Kā LIGO atklāja gravitācijas viļņus

Vairāk nekā simts gadus pēc tam, kad Alberts Einšteins bija aprakstījis gravitācijas viļņus – spēcīgu kosmisku sadursmju izraisītus viļņus laiktelpā, – LIGO zinātnieki apstiprināja to pastāvēšanu, izmantojot milzīgus un ārkārtīgi precīzus detektorus. Astrofiziķe Gabriela Gonsalesa no starptautiskā LIGO sadarbības projekta stāsta, kā radās šis neticamais, Nobela prēmiju ieguvušais atklājums un ko tas varētu nozīmēt mūsu izpratnei par Visumu.

Pirms nedaudz vairāk nekā simts gadiem,

1915. gadā,

Einšteins publicēja
savu vispārīgās relativitātes teoriju,

kas ir visai dīvains nosaukums,

bet tā ir teorija,
kas izskaidro gravitāciju.

Tā apgalvo, ka masas – visa matērija,
planētas – savstarpēji pievelkas,

nevis momentānā spēka dēļ,
kā apgalvoja Ņūtons,

bet gan tāpēc, ka visa matērija –
visi mēs, visas planētas –

izliec laiktelpas elastīgo audumu.

Laiktelpa ir tas, iekš kā dzīvojam

un kas mūs visus saista.

Līdzīgi kā tad, kad apguļamies uz matrača

un izmainām tā formu.

Un atkal – masas pārvietojas
nevis pēc Ņūtona likumiem,

bet gan tāpēc, ka tās redz
šos laiktelpas izliekumus

un seko šiem izliekumiem,

līdzīgi kā tad, kad
mūsu gultasbiedrs vai biedrene,

uzveļas mums virsū matrača ieliekuma dēļ.

(Smiekli)

Gadu vēlāk, 1916. gadā,

Einšteins no savas teorijas izsecināja,

ka pastāv gravitācijas viļņi.

Tie radušies, pārvietojoties masām,

piemēram, divām zvaigznēm virpuļojot

vienai ap otru

un radot laiktelpā ieliekumus,

kas satur sistēmas enerģiju
un liek zvaigznēm savstarpēji tuvoties.

Taču viņš arī aprēķināja,

ka šī ietekme ir tik ļoti sīka,

ka to nekad nevarēs izmērīt.

Es pastāstīšu, kā, pateicoties
simtiem zinātnieku darbam,

kas gadu desmitiem
strādājuši vairākās valstīs,

pavisam nesen, 2015. gadā,

mēs šos gravitācijas viļņus
pirmoreiz atklājām.

Tas ir visnotaļ garš stāsts,

kas sākās pirms 1,3 miljardiem gadu.

Reiz sensenos laikos

tāltālā galaktikā...

(Smiekli)

dzīvoja divi melnie caurumi,

kas virpuļoja viens ap otru,

kā man patīk sacīt, dejojot tango.

Sākumā lēni,

bet tad, radot gravitācijas viļņus,

tie tuvojās viens otram, ātrums pieauga,

līdz, virpuļodami gandrīz gaismas ātrumā,

tie saplūda vienā melnajā caurumā,

kura masa bija līdzvērtīga 60 saulēm,

taču saspiesta 360 kilometros.

Tik liels ir Luiziānas štats,

kurā dzīvoju.

Šī apbrīnojamā iedarbība
radīja gravitācijas viļņus,

kas nogādāja vēsti
par šo kosmisko apskāvienu

pārējam Visumam.

Šo gravitācijas viļņu ietekmes
atklāšana prasīja daudz laika,

jo mēs tos mērām,

meklējot ietekmi tālumā.

Mēs vēlamies mērīt
ģeogrāfiskos garumus, attālumus.

Kad šie gravitācijas viļņi skāra Zemi,

tas notika 2015. gadā,

tie izraisīja pārmaiņas
pilnīgi visos attālumos,

attālumos starp jums,
attālumos starp jums un mani,

mūsu garumā...

ikviens no mums mazdruscītiņ
pastiepās un sarāvās.

Tiek prognozēts, ka ietekme
ir proporcionāla attālumam.

Taču tā ir ārkārtīgi sīciņa:

pat uz attālumiem, kas ir daudzkārt
lielāki par manu pieticīgo augumu,

ietekme ir bezgalīgi maza.

Piemēram, attālums starp Zemi un Sauli

izmainījās par viena atoma diametru.

Kā gan to iespējams izmērīt?

Kā gan mēs to varētu izmērīt?

Pirms gadiem piecdesmit

Caltech un MIT
bija daži fiziķi sapņotāji –

Kips Torns, Rons Drēvers, Rainers Veiss –

kas uzskatīja, ka attālumus
iespējams precīzi izmērīt,

izmantojot lāzerus, kas mēra
attālumu starp spoguļiem,

kas atrodas vairāku kilometru
atstatumā viens no otra.

Vajadzēja daudz gadu, daudz darba
un daudz zinātnieku,

lai izstrādātu tehnoloģiju,
attīstītu idejas,

un 20 gadus vēlāk,

gandrīz pirms 30 gadiem, vairāk nekā 20,

tika sākta divu gravitācijas viļņu
detektoru būvniecība,

divu interferometru būvniecība ASV.

Katrs no tiem bija četru kilometru garumā.

Viens no tiem atrodas Luiziānas štatā,

Livingstonā, Luiziānā, skaista meža vidū;

otrs – Hanfordā, Vašingtonā,

Vašingtonas štatā, tuksneša vidū.

Šajos interferometros ir lāzeri,
kas no centra ceļo

četrus kilometrus vakuumā,

atspīd spoguļos un tad atgriežas,

un mēs mērām atšķirību attālumos

starp vienu un otru plecu.

Un šie detektori
ir ļoti, ļoti, ļoti jutīgi,

tie ir visprecīzākie instrumenti pasaulē.

Kāpēc mēs uzbūvējām divus?

Jo signāli, ko vēlamies mērīt,
nāk no kosmosa,

taču spoguļi visu laiku kustās,

tāpēc, lai nošķirtu
gravitācijas viļņu ietekmi,

kas ir astrofizikāla ietekme
un kam jāparādās abos detektoros,

mēs varam tos nošķirt
no vietējās ietekmes,

kas parādās atsevišķi – vienā vai otrā.

2015. gadā septembrī

mēs šajos detektoros beidzām uzstādīt
otrās paaudzes tehnoloģiju

un joprojām nebijām panākuši
optimālo jutīgumu,

joprojām neesam to panākuši

arī tagad, divus gadus vēlāk,

bet mēs jau gribējām ievākt datus.

Nedomājām, ka kaut ko ieraudzīsim,

taču gatavojāmies sākt
dažus mēnešus ievākt datus.

Un daba mūs pārsteidza.

2015. gada 14. septembrī

abos detektoros ieraudzījām

gravitācijas vilni.

Abos detektoros ieraudzījām signālu

ar cikliem, kuru amplitūda
un frekvence pieauga

un tad samazinājās,

un abos detektoros tie bija vienādi.

Tie bija gravitācijas viļņi.

Un ne tikai tas – atšifrējot viļņa formu,

varējām izsecināt, ka tie nāk
no melnajiem caurumiem,

kas saplūduši vienā

pirms vairāk nekā miljards gadiem.

Un tas bija...

(Aplausi)

Tas bija fantastiski!

Sākumā nespējām tam noticēt.

Nebijām iedomājušies,
ka tas varētu notikt jau tagad.

Visiem tas bija pārsteigums.

Mums vajadzēja vairākus mēnešus,
lai par to pārliecinātos,

jo gribējām izslēgt
visas iespējamās kļūdas.

Bet tā patiešām bija,

un, lai kliedētu visas šaubas,

ka detektori patiešām spēj
šīs lietas izmērīt,

tā paša gada decembrī, mēs izmērījām
vēl vienu gravitācijas vilni,

vēl mazāku nekā pirmo.

Pirmais gravitācijas vilnis
radīja attāluma atšķirību,

kas četru kilometru attālumā
bija četras tūkstošdaļas no protona liela.

Jā, otrais vilnis bija mazāks,

tomēr pēc mūsu standartiem
joprojām ļoti pārliecinošs.

Lai gan tie ir laiktelpas viļņi,

nevis skaņas viļņi,

mums patīk tos uzlikt
skaļruņos un paklausīties.

Mēs to saucam par Visuma mūziku.

Es gribētu, lai paklausāties

šīs mūzikas pirmās divas notis.

(Čirksts)

(Čirksts)

Otra, īsākā,

bija šo abu melno caurumu
pēdējā sekundes daļa,

kad tie radīja milzum daudz enerģijas,

tik daudz enerģijas,
cik radītu trīs saules,

saskaņā ar slaveno formulu

E = mc2.

Atceraties tādu?

Šī mūzika, mums patiesībā tik ļoti patīk,

ka mēs pie tās dejojam.

Ļaušu jums paklausīties vēlreiz.

(Čirksts)

(Čirksts)

Tā ir Visuma mūzika!

(Aplausi)

Tagad cilvēki man bieži jautā:

„Kam vajadzīgi gravitācijas viļņi?

Tagad, kad tie atklāti,

kas vēl atlicis darāms?”

Kam vajadzīgi gravitācijas viļņi?

Kad Borhesam jautāja,

kam vajadzīga dzeja,

viņš atbildēja ar pretjautājumu:

„Kam vajadzīga rītausma?

Kam vajadzīgs maigums?

Kam vajadzīga kafijas smarža?”

Viņš atbildēja:

„Dzeja kalpo priekam, emocijām,
tā vajadzīga, lai dzīvotu.”

Un ar vēlmi izprast Visumu,

ar šo cilvēcisko zinātkāri
uzzināt, kā viss darbojas,

ir līdzīgi.

Kopš neatminamiem laikiem cilvēce,

mēs visi un jūs visi, kad bijām bērni,

pirmoreiz paceļot skatu debesīs

un ieraugot zvaizgnes, jautājām:

„Kas ir zvaigznes?”

Šī zinātkāre mūs padara par cilvēkiem.

Un tieši to mēs darām zinātnē.

Mums labpatīk teikt,

ka gravitācijas viļņi jau noder,

jo mēs paveram jaunu veidu
Visuma pētīšanai.

Līdz šim zvaigžņu gaismu varējām redzēt,

pateicoties elektromagnētiskajiem viļņiem.

Tagad varam klausīties Visuma skaņās,

pat tādās, ko rada lietas, kas neizstaro
gaismu, piemēram, gravitācijas viļņi.

(Aplausi)

(Angliski) Paldies.

(Aplausi)

Bet vai tie noder tikai tam?

Vai no gravitācijas viļņiem
var iegūt kādu tehnoloģiju?

Iespējams, var.

Tomēr tas, iespējams, prasīs daudz laika.

Esam radījuši tehnoloģiju to uztveršanai,

taču paši viļņi...

varbūt pēc gadiem simts atklāsim,
ka tie kaut kam noder.

Taču, lai no zinātnes iegūtu tehnoloģiju,
vajadzīgs daudz laika,

un mēs to nedarām tādēļ.

Jebkura tehnoloģija nāk no zinātnes,

tomēr mēs ar zinātni nodarbojamies

prieka pēc.

Kas vēl atlicis darāms?

Darāmā vēl ir ļoti daudz.

Ļoti daudz. Tas ir tikai sākums.

Būvējot arvien jutīgākus detektorus –

un darāmā vēl ir daudz –

mēs ne vien ieraudzīsim
vairāk melno caurumu

un varēsim izveidot katalogu,
lai zinātu, cik to ir, kur tie atrodas,

cik lieli tie ir,

bet ieraudzīsim arī citus objektus.

Mēs ieraudzīsim
neitronu zvaigžņu saplūšanu,

kas pārtop melnajā caurumā.

Mēs ieraudzīsim melno caurumu dzimstam.

Mēs varēsim ieraudzīt
rotējošas zvaignzes mūsu galaktikā,

kas rada sinusoidālus viļņus.

Mēs varēsim ieraudzīt
pārnovu sprādzienus mūsu galaktikā.

Mēs ieraudzīsim
veselu jaunu avotu spektru.

Mums labpatīk teikt,

ka esam cilvēka ķermenim
pievienojuši jaunu spēju:

tagad spējam ne tikai redzēt,

bet arī dzirdēt.

Astronomijā tā ir revolūcija,

kā tad, kad Galilejs izgudroja teleskopu

vai kad mēmajam kino pievienoja skaņu.

Tas ir tikai sākums.

Mums labpatīk domāt,

ka zinātnes ceļš ir ļoti garš,

aizraujošs, bet ļoti garš,

un ka mēs, šī lielā, kopā strādājošā,
starptautiskā zinātnieku kopiena,

no daudzām valstīm,

visi kopā palīdzam šo ceļu veidot,

izgaismojot,

reizēm atrodot apvedceļus

un, iespējams, veidojot

ātrgaitas šoseju uz Visumu.

Paldies.

(Aplausi)