Nu lever vi i ett universum fyllt med gravitationella vågor.
Före det historiska uttalandet torsdagsmorgon från National Science Foundation (NSF) i Washington fanns det bara rykten om att Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) öppnade en nyckelkomponent i Albert Einsteins generella relativitetsteori, men nu vet vi att verkligheten är djupare än vi trodde.
Med otrolig klarhet kunde LIGO "ihåg" ögonblicket innan sammanslagningen av det binära systemet svarta hål (två svarta hål som roterar runt varandra) i en enda helhet, vilket skapar en sådan tydlig tyngdvågssignal i enlighet med en teoretisk modell som krävs diskussion. LIGO bevittnade "återfödelse" av ett kraftfullt svart hål som hände för omkring 1,3 miljarder år sedan.
Gravitationsvågor har alltid varit och alltid kommer att gå genom vår planet (i själva verket passerar oss), men bara nu vet vi hur man hittar dem. Nu har vi öppnat våra ögon för olika kosmiska signaler, vibrationer orsakade av kända energihändelser, och vi bevittnar födelsen av ett helt nytt fält av astronomi.
Ljudet av två svarta hål sammanfogar:
"Nu kan vi höra universum", säger Gabriela González, fysiker och representant för LIGO under triumfmötet på torsdagen. "Upptäckten markerade början på en ny era: Gravitationsströmsområdet är nu en realitet."
Vår plats i universum förändras mycket, och denna upptäckt kan vara grundläggande, som upptäckten av radiovågor och förståelsen för att universum expanderar.
Relativitetsteorin blir mer rimlig
Försök att förklara vilka gravitationsvågor är och varför de är så viktiga, som komplexa som ekvationerna beskriver dem, men deras upptäckt stärker inte Einsteins teori om rymdtidens natur, vi har nu ett verktyg för att känna av en del av universum som var osynlig oss. Nu kan vi studera kosmiska vågor skapade av de mest energiska händelser som förekommer i universum, och eventuellt använda gravitationstecken för nya fysiska upptäckter och utforska nya astronomiska fenomen.
"Nu måste vi bevisa att vi har tekniken att gå längre än upptäckten av gravitationsvågor, eftersom det öppnar många möjligheter", säger Lewis Lehner från Institute of Theoretical Physics i Ontario, i en intervju efter uttalandet på torsdagen.
Leningers forskning fokuserar på täta föremål (t.ex. svarta hål) som skapar kraftfulla gravitationsvågor. Trots att han inte är associerad med LIGOs samarbete, insåg Lehner snabbt vikten av denna historiska upptäckt. "Det finns inga bättre signaler," sa han.
Upptäckten bygger på tre sätt, han anför det. För det första vet vi nu att gravitationsvågor existerar, och vi vet hur vi upptäcker dem. För det andra är signalen som upptäckts av LIGO-stationer den 14 september 2015 en stark indikation på förekomsten av ett binärt system med svarta hål, och varje svart hål väger flera tiotals solmassor. Signalen är exakt vad vi förväntade oss att se som ett resultat av den hårda fusionen av två svarta hål, en väger 29 gånger solen och den andra 36 gånger. För det tredje, och kanske det viktigaste, "möjligheten att skicka in i ett svart hål" är definitivt det starkaste beviset på att det finns svarta hål.
Kosmisk intuition
Denna händelse åtföljdes av tur, som många andra vetenskapliga upptäckter. LIGO är det största projektet som finansieras av National Science Foundation, som inleddes första gången 2002. Det visade sig att efter många år med att leta efter den våldsamma signalen med gravitationella vågor, är LIGO inte känslig nog och i år 2010 frös observatorierna, medan internationellt samarbete arbetar för att öka deras känslighet. Fem år senare, i september 2015, föddes "förbättrad LIGO".
Vid den tiden var Kip Thorn, medgrundare av LIGO och en tungvikt i teoretisk fysik, övertygad om LIGO: s framgång och sade till BBC: "Vi är här. Vi träffar det stora spelet. Och det är helt klart att vi kommer att lyfta slöjan av sekretess. "Och han hade rätt, några dagar efter rekonstruktionen, en ökning av gravitationskvoter rullade genom vår planet och LIGO var känslig nog för att upptäcka dem.
Dessa svarta hålfusioner anses inte vara något speciella; enligt grova uppskattningar sker sådana händelser var 15: e minut någonstans i universum. Men det var just denna sammanslagning som skedde på rätt ställe (1,3 miljarder lätta år) vid rätt tidpunkt (1,3 miljarder år sedan) för att fångas av LIGO-observatorierna. Det var en ren signal från universum, och Einstein förutspådde det, och dess gravitationsvågor visade sig vara verkliga och beskriver en kosmisk händelse, 50 gånger kraftigare än kraften hos alla stjärnor i universum i kombination. Denna enorma explosion av gravitationella vågor registrerades av LIGO som en högfrekvenssignal med en linjär frekvensmodulering, medan svarta hål rör sig i en spiral sammanslagna i en. För att bekräfta förökningen av gravitationella vågor består LIGO av två observationsstationer, en i Louisiana, den andra i Washington. För att eliminera falska positioner bör gravitationsvågsignalen detekteras vid båda stationerna. 14 september blev resultatet först erhållet i Louisiana och efter 7 millisekunder i Washington. Signalerna matchade, och med hjälp av triangulering kunde fysiker få reda på att de härstammar i det hemliga rummet på södra halvklotet.
Gravitationsvågor: hur kan de vara användbara?
Så vi har bekräftelse på den svarta hålsfusionssignalen, och så vad? Det här är en historisk upptäckt, som är helt förståeligt. För 100 år sedan kunde Einstein inte ens drömma om att hitta dessa vågor, men det hände fortfarande.
Den allmänna relativitetsteorin var en av de mest djupgående vetenskapliga och filosofiska perceptionerna i 20-talet och utgör grunden för den mest intelligenta forskningen i verkligheten. I astronomi är tillämpningar av generell relativitet tydliga: från en gravitationslins för att mäta universums expansion. Men den praktiska tillämpningen av Einsteins teorier är inte alls klar, men de flesta moderna teknologier använder lektioner från relativitetsteorin i vissa saker som anses enkla. Ta till exempel globala navigationssatelliter, de kommer inte att vara tillräckligt noga om du inte tillämpar en enkel tidsutvidgningsjustering (förutsatt av relativitetsteorin).
Det är uppenbart att generell relativitet har tillämpningar i den verkliga världen, men när Einstein introducerade sin teori 1916 var dess tillämpning mycket tveksamt, vilket verkade självklart. Han kopplade helt enkelt Universum, i det sätt han såg det, och den allmänna relativitetsteorin föddes. Och nu har en annan komponent i relativitetsteorin bevisats, men hur kan gravitationella vågor användas? Astrofysiker och kosmologer är definitivt fascinerad. "Efter att vi samlat in data från par av svarta hål som kommer att spela rollen som fyrar utspridda runt universum", säger teoretisk fysiker Neil Turok, chef för Institutet för teoretisk fysik på torsdag under en videopresentation. "Vi kan mäta hastighet universums expansion, eller mängden mörk energi med extrem precision, är mycket mer exakt än vi kan idag. "
"Einstein utvecklade sin teori med några ledtrådar av naturen, men baserad på en logisk sekvens. Efter 100 år ser du mycket noggranna bevis på hans förutsägelser. "
Dessutom har den 14 september händelsen vissa funktioner i fysik som fortfarande behöver undersökas. Till exempel noterade Lehner att från analysen av en gravitationsvågsignal kan man mäta "rotation" eller vinkelmomentet i ett svart hål. "Om du har arbetat med teori under lång tid borde du veta att det svarta hålet har en väldigt speciell rotation," sa han.
Bildandet av gravitationella vågor med sammanslagningen av två svarta hål:
Av en eller annan anledning är det svarta hålets slutliga rotation något långsammare än väntat, vilket indikerar att de svarta hålen kolliderar med låg hastighet eller att de befann sig i en kollision som orsakade en gemensam vinkelmoment som motsatte varandra. "Det är väldigt intressant, varför gjorde naturen det?" Sa Lehner.
Det här nya mysteriet kan återvända till vissa fysikens grundämnen, som inte beaktades, men kan mer intrigerande avslöja en "ny", ovanlig fysik som inte passar in i den allmänna relativitetsteorin. Och detta avslöjar andra tillämpningar av gravitationella vågor: Eftersom de är skapade av starka gravitationsfenomen, har vi möjlighet att sondra detta medium långt ifrån, med möjliga överraskningar på vägen. Dessutom kan vi kombinera observationer av astrofysiska fenomen med elektromagnetiska krafter för att förstå mer universums struktur.
Ansökan?
Naturligtvis är många människor utanför det vetenskapliga samfundet intresserade av hur de kan påverka dem efter det stora meddelandet från ett komplex av vetenskapliga upptäckter. Upptäckningsdjupet kan gå vilse, vilket givetvis gäller gravitationella vågor. Men överväga ett annat fall där Wilhelm Roentgen upptäckte röntgenstrålar 1895. Under experiment med katodstrålerör vet få personer att det bara några år senare kommer dessa elektromagnetiska vågor att bli en nyckelkomponent i det dagliga läkemedlet från diagnos till behandling. På samma sätt, den första experimentella skapandet av radiovågor 1887 bekräftade Heinrich Hertz James Clerk Maxwells välkända elektromagnetiska ekvationer. Endast genom tiden på 90-talet av 1900-talet visade Guglielmo Marconi, som skapade en radiosändare och en radiomottagare, sin praktiska tillämpning. Dessutom används Schrödinger-ekvationerna som beskriver den komplexa världen av kvantdynamik nu i utvecklingen av ultrasnabb kvantkalkylering.
LIGO Engineer utvärderar interferometerförorening
Alla vetenskapliga upptäckter är användbara, och många har slutligen daglig användning, som vi tar för givet. För närvarande är den praktiska användningen av gravitationella vågor begränsad till astrofysik och kosmologi - nu har vi ett fönster i det mörka universum som inte är synligt för elektromagnetisk strålning. Ingen tvekan kommer forskare och ingenjörer att hitta en ny användning för dessa kosmiska pulsationer, förutom att känna universum. För att upptäcka dessa vågor måste det dock finnas goda framsteg inom optisk teknik i LIGO, där ny teknik kommer att visas över tiden. Naturligtvis upptäckt av gravitationella vågor - mänsklighetens triumf, som hjälper till att utforska vårt universum för kommande generationer. Detta är definitivt en guldålder för vetenskap där historiska upptäckter har blivit vanliga. Och vi har den intellektuella potentialen att skapa en modell av universum och att bevisa vårt fall experimentellt.
Men för mig är det mest spännande att se de första gravitationskartorna i rymden, där periodisk humming av neutronstjärnor och impulsiva utbrott av supernovor är plottade och öppnar ett nytt univers fullt av kosmiska vågor.
