นักวิทยาศาสตร์ LIGO ค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงพิสูจน์ Albert Einstein ได้อย่างถูกต้อง

วันนี้นักวิทยาศาสตร์ด้วย Laser Interferometer Gravitational-Observatory (LIGO) ยืนยันว่าในที่สุดพวกเขาก็พบหลักฐานของคลื่นความโน้มถ่วงและในการแก้ไขปริศนาอายุ 100 ปีที่อัลเบิร์ตไอน์สไตน์หลงใหล มันเป็นหนึ่งในการค้นพบที่สำคัญที่สุดที่นักฟิสิกส์เคยทำและสัญญาว่าจะนำไปสู่น้ำตกแห่งการเปิดเผยอื่น ๆ

“ เราตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง” David Reitze ผู้อำนวยการ LIGO กล่าวระหว่างการประกาศเมื่อวันพฤหัสบดียืนยันข่าวลือที่แพร่กระจายไปทั่ววงการวิทยาศาสตร์เป็นเวลาหลายเดือน “ นี่เป็นดวงจันทร์วิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง และเราก็ทำเช่นนั้น - เราลงจอดบนดวงจันทร์"

ย้อนกลับไปในปี 2459 ไอน์สไตน์ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา ท่ามกลางหลาย ๆ วิธีที่มันมีบทบาทสำคัญในรากฐานฟิสิกส์สมัยใหม่ทฤษฎีทำนายการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง: ระลอกคลื่นในกาลอวกาศที่เคลื่อนที่ออกไปด้านนอกซึ่งเกิดจากการปรากฏตัวของมวล ไอน์สไตน์เสียชีวิตก่อนที่เขาจะอยู่กับระลอกคลื่น

เนื่องจากงานของ Einstein นั้นมีความสำคัญเกือบทุกอย่างที่เราคิดว่าเรารู้เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง นั่นหมายความว่าจนถึงทุกวันนี้สิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงส่วนใหญ่ไม่ได้รับการยืนยัน นั่นคือการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด

ทำไมใช้เวลานานขนาดนี้ คลื่นความโน้มถ่วงมีขนาดเล็กมากและอ่อนแออย่างที่นักวิทยาศาสตร์มองหาสัญญาณที่อยู่ในระดับกำลัง -23 มีหลักฐานที่น่าเบื่ออยู่เสมอ แต่หลักฐานที่แท้จริงนั้นยากที่จะหาได้ยากในระดับนั้นซึ่งเป็นสาเหตุที่ LIGO รวมตัวกันเมื่อ 25 ปีที่แล้ว การทำงานร่วมกันระหว่าง MIT, Caltech และนักวิทยาศาสตร์เกือบ 1,000 คนใน 16 ประเทศ LIGO ได้สร้างสิ่งที่เรียกว่าเครื่องวัดระยะไกล: เครื่องมือยาวสี่กิโลเมตรที่ยิงเลเซอร์ไปมาด้วยกระจกเพื่อตรวจจับสัญญาณที่มีขนาดเล็ก 1/1000 ของ a โปรตอน.

LIGO ได้สร้างเครื่องมือที่มีความอ่อนไหวเป็นพิเศษสองรายการนี้อันที่ Hanford, Washington และอีกอันที่ Livingston, Louisiana เพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างที่พวกเขาค้นพบสามารถตรวจสอบได้ เครื่องมือทั้งสองเข้าสู่ระบบออนไลน์ในปี 2002 แต่สำหรับ 13 ปีไม่มีอะไรนอกจากความมืด

เมื่อวันที่ 14 กันยายน 2558 สองวันหลังจากอินเทอร์เฟอเรเตอร์ที่เพิ่งได้รับการอัพเกรดใหม่ได้เปิดใช้งานแล้วนักวิจัยของ LIGO ก็พบบางอย่าง ในขณะที่พวกเขาเรียนรู้ในภายหลังมันเป็นสัญญาณที่เกิดจากหลุมดำสองแห่ง - แต่ละเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 150 กิโลเมตรและมวลดวงอาทิตย์ 30 เท่า พวกเขาหมุนตัวเข้าหากันด้วยความเร็วประมาณครึ่งหนึ่งของแสง พวกเขาชนกันและรวมเข้าเป็นหลุมดำเดี่ยว

พลังงานทั้งหมดที่การชนถูกขับออกมานั้นมีพลังมากกว่าดาวฤกษ์ทั้งหมดในจักรวาลถึง 50 เท่า

ตาม Reitze สัญญาณที่บันทึกไว้นั้นสอดคล้องกับสิ่งที่ทฤษฎีของ Einstein คาดการณ์ไว้ในสถานการณ์เหล่านี้ อย่างไรก็ตามเขาและเพื่อนร่วมงานของเขาพบว่าข้อมูล "ใจสามารถจะเชื่อได้"

สัญญาณไม่ได้เป็นเพียงการมองว่าคลื่นความโน้มถ่วงเป็นอย่างไร พวกเขายังแสดงให้เห็นถึงลักษณะที่แท้จริงของเหตุการณ์การควบรวมกิจการและหลุมดำก่อนและหลังการชน ตามที่นักวิทยาศาสตร์ LIGO กาเบรียลกอนซาเลซรูปคลื่นของสัญญาณที่จับได้แสดงให้เห็นว่าหลุมดำที่ถูกผสานนั้นจริง ๆ แล้วน้อยกว่าผลรวมของวัตถุสองชิ้นนี้เล็กน้อย ยิ่งกว่านั้น“ การควบรวมครั้งนี้เกิดขึ้นเมื่อ 1.3 พันล้านปีก่อน” เธอกล่าว“ เมื่อชีวิตหลายเซลล์บนโลกนี้เพิ่งเริ่มแพร่กระจาย”

กอนซาเลซเล่นเสียงบันทึกสัญญาณที่ได้รับการดัดแปลง - สั้น ๆ “ นี่เป็นครั้งแรกของหลาย ๆ คนที่มา” เธอกล่าว

การขยายผลของการค้นพบนั้นไม่สามารถกล่าวเกินจริงได้ การค้นพบนี้ไม่ได้เป็นเพียงแค่การพักผ่อนปริศนาเก่าแก่อายุหนึ่งศตวรรษ - มันเปิดมนุษย์ให้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับจักรวาลผ่านเลนส์ที่เป็นเอกลักษณ์ ก่อนวันพฤหัสบดีนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ถูก จำกัด การศึกษาจักรวาลผ่านสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ในขณะที่เราเรียนรู้อย่างมากมายมีจำนวนมหาศาลเกี่ยวกับดาวซุปเปอร์โนวาหลุมดำและปรากฏการณ์อื่น ๆ ที่เราไม่สามารถศึกษาได้โดยไม่ต้องสังเกตและตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วง การรู้ว่าในที่สุดเราก็สามารถฟังสัญญาณเหล่านี้ได้เปิดนักวิทยาศาสตร์ให้กับส่วนหนึ่งของจักรวาลที่เคยถูกปิด

ในความเป็นจริงผลลัพธ์ของ LIGO พิสูจน์ได้อย่างมีประสิทธิภาพว่ามีหลุมดำ

บางทีนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงและน่าสนใจที่สุดและ Kip Thorne ผู้ร่วมก่อตั้ง LIGO (อันดับที่ 7 แต่มีแนวโน้มสูงขึ้นในขณะนี้) จะเป็นไปได้ที่จะศึกษาสิ่งที่เรียกว่า "สายจักรวาล" ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คิดว่าช่วยอธิบายการขยายตัวและอัตราเงินเฟ้อของ จักรวาลตั้งแต่บิ๊กแบง

คำถามอื่น ๆ ที่นักวิทยาศาสตร์อาจตอบได้ด้วยการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงที่ยิ่งใหญ่กว่า: จักรวาลขยายตัวเร็วแค่ไหน? ซูเปอร์โนวาเป็นสาเหตุอะไร? คลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนเมื่อเทียบกับแสง

การเริ่ม LIGO“ เป็นความเสี่ยงครั้งใหญ่” France Cordova ผู้อำนวยการมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติกล่าว แต่ความเสี่ยงในวันนี้ดูเหมือนว่าจะได้ผลตอบแทนแล้ว “ ไอน์สไตน์จะยิ้มแย้มแจ่มใส”

การประกาศในวันพฤหัสบดีจะทำให้เกิดความหวังมากขึ้น LISA Pathfinder - ยานอวกาศที่ทำหน้าที่เป็น testbed สำหรับ eLISA ซึ่งเป็น interferometer ตามพื้นที่และจะตรวจสอบเงินและเวลาที่ลงทุนในโครงการนั้นอย่างมาก

และนั่นเป็นเพียงจุดเริ่มต้น เราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับจักรวาลมากกว่าที่เราเคยคิดว่าจะเป็นไปได้และในที่สุดอาจเข้าใกล้ความเข้าใจต้นกำเนิดและอนาคตของจักรวาล “ สิ่งที่น่าตื่นเต้นจริงๆคือสิ่งที่เกิดขึ้นถัดไป” Reitze กล่าว