เป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา Einstein ทำนายว่ามวลควรปล่อยคลื่นแรงโน้มถ่วง มันควรจะสามารถตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลังที่สุดขณะที่พวกมันผ่านโลก และหอดูดาวตามพื้นที่ที่วางแผนไว้สำหรับการเปิดตัวในปี 2558 เรียกว่า LISA น่าจะแข็งแกร่งขึ้น
นักวิทยาศาสตร์ใกล้จะเห็นคลื่นความโน้มถ่วงจริง เครดิตรูปภาพ: NASA
แรงโน้มถ่วงเป็นพลังที่คุ้นเคย เป็นสาเหตุของความกลัวความสูง มันทำให้ดวงจันทร์ขึ้นสู่พื้นโลกและเป็นดวงอาทิตย์ มันช่วยไม่ให้เบียร์ลอยจากแก้วของเรา
แต่อย่างไร โลกกำลังส่งข้อความลับไปยังดวงจันทร์หรือไม่?
ก็ใช่แล้ว -
Eanna Flanagan รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของคอร์เนลได้อุทิศชีวิตของเขาเพื่อทำความเข้าใจกับแรงโน้มถ่วงตั้งแต่เขาเป็นนักเรียนที่ University College Dublin ในไอร์แลนด์บ้านเกิดของเขา ตอนนี้เกือบสองทศวรรษหลังจากเดินทางออกจากไอร์แลนด์เพื่อศึกษาปริญญาเอกภายใต้ชื่อ Kip Thorne นักสัมพัทธภาพที่โด่งดังจาก California Institute of Technology งานของเขามุ่งเน้นไปที่การทำนายขนาดและรูปร่างของคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เข้าใจยากโดยทฤษฎีของ แต่สิ่งที่ไม่เคยถูกตรวจพบโดยตรง
ในปี 1974 นักดาราศาสตร์มหาวิทยาลัยปรินซ์ตันรัสเซลฮัลส์และโจเซฟเอชเทย์เลอร์จูเนียร์ทำการวัดอิทธิพลของคลื่นแรงโน้มถ่วงทางอ้อมต่อดาวนิวตรอนที่โคจรรอบดาวฤกษ์ซึ่งเป็นการค้นพบที่ทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 1993 ต้องขอบคุณงานล่าสุดของฟลานาแกนและเพื่อนร่วมงานของเขาตอนนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังจะได้เห็นคลื่นแรงโน้มถ่วงแรกโดยตรง
ไม่มีเสียงในสุญญากาศ มันต้องมีสื่อเช่นอากาศหรือน้ำเพื่อส่งข้อความ ในทำนองเดียวกันแรงโน้มถ่วงไม่สามารถดำรงอยู่ได้ในความว่างเปล่า มันก็ต้องการสื่อที่จะส่งข้อความ ไอน์สไตน์ตั้งทฤษฎีว่าสื่อนั้นคืออวกาศและเวลาหรือ“ ผ้ากาลอวกาศ”
การเปลี่ยนแปลงของความดัน - กระหน่ำเสียงกลองเสียงสั่นสะเทือนทำให้เกิดคลื่นเสียงระลอกคลื่นในอากาศ ตามทฤษฎีของไอน์สไตน์การเปลี่ยนแปลงของมวล - การชนกันของดาวฤกษ์สองดวงการตกลงสู่ฝุ่นบนชั้นหนังสือทำให้เกิดคลื่นแรงโน้มถ่วงระลอกในกาลอวกาศ
เพราะวัตถุในชีวิตประจำวันส่วนใหญ่มีมวลคลื่นแรงโน้มถ่วงควรอยู่รอบตัวเรา เหตุใดเราจึงไม่พบสิ่งใด
“ คลื่นแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งที่สุดจะทำให้เกิดการรบกวนที่วัดได้บนโลกที่เล็กกว่านิวเคลียสอะตอม 1,000 เท่า” ฟลานาแกนอธิบาย “ การตรวจจับพวกมันเป็นความท้าทายทางเทคนิคอย่างมาก”
การตอบสนองต่อความท้าทายนั้นคือ LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Observatory ซึ่งเป็นการทดลองขนาดมหึมาที่เกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 300 คน
