Temui Pasukan Saintis yang Menemui Gelombang Graviti

Ia adalah momen, hanya seketika, apabila semua orang seolah-olah berehat dari bercakap mengenai peperangan dan politik dan melihat ke langit. Pada 11 Februari 2016, kedai-kedai berita utama melaporkan bahawa buat pertama kalinya, manusia telah mengesan gelombang graviti yang mengalir melalui Bumi dari ruang luar yang paling dalam, fenomena yang sangat halus tetapi mendalam yang pertama kali diramalkan oleh Albert Einstein pada tahun 1916. Gelombang datang dari dua lubang hitam yang bertembung 1.3 bilion tahun yang lalu, kesan kosmik yang menjana sepuluh kali lebih kuasa daripada kuasa cahaya semua bintang di alam semesta yang dapat dilihat. Tetapi gelombang graviti yang diciptakannya memudar ke wisp semata-mata kerana mereka meresap melalui ruang dan waktu. Tiada instrumen yang pernah dapat mengesan mereka-sehingga kini.

Dari Kisah Ini

Black Hole Blues dan Lagu-Lagu Lain dari Ruang Luar

Beli

Kandungan Terkait

• Para Ilmuwan Dengar Dua Bahkan Lagi Lubang Hitam Purba Berjanji

Walaupun pencapaian itu telah dilakukan oleh lebih dari 1, 000 saintis dan jurutera yang bekerja selama beberapa dekad, penggerak utama ialah Kip Thorne, Ronald Drever dan Barry Barish, semua Caltech; dan Rainer Weiss dari MIT. Untuk menangkap kuar mereka yang kecil, mereka menggunakan pengesan luas yang unik, Observatori Gelombang Gravitational-Wave Laser Interferometer $ 620 juta, atau LIGO, yang mempunyai satu bahagian di Louisiana dan yang lain di Washington State.

Thorne berkempen untuk projek itu sepanjang tahun 1980-an dan 1990-an dalam satu siri ceramah berprofil tinggi di seluruh dunia. Lanky dan berjanggut, dia sudah menjadi legenda dalam astrofisika-ahli teori dengan visi yang begitu luas sehingga dia kemudiannya akan membantu membuat filem-filem Hollywood seperti Interstellar . Apabila dia memulakan kerjayanya, ramai ahli fizik berfikir gelombang graviti sendiri adalah fiksyen sains, walaupun ramalan Einstein. Dalam rehat yang ketara dari fisika Newtonian, teori relativiti umum Einstein mencadangkan bahawa graviti menjana gelombang riak yang terdeteksi sebelum ini yang bergerak melalui ruang masa dengan cara yang sama seperti bunyi.

Walau bagaimanapun, mengukur gelombang tersebut hampir mustahil. Berbanding dengan daya lain, graviti sangat lemah. Kekuatan elektromagnet antara dua elektron adalah 10 ⁴⁰ (lebih daripada trilion kali trilion kali trilion) yang lebih kuat daripada tarikan graviti mereka. Rakaman gelombang graviti akan memerlukan objek yang sangat besar dan instrumen-instrumen yang tidak dapat difahami.

Namun, Thorne mengatakan bahawa beliau percaya gelombang graviti wujud pada masa ia memulakan PhDnya pada tahun 1962. Sepanjang tahun 1970-an, kebanyakan saintis lain bersetuju untuk bersetuju dengannya, dipengaruhi oleh model matematik udara dan eksperimen pemikiran. Muzik di luar sana. Mereka tidak pernah mendengarnya lagi.

LIGO, yang dibina pada pertengahan tahun 1990-an dan mula diaktifkan pada tahun 2002, direka untuk menjadi sangat sensitif terhadap trilion yang kecil ini. Observatorium terdiri daripada dua pengesan berbentuk L yang terletak di atas 1, 865 batu. Jarak antara mereka, dan lokasi terpencil dari kedua-dua tapak, akan menghalang kedua-dua instrumen daripada mengambil gangguan dari gegaran bumi yang sama atau lori lulus. Setiap pengesan terdiri daripada dua lengan 2.5 mil dengan laser di simpang, berpecah kepada dua rasuk, dan cermin di setiap hujungnya. Apabila gelombang graviti melepasi tiub, para saintis meramalkan bahawa ia akan meledingkan ruang masa hanya sedikit-kira-kira satu sepuluh-ribu diameter diameter satu proton. Penyimpangan minuscule itu akan cukup untuk mengubah panjang tiub dan menjadikan laser bersinar pada pengesan.

Nota Editor, 28 Februari 2017: Artikel ini pada asalnya merujuk kepada "menarik" elektromagnet antara dua elektron, tetapi "daya" adalah perkataan yang lebih baik untuk menggambarkannya.

Langgan majalah Smithsonian sekarang hanya $ 12

Artikel ini adalah pilihan dari terbitan Disember majalah Smithsonian

Beli

Pusingan awal eksperimen LIGO lebih daripada satu dekad lalu gagal mengambil isyarat. Tetapi dalam dua kali ganda pada pertaruhan awal mereka, para penyelidik telah meyakinkan Yayasan Sains Kebangsaan untuk membelanjakan $ 200 juta lagi untuk menaik taraf LIGO, dan pada tahun 2015 kerja itu selesai. Pasukan penyelidikan kini termasuk lebih daripada 1, 000 saintis di 90 institusi di seluruh dunia. Jangkaan yang luar biasa. Pada bulan Ogos tahun lepas, Weiss memberitahu Janna Levin-ahli astrofizik Columbia yang menulis buku mengenai LIGO yang dipanggil Black Hole Blues dan Lagu-Lagu Lain dari Luar Angkasa - "Jika kita tidak mengesan lubang hitam, perkara ini adalah kegagalan."

Pada hari Isnin, 14 September 2015, gelombang graviti datang dari suatu tempat di langit selatan. Ia memotong instrumen di Louisiana sebelum melintasi Amerika Syarikat untuk memainkan instrumen itu di Washington State tujuh milisaat kemudian. Pada 5:51 pagi, peralatan LIGO akhirnya mencatatkan bahawa kicauan kecil.

Seperti yang dikatakan oleh Levin, pencapaian hebat LIGO adalah bahawa ia menambah lagu kepada apa yang sebelum ini menjadi filem senyap. Sembilan puluh lima peratus alam semesta adalah gelap, yang bermaksud ia melebihi ukuran teleskop kami yang paling maju dan peranti radar. Gelombang graviti samar-samar ini membenarkan para saintis mengesan sepasang lubang hitam untuk kali pertama-dan mereka lebih besar daripada yang diharapkan. Satu adalah 29 kali jisim dan 35 kali lagi jisim Matahari.

Apabila Thorne dan Weiss mula-mula melihat kayu balak, mereka bimbang bahawa penggodam telah memasukkan data rasuah ke dalam balak. (Drever tidak dapat berkongsi jawapannya: Dia telah jatuh sakit selama bertahun-tahun dan berada di rumah penjagaan di Scotland asalnya.) Ia mengambil masa beberapa minggu penyiasatan sebelum para saintis datang dengan syarat mereka.

Pada 26 Disember 2015, LIGO mencatatkan gelombang graviti daripada penggabungan lubang hitam yang lain. Para penyelidik masih bekerja dengan baik menala instrumen, yang mereka katakan hanya akan menjadi lebih baik mengukur jauh jarak kosmik.

Mengesan lubang hitam, manakala benar-benar penting, hanya permulaan. Semakin kita akan mengetahui berapa banyak yang kita tidak tahu. Itulah kegembiraan sebenar untuk Thorne, Weiss dan rakan-rakan mereka. Bagaimana jika angka gelap menjadi graviti dengan cara yang tidak pernah dipertimbangkan? Jika kita mengambil gelombang graviti hanya selepas Big Bang, apakah yang akan mengajar kita tentang sifat alam semesta? Terima kasih kepada LIGO, kini kita boleh mula mendengar komposisi menarik yang berdering di antara bintang-bintang, muzik masih tidak diketahui apa lagi yang ada di sana

"Mereka telah memberi manusia satu cara yang baru untuk melihat alam semesta." Stephen Hawking, mengucapkan tahniah kepada Kip Thorne, Rainer Weiss, Barry Barish dan Ronald Drever, saintis pertama untuk mengesan gelombang graviti, pada tahun 2016 majalah Smithsonian majalah American Ingenuity Awards. Tahun ini, para jenius di belakang LIGO mengumumkan bahawa mereka akhirnya mendapati apa yang dikatakan Albert Einstein abad yang lalu.