I den sidste del af det 17. århundrede udvidede verdens første fysiker, Sir Issac Newton Galileos arbejde, hævdede, at gravitationsbølger rejste hurtigere end noget andet i univers. Men i 1915 bestred Einstein dette begreb newtonske fysik, da han offentliggjorde den generelle relativitetsteori og foreslog, at intet kan rejse hurtigere end lysets hastighed, selv tyngdebølger.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Betydningen af tyngdekraftsbølger:
- Åbner et nyt vindue ind i kosmos
- Beviser Einsteins generelle relativitetsteori
- Afkræfter Newtons teori om, at tyngdekraftsbegivenheder forekommer overalt på én gang
- Ledet til opdagelsen af gravitationsbølgespektret
- Kan føre til potentielle nye enheder og teknologier
En episk begivenhed
Den 14. september 2015, da de første målbare gravitationsbølger nogensinde nåede Jorden på nøjagtig samme tid som lysbølgerne gjorde fra kollisionen mellem to sorte huller nær kanten af universet for 1,3 milliarder år siden, beviste Einsteins generelle relativitetsteori korrekt. Målt af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory i USA, Jomfru-detektoren i Europa og omkring 70 rum- og jordbaserede teleskoper og observatorier, disse krusninger åbnede et vindue i gravitationsbølgespektret - et splinternyt frekvensbånd - gennem hvilket forskere og astrofysikere nu ivrigt kigger hen over stoffet i rumtid.
Hvordan forskere måler tyngdebølger
I USA sidder LIGO-observatorier på jorden i Livingston, Louisiana og Hanford, Washington. Bygningerne ligner en L ovenfra med to vinger, der strækker sig 2 1/2 miles i vinkelrette retninger, forankret ved 90 graders kerne ved observatoriets bygninger, der huser en laser, stråledeleren, lysdetektoren og styringen værelse.
Med spejle indstillet i slutningen af hver vinge, en laserstråle - delt i to - hastigheder ned ad hver arm for at ramme spejler i slutningen og hopper næsten øjeblikkeligt tilbage, når den ikke registrerer en tyngdebølge. Men når en tyngdebølge passerer gennem observatoriet uden indflydelse på den fysiske struktur, forvrider den tyngdefeltet og strækker rumtidsstoffet langs en arm af observatoriet og klemmer den på den anden, hvilket får en af de delte bjælker til at vende tilbage til crux langsommere end den anden og generere et lille signal, som kun en lysdetektor kan måle.
Begge observatorier fungerer på samme tid, selvom tyngdekraftsbølgerne rammer lidt anderledes gange og give forskere to datapunkter i rummet til at triangulere og spore tilbage til begivenhedens Beliggenhed.
Gravitationsbølger bølger rumtidskontinuum
Newton mente, at når en stor masse bevæger sig i rummet, bevæger hele tyngdefeltet sig også øjeblikkeligt og påvirker alle tyngdekroppe over hele universet. Men Einsteins generelle relativitetsteori antydede, at det var falsk. Han hævdede, at ingen oplysninger fra nogen begivenhed i rummet kunne rejse hurtigere end lysets hastighed - energi og information - inklusive bevægelse af store kroppe i rummet. Hans teori foreslog i stedet, at ændringer i tyngdefeltet ville bevæge sig med lysets hastighed. Som at kaste en klippe i en dam, når to sorte huller smelter sammen, for eksempel deres bevægelse og kombineret masse gnister en begivenhed, der kruser ud over rum-tid kontinuum, forlænger stoffet af rumtid.
Tyngdekraftsbølger og virkningerne på jorden
På offentliggørelsestidspunktet i alt fire begivenheder, hvor to sorte huller smelter sammen som en på forskellige steder i universet gav forskere flere muligheder for at måle lys- og tyngdebølger i observatorier rundt om verden. Når mindst tre observatorier måler bølgerne, opstår der to væsentlige begivenheder: For det første kan forskere mere præcist finde kilden til begivenheden i himlen, