คลื่นความโน้มถ่วง: การค้นพบของพวกเขาหมายถึงวิทยาศาสตร์และมนุษยชาติหมายถึงอะไร

ผู้คนทั่วโลกส่งเสียงเชียร์เมื่อเช้าวานนี้ (11 กุมภาพันธ์) เมื่อนักวิทยาศาสตร์ประกาศการตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงโดยตรงครั้งแรก-ระลอกคลื่นในโครงสร้างอวกาศที่มีการดำรงอยู่ครั้งแรกโดย Albert Einstein ในปี 1916

คลื่นมาจากหลุมดำสองรูที่วนเวียนอยู่ใกล้กันมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งในที่สุดพวกเขาก็ชนกัน หอสังเกตการณ์คลื่นแรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่ที่ได้รับการอัพเกรดเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รับสัญญาณเมื่อวันที่ 14 กันยายน 2558 ไม่ใช่การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ทุกครั้งที่ได้รับการต้อนรับแบบนี้เห็นคลื่นที่เข้าใจยากเหล่านี้-

ก่อนอื่นการตรวจจับหลุมดำที่ชนกันสองครั้งนั้นน่าตื่นเต้นด้วยตัวเอง-ไม่มีใครรู้แน่ชัดว่าหลุมดำรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างหลุมดำที่มีขนาดใหญ่ยิ่งขึ้น แต่ตอนนี้มีหลักฐานทางกายภาพ และในที่สุดก็มีความสุขในที่สุดก็มีหลักฐานโดยตรงสำหรับปรากฏการณ์ที่คาดการณ์ไว้เป็นครั้งแรกเมื่อ 100 ปีก่อนโดยใช้เครื่องมือที่เสนอเมื่อ 40 ปีก่อน -ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงโดย LIGO: ความครอบคลุมที่สมบูรณ์-

แต่สิ่งที่น่าสนใจอย่างแท้จริงเกี่ยวกับการตรวจจับนี้คือมันทำให้มนุษยชาติมีความสามารถในการมองเห็นจักรวาลในรูปแบบใหม่โดยสิ้นเชิงนักวิทยาศาสตร์กล่าว ความสามารถในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรงซึ่งเกิดจากการเร่งความเร็วหรือการชะลอตัวของวัตถุขนาดใหญ่ในอวกาศ - ถูกนำมาเปรียบเทียบกับคนหูหนวกในทันทีที่ได้รับความสามารถในการได้ยินเสียง ขณะนี้มีขอบเขตของข้อมูลใหม่ทั้งหมดแล้ว

“ มันเหมือนประเทศกาลิเลโอการชี้กล้องโทรทรรศน์เป็นครั้งแรกที่ท้องฟ้า "สมาชิกทีม Ligo Vassiliki (Vicky) Kalogera ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ Northwestern University ในรัฐอิลลินอยส์บอกกับ Space.com" คุณกำลังเปิดตา - ในกรณีนี้

"จนถึงตอนนี้เราหูหนวกคลื่นแรงโน้มถ่วง"ผู้อำนวยการบริหาร LIGO David Reitze จาก California Institute of Technology (Caltech) กล่าวในระหว่างพิธีประกาศในวอชิงตันดีซี" สิ่งที่จะเกิดขึ้นตอนนี้คือเราจะได้ยินสิ่งต่าง ๆ มากขึ้นและไม่ต้องสงสัยเลยว่าเราจะได้ยินสิ่งที่เราคาดหวังว่าจะได้ยิน ...

ด้วยมุมมองทางประสาทสัมผัสใหม่ของจักรวาลนี่คือบางสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะค้นพบ

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

หน้าต่างใหม่บนจักรวาล

LIGO มีความไวต่อคลื่นความโน้มถ่วงที่มาจากเหตุการณ์จักรวาลที่รุนแรงเช่นวัตถุขนาดใหญ่สองชิ้นที่ชนกันหรือระเบิดดาว หอดูดาวมีศักยภาพในการค้นหาวัตถุหรือเหตุการณ์เหล่านี้ก่อนที่กล้องโทรทรรศน์จะทำเช่นนั้นสามารถทำได้และในบางกรณีการสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงอาจเป็นวิธีเดียวที่จะค้นหาและศึกษาเหตุการณ์ดังกล่าว

ตัวอย่างเช่นในการประกาศเมื่อวานนี้นักวิทยาศาสตร์รายงานว่า Ligo ได้ระบุสองรูดำหมุนไปรอบ ๆ และรวมเข้าด้วยกันในรอบสุดท้ายการชนที่เต็มไปด้วยพลัง ตามชื่อของพวกเขาที่แนะนำหลุมดำไม่ได้เปล่งแสงซึ่งหมายความว่าพวกเขามองไม่เห็นกล้องโทรทรรศน์ที่รวบรวมและศึกษารังสีแม่เหล็กไฟฟ้า หลุมดำบางส่วนสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่มีแสงสว่างเนื่องจากวัสดุในบริเวณใกล้เคียงของพวกเขาจะแผ่ออกมา แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้เห็นตัวอย่างของการรวมหลุมดำเข้ากับวัสดุที่แผ่ออกมารอบตัว

นอกจากนี้หลุมดำที่เห็นโดย Ligo คือ 29 และ 36 เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ตามลำดับ แต่ Reitze กล่าวว่าเมื่อความไวของ Ligo ยังคงดีขึ้นเครื่องดนตรีอาจมีความอ่อนไหวต่อหลุมดำที่มีขนาด 100, 200 หรือ 500 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ที่อยู่ห่างจากโลก “ อาจมีพื้นที่การค้นพบที่ดีจริงๆที่เปิดขึ้นเมื่อเราออกไปที่นั่น” เขากล่าว

นักวิทยาศาสตร์รู้อยู่แล้วว่าการศึกษาท้องฟ้าในความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงสามารถเปิดเผยข้อมูลใหม่เกี่ยวกับจักรวาล เป็นเวลาหลายศตวรรษนักดาราศาสตร์สามารถทำงานกับแสงออพติคอลได้เท่านั้น แต่เมื่อไม่นานมานี้นักวิจัยได้สร้างเครื่องมือที่ช่วยให้พวกเขาศึกษาจักรวาลโดยใช้รังสีเอกซ์คลื่นวิทยุคลื่นอัลตราไวโอเลตและรังสีแกมม่า ทุกครั้งที่นักวิทยาศาสตร์ได้รับมุมมองใหม่ของจักรวาล

ในทำนองเดียวกันคลื่นความโน้มถ่วงมีศักยภาพที่จะแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติใหม่ทั้งหมดของวัตถุจักรวาลสมาชิกทีม Ligo กล่าว -การศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงสามารถคลี่คลายความลึกลับมากมาย (วิดีโอ)-

“ ถ้าเราโชคดีพอที่จะมีซุปเปอร์โนวาในกาแลคซีของเราเองหรืออาจอยู่ในกาแลคซีใกล้เคียงเราจะสามารถดูพลวัตที่แท้จริงของสิ่งที่เกิดขึ้นภายในซุปเปอร์โนวา "Ligo ผู้ร่วมก่อตั้ง Rainer Weiss of MIT กล่าวซึ่งพูดในพิธีประกาศ เกิดอะไรขึ้นภายในสิ่งเหล่านี้ "

นักวิทยาศาสตร์วัตถุแปลกใหม่อื่น ๆ หวังว่าจะศึกษาด้วยคลื่นความโน้มถ่วงคือดาวนิวตรอนซึ่งเป็นซากศพที่มีความหนาแน่นอย่างเหลือเชื่อและเป็นดาวฤกษ์ที่ถูกเผาไหม้: วัสดุนิวตรอนที่มีระดับหนึ่งช้อนชาจะมีน้ำหนักประมาณหนึ่งพันล้านตันบนโลก นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่าเกิดอะไรขึ้นกับเรื่องปกติภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรงเช่นนี้ แต่คลื่นความโน้มถ่วงอาจให้เบาะแสที่เป็นประโยชน์อย่างยิ่งเพราะคลื่นเหล่านี้ควรมีข้อมูลเกี่ยวกับการตกแต่งภายในของดาวนิวตรอนตลอดทางสู่โลกนักวิทยาศาสตร์ Ligo กล่าว

LIGO ยังมีระบบที่ตั้งไว้เพื่อแจ้งเตือนกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้แสงเมื่อเครื่องตรวจจับดูเหมือนจะเห็นคลื่นความโน้มถ่วง เหตุการณ์ทางดาราศาสตร์บางอย่างที่ LIGO จะศึกษาเช่นการชนกันของดาวนิวตรอนอาจทำให้เกิดแสงสว่างในความยาวคลื่นทั้งหมดตั้งแต่รังสีแกมม่าไปจนถึงคลื่นวิทยุ ด้วยระบบการแจ้งเตือนของ Ligo เป็นไปได้ที่นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตเห็นเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์หรือวัตถุในความยาวคลื่นต่างๆของแสงรวมถึงคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งจะให้ "ภาพที่สมบูรณ์มาก" ของเหตุการณ์เหล่านั้น Reitze กล่าว

“ เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นฉันคิดว่าสิ่งที่ยิ่งใหญ่ต่อไปในสาขานี้” เขากล่าว

สัมพัทธภาพ

คลื่นความโน้มถ่วงถูกทำนายครั้งแรกโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ซึ่งตีพิมพ์ในปี 2459 ทฤษฎีที่มีชื่อเสียงนั้นยืนขึ้นเพื่อการทดสอบทางกายภาพทุกประเภท แต่มีบางแง่มุมที่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถศึกษาในโลกแห่งความจริงได้เพราะพวกเขาต้องการสถานการณ์ที่รุนแรงมาก การแปรปรวนอย่างรุนแรงของเวลาอวกาศเป็นตัวอย่างหนึ่งของสิ่งนี้

“ จนถึงตอนนี้เราได้เห็นเวลาอวกาศที่แปรปรวนเมื่อมันสงบมาก-ราวกับว่าเราได้เห็นพื้นผิวของมหาสมุทรในวันที่สงบมากเมื่อมันค่อนข้างเป็นแก้ว” Kip Thorne แห่ง Caltech สมาชิกผู้ก่อตั้ง Ligo อีกคนหนึ่ง "เราไม่เคยเห็นมหาสมุทรที่เกิดขึ้นในพายุด้วยคลื่นกระแทกทั้งหมดที่เปลี่ยนไปในวันที่ 14 กันยายนหลุมดำที่ชนกันซึ่งสร้างคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้สร้างพายุที่รุนแรงในโครงสร้างและเวลา" -ประวัติและโครงสร้างของจักรวาล (อินโฟกราฟิก)-

“ การสังเกตนี้ทดสอบว่าระบอบการปกครองอย่างสวยงามอย่างยิ่ง” ธ อร์นกล่าวต่อ "และไอน์สไตน์ก็ประสบความสำเร็จในการยิ้มแย้มแจ่มใส"

แต่การศึกษาของสัมพัทธภาพทั่วไปผ่านคลื่นความโน้มถ่วงอยู่ไกลจากที่ผ่านมา คำถามยังคงเกี่ยวกับธรรมชาติของ Graviton อนุภาคเชื่อว่ามีแรงโน้มถ่วง (เช่นเดียวกับโฟตอนคืออนุภาคที่มีแรงแม่เหล็กไฟฟ้า) และนักวิทยาศาสตร์มีคำถามมากมายเกี่ยวกับการทำงานภายในของหลุมดำซึ่งคลื่นความโน้มถ่วงอาจช่วยส่องสว่าง (เพื่อพูด) แต่ทั้งหมดนี้นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าจะถูกเปิดเผยอย่างช้าๆตลอดระยะเวลาหลายปีที่ผ่านมาเนื่องจากลิโกและเครื่องมือที่เกี่ยวข้องรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเหตุการณ์เพิ่มเติม

มรดกสำหรับอนาคต

เมื่อมองไปที่อีกสามปีข้างหน้า Reitze กล่าวว่าการทำงานร่วมกันนั้นมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มความไวของ Ligo ต่อศักยภาพอย่างเต็มที่ สิ่งนี้จะทำให้หอดูดาว - ซึ่งประกอบด้วยเครื่องตรวจจับขนาดใหญ่สองเครื่องหนึ่งแห่งในหลุยเซียน่าและอีกแห่งหนึ่งในรัฐวอชิงตัน - ไวต่อคลื่นความโน้มถ่วงมากขึ้น แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่ามีกี่เหตุการณ์ที่จะเห็นเพราะพวกเขาไม่รู้ว่าเหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นบ่อยครั้งในจักรวาล

LIGO ตรวจพบการควบรวมกิจการของ Binary Black Merger ก่อนที่เครื่องมือจะเริ่มแคมเปญการสังเกตอย่างเป็นทางการครั้งแรกหลังจากการอัพเกรดล่าสุด แต่เป็นไปได้ว่านี่เป็นการพักโชคดี เพื่อรับแรงโน้มถ่วงดาราศาสตร์รถไฟกลิ้ง Ligo ต้องการข้อมูลมากขึ้น

เมื่อถูกขอให้แสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับผลกระทบของ LIGO ที่มีต่อโลกนอกเหนือจากชุมชนวิทยาศาสตร์และวิทยาศาสตร์คลื่นแรงโน้มถ่วงอาจมีอิทธิพลต่อชีวิตประจำวันของผู้คนได้อย่างไร Reitze ก็พูดว่า "ใครจะรู้?"

"เมื่อไรไอน์สไตน์สัมพัทธภาพทั่วไปที่คาดการณ์ไว้ใครจะคาดการณ์ว่าเราจะใช้มันทุกวันเมื่อเราใช้โทรศัพท์มือถือของเรา? "เขากล่าว (สัมพัทธภาพทั่วไปให้ความเข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงมีผลต่อการผ่านเวลาและข้อมูลนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเทคโนโลยี GPS ซึ่งใช้ดาวเทียม

LIGO คือ "เครื่องมือที่มีความอ่อนไหวมากที่สุดเท่าที่เคยมีมา" Reitze กล่าวและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นในขณะที่สร้างหอดูดาวอาจป้อนเข้าสู่เทคโนโลยีที่จะใช้ในวิธีที่ผู้คนยังไม่สามารถคาดการณ์ได้

Thorne กล่าวว่าเขาเห็นการมีส่วนร่วมที่ใหญ่กว่าของ Ligo แตกต่างกันเล็กน้อย

“ เมื่อเรามองย้อนกลับไปในยุคของยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาการและเราถามตัวเองว่า 'มนุษย์ในยุคนั้นให้อะไรกับเราที่สำคัญสำหรับเราในวันนี้?' ฉันคิดว่าเราทุกคนเห็นด้วยว่ามันเป็นศิลปะที่ยอดเยี่ยมสถาปัตยกรรมที่ยอดเยี่ยมดนตรีที่ยอดเยี่ยม "เขากล่าว

"ในทำนองเดียวกันเมื่อลูกหลานของเรามองย้อนกลับไปในยุคนี้และพวกเขาถามตัวเองว่า 'สิ่งที่ยอดเยี่ยมมาหาเรา?' …ฉันเชื่อว่าจะมีความเข้าใจเกี่ยวกับกฎพื้นฐานของจักรวาลและความเข้าใจในสิ่งที่กฎหมายเหล่านั้นทำในจักรวาลและการสำรวจจักรวาล” ธ อร์นกล่าวเสริม "Ligo เป็นส่วนสำคัญของสิ่งนั้นส่วนที่เหลือของดาราศาสตร์เป็นส่วนสำคัญของสิ่งนั้นและฉันคิดว่าของขวัญทางวัฒนธรรมสำหรับคนรุ่นต่อไปในอนาคตของเรานั้นใหญ่กว่าการแยกเทคโนโลยีใด ๆ มากกว่าการพัฒนาเทคโนโลยีที่ดีที่สุดทุกชนิดฉันคิดว่าเราควรภูมิใจในสิ่งที่เรามอบให้กับลูกหลานของเรา"

ติดตาม Calla Cofield@Callacofield- ติดตามเรา@spacedotcom-FacebookและGoogle+- บทความต้นฉบับเกี่ยวกับSpace.com-