Oli hetki, vain hetki, jolloin jokainen näytti ottavan tauon puhua sodista ja politiikasta ja katsoa ylös taivaalle. Suurimmat uutistoimistot kertoivat 11. helmikuuta 2016, että ihmiskunta oli havainnut ensimmäistä kertaa maan syvemmältä ulkoavaruudesta ohitsevat gravitaatioaallot - kiusallisesti hienovaraisen, mutta syvällisen ilmiön, jonka Albert Einstein ennusti ensimmäisen kerran vuonna 1916. Aallot tulivat kahdesta mustasta aukosta. joka törmäsi 1, 3 miljardia vuotta sitten, kosminen vaikutus, joka tuotti kymmenen kertaa enemmän voimaa kuin kaikkien havaittavissa olevan maailmankaikkeuden tähtien valovoima yhdessä. Mutta sen luomat gravitaatioaallot haalistuivat pelkästään viisauteen, kun ne rypistyivät läpi tilan ja ajan. Mikään instrumentti ei ollut koskaan pystynyt tunnistamaan niitä - toistaiseksi.
Tästä tarinasta
Mustaaukon blues ja muut kappaleet ulkoavaruudesta
OstaaAsiaan liittyvä sisältö
- Tutkijat kuulevat vielä kaksi muinaista mustaa reikää
Vaikka yli 1000 tutkijaa ja insinööriä saavutti saavutuksen vuosikymmenien ajan, päämuuttajina olivat Kip Thorne, Ronald Drever ja Barry Barish, kaikki Caltechissa; ja Rainer Weiss MIT: stä. Mahdollisesti pienen louhoksensa sieppaamiseksi he käyttivät ainutlaatuisen laajan ilmaisimen, 620 miljoonan dollarin Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatoryn tai LIGO: n, jolla on yksi osa Louisianassa ja toinen Washingtonin osavaltiossa.
Thorne kampanjoi hankkeelle koko 1980- ja 1990-luvun ajan korkean profiilin luentojen sarjassa ympäri maailmaa. Lanky ja parrakas, hän oli jo legenda astrofysiikassa - teoreetikko, jonka visio oli niin laaja, että hän auttoi myöhemmin luomaan Hollywood-elokuvia kuten Interstellar . Kun hän aloitti uransa, monet fyysikot pitivät painovoima-aaltoja itsessään tieteiskirjallisuuksia, Einsteinin ennusteesta huolimatta. Terävässä tauossa Newtonin fysiikasta Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria oli ehdottanut, että painovoima tuotti aiemmin havaitsemattomia väreilyjä, jotka liikkuivat avaruuden ajan läpi samalla tavalla kuin ääni.
Noiden aaltojen mittaaminen näytti kuitenkin olevan lähes mahdotonta. Muihin voimiin verrattuna painovoima on erittäin heikko. Kahden elektronin välinen sähkömagneettinen voima on 10 40 (yli biljoona kertaa biljoonaa kertaa biljoonaa enemmän) kuin niiden painovoimavettokyky. Painovoima-aallon nauhoittaminen vaatisi erittäin massiivisia esineitä ja kuvitteettomasti herkkiä instrumentteja.
Thorne kuitenkin sanoo uskovansa, että painovoima-aallot olivat olemassa siihen mennessä, kun hän aloitti tohtorin tutkinnon vuonna 1962. Koko 1970-luvun ajan suurin osa muista tutkijoista tuli sopimaan hänestä, vakuuttaen ilmatiivisillä matemaattisilla malleilla ja ajatuskokeilla. Musiikki oli siellä. He eivät vain olleet kuulleet sitä vielä.
1990-luvun puolivälissä rakennettu ja vuonna 2002 ensimmäisen kerran aktivoitu LIGO suunniteltiin olevan erityisen herkkä niille pienille trillereille. Observatorio koostui kahdesta jättiläisestä L-muotoisesta ilmaisimesta, jotka sijaitsevat 1865 mailin päässä toisistaan. Niiden välinen etäisyys ja kahden paikan etäinen sijainti estäisivät kahta instrumenttia ottamasta häiriöitä samasta maallisesta vapinaa tai ohitse kulkevasta kuorma-autosta. Jokainen ilmaisin koostui kahdesta 2, 5 meripeninkulman varasta, joissa laser oli risteyksessä, jaettu kahteen palkkiin ja peileihin molemmissa päissä. Kun painovoima-aalto kulki putkien läpi, tutkijat ennustivat, että se vääntyisi avaruus-ajasta vain hieman - noin kymmenentuhannesosa yhden protonin halkaisijasta. Tämä pienimuotoinen vääristyminen riittäisi muuttamaan putkien pituutta ja saamaan laserin paistamaan ilmaisimet.
Toimittajan huomautus, 28. helmikuuta 2017: Tämä artikkeli viittasi alun perin kahden elektronin väliseen sähkömagneettiseen ”vetämiseen”, mutta ”voima” on parempi sana kuvaamaan sitä.
Tilaa Smithsonian-lehti nyt vain 12 dollarilla
Tämä artikkeli on valikoima Smithsonian-lehden joulukuun numerosta
OstaaLIGO-kokeiden ensimmäisellä kierroksella yli kymmenen vuotta sitten ei onnistunut saamaan signaalia. Alkuperäisen panoksensa kaksinkertaistuessaan tutkijat vakuuttivat National Science Foundationin käyttämään vielä 200 miljoonaa dollaria LIGO: n päivittämiseen, ja vuoteen 2015 mennessä työ tehtiin. Tutkimusryhmään kuului nyt yli 1000 tutkijaa 90 laitoksesta ympäri maailmaa. Odotukset olivat ylivoimaisia. Viime vuoden elokuussa Weiss kertoi Janna Levinille - Columbian astrofysiikalle, joka kirjoitti kirjaa LIGO: sta nimeltään Black Hole Blues ja muut kappaleet ulkoavaruudesta - "Jos emme havaitse mustia aukkoja, tämä asia on epäonnistuminen."
Maanantaina 14. syyskuuta 2015, gravitaatioaalto tuli jostakin syvältä eteläistä taivasta. Se kiinnitti instrumentin Louisianaan ennen risteilyä Yhdysvaltojen ympäri ja pisti instrumentin Washingtonin osavaltiossa seitsemän millisekuntia myöhemmin. Klo 05.51 LIGOn laitteet lopulta nauhoittivat sen pienen äänen.
Kuten Levin sanoi, LIGOn suuri saavutus oli, että se lisäsi ääniraidan siihen, joka oli aiemmin ollut hiljainen elokuva. Yhdeksänkymmentäviisi prosenttia maailmankaikkeudesta on pimeää, mikä tarkoittaa, että se ei ylitä edistyneimpien kaukoputkien ja tutkalaitteidemme mittauksia. Tämä heikko gravitaatioaalto antoi tutkijoille mahdollisuuden havaita mustien reikien pari ensimmäistä kertaa - ja ne olivat paljon odotettua suurempia. Yksi oli 29 kertaa massa ja toinen 35 kertaa auringon massa.
Kun Thorne ja Weiss näkivät lokit ensimmäisen kerran, he olivat huolissaan siitä, että hakkerit olivat syöttäneet vioittuneita tietoja lokiin. (Drever ei voinut jakaa vastaustaan: Hän oli kaatunut vuosien ajan pahoinpitelyyn kotonaan Skotlannissa.) Kesti viikkoja tutkimuksia, ennen kuin tutkijat sopivat suorituksestaan.
LIGO tallensi 26. joulukuuta 2015 gravitaatioaaltoja toisesta mustan aukon sulautumisesta. Tutkijat ovat edelleen työssään hienosäätämässä instrumentteja, jotka heidän mukaansa paranevat vain mittaamalla kaukana olevat kosmiset etäisyydet.
Vaikka mustien reikien havaitseminen on todella merkityksellistä, on vasta alku. Lisäämme yhä enemmän kuinka paljon emme tiedä. Se on todellinen jännitys Thornelle, Weissille ja heidän kollegoilleen. Entä jos tumma aine muuttuu painovoimaksi tavoilla, joita kukaan ei ole koskaan ajatellut? Jos otamme gravitaatioaaltoja heti Ison räjähdyksen jälkeen, mitä tämä opettaa meille maailmankaikkeuden luonteesta? LIGO: n ansiosta voimme nyt alkaa kuulla kiehtovia sävellyksiä, jotka soivat tähtien välillä, vielä tuntematonta musiikkia siitä, mitä muuta siellä on
"He ovat antaneet ihmiskunnalle täysin uuden tavan katsoa maailmankaikkeutta." Stephen Hawking onnittelee Kip Thornea, Rainer Weissiä, Barry Barishia ja Ronald Dreveriä, ensimmäisiä tutkijoita, jotka havaitsivat painovoimaaaltoja, vuoden 2016 Smithsonian-lehdessä American Ingenuity Awards. Tänä vuonna LIGO: n takana olevat nerot ilmoittivat löytäneensä vihdoin sen, mitä Albert Einstein oli ennustanut vuosisadan sitten.
