένα μπουκάλι κρασιού - ο μηχανισμός είναι προφανής: Υπάρχει άμεση επαφή μεταξύ του χεριού σας και του αντικειμένου που βιώνει την έλξη. Αλλά όταν ο Ήλιος τραβάει τη Γη, αυτό το τράβηγμα ασκείται σε όλο το κενό χώρο. Δεν υπάρχει άμεση επαφή. Τι είναι λοιπόν το αόρατο χέρι που εκτελεί την προσφορά βαρύτητας;
Ο ίδιος ο Νεύτωνας βρήκε αυτό το ερώτημα βαθιά αινιγματικό και δήλωσε εθελοντικά ότι η δική του αποτυχία να προσδιορίσει πώς ασκεί η βαρύτητα την επιρροή του σήμαινε ότι η θεωρία του, όσο επιτυχημένες οι προβλέψεις του, ήταν σίγουρα ατελής. Ακόμα και για πάνω από 200 χρόνια, η παραδοχή του Νεύτωνα δεν ήταν τίποτα άλλο από μια παρατραβηγμένη υποσημείωση σε μια θεωρία που διαφορετικά συμφώνησε με παρατηρήσεις.
Το 1907 ο Αϊνστάιν άρχισε να εργάζεται σοβαρά απαντώντας σε αυτή την ερώτηση. μέχρι το 1912, είχε γίνει πλήρης εμμονή του. Και μέσα σε αυτά τα χέρια, ο Αϊνστάιν χτύπησε ένα βασικό εννοιολογικό επίτευγμα, τόσο απλό όσο το κράτος, όσο είναι πρόκληση να πιάσει: Αν δεν υπάρχει τίποτα άλλο από κενό διάστημα ανάμεσα στον Ήλιο και τη Γη, τότε η αμοιβαία βαρυτική έλξη τους πρέπει να ασκείται από το διάστημα εαυτό. Αλλά πως?
Η απάντηση του Αϊνστάιν, που είναι ταυτόχρονα όμορφη και μυστηριώδης, είναι ότι η ύλη, όπως ο Ήλιος και η Γη, προκαλεί την καμπύλη του χώρου γύρω από αυτό και η προκύπτουσα στρεβλωμένη μορφή του χώρου επηρεάζει την κίνηση άλλων σωμάτων που περνούν.
Εδώ είναι ένας τρόπος να το σκεφτείτε. Εικόνα την ευθεία τροχιά που ακολουθείται από ένα μάρμαρο που έχετε τυλίξει σε ένα επίπεδο ξύλινο πάτωμα. Τώρα φανταστείτε το μάρμαρο σε ένα ξύλινο πάτωμα που έχει στρεβλωθεί και στριμωθεί από μια πλημμύρα. Το μάρμαρο δεν θα ακολουθήσει την ίδια ευθεία τροχιά, διότι θα ωθηθεί με αυτό τον τρόπο και από τα καμπύλα περιγράμματα του δαπέδου. Όπως και με το πάτωμα, τόσο με το χώρο. Ο Αϊνστάιν φανταζόταν ότι τα καμπύλα περιγράμματα του χώρου θα ωθούσαν ένα μπέιζμπολ που έπεσε στο χέρι για να ακολουθήσει το γνωστό παραβολικό του μονοπάτι και να προσδώσει τη Γη να προσκολληθεί στη συνήθη ελλειπτική τροχιά του.
Ήταν ένα συναρπαστικό άλμα. Μέχρι τότε, ο χώρος ήταν μια αφηρημένη έννοια, ένα είδος κοσμικού δοχείου, όχι μια απτή οντότητα που θα μπορούσε να επηρεάσει την αλλαγή. Στην πραγματικότητα, το άλμα ήταν ακόμα μεγαλύτερο. Ο Αϊνστάιν συνειδητοποίησε ότι ο χρόνος θα μπορούσε να στρεβλωθεί επίσης. Δυστυχώς, όλοι βλέπουμε ότι τα ρολόγια, ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται, σημειώνουν τον ίδιο ρυθμό. Αλλά ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι τα κοντινά ρολόγια είναι σε ένα τεράστιο σώμα, όπως η Γη, τόσο πιο αργά θα τσιμπηθούν, αντανακλώντας μια εντυπωσιακή επιρροή της βαρύτητας στο πολύ πέρασμα του χρόνου. Και όσο ένα χωρικό στρέβλωμα μπορεί να ωθήσει τη τροχιά του αντικειμένου, τόσο για μια χρονική: το μαθηματικό του Αϊνστάιν πρότεινε ότι τα αντικείμενα στρέφονται προς θέσεις όπου ο χρόνος περνά πιο αργά.
Ακόμα, η ριζική ανασύνταξη της βαρύτητας του Αϊνστάιν όσον αφορά το σχήμα του χώρου και του χρόνου δεν ήταν αρκετή για να διεκδικήσει τη νίκη. Χρειάστηκε να αναπτύξει τις ιδέες σε ένα προγνωστικό μαθηματικό πλαίσιο που θα περιγράφει με ακρίβεια τη χορογραφία που χρονολογείται από το χώρο, το χρόνο και την ύλη. Ακόμη και για τον Albert Einstein, αυτό αποδείχθηκε μνημειώδης πρόκληση. Το 1912, προσπαθώντας να διαμορφώσει τις εξισώσεις, έγραψε σε έναν συνάδελφο ότι «Ποτέ πριν στη ζωή μου δεν έχω βασανίσει κάτι τέτοιο». Ωστόσο, μόλις ένα χρόνο αργότερα, ενώ εργαζόταν στη Ζυρίχη με τον πιο μαθηματικό συνάδελφό του Marcel Grossmann, Ο Αϊνστάιν ήρθε εξωφρενικά κοντά στην απάντηση. Χρησιμοποιώντας αποτελέσματα από τα μέσα του 1800 που παρείχαν τη γεωμετρική γλώσσα για την περιγραφή των καμπύλων σχημάτων, ο Αϊνστάιν δημιούργησε μια εντελώς νέα και εντελώς αυστηρή αναδιατύπωση της βαρύτητας από την άποψη της γεωμετρίας του χώρου και του χρόνου.
Αλλά τότε όλα φάνηκαν να καταρρέουν. Εξετάζοντας τις νέες εξισώσεις του, ο Αϊνστάιν διέπραξε ένα αξιοπρεπές τεχνικό σφάλμα, οδηγώντας τον να πιστεύει ότι η πρότασή του απέτυχε να περιγράψει σωστά όλα τα είδη κοινών κινήσεων. Για δύο μακρά, απογοητευτικά χρόνια, ο Αϊνστάιν προσπάθησε απελπισμένα να καλύψει το πρόβλημα, αλλά τίποτα δεν λειτούργησε.
Ο Αϊνστάιν, ανθεκτικός καθώς έρχονται, παρέμεινε αδιάφορος, και το φθινόπωρο του 1915 είδε τελικά την πορεία προς τα εμπρός. Μέχρι τότε ήταν καθηγητής στο Βερολίνο και είχε εισαχθεί στην Πρωσική Ακαδημία Επιστημών. Παρόλα αυτά, είχε χρόνο στα χέρια του. Η αποξενωμένη σύζυγός του, η Mileva Maric, τελικά αποδέχθηκε ότι η ζωή της με τον Αϊνστάιν τελείωσε και είχε μετακομίσει στη Ζυρίχη με τους δύο γιους τους. Αν και οι όλο και πιο τεντωμένες οικογενειακές σχέσεις ζύγιζαν βαριά τον Αϊνστάιν, η διευθέτηση του επέτρεπε επίσης να ακολουθεί ελεύθερα τα μαθηματικά του κωμίσματα, αδιατάρακτα μέρα και νύχτα, στην ήσυχη μοναξιά του στείρου διαμερίσματός του στο Βερολίνο.
Μέχρι το Νοέμβριο, αυτή η ελευθερία έφερε καρπούς. Ο Αϊνστάιν διόρθωσε το προγενέστερο λάθος του και ανέβηκε στην τελική άνοδο προς τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Αλλά καθώς εργάστηκε έντονα για τις ωραίες μαθηματικές λεπτομέρειες, οι συνθήκες μετατράπηκαν απροσδόκητα σε προδοσία. Λίγους μήνες νωρίτερα, ο Αϊνστάιν συναντήθηκε με τον διάσημο Γερμανό μαθηματικό David Hilbert και είχε μοιραστεί όλες τις σκέψεις του σχετικά με τη νέα θεωρία της βαρύτητας. Προφανώς, ο Αϊνστάιν έμαθε την απογοήτευσή του, καθώς η συνάντηση είχε προκαλέσει το ενδιαφέρον του Hilbert ότι τώρα αγωνιζόταν τον Αϊνστάιν στη γραμμή τερματισμού.
Μια σειρά καρτ-ποστάλ και επιστολών που ανταλλάσσονται μεταξύ του Νοεμβρίου του 1915 τεκμηριώνουν μια εγκάρδια αλλά έντονη αντιπαλότητα, καθώς έκαστος έκλεισε στις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας. Ο Χίλμπερτ θεώρησε ότι είναι δίκαιο το παιχνίδι να επιδιώξει ένα άνοιγμα σε μια πολλά υποσχόμενη αλλά μέχρι τώρα ατελείωτη θεωρία της βαρύτητας. Ο Αϊνστάιν έκρινε ότι είναι άκρως κακή μορφή για τον Χίλμπερτ να μπει στη δική του σόλο εκστρατεία τόσο κοντά στη σύνοδο κορυφής. Επιπλέον, ο Αϊνστάιν συνειδητοποίησε με αγωνία ότι τα βαθύτερα μαθηματικά αποθέματα του Hilbert παρουσίασαν μια σοβαρή απειλή. Τα χρόνια της σκληρής δουλειάς του, ο Αϊνστάιν θα μπορούσε να πάρει το κουτάβι.
Η ανησυχία ήταν βάσιμη. Το Σάββατο 13 Νοεμβρίου, ο Αϊνστάιν έλαβε πρόσκληση από τον Χίλμπερτ να τον συνοδεύσει στο Γκέτινγκεν την επόμενη Τρίτη για να μάθει με "πολύ πλήρη λεπτομέρεια" την "λύση στο μεγάλο πρόβλημά σας". "Πρέπει να αποφύγω τη μετακίνηση προς το Γκέτινγκεν προς το παρόν και μάλλον να περιμένω υπομονετικά μέχρι να μπορέσω να μελετήσω το σύστημά σας από το τυπωμένο άρθρο. γιατί είμαι κουρασμένος έξω και μαστίζεται από το άλγος του στομάχου εκτός. "
Αλλά εκείνη την Πέμπτη, όταν ο Αϊνστάιν άνοιξε την αλληλογραφία του, αντιμετώπισε το χειρόγραφο του Hilbert. Ο Αϊνστάιν έγραψε αμέσως και σχεδόν δεν συμπλήρωσε τον ερεθισμό του: "Το σύστημα που παραδίδετε συμφωνεί - όσο μπορώ να δω - ακριβώς με αυτό που βρήκα τις τελευταίες εβδομάδες και παρουσιάσαμε στην Ακαδημία." Στον φίλο του Heinrich Zangger, , "Στην προσωπική μου εμπειρία δεν έχω μάθει καλύτερα την αθλιότητα του ανθρώπινου είδους όπως σε μια περίσταση αυτής της θεωρίας ..."
Μια εβδομάδα αργότερα, στις 25 Νοεμβρίου, μιλώντας σε ένα αθόρυβο ακροατήριο στην Πρωσική Ακαδημία, ο Αϊνστάιν αποκάλυψε τις τελικές εξισώσεις που συνιστούν τη γενική θεωρία της σχετικότητας.
Κανείς δεν ξέρει τι συνέβη κατά τη διάρκεια αυτής της τελευταίας εβδομάδας. Ο Αϊνστάιν έφερε τις τελικές εξισώσεις από μόνος του ή έκανε το χαρτί του Χίλμπερτ απεριόριστη βοήθεια; Το σχέδιο του Hilbert περιελάμβανε τη σωστή μορφή των εξισώσεων ή έκανε ο Hilbert στη συνέχεια να εισάγει αυτές τις εξισώσεις, εμπνευσμένες από το έργο του Αϊνστάιν, στην έκδοση του εγγράφου που δημοσίευσε ο Hilbert μήνες αργότερα; Το ίντριγκο βαθαίνει μόνο όταν μαθαίνουμε ότι ένα βασικό τμήμα των αποδείξεων σελίδας για το χαρτί του Χίλμπερτ, το οποίο ίσως είχε διευθετήσει τις ερωτήσεις, κυριολεκτικά απομακρύνθηκε.
Στο τέλος, ο Hilbert έκανε το σωστό. Αναγνώρισε ότι όποιος και αν είναι ο ρόλος του στην καταλυτική αντιμετώπιση των τελικών εξισώσεων, η γενική θεωρία της σχετικότητας πρέπει δικαίως να πιστώνεται στον Αϊνστάιν. Και έτσι έχει. Ο Χίλμπερτ πήρε και το λόγο του, καθώς ένας τεχνικός αλλά ιδιαίτερα χρήσιμος τρόπος έκφρασης των εξισώσεων γενικής σχετικότητας φέρει τα ονόματα και των δύο ανδρών.
Φυσικά, η πίστωση θα αξίζει μόνο εάν η γενική θεωρία της σχετικότητας επιβεβαιώθηκε μέσω παρατηρήσεων. Είναι αξιοσημείωτο ότι ο Αϊνστάιν μπορούσε να δει πώς μπορεί να γίνει αυτό.
**********
Η γενική σχετικότητα πρόβλεψε ότι δέσμες φωτός που εκπέμπονται από μακρινά αστέρια θα ταξιδεύουν κατά μήκος καμπύλων τροχιών καθώς περνούσαν μέσα από την στρεβλωμένη περιοχή κοντά στον Ήλιο κατά τη διαδρομή προς τη Γη. Ο Αϊνστάιν χρησιμοποίησε τις νέες εξισώσεις για να το κάνει αυτό ακριβές - υπολόγισε το μαθηματικό σχήμα αυτών των καμπύλων τροχιών. Αλλά για να δοκιμάσουμε την πρόβλεψη, οι αστρονόμοι θα πρέπει να δουν μακρινά αστέρια ενώ ο Ήλιος βρίσκεται στο προσκήνιο, και αυτό είναι δυνατό μόνο όταν η Σελήνη αποκλείει το φως του Ήλιου, κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης.
Η επόμενη ηλιακή έκλειψη, της 29ης Μαίου 1919, θα ήταν επομένως η τεκμηριωμένη γη γενικής σχετικότητας. Οι ομάδες των βρετανών αστρονόμων, με επικεφαλής τον Sir Arthur Eddington, δημιούργησαν κατάστημα σε δύο θέσεις που θα βίωναν μια πλήρη έκλειψη του Sun-in Sobral, της Βραζιλίας και του Príncipe, στη δυτική ακτή της Αφρικής. Αντιμετωπίζοντας τις προκλήσεις του καιρού, κάθε ομάδα πήρε μια σειρά φωτογραφικών πλακών από μακρινά αστέρια που ήταν ορατά, καθώς η Σελήνη μεταφέρθηκε στον Ήλιο.
Κατά τους προσεχείς μήνες προσεκτικής ανάλυσης των εικόνων, ο Αϊνστάιν περίμενε υπομονετικά τα αποτελέσματα. Τέλος, στις 22 Σεπτεμβρίου 1919, ο Αϊνστάιν έλαβε ένα τηλεγράφημα ανακοινώνοντας ότι οι παρατηρήσεις έκλειψης επιβεβαίωσαν την πρόβλεψή του.
Εφημερίδες ανά τον κόσμο έλαβαν την ιστορία, με πρωτοσέλιδα πρωτοσέλιδα που διακηρύσσουν τον θρίαμβο του Αϊνστάιν και τον κατατροπώνουν ουσιαστικά μια νύχτα σε μια παγκόσμια αίσθηση. Μέσα από τον ενθουσιασμό, ένας νέος φοιτητής, ο Ilse Rosenthal-Schneider, ρώτησε τον Αϊνστάιν τι θα πίστευε αν οι παρατηρήσεις δεν συμφωνούσαν με την πρόβλεψη γενικής σχετικότητας. Ο Αϊνστάιν απάντησε με γοητευτικό όρεξη, «θα ήμουν λυπημένος για τον Αγαπητό Λόρδο επειδή η θεωρία είναι σωστή».
Πράγματι, στις δεκαετίες μετά τις μετρήσεις της έκλειψης, υπήρξαν πολλές άλλες παρατηρήσεις και πειράματα - μερικά σε εξέλιξη - που οδήγησαν σε πετυχημένη σταθερή εμπιστοσύνη στη γενική σχετικότητα. Ένα από τα πιο εντυπωσιακά είναι ένα τεστ παρατήρησης που διήρκεσε σχεδόν 50 χρόνια, μεταξύ των μεγαλύτερων έργων της NASA. Η γενική σχετικότητα ισχυρίζεται ότι ως σώμα όπως η Γη περιστρέφεται στον άξονά της, θα πρέπει να σέρνει το χώρο γύρω σε ένα στροβιλισμό κάπως σαν ένα περιστρεφόμενο βότσαλο σε έναν κάδο μελάσσας. Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, οι φυσικοί του Στάνφορντ έθεσαν σε εφαρμογή ένα σχέδιο για να δοκιμάσουν την πρόβλεψη: Ξεκινήστε τέσσερα πολύ ακριβή γυροσκόπια σε τροχιά κοντά στη Γη και αναζητήστε μικροσκοπικές μετατοπίσεις στον προσανατολισμό των αξόνων των γυροσκοπίων που, σύμφωνα με τη θεωρία, από τον περιστρεφόμενο χώρο.
Χρειάστηκε μια γενιά επιστημονικής προσπάθειας για την ανάπτυξη της απαραίτητης γυροσκοπικής τεχνολογίας και έπειτα χρόνια ανάλυσης δεδομένων, μεταξύ άλλων, για να ξεπεραστεί η ατυχής ταλάντευση των γυροσκοπίων που αποκτήθηκαν στο διάστημα. Αλλά το 2011, η ομάδα πίσω από το Gravity Probe B, όπως είναι γνωστό το έργο, ανακοίνωσε ότι το πείραμα του μισού αιώνα είχε φθάσει σε ένα επιτυχημένο συμπέρασμα: Οι άξονες των γυροσκοπίων στρέφονταν από το ποσό που είχε προβλέψει το μάθημα του Αϊνστάιν.
Υπάρχει ένα εναπομένον πείραμα, επί του παρόντος περισσότερα από 20 χρόνια στην κατασκευή, που πολλοί θεωρούν την τελική δοκιμασία της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Σύμφωνα με τη θεωρία, δύο αντικείμενα που συγκρούονται, είτε πρόκειται για αστέρια είτε για μαύρες τρύπες, θα δημιουργήσουν κύματα στον ιστό του χώρου, καθώς δύο συγκρουόμενα σκάφη σε μια άλλη ήρεμη λίμνη θα δημιουργήσουν κύματα νερού. Και καθώς αυτά τα κύματα της βαρύτητας κυματίζουν προς τα έξω, ο χώρος θα επεκταθεί και θα συσσωρευτεί στο πέρασμά τους, κάπως σαν μια σφαίρα ζύμης να τεντώνεται και να συμπιέζεται εναλλάξ.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, μια ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες του MIT και της Caltech ξεκίνησε ένα ερευνητικό πρόγραμμα για την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων. Η πρόκληση, και είναι μεγάλη, είναι ότι αν μια τεράστια αστροφυσική συνάντηση συμβαίνει πολύ μακριά, τότε από τη στιγμή που οι προκύπτουσες χωρικές κύστεις πλένονται από τη Γη θα έχουν εξαπλωθεί τόσο ευρέως ώστε θα αραιωθούν φανταστικά, ίσως να τεντώνουν και να συμπιέζουν χώρο μόνο ένα κλάσμα ενός ατομικού πυρήνα.
Παρ 'όλα αυτά, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία που θα μπορούσε απλά να δει τα μικροσκοπικά ενδεικτικά σημάδια μιας κυματισμού στο ύφασμα του χώρου καθώς κυλάει από τη Γη. Το 2001 εγκαταστάθηκαν δύο συσκευές μήκους τεσσάρων χιλιομέτρων σε σχήμα L, συλλογικά γνωστές ως LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), στο Λίβινστον, Λουιζιάνα και Χάνφορντ της Ουάσινγκτον. Η στρατηγική είναι ότι ένα βαρυτικό κύμα που περνάει θα εναλλάσσεται εναλλάξ και θα συμπιέζει τους δύο βραχίονες κάθε L, αφήνοντας ένα αποτύπωμα στο φως λέιζερ που αγωνίζεται πάνω και κάτω από κάθε βραχίονα.
Το 2010, ο LIGO παροπλίστηκε, πριν εντοπιστούν τυχόν υπογραφές βαρυτικών κυμάτων - η συσκευή σχεδόν σίγουρα δεν είχε την απαραίτητη ευαισθησία για να καταγράψει τις μικροσκοπικές συσπάσεις που προκλήθηκαν από ένα βαρυτικό κύμα που φτάνει στη Γη. Αλλά τώρα εφαρμόζεται μια προηγμένη έκδοση του LIGO, μια αναβάθμιση που αναμένεται να είναι δέκα φορές πιο ευαίσθητη, και οι ερευνητές αναμένουν ότι μέσα σε λίγα χρόνια η ανίχνευση των κυματισμών στο διάστημα που προκαλούνται από μακρινές κοσμικές διαταραχές θα είναι συνηθισμένη.
Η επιτυχία θα ήταν συναρπαστική όχι επειδή κάποιος αμφέβαλε πραγματικά τη γενική σχετικότητα, αλλά επειδή οι επιβεβαιωμένοι δεσμοί μεταξύ της θεωρίας και της παρατήρησης μπορούν να δώσουν ισχυρές νέες εφαρμογές. Οι μετρήσεις έκλειψης του 1919, που έδειξαν ότι η βαρύτητα στρέφει την τροχιά του φωτός, έχουν εμπνεύσει μια επιτυχημένη τεχνική που χρησιμοποιείται τώρα για την εξεύρεση απομακρυσμένων πλανητών. Όταν οι πλανήτες αυτοί περνούν μπροστά από τους αστέρες τους, εστιάζουν ελαφρώς το φως του αστεριού προκαλώντας ένα πρότυπο φωτισμού και εξασθένησης που μπορούν να ανιχνεύσουν οι αστρονόμοι. Μια παρόμοια τεχνική επέτρεψε επίσης στους αστρονόμους να μετρήσουν τη μάζα συγκεκριμένων γαλαξιών παρατηρώντας πόσο σοβαρά παραμορφώνουν την τροχιά του φωτός που εκπέμπεται από ακόμη πιο μακρινές πηγές. Ένα άλλο, πιο οικείο παράδειγμα είναι το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης, το οποίο βασίζεται στην ανακάλυψη του Αϊνστάιν ότι η βαρύτητα επηρεάζει το πέρασμα του χρόνου. Μια συσκευή GPS καθορίζει τη θέση της μετρώντας το χρόνο ταξιδιού των σημάτων που λαμβάνονται από διάφορους δορυφόρους τροχιάς. Χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ο αντίκτυπος της βαρύτητας στον τρόπο με τον οποίο διαρκεί ο χρόνος στους δορυφόρους, το σύστημα GPS θα αποτύχει να προσδιορίσει σωστά τη θέση ενός αντικειμένου, συμπεριλαμβανομένου του αυτοκινήτου σας ή ενός κατευθυνόμενου πυραύλου.
Οι φυσικοί πιστεύουν ότι η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων έχει την ικανότητα να δημιουργήσει τη δική του βαθιά σημασία: μια νέα προσέγγιση στην παρατηρητική αστρονομία.
Από την εποχή του Γαλιλαίου, γυρίσαμε τα τηλεσκόπια προς τον ουρανό για να συγκεντρώσουμε τα φωτεινά κύματα που εκπέμπονται από μακρινά αντικείμενα. Η επόμενη φάση της αστρονομίας μπορεί πολύ καλά να επικεντρωθεί στη συγκέντρωση βαρυτικών κυμάτων που παράγονται από μακρινές κοσμικές αναταραχές, επιτρέποντάς μας να διερευνήσουμε το σύμπαν με έναν εντελώς νέο τρόπο. Αυτό είναι ιδιαίτερα συναρπαστικό, επειδή κύματα φωτός δεν μπορούσαν να διεισδύσουν στο πλάσμα που πλήρωσε χώρο μέχρι μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά το Big Bang - αλλά τα κύματα βαρύτητας μπορούσαν. Μια μέρα μπορούμε λοιπόν να χρησιμοποιήσουμε τη βαρύτητα, όχι το φως, ως το πιο διαπερατό δείγμα των πρώτων στιγμών του σύμπαντος.
Επειδή τα κύματα βαρύτητας κυματίζουν μέσα στο διάστημα κάπως σαν κύματα ηχητικού κυματισμού μέσω του αέρα, οι επιστήμονες μιλούν για "ακρόαση" για σήματα βαρύτητας. Υιοθετώντας αυτή τη μεταφορά, πόσο υπέροχο είναι να φανταστεί κανείς ότι η δεύτερη εκατονταετηρίδα της γενικής σχετικότητας μπορεί να είναι αιτία για τους φυσικούς να γιορτάσουν ακούγοντας τελικά τους ήχους της δημιουργίας.
Σημείωση συντάκτη, 29 Σεπτεμβρίου 2015: Μια παλαιότερη έκδοση αυτού του άρθρου περιγράφει ανακριβώς πώς λειτουργούν τα συστήματα GPS. Το κείμενο τροποποιήθηκε αναλόγως.