LIGO ประกอบด้วยสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งสองแห่งเกือบ 2,000 ไมล์แยกจากกันหนึ่งแห่งใน Hanford รัฐวอชิงตันและอีกแห่งหนึ่งใน Livingston, La แต่ละแห่งมีรูปร่างเหมือนยักษ์“ L” ด้วยแขนยาว 2.5 ไมล์สองเส้นที่ทำจากเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 ฟุต ท่อสูญญากาศหุ้มด้วยคอนกรีต ลำแสงเลเซอร์ที่มีความเสถียรเป็นพิเศษจะเคลื่อนที่ผ่านท่อโดยจะกระแทกระหว่างกระจกที่ปลายแขนแต่ละข้าง นักวิทยาศาสตร์คาดว่าคลื่นแรงโน้มถ่วงที่ผ่านจะยืดแขนข้างหนึ่งและบีบอีกข้างหนึ่งทำให้เลเซอร์ทั้งสองเคลื่อนที่ระยะทางที่แตกต่างกันเล็กน้อย
ความแตกต่างนั้นสามารถวัดได้โดย "รบกวน" เลเซอร์ที่แขนตัดกัน มันเปรียบได้กับรถสองคันที่เร่งความเร็วตั้งฉากไปทางสี่แยก หากพวกเขาเดินทางด้วยความเร็วและระยะทางเท่ากันพวกเขาจะชนกันเสมอ แต่ถ้าระยะทางต่างกันพวกเขาอาจพลาด ฟลานาแกนและเพื่อนร่วมงานของเขาหวังว่าจะพลาด
ยิ่งไปกว่านั้นเลเซอร์ที่ชนหรือพลาดจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะและกำเนิดของคลื่นความโน้มถ่วง บทบาทของฟลานาแกนคือการทำนายลักษณะเหล่านี้เพื่อให้เพื่อนร่วมงานของเขาที่ LIGO รู้ว่าควรมองหาอะไร
เนื่องจากข้อ จำกัด ทางเทคโนโลยี LIGO จึงสามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงของความถี่ที่แน่นอนจากแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพรวมถึงการระเบิดของซุปเปอร์โนวาในทางช้างเผือกและดาวนิวตรอนที่โคจรรอบหรือหมุนอย่างรวดเร็วในกาแล็กซีทางช้างเผือก
เพื่อขยายแหล่งที่อาจเกิดขึ้นได้องค์การนาซ่าและองค์การอวกาศยุโรปกำลังวางแผนที่จะทำหน้าที่เป็นผู้สืบทอดตำแหน่งต่อจาก LISA, LISA, Laser Interferometer Space Antenna LISA มีความคล้ายคลึงกับแนวคิดของ LIGO ยกเว้นเลเซอร์จะกระเด้งขึ้นไปในหมู่ดาวเทียมสามดวงห่างกัน 3 ล้านไมล์ตามหลังโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ เป็นผลให้ LISA สามารถตรวจจับคลื่นที่ความถี่ต่ำกว่า LIGO เช่นที่เกิดจากการชนของดาวนิวตรอนที่มีหลุมดำหรือการชนกันของหลุมดำสองดวง LISA มีกำหนดการเปิดตัวในปี 2558
ฟลานาแกนและผู้ทำงานร่วมกันที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ได้ถอดรหัสลายเซ็นคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นเมื่อหลุมดำมวลมหาศาลกลืนกินดาวนิวตรอนขนาดเท่าดวงอาทิตย์ มันเป็นลายเซ็นต์ที่สำคัญสำหรับ LISA ที่จะรับรู้
“ เมื่อ LISA บินเราจะเห็นสิ่งเหล่านี้นับร้อย” ฟลานาแกนตั้งข้อสังเกต “ เราจะสามารถวัดได้ว่าอวกาศและเวลาบิดเบี้ยวอย่างไรและหลุมดำควรบิดงอโดยรอบอย่างไร เราเห็นการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและเราคิดว่ามันอาจจะเป็นหลุมดำ แต่มันก็เกี่ยวกับเท่าที่เราได้รับ มันจะน่าตื่นเต้นมากในที่สุดเมื่อเห็นว่าความสัมพัทธภาพใช้งานได้จริง”
แต่เขาเตือนว่า“ มันอาจไม่ทำงาน นักดาราศาสตร์สังเกตว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งขึ้น คำอธิบายหนึ่งก็คือว่าต้องมีการปรับความสัมพันธ์ทั่วไป: ไอน์สไตน์ส่วนใหญ่ถูกต้อง แต่ในบางระบอบอาจมีสิ่งที่แตกต่างออกไป”
โทมัสโอเบอร์สเป็นนักเขียนด้านวิทยาศาสตร์ที่ Cornell News Service
แหล่งที่มาดั้งเดิม: Cornell University
