'Melnā cauruma blūzs': grāmatu hronikas gravitācijas viļņu detektors

Melnā cauruma blūzs un citas dziesmas no kosmosa

“Melnā cauruma blūzs un citas dziesmas no kosmosa” (Knopf, 2016), autore Janna Levina.





Jauna grāmata stāsta par 50 gadu odiseju, kuras kulminācija bija pirmā tiešā gravitācijas viļņu noteikšana. Grāmata atceļ zinātni, lai koncentrētos uz eksperimenta uzvarētāju personīgajām kaislībām un upuriem.

“Melnā cauruma blūzs un citas dziesmas no kosmosa” (Knopf, 2016), jaunākajai astrofiziķes un rakstnieces Jannas Levinas grāmatai, iespējams, bija visizdevīgākais grāmatas iznākšanas datums zinātnes rakstīšanas vēsturē. Stāsts, ko stāsta Levins, notika vairāk nekā 50 gadus, un pati grāmata tiek gatavota apmēram piecus gadus. Bet kaut kā Levinam izdevās pabeigt savu pirmo manuskripta melnrakstu tajā pašā nedēļā, kad Lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorija (LIGO) veica pirmo tiešo gravitācijas viļņu noteikšanu (par pārsteigumu gandrīz visiem eksperimentā iesaistītajiem, Levins sacīja) ).

Bet LIGO panākumi neattiecas uz Levina grāmatu, izņemot epilogu, kas pievienots tieši pirms publicēšanas, un viņa uzsvēra, ka viņai tas nebūtu citādi. Grāmata nav stāsts par zinātniskiem panākumiem, bet drīzāk 'stāsts par ambīcijām un risku, apsēstību, panākumiem un neveiksmēm', viņa sacīja. Neskatoties uz ļoti sarežģīto zinātni, kas iegāja LIGO instrumentā, stāsts par tā uzbūvi ir universāls. [ Gravitācijas viļņi, vienkārši izskaidrojami ar kubu un marmoru | Video ]



guesswhozoo.com runāja ar Levinu par LIGO stāsta episko loku, atklājuma zinātni un personībām, kas to lika īstenot. Grāmata šobrīd ir pieejama cietajos vākos.

Astrofiziķe un autore Janna Levina.

Astrofiziķe un autore Janna Levina.(Attēla kredīts: Sonja Georgevich)



Neiespējami mērķi

'Vai esat kādreiz redzējuši filmu' Fitzcarraldo? '' Levins man jautāja, izmantojot Skype aprīlī.

Man nav, bet es zinu, ka tā ir filma par vīrieti, kurš mēģina pārvietot masīvu tvaika laivu virs sausa kalna Andos, lai nopelnītu dabas resursus atsevišķā meža daļā. To iedvesmojuši patiesi notikumi, taču tā kalpo kā alegorija, lai sasniegtu šķietami neiespējamos mērķus, kurus cilvēki sev izvirzījuši. Vēlāk dokumentālā filma vēstīja par neticami grūto pašas filmas tapšanas procesu, piešķirot visam stāstam trešo simbolisma līmeni.

' [Filmā Fitzcarraldo] viņi būvē laivu un mēģina to vilkt pāri sausam kalnam. Man [LIGO] ir līdzīgs stāsts, ”sacīja Levins. 'Tas tiešām ir par izpēti, un šī trakā ambīcija un sava veida nespēja novērsties, kad lieta ir pārņēmusi prātu. Es domāju, ka tieši par to ir runa. '



Fiziķis Rai Veiss 1967. gadā viņš pirmo reizi iecerēja LIGO eksperimenta pamatkonstrukciju. Gadu desmitiem viņš cīnījās ar neveiksmēm un iesaistījās politiskās un profesionālās cīņās - iegūstot sabiedrotos un stājoties pretiniekiem -, jo uzskatīja, ka ir tik spēcīgi, ka ir vērts izveidot gravitācijas viļņu detektoru. Gravitācijas viļņi ir viļņi realitātes audos vai zinātnieku dēvētajā telpā. Šis audums nav stingrs fons, bet gan elastīgs tīkls, ko var savīt un deformēt gravitācija. LIGO atklātie gravitācijas viļņi nāca no divi melnie caurumi riņķo viens otram apkārt un saduras .

'Iedomājieties, ka āmuri sit pa bungu,' sacīja Levins. Bungas ir telpas-laika ; āmuri ir dažādas astrofiziskas parādības, kas rada gravitācijas viļņus. 'Un āmuru kustība, izmērs un forma nosaka to, kā zvana bungas. & hellip ;. Un tas zvana, reaģējot uz visa veida āmuriem. Jūs varat to izspiest kā sprādzienu. Jūs varat sasist to kā divus melnos caurumus. Jūs varat šūpoties kā lāpstiņa, un tie visi izdos dažādas skaņas bungas formā. '

Ideja par gravitācijas viļņiem kā skaņu ir vēl trāpīgāka, jo LIGO konstatētajiem viļņiem ir tāda pati frekvence kā skaņas viļņiem, kurus var dzirdēt cilvēka auss.

