LIGO Naukowcy odkrywają fale grawitacyjne, udowodnij, że Albert Einstein ma rację

Dziś naukowcy z Laserowym Obserwatorem Fali Grawitacyjnej (LIGO) potwierdzili, że w końcu znaleźli dowody na fale grawitacyjne i rozwiązali w ten sposób 100-letnią łamigłówkę obsesyjną na punkcie Alberta Einsteina. Jest to jedno z najważniejszych odkryć dokonanych przez fizyków i obiecuje doprowadzić do kaskady innych objawień.

„Wykryliśmy fale grawitacyjne”, powiedział dyrektor LIGO David Reitze podczas czwartkowego oświadczenia, potwierdzając trwające od miesięcy pogłoski krążące wokół społeczności naukowej. „To naprawdę naukowy obraz. I zrobiliśmy to - wylądowaliśmy na Księżycu. ”

W 1916 r. Einstein opublikował swoją teorię względności. Spośród wielu sposobów, w jakie odgrywa kluczową rolę w podstawach współczesnej fizyki, teoria przewidywała istnienie fal grawitacyjnych: fale w czasoprzestrzeni, które poruszają się na zewnątrz, spowodowane obecnością masy. Zakładając istnienie tych zmarszczek, Einstein zmarł, zanim faktycznie je zlokalizował.

Ponieważ praca Einsteina była przełomowa, prawie wszystko, co sądzimy, że wiemy o grawitacji, zależy od istnienia fal grawitacyjnych. Oznacza to, że do dzisiaj większość tego, co wiedzieliśmy o grawitacji, nie została faktycznie potwierdzona. To wszystko się zmienia.

Dlaczego to trwało tak długo? Fale grawitacyjne są tak nieprzyzwoicie małe i słabe, że naukowcy szukali sygnału na skalę do -23. Zawsze istniała nadmiar drugorzędnych dowodów, ale prawdziwe dowody są niezwykle trudne do znalezienia w tej skali, dlatego LIGO zostało połączone 25 lat temu. W ramach współpracy między MIT, Caltech i prawie 1000 naukowców z 16 krajów, LIGO zbudował coś, co nazywa się interferometrem: czterokilometrowy instrument, który strzela lasery tam iz powrotem za pomocą luster, aby wykryć sygnały o średnicy zaledwie 1/1000 proton.

LIGO zbudował dwa z tych ultraczułych instrumentów - jeden w Hanford, Waszyngton, a drugi w Livingston w Luizjanie - aby upewnić się, że wszystko, co znaleźli, może zostać zweryfikowane. Oba instrumenty zostały uruchomione w 2002 roku, ale przez 13 lat nie było nic poza ciemnością.

14 września 2015 r., Dwa dni po uruchomieniu nowo ulepszonych interferometrów, naukowcy LIGO w końcu coś znaleźli. Jak się później dowiedzieli, był to sygnał wytwarzany przez dwie czarne dziury - każda o średnicy około 150 kilometrów i 30-krotnej masie Słońca. Wskakiwali w siebie z prędkością około połowy prędkości światła. Zderzyły się i połączyły w jedną czarną dziurę.

Całkowita energia wyrzucona z kolizji była ponad 50 razy silniejsza niż wszystkich gwiazd we wszechświecie razem wziętych.

Według Reitze, zarejestrowane sygnały były zgodne z równaniami, które teoria Einsteina przewidywałaby w tych okolicznościach. Niemniej jednak on i jego koledzy uznali dane za „zadziwiające umysł”.

Sygnały nie są tylko podglądem, jak wyglądają fale grawitacyjne. Przedstawiają również rzeczywiste cechy zdarzenia fuzji i czarnych dziur przed i po zderzeniach. Według naukowca LIGO, Gabrieli Gonzalez, przebiegi przechwyconych sygnałów pokazują, że połączona czarna dziura jest w rzeczywistości nieco mniejsza niż suma dwóch pierwotnych obiektów. Co więcej, „to połączenie nastąpiło 1,3 miliarda lat temu”, powiedziała, „kiedy wielokomórkowe życie tutaj na Ziemi zaczęło się rozprzestrzeniać”.

Gonzalez zagrał zmodyfikowany zapis audio sygnału - krótki, ptasi śpiew. „To pierwszy z wielu” - powiedziała.

Konsekwencje ustaleń nie mogą być zawyżone. Odkrycie to nie tylko położyło kres stuletniej tajemnicy - otwiera ludzi na poznanie wszechświata poprzez unikalny obiektyw. Przed czwartkiem astrofizycy byli zasadniczo ograniczeni do badania wszechświata poprzez widmo elektromagnetyczne. Chociaż wiele się nauczyliśmy, istnieje ogromna ilość gwiazd, supernowych, czarnych dziur i innych zjawisk, których nie możemy badać bez obserwacji i pomiaru fal grawitacyjnych. Wiedza o tym, że możemy wreszcie wsłuchać się w te sygnały, otwiera naukowców na całą część wszechświata, która była kiedyś zamknięta.

W rzeczywistości wyniki LIGO skutecznie dowodzą istnienia czarnych dziur.

Być może najbardziej intrygujące, podkreślił słynny astrofizyk i współzałożyciel LIGO, Kip Thorne (7. miejsce, ale na pewno trend w górę), będzie możliwość studiowania tego, co znane jest jako „kosmiczne sznurki”, które naukowcy uważają za pomocne w wyjaśnianiu ekspansji i inflacji wszechświat od Wielkiego Wybuchu.

Inne pytania, na które naukowcy mogą odpowiedzieć większymi badaniami fal grawitacyjnych: Jak szybko rozszerza się wszechświat? Co powoduje supernową? Jak szybko poruszają się fale grawitacyjne w porównaniu do światła?

Rozpoczęcie LIGO „było dużym ryzykiem”, powiedział France Cordova, dyrektor National Science Foundation. Ale to ryzyko dziś wydaje się opłacalne. „Einstein byłby promienny”.

Czwartkowe ogłoszenie również z pewnością wzbudzi większe nadzieje LISA Pathfinder - statek kosmiczny działający jako środowisko testowe dla eLISA, interferometru opartego na przestrzeni kosmicznej - i znacznie zweryfikuje pieniądze i czas zainwestowane w ten projekt.

A to dopiero początek. Dowiemy się więcej o wszechświecie, niż moglibyśmy przypuszczać, i wreszcie możemy bliżej zrozumieć początki i przyszłość wszechświata. „To, co jest naprawdę ekscytujące, to to, co będzie dalej”, powiedział Reitze.