Πώς το LIGO ανακάλυψε τα βαρυτικά κύματα

Πάνω από εκατό χρόνια από τότε που ο Άλμπερτ Αϊνστάιν προέβλεψε τα βαρυτικά κύματα -κύματα του χωροχρόνου που προκαλούνται από βίαιες κοσμικές συγκρούσεις- οι επιστήμονες του LIGO επιβεβαίωσαν την ύπαρξή τους χρησιμοποιώντας μεγάλους και εξαιρετικά ακριβείς ανιχνευτές. Η αστροφυσικός Γκαμπριέλα Γκονσάλες της διεθνούς συνεργασίας LIGO μας εξηγεί πώς προέκυψε αυτή η απίστευτη ανακάλυψη -που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ- και τι θα μπορούσε να σημαίνει για τη δική μας κατανόηση του σύμπαντος.

Εδώ και λίγο παραπάνω από εκατό χρόνια,

το 1915,

ο Αϊνστάιν εξέδωσε τη γενική
θεωρία της σχετικότητας,

που είναι ένα όνομα κάπως περίεργο,

καθώς πρόκειται για μια θεωρία
που εξηγεί τη βαρύτητα.

Λέει πως οι μάζες -όλη η ύλη,
οι πλανήτες- έλκονται

όχι επειδή τους ελκύει μια δύναμη
στιγμιαία, όπως είπε ο Νεύτωνας,

αλλά επειδή όλη η ύλη
-όλοι εμείς, όλοι οι πλανήτες-

τσαλακώνει την ελαστική υφή
του χωροχρόνου.

Ο χωροχρόνος είναι αυτό
μέσα στο οποίο ζούμε

και που μας συνδέει όλους μεταξύ μας.

Είναι όπως όταν κάποιος
μας κοιμίζει σε ένα στρώμα

και εμείς παραμορφώνουμε το στρώμα.

Και οι μάζες κινούνται, όπως είπαμε,
όχι σύμφωνα με τους νόμους του Νεύτωνα,

αλλά επειδή βλέπουν αυτή
την καμπυλότητα του χωροχρόνου

και ακολουθούν τις καμπύλες,

όπως όταν ο σύντροφος μας στο κρεβάτι

έρχεται κοντά μας εξαιτίας
της καμπύλης του στρώματος.

(Γέλια)

Ένα χρόνο μετά, το 1916.

ο Αϊνστάιν συμπέρανε από τη θεωρία του

ότι υπάρχουν τα βαρυτικά κύματα.

Αυτά παράγονται όταν οι μάζες κινούνται

όπως, για παράδειγμα,
όταν τα άστρα περιστρέφονται

το ένα γύρω από το άλλο,

και παράγουν πτυχώσεις στο χωροχρόνο

οι οποίες φέρουν ενέργεια
εκ του συστήματος και πλησιάζουν τα άστρα.

Ωστόσο, αυτός επίσης υπολόγισε

ότι αυτές οι επιδράσεις
ήταν πολύ πολύ πολύ μικρές

ώστε ποτέ να μην μπορούν να μετρηθούν.

Πρόκειται να σας πω πώς
με την εργασία εκατοντάδων επιστημόνων

που δούλευαν σε πολλές χώρες
και για πολλές δεκαετίες,

πριν από πολύ λίγο καιρό, το 2015,

ανακαλύψαμε αυτά τα βαρυτικά κύματα

για πρώτη φορά.

Είναι μια αρκετά μεγάλη ιστορία.

Ξεκίνησε πριν 1.300 εκατομμύρια χρόνια.

Πριν από πολύ πολύ καιρό,

σε έναν γαλαξία πολύ πολύ μακρινό -

(Γέλια)

υπήρχαν δύο μαύρες τρύπες

οι οποίες περιστρέφονταν
η μία γύρω απο την άλλη,

«χορεύοντας ένα τανγκό»,
όπως μου αρέσει να λέω,

που ξεκίνησε αργά,

αλλά καθώς εξέπεμπαν βαρυτικά κύματα,

αυτές περιστρέφονταν, επιτάχυναν,

μέχρι που, όταν περιστρέφονταν
περίπου με την ταχύτητα του φωτός,

αυτές ενώθηκαν σε μία μόνη μαύρη τρύπα

η οποία είχε 60 φορές την μάζα του ηλίου

αλλά συμπιεσμένη σε 360 χιλιόμετρα.

Αυτό είναι το μέγεθος
της πολιτείας της Λουιζιάνα,

εκεί όπου ζω.

Αυτό το απίστευτο φαινόμενο
παρήγαγε βαρυτικά κύματα

που μετέφεραν το μήνυμα
αυτού του κοσμικού εναγκαλισμού

στο υπόλοιπο του σύμπαντος.

Εμείς περάσαμε πολύ χρόνο ανακαλύπτοντας
την επίδραση αυτών των βαρυτικών κυμάτων,

επειδή αυτό που έκαναν,
ο τρόπος που τα μετρήσαμε,

είναι να ψάχνουμε
επιδράσεις στις αποστάσεις.

Εμείς θέλουμε να μετρήσουμε
συντεταγμένες, αποστάσεις.

Όταν αυτά τα βαρυτικά κύματα
πέρασαν από τη Γη,

-που πέρασαν το 2015-

παρήγαγαν αλλαγές σε όλες τις αποστάσεις

τις αποστάσεις ανάμεσά σας,
ανάμεσα σε εσάς και εμένα,

το ύψος μας -

όλους εμάς μας μεγεθύνουν
και μας συρρικνώνουν ελάχιστα.

Η πρόβλεψη είναι ότι η επίδραση
είναι ανάλογη της απόστασης.

Αλλά αυτή είναι μικροσκοπική:

ακόμα και για αποστάσεις πολύ μεγαλύτερες
από το δικό μου μικρό ύψος,

η επίδραση είναι απειροελάχιστη.

Για παράδειγμα, η απόσταση
μεταξύ της Γης και του Ηλίου

άλλαξε κατά μία ατομική διάμετρο.

Πώς μπορεί να μετρηθεί κάτι τέτοιο;

Πώς μπορέσαμε να μετρήσουμε κάτι τέτοιο;

Πριν από περίπου 100 χρόνια,

υπήρχαν κάποιοι οραματιστές φυσικοί
στο Κάλτεκ και στο ΜΙΤ,

οι Κιπ Θορν, Ρον Ντρέβερ και Ρέι Βάις,

οι οποίοι πίστευαν ότι θα μπορούσαν
να μετρήσουν αποστάσεις με ακρίβεια

χρησιμοποιώντας λέιζερ τα οποία μετρούσαν
αποστάσεις μεταξύ κατόπτρων

τα οποία απείχαν χιλιόμετρα μεταξύ τους.

Χρειάστηκαν πολλά χρόνια, πολλή δουλειά
και πολλοί επιστήμονες

για να αναπτύξουν την τεχνολογία,
να αναπτύξουν τις ιδέες,

και 20 χρόνια μετά,

-μάλλον 20 με 30 χρόνια πριν-

άρχισαν να κατασκευάζουν
δύο ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων,

δύο ιντερφερόμετρα,

στις Ηνωμένες Πολιτείες,

κάθε ένα μεγέθους τεσσάρων χιλιομέτρων.

Το ένα είναι στην Πολιτεία της Λουιζιάνα,

στο Λίβινγκτον της Λουιζιάνα,
στη μέση ενός πολύτιμου δάσους;

το άλλο στο Χάνφορντ της Ουάσινγκτον,

την Πολιτεία της Ουάσινγκτον,
στην μέση της ερήμου.

Σε αυτά τα ιντερφερόμετρα, έχουμε λέιζερ
που ταξιδεύουν από το κέντρο,

τέσσερα χιλιόμετρα στο κενό,

αντανακλώνται στους καθρέφτες
και επιστρέφουν,

κι εμείς μετράμε τη διαφορά της απόστασης

μεταξύ του ενός κλάδου και του άλλου.

Και αυτοί οι ανιχνευτές
είναι πολύ πολύ ευαίσθητοι,

είναι τα πιο ακριβή όργανα στον κόσμο.

Γιατί φτιάξαμε δύο;

Γιατί τα σήματα που θέλουμε να μετρήσουμε
επιστρέφουν από το διάστημα

αυτά είναι που θέλουμε να μετρήσουμε,

αλλά οι καθρέφτες κινούνται όλη την ώρα,

έπειτα για να διακρίνουμε
επιδράσεις βαρυτικών κυμάτων

που είναι φαινόμενα αστροφυσικά και πρέπει
να εμφανίζονται στους δυο ανιχνευτές,

μπορούμε να τις διακρίνουμε
από τα τοπικά φαινόμενα,

που εμφανίζονται ξεχωριστά,
στον ένα η τον άλλο.

Τον Σεπτέμβριο του 2015,

ολοκληρώσαμε την εγκατάσταση
της δεύτερης γενιάς τεχνολογίας

σε αυτούς τους ανιχνευτές,

και ακόμη δεν φτάσαμε τη βέλτιστη
ευαισθησία που επιθυμούμε

-ακόμη δεν βρισκόμαστε εκεί,

ακόμη και δυο χρόνια μετά-

αλλά πλέον θέλαμε να πάρουμε δεδομένα.

Δεν πιστεύαμε ότι θα βλέπαμε τίποτα,

άλλα ήμασταν έτοιμοι να αρχίσουμε
να παίρνουμε δεδομένα για λίγους μήνες.

Και η φύση μας εξέπληξε.

Στις 14 Σεπτεμβρίου του 2015,

είδαμε στους δύο ανιχνευτές

ένα βαρυτικό κύμα.

Στους δύο ανιχνευτές είδαμε ένα σήμα

με μερικούς κύκλους
που μεγάλωναν σε εύρος συχνότητας,

έπειτα εξασθένησαν,

και ήταν ίδιοι και στους δύο ανιχνευτές.

Ήταν βαρυτικά κύματα.

Και όχι μόνο αυτό, μα επίσης,
αποκωδικοποιώντας αυτή τη μορφή κύματος,

μπορέσαμε να συμπεράνουμε
ότι προέρχονταν από μαύρες τρύπες

που είχαν ενωθεί σε μία μόνη,

πριν από πάνω
από ένα δισεκατομμύριο χρόνια.

Και αυτό ήταν -

(Χειροκρότημα)

Αυτό ήταν φανταστικό.

Στην αρχή, δεν μπορούσαμε
να το πιστέψουμε.

Αυτό υποτίθεται ότι
δεν θα μπορούσε να έχει συμβεί

μέχρι πολύ αργότερα.

Ήταν έκπληξη για όλους.

Μας πήρε μήνες να πεισθούμε
ότι αυτό ήταν βέβαιο,

επειδή δεν θέλαμε
να αφήσουμε περιθώριο λάθους.

Μα ήταν σίγουρο,

και για να εξαλείψουμε κάθε αμφιβολία

για το αν πραγματικά οι ανιχνευτές
μπορούσαν να μετρήσουν αυτά τα πράγματα,

τον Δεκέμβριο του ίδιου έτους,
μετρήσαμε ένα άλλο βαρυτικό κύμα,

πιο μικρό απο το προηγούμενο.

Το πρώτο βαρυτικό κύμα
παρήγαγε μια διαφορά απόστασης

τεσσάρων χιλιοστών του πρωτονίου,

περίπου τέσσερα χιλιόμετρα.

Ναι, ο δεύτερος εντοπισμός ήταν πιο μικρός

αλλά μέχρι σήμερα πολύ πειστικός
για τα δικά μας στάνταρ.

Παρόλο που ήταν κύματα του χωροχρόνου,

όχι κύματα ήχου,

μας αρέσει να τα βάζουμε και να τα ακούμε.

Αυτά τα ονομάζουμε
«Η μουσική του σύμπαντος».

Εδώ θέλω να σας βάλω να ακούσετε
τις δύο πρώτες νότες

αυτής της μουσικής.

(Κουδούνισμα)

(Κουδούνισμα)

Η δεύτερη, η πιο σύντομη
ήταν το τελευταίο τμήμα της δεύτερης

από αυτές τις δύο μαύρες τρύπες,

η οποία σε κλάσμα δευτερολέπτου
εξέπεμψε έναν όγκο ενέργειας,

τόση ενέργεια σαν να μετατρέπονταν
τρεις ήλιοι σε ενέργεια

σύμφωνα με τον διάσημο τύπο,

E=mc2.

Καταλάβατε;

Αυτή η μουσική, στην πραγματικότητα,
τραγουδάει σε όλους εμάς,

χορεύουμε με αυτή,

και θα τη βάλω να ακουστεί ξανά.

(Κουδούνισμα)

(Κουδούνισμα)

Αυτή είναι η μουσική του σύμπαντος!

(Χειροκρότημα)

Συχνά ο κόσμος με ρωτάει πλέον:

«Σε τι χρησιμεύουν τα βαρυτικά κύματα;»

«Και τώρα που ήδη τα ανακαλύψαμε,

τι μένει να κάνουμε;»

Σε τι χρησιμεύουν τα βαρυτικά κύματα;

Όταν ρώτησαν τον Μπόρχες:

«Σε τι χρησιμεύει η ποίηση;»

Εκείνος με τη σειρά του ρώτησε:

«Σε τι χρησιμεύει η αυγή;»

«Σε τι χρησιμεύουν τα χάδια;»

«Σε τι χρησιμεύει η μυρωδιά του καφέ;»

Και ο ίδιος απάντησε:

«Η ποίηση χρησιμεύει για την ευχαρίστηση,
το συναίσθημα, τη ζωή».

Και το να καταλάβουμε το σύμπαν,

αυτή η ανθρώπινη περιέργεια
για να ξέρουμε πώς λειτουργούν όλα

είναι προφανής.

Η ανθρωπότητα, προ αμνημονεύτων ετών,

και όλοι εμείς, όλοι εσείς από παιδιά,

όταν βλέπουμε τον ουρανό για πρώτη φορά

και βλέπουμε άστρα, αναρωτιέται κανείς:

«Τι είναι τα αστέρια;»

Αυτή η περιέργεια είναι
που μας κάνει ανθρώπους.

Και αυτό είναι που κάνουμε
με την επιστήμη.

Μας αρέσει να λέμε

ότι τα βαρυτικά κύματα
ήδη μας είναι χρήσιμα,

γιατί ανοίγουμε έναν νέο δρόμο
για την εξερεύνηση του σύμπαντος.

Μέχρι τώρα, μπορούσαμε να βλέπουμε
το φως των αστεριών

μέσω των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Τώρα μπορούμε να ακούσουμε
τον ήχο του σύμπαντος

ακόμη και πράγματα που δεν εκπέμπουν φως,
όπως τα βαρυτικά κύματα.

(Χειροκρότημα)

(Αγγλικά) Ευχαριστώ.

(Χειροκρότημα)

Μα, μόνο για αυτό χρησιμεύουν;

Δεν αναπτύσσεται κάποια τεχνολογία
βάσει των βαρυτικών κυμάτων;

Επί το πλείστον, ναι.

Πρόκειται όμως να πάρει πολύ καιρό.

Έχουμε αναπτύξει τεχνολογία
για να τα ανιχνεύσουμε,

μα τα ίδια κύματα, στην καλύτερη
ανακαλύπτονται εδώ και 100 χρόνια

απο τότε που χρησιμεύουν για κάτι.

Μα παίρνει πολύ χρόνο
για να αναπτυχθεί επιστημονική τεχνολογία

και δεν το κάνουμε για αυτό.

Κάθε τεχνολογία αναπτύσσεται
εκ της επιστήμης,

μα την επιστήμη την κάνουμε

για την ευχαρίστηση.

Και τι μένει να κάνουμε;

Πάρα πολλά.

Πάρα πολλά. Αυτό είναι μόνο η αρχή.

Με τον τρόπο που κάνουμε
τους ανιχνευτές πιο ευαίσθητους

-και μένουν πολλά να κάνουμε-

όχι μόνο πρόκειται να δούμε
περισσότερες μαύρες τρύπες,

αλλά θα κάνουμε κατάλογο
με το πόσες υπάρχουν, πού είναι,

πόσο μεγάλες είναι,

μα πρόκειται να δούμε και άλλα πράγματα.

Πρόκειται να δούμε την σύντηξη
αστέρων νετρονίων,

που μετατρέπονται σε μαύρη τρύπα.

Πρόκειται να δούμε
τη γέννηση μιας μαύρης τρύπας.

Θα μπορούμε να δούμε τα άστρα
να περιστρέφονται στον γαλαξία μας

παράγοντας ημιτονοειδή κύματα.

Θα μπορούμε να δούμε
εκρήξεις σουπερνόβα στον γαλαξία μας.

Πρόκειται για ένα ολόκληρο φάσμα
νέων πηγών που θα μπορούμε να δούμε.

Μας αρέσει να λέμε

ότι ήδη έχουμε προσθέσει νέο νόημα
στο ανθρώπινο σώμα:

τώρα, εκτός του να βλέπουμε,

μπορούμε και να ακούμε.

Είναι επανάσταση για την αστρονομία,

όπως όταν ο Γαλιλαίος
εφηύρε το τηλεσκόπιο,

ή όπως όταν προστέθηκε ήχος
στον βουβό κινηματογράφο.

Αυτό είναι μόλις η αρχή.

Μας αρέσει να θεωρούμε

ότι ο δρόμος της επιστήμης
είναι πολύ μακρύς

-πολύ ευχάριστος, μα πολύ μακρύς-

και αυτή η μεγάλη διεθνής κοινότητα
επιστημόνων που εργάζονται ομαδικά

από πολλές χώρες, όλοι μαζί,

βοηθάμε να κατασκευαστεί αυτός ο δρόμος,

ρίχνοντας φως,

μερικές φορές συναντώντας εμπόδια,

και κατασκευάζοντας, στην καλύτερη,

μια λεωφόρο για το σύμπαν.

Ευχαριστώ.

(Χειροκρότημα)