Κυματισμοί στο διάστημα:Το τρίο των ΗΠΑ κέρδισε το Νόμπελ φυσικής για την ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων

Πριν από δύο χρόνια, οι φυσικοί εντόπισαν για πρώτη φορά τους απειροελάχιστους κυματισμούς στο ίδιο το διάστημα, όταν δύο μαύρες τρύπες στροβιλίστηκαν η μία μέσα στην άλλη. Η παρατήρηση τέτοιων βαρυτικών κυμάτων εκπλήρωσε μια αιωνόβια πρόβλεψη από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν και άνοιξε έναν εντελώς νέο τρόπο εξερεύνησης των ουρανών. Σήμερα, τρεις ηγέτες του τεράστιου πειράματος που έκανε την ανακάλυψη έλαβαν το Νόμπελ Φυσικής.

Ο Ράινερ Βάις, 85 ετών, από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) στο Κέιμπριτζ και ο Κιπ Θορν, 77 ετών, από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech) στην Πασαντένα εκκολάπτουν σχέδια για το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Συμβολομέτρου Λέιζερ (LIGO) το 1984. Barry Ο Barish, 81, σωματιδιακός φυσικός του Caltech, αργότερα καθοδήγησε την κατασκευή των δίδυμων παρατηρητηρίων LIGO στο Hanford της Ουάσιγκτον και στο Livingston της Λουιζιάνα. Ο Weiss θα λάβει το μισό από το έπαθλο του 1,1 εκατομμυρίου δολαρίων και ο Thorne και ο Barish το άλλο μισό. Ο τρίτος ιδρυτής της LIGO, ο Ronald Drever, πέθανε στο Εδιμβούργο στις 7 Μαρτίου σε ηλικία 85 ετών. (Τα βραβεία Νόμπελ δεν απονέμονται μετά θάνατον.)

Άλλοι φυσικοί αξιολογούν την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων μεταξύ των πιο σημαντικών που έγιναν ποτέ στη φυσική. «Είναι επαναστατικό», λέει ο Abraham Loeb, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. Είναι πολύ σπάνιο να ανοίγουμε ένα εντελώς νέο παράθυρο στο σύμπαν."

Ο Βάις, ωστόσο, λέει ότι βρίσκει το βραβείο κάπως ενοχλητικό. «Το να λαμβάνεις χρήματα για κάτι που ήταν ευχάριστο στην αρχή είναι λίγο εξωφρενικό», λέει. «Ο καλύτερος τρόπος που μπορώ να το σκεφτώ είναι ότι είμαστε σύμβολα για την πολύ μεγαλύτερη ομάδα ανθρώπων που έκαναν το [LIGO] να συμβεί». Ο Weiss λέει ότι έχει κανονίσει να δωρίσει το χρηματικό έπαθλο στο MIT για να βοηθήσει στην υποστήριξη των φοιτητών.

Ολόκληρη η έννοια των βαρυτικών κυμάτων είναι συγκλονιστική. Το 1915, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εξήγησε στη γενική του θεωρία της σχετικότητας ότι η βαρύτητα προκύπτει όταν η μάζα και η ενέργεια παραμορφώνουν τον χωρόχρονο, προκαλώντας τα αντικείμενα που πέφτουν ελεύθερα να ακολουθούν καμπύλες τροχιές. Ένα χρόνο αργότερα προέβλεψε ότι μια στροβιλιζόμενη διάταξη μάζας σε σχήμα μπάρα —όπως δύο σπειροειδείς μαύρες τρύπες—θα έπρεπε να εκπέμπει κυματισμούς στο διάστημα που θα διέσχιζαν το σύμπαν με ταχύτητα φωτός.

Η ανίχνευση των απίστευτα αδύναμων κυμάτων είναι μια πρόκληση. Κάθε ένα από τα συμβολόμετρα σχήματος L του LIGO λειτουργεί σαν ένα ζευγάρι κάθετους χάρακες. Ένα διερχόμενο βαρυτικό κύμα γενικά θα τεντώσει τους δύο βραχίονες μήκους 4 χιλιομέτρων με διαφορετικά ποσά, και συγκρίνοντας το φως λέιζερ που αναπηδά εμπρός και πίσω στους βραχίονες, οι φυσικοί μπορούν να ανιχνεύσουν αυτή την ελαφριά διαφορική διάταση. Τα συμβολόμετρα του LIGO μπορούν να ανιχνεύσουν μια διαφορά μήκους τόσο μικρή όσο 1/10.000 του πλάτους ενός πρωτονίου.

Ο Weiss, ένας τέλειος τεχνίτης που κάποτε έφυγε από το κολέγιο, δεν ήταν ο πρώτος άνθρωπος που σκέφτηκε να χρησιμοποιήσει ένα συμβολόμετρο για να προσπαθήσει να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα. Στη δεκαετία του 1960, ο αμερικανός φυσικός Robert Forward κατασκεύασε ένα μικρό συμβολόμετρο για την εργασία. Ωστόσο, ο Weiss ανέλυσε το πρόβλημα πολύ πιο διεξοδικά και αναγνώρισε την ανάγκη για συμβολόμετρα μήκους χιλιομέτρων. Προσδιόρισε επίσης τις κύριες πηγές εξωτερικού θορύβου και εξήγησε πώς να τις αντιμετωπίσει σε μια αδημοσίευτη έκθεση το 1972 που αποτέλεσε τη βάση για το LIGO.

Αφού ξεπέρασε τον αρχικό του σκεπτικισμό, ο Thorne υπερασπίστηκε το έργο και πίεσε την Caltech να συνεχίσει την έρευνα βαρυτικών κυμάτων προσλαμβάνοντας τον Drever το 1979. Ο Thorne διαμόρφωσε επίσης τους επιστημονικούς στόχους του LIGO, λέει ο Saul Teukolsky, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο Cornell. Για παράδειγμα, νωρίς, πολλοί φυσικοί πίστευαν ότι οι πιο πιθανές πηγές βαρυτικών κυμάτων θα ήταν οι εκρήξεις σουπερνόβα. Ο Thorne συνειδητοποίησε ότι ζεύγη σπειροειδών άστρων νετρονίων ή μαύρων τρυπών θα ήταν πιο ισχυρές πηγές και ενθάρρυνε τους πειραματιστές να προσαρμόσουν το LIGO για να τα εντοπίσουν, λέει ο Teukolsky. Ο Thorne ώθησε επίσης τους φυσικούς να συγκεντρώσουν έναν τεράστιο κατάλογο αριθμητικών προσομοιώσεων για να τους βοηθήσει να εντοπίσουν πιθανά σήματα στα δεδομένα τους.

Αν ο Weiss και ο Thorne είχαν συλλάβει το LIGO, ο Barish το έκανε πραγματικότητα. Ανέλαβε την ηγεσία του έργου το 1994, όταν είχε σταματήσει και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών σκεφτόταν να το ακυρώσει. Ο Barish επέκτεινε τη συνεργασία του LIGO, έκανε μια βασική αλλαγή σχεδιασμού και είδε το έργο να κατασκευάζεται πριν παραιτηθεί το 2005. «Το LIGO δεν θα είχε συμβεί χωρίς την ηγεσία του», λέει ο Stanley Whitcomb, φυσικός στο Caltech και αρχικό μέλος του LIGO . "Ήταν κάτι που ο Rai[ner] και ο Kip δεν μπορούσαν να κάνουν."

Ο Barish, επίσης, λέει ότι δεν είναι σίγουρος τι να σκεφτεί για το βραβείο. "Έχω κάπως αμφίθυμα συναισθήματα σχετικά με την αναγνώριση ατόμων όταν τόσο μεγάλο μέρος αυτής ήταν μια ομαδική προσπάθεια", λέει.

Αν ζούσε, ο Drever θα είχε μοιραστεί το βραβείο, πιστεύουν πολλοί φυσικοί, παρόλο που η δύσκολη προσωπικότητά του τον έκανε να βγει από το LIGO το 1990. Ο Drever επινόησε πολλά βασικά στοιχεία του σχεδιασμού του LIGO, λέει ο Whitcomb, αλλά δεν ήταν τόσο αυτο- εξαφανίζοντας ως Weiss και Thorne. «Θα είναι σκληρό πράγμα για τον Kip και τον Rai[ner] γιατί πρέπει να ζήσουν με αυτήν την [προσοχή] για το υπόλοιπο της ζωής τους», λέει ο Whitcomb. "Και είναι σκληρό για τον Ρον γιατί θα το απολάμβανε."

Το LIGO φαίνεται να εκπληρώνει την υπόσχεσή του. Η πρώτη ανακάλυψη αποκάλυψε τη συγχώνευση μαύρων τρυπών μεγέθους αστεριού που ήταν πιο ογκώδεις από όσο πίστευαν πιθανή οι θεωρητικοί. Τον περασμένο μήνα, οι ερευνητές ανακοίνωσαν την ανακάλυψη μιας τέταρτης συγχώνευσης μαύρης τρύπας που είχε εντοπιστεί όχι μόνο από τους ανιχνευτές LIGO, αλλά και από τον ανιχνευτή πρεμιέρας της Ευρώπης - τον πρόσφατα αναβαθμισμένο ανιχνευτή Virgo κοντά στην Πίζα της Ιταλίας - που επέτρεψε στους επιστήμονες να εντοπίσουν καλύτερα τη συγχώνευση τοποθεσία στον ουρανό. Και οι φήμες στροβιλίζονται ότι το LIGO εντόπισε τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων σε μια βίαιη έκρηξη που φάνηκε επίσης από συμβατικά τηλεσκόπια. Μια τέτοια αστρονομία "πολλών αποστολέων" θα μπορούσε να προσφέρει άνευ προηγουμένου εικόνα για πολλά αστροφυσικά φαινόμενα.

Το μόνο πράγμα που πρέπει να προσφέρει το LIGO είναι μια έκπληξη, σημειώνει ο Weiss. «Δεν βρήκαμε τίποτα που να μην μπορούμε να εξηγήσουμε καθόλου», λέει. "Ελπίζω ότι θα συμβεί."