'Kaut kādā ziņā jūs varat domāt par LIGO kā par mūzikas instrumentu,' sacīja Levins. 'Tas ieraksta zvana bungas formu, un tā ir atskaņojot to caur pastiprinātāju . Tātad tas ir ļoti tuvu skaņas jēdzienam. & hellip; Varētu teikt, ka tā ir skaņa, kas rezonē caur telpas-laika vidi, tāpat kā dažas skaņas izplatās caur sienu vai ūdeni. Tie ir viļņi, kas izplatās telpā-laikā. ' (Lai gan gravitācijas viļņi nav spiediena viļņi, viņa atzīmēja.)

Bet tāpat kā skaņas viļņi, kas izplatās pa gaisu, arī gravitācijas viļņi ceļojot zaudē enerģiju, kļūstot vājākiem un vājākiem, un to noteikšanai nepieciešams arvien jutīgāks instruments. Līdz septiņdesmito gadu beigām Veiss saprata, ka ierīcei, kas ir pietiekami jutīga, lai atklātu šos kosmiskos signālus, jābūt ļoti lielai un diezgan dārgai, un viņam jāatrod aģentūra, kas vēlas atbalstīt instrumentu aptuveni desmit gadus vai ilgāk. būvniecība.

Veisa darba auglis ir LIGO. Eksperiments faktiski sastāv no divi atsevišķi instrumenti , viens atrodas Hanfordā, Vašingtonā, bet otrs - Livingstonā, Luiziānā. Katrā objektā ir instruments, kuram ir divas 2, 48 jūdzes garas (4 kilometrus) rokas, kas izvietotas taisnā leņķī viena pret otru L formā. Ja gravitācijas vilnis iet garām, tas var izstiept vienas rokas garumu salīdzinājumā ar otru, un to zinātnieki mēra. Bet izmaiņu pakāpe starp abiem garumiem ir mazāka nekā viena protona platums. Ja rokas būtu lielākas par visu Saules sistēmu, izmaiņas joprojām būtu mazākas par cilvēka matu platumu. LIGO instrumentiem jābūt tik lieliem, lai tie varētu uztvert tik mazus izkropļojumus. [Medību gravitācijas viļņi: LIGO lāzera interferometra projekts fotoattēlos]

Zinātnieki līdz galam

LIGO uzsāka savu darbību 2002. gadā, vācot datus līdz 2007. gadam. Kamēr mašīna šajā laika posmā darbojās kā plānots, tā nedzirdēja nekādus gravitācijas viļņus. Daudzi zinātnieki šaubījās, vai mašīna kādreiz būs pietiekami jutīga, lai atrastu meklēto grālu, sacīja Levins. 2008. gadā LIGO slēdza un sāka būvēt modernizētu, jutīgāku mašīnas versiju ar nosaukumu Advanced LIGO. Un tomēr zinātnieki bija gatavi gaidīt.

'Daudzi cilvēki man lika atmest grāmatu,' sacīja Levins. 'Viņi bija līdzīgi:' Neviens nebūs ieinteresēts. LIGO gūs panākumus tikai 2018. vai 2019. gadā. '

Pesimistiskākas aplēses uzskatīja, ka LIGO neuztvers signālu vismaz līdz 2020.

Instrumenta testa brauciena laikā 2015. gada 14. septembrī Advanced LIGO detektori beidzot uztvēra signālu par gravitācijas viļņu, kas iet garām Zemei. Levins nav LIGO sadarbības dalībnieks un nebija atklāts. Bet viņa teica, ka tajā pašā dienā tika izdrukāti divi viņas grāmatas manuskripta eksemplāri, un vēlāk tajā pašā nedēļā tie tika nosūtīti Veisam un astrofiziķim Kipam Tornam, lai tie izskatītu. Torns bija vēl viens agrīns LIGO atbalstītājs un viens no tā čempioniem visa objekta finansēšanas un celtniecības pārbaudījumu laikā.

Viņa tikās ar Veisu personīgi, un viņi katru lapu izskatīja manuskriptu, pārskatot katru datumu un katru pretenziju. Grāmatā ir aprakstītas dažas personīgās mijiedarbības, kuras Veisam bija ar citiem zinātniekiem, ne visas no tām bija patīkamas. Dažreiz Veiss un Torns nepiekrita tam, kas ko teica un kad. Viņa teica, ka tas bija izsmeļošs process, bet Levinam tas nebija nepatīkams.

'Es tik apbrīnoju, ka neviens no viņiem neteica:' Man tas nepatīk. Tev tas jāizņem. '' Viņa teica. 'Viņi, iespējams, būtu teikuši:' Ļaujiet man sniegt jums pretstatu tam un tam. ' Viņi tiešām līdz galam rīkojās kā zinātnieki. Nebija: 'Tas mani aizvaino. Jums nav atļauts to teikt. '

Kādā brīdī Veiss pat Levinam teica, ka, lai gan dažas detaļas ir tehniski publiski pieejamas, 'tai nav jābūt jūsu grāmatā.' Viņa iesmējās un pievienoja šo citātu rokrakstam.

Signāls pienāk laikā

Pabeidzot pārskatīšanu, Levina grāmata bija gandrīz gatava drukāšanai, bet stāsts beidzās uz klints pakaramā-vai LIGO izdosies? Veiss jautāja Levenam, ko viņa darītu, ja notiktu atklāšana - vai viņa pārrakstītu stāstu un pilnībā mainītu beigas? Tas pārvērstu viņas “Fitzcarraldo” astrofizisko versiju par stāstu, kas koncentrējas uz panākumiem, nevis cīņu.

'Nevar būt!' viņa viņam teica. 'Es nevarētu sevi apmānīt tā uzrakstīt, ja es tiešām zinātu, ka jums tas ir izdevies un es to atklāju.'

Bet Levins teica Veisam, ka, ja vai kad LIGO atklās, viņa pievienos epilogu.

2015. gada decembrī Levins saņēma piezīmi no pašreizējā LIGO direktora Deivida Reitzes ar nosaukumu “Konfidenciāla komunikācija no LIGO”.

'Es nobijos!' Levins teica. 'Mana sirds sitās. Es lecu augšā. Es tik tikko varu lasīt! '

Piezīme informēja viņu par atklāšanu 14. septembrī. To parakstīja “Deivs, Rai un Kips”, piebilstot, ka “mēs vēlamies dot jums iespēju uzrakstīt jūsu epilogu”.

Ir pagājis mazāk nekā gads kopš atklāšanas, un Levins piekrita, ka tās dienas, kad bija lielas šaubas par to, vai LIGO kādreiz uztvers signālu, šķiet tālu. Tomēr viņa teica, ka sabiedrības locekļi dažreiz kļūdaini domā, ka zinātnieki to vienkārši ieslēdza un pirmajā dienā saņēma signālu.

'Man ir jābūt tādam, nē, pagaidiet, puiši! Tas bija kā 50 gadi, un tad viņi to ieslēdza un saņēma atklāšanu! ' viņa teica.

Jauna veida astrofizika

LIGO atklātie gravitācijas viļņi nāca no diviem melniem caurumiem, kas riņķoja viens otram apkārt un sadūrās. Zinātnieki bija pārsteigti pēc šo divu melno caurumu masas (nedaudz lielāka par sauli, bet ne tik masīva kā monstriem, kas dzīvo galaktiku centros). Atklāšana arī norādīja, ka šāda melno caurumu apvienošanās varētu būt biežāka nekā zinātnieki iepriekš domāja.

Kā teorētiskajam fiziķim Levinam ir daudz jāgaida, jo LIGO sāk vākt vairāk datu, viņa sacīja. Cerams, ka tas ietver vairāk melno caurumu atrašanu, kā arī citus spēcīgus gravitācijas viļņu izstarotājus, piemēram, saduras neitronu zvaigznes (sabrukušie zvaigžņu līķi, kas nav pietiekami blīvi, lai kļūtu par melnajiem caurumiem, bet tomēr ir neticami masīvi), viņa teica.

'Tas pēkšņi ir devis jaunu entuziasmu šai melno caurumu astrofizikas jomai, jo mēs zināmā nozīmē esam atklājuši savus pirmos melnos caurumus,' sacīja Levins. Iepriekšējie melno caurumu atklājumi faktiski ir atkarīgi no materiāla noteikšanas ap melnajiem caurumiem (jo paši objekti neizstaro gaismu).

Skatoties tālāk par šo atklāšanu, Levins sacīja, ka ir sajūsmā par iespēju, ka gravitācijas viļņi varētu atklāt vēl nezināmu parādību Visumā-to, ko var noteikt tikai ar gravitācijas viļņiem. Galu galā lielāko daļu Visuma veido tumšā matērija un tumšā enerģija, no kurām neviena neizstaro gaismu. Iespējams, gravitācijas viļņi ir atslēga, lai piekļūtu vairākam no šī tumšā kosmosa sektora, sacīja Levins.

LIGO atalgojums tikai tagad sāk nākt gaismā, taču Levins sacīja, ka paliek pie pārliecības, ka LIGO stāsts ir svarīgs nevis veiksmes dēļ, bet tāpēc, ka tas parāda nepieciešamību riskēt zinātnē.

'Es [grāmatā] runāju par to, kā cilvēki, kuri nebaidījās kļūdīties, darīja drosmīgākas lietas nekā cilvēki, kuri baidījās kļūdīties. Bet daži cilvēki, kuri nebaidījās kļūdīties, kļūdījās, ”viņa sacīja. 'Tas ir riskanti. Ja grasāties riskēt, nav panākumu garantijas. Tāpēc to sauc par risku. Tātad stāstā ir daži cilvēki, kuriem neizdodas. Un daži stāsta dalībnieki, kuriem tas izdodas. Bet abiem ir kopīga drosme. Bet es domāju, ka es diezgan skaidri saku - ja mēs neriskētu, šis eksperiments būtu bijis pilnīgi pamatots. Tas nekad nebūtu noticis; mēs par to nerunātu. Un tas ir diezgan milzīgs upuris. '

Sekojiet Calla Cofield @callacofield . Seko mums @Spacedotcom , Facebook un Google+ . Oriģināls raksts par guesswhozoo.com .