Это был момент, момент, когда все, казалось, отдыхали от разговоров о войнах и политике и смотрели на небо. 11 февраля 2016 года крупные новостные агентства сообщили, что впервые человечество обнаружило гравитационные волны, проходящие мимо Земли из самого глубокого космоса, мучительно тонкое, но глубокое явление, впервые предсказанное Альбертом Эйнштейном в 1916 году. Волны пришли из двух черных дыр это столкнулось 1, 3 миллиарда лет назад, космическое воздействие, которое генерировало в десять раз больше энергии, чем сила света всех звезд в наблюдаемой вселенной вместе взятых. Но гравитационные волны, которые он создал, исчезли, превратившись в простой пучок, когда они колебались в пространстве и времени. Ни один инструмент никогда не мог их обнаружить - до сих пор.
Из этой истории
Black Hole Blues и другие песни из космоса
купитьСвязанный контент
- Ученые слышат, как сталкиваются еще более древние черные дыры
Хотя это достижение стало возможным благодаря более чем 1000 ученым и инженерам, работавшим в течение десятилетий, основными движущими силами были Кип Торн, Рональд Древер и Барри Бариш, все из Калифорнийского технологического института; и Райнер Вайс из MIT. Чтобы захватить их невероятно крошечный карьер, они развернули уникальный детектор - лазерную гравитационно-волновую обсерваторию лазерного интерферометра стоимостью 620 миллионов долларов, или LIGO, одна часть которой находится в Луизиане, а другая - в штате Вашингтон.
Торн проводил кампанию за этот проект в течение 1980-х и 1990-х годов в серии громких лекций по всему миру. Долговязый и бородатый, он уже был легендой в астрофизике - теоретик с таким обширным видением, что позже он поможет создавать голливудские фильмы, такие как « Интерстеллар» . Когда он начал свою карьеру, многие физики считали гравитационные волны сами по себе научной фантастикой, несмотря на предсказания Эйнштейна. В резком разрыве с ньютоновской физикой общая теория относительности Эйнштейна предположила, что гравитация порождала ранее необнаруженные пульсации, которые перемещались в пространстве-времени так же, как звук.
Однако измерение этих волн казалось почти невозможным. По сравнению с другими силами гравитация чрезвычайно слабая. Электромагнитная сила между двумя электронами на 10 40 (более чем в триллион раз триллион раз триллион) сильнее, чем их гравитационное притяжение. Для записи гравитационной волны потребуются чрезвычайно массивные объекты и невообразимо чувствительные инструменты.
Тем не менее, Торн говорит, что он полагал, что гравитационные волны существовали к тому времени, когда он начал свою докторскую диссертацию в 1962 году. В течение 1970-х годов большинство других ученых пришли к согласию с ним, убежденными в герметичных математических моделях и мысленных экспериментах. Музыка была там. Они просто еще этого не слышали.
LIGO, построенный в середине 1990-х годов и впервые запущенный в 2002 году, был разработан, чтобы быть чрезвычайно чувствительным к этим крошечным трелям. Обсерватория состояла из двух гигантских L-образных детекторов, расположенных на расстоянии 1865 миль друг от друга. Расстояние между ними и удаленное расположение двух площадок не позволит двум приборам улавливать помехи от одного и того же земного толчка или проезжающего грузовика. Каждый детектор состоял из двух 2, 5-мильных рукавов с лазером на стыке, разделенных на две балки и зеркала на каждом конце. Когда гравитационная волна прошла сквозь трубки, ученые предсказали, что она слегка деформирует пространство-время - около одной десятитысячной диаметра одного протона. Таких незначительных искажений было бы достаточно, чтобы изменить длину трубок и заставить лазер светиться на детекторах.
Примечание редактора, 28 февраля 2017 г. В этой статье изначально упоминалось электромагнитное «притяжение» между двумя электронами, но «сила» - более подходящее слово для его описания.
Подпишитесь на журнал Smithsonian сейчас всего за $ 12
Эта статья является подборкой из декабрьского номера журнала Smithsonian.
купитьНачальный раунд экспериментов LIGO более десяти лет назад не смог уловить сигнал. Но в результате удвоения первоначальной ставки исследователи убедили Национальный научный фонд потратить еще 200 миллионов долларов на модернизацию LIGO, и к 2015 году работа была завершена. В исследовательскую группу в настоящее время входят более 1000 ученых из 90 учреждений по всему миру. Ожидания были ошеломляющими. В августе прошлого года Вайс сказал Джанне Левин, астрофизику из Колумбии, который писал книгу о LIGO под названием « Черная дыра блюз и другие песни из космоса »: «Если мы не обнаружим черные дыры, это провал».
В понедельник, 14 сентября 2015 года, откуда-то глубоко в южном небе появилась гравитационная волна. Он отправил эхо-запрос на инструмент в Луизиане, прежде чем совершить рейс через Соединенные Штаты, чтобы пропинговать инструмент в штате Вашингтон через семь миллисекунд. В 5:51 утра оборудование LIGO наконец записало этот крошечный щебет.
Как сказал Левин, большое достижение LIGO заключалось в том, что он добавил саундтрек к тому, что раньше было немым фильмом. Девяносто пять процентов вселенной темны, что означает, что они не поддаются измерению нашими самыми современными телескопами и радиолокационными устройствами. Эта слабая гравитационная волна позволила ученым впервые обнаружить пару черных дыр - и они оказались намного больше, чем ожидалось. Один был в 29 раз больше массы, а другой - в 35 раз больше массы Солнца.
Когда Торн и Вайс впервые увидели журналы, они беспокоились, что хакеры вставили в журналы поврежденные данные. (Древер не смог поделиться своим ответом: он плохо себя чувствовал на протяжении многих лет и находился в доме престарелых в своей родной Шотландии.) Потребовались недели исследований, чтобы ученые смирились со своими достижениями.
26 декабря 2015 года LIGO зарегистрировал гравитационные волны от другого слияния черной дыры. Исследователи все еще работают над настройкой приборов, которые, по их словам, будут лучше измерять дальние космические расстояния.
Обнаружение черных дыр, хотя это действительно важно, это только начало. Все чаще мы узнаем, сколько мы не знаем. Это настоящее волнение для Торна, Вайса и их коллег. Что, если темная материя превращается в гравитацию способами, которые никто никогда не рассматривал? Если мы уловим гравитационные волны сразу после Большого взрыва, что это научит нас природе вселенной? Благодаря LIGO мы можем начать слышать захватывающие композиции, звенящие между звездами, до сих пор неизвестную музыку того, что еще существует
«Они дали человечеству совершенно новый взгляд на вселенную». Стивен Хокинг поздравляет Кипа Торна, Райнера Вайса, Барри Барриша и Рональда Древера, первых ученых, обнаруживших гравитационные волны, в Смитсоновском журнале American Ingenuity Awards 2016. В этом году гении, стоящие за LIGO, объявили, что они наконец нашли то, что предсказал Альберт Эйнштейн сто лет назад.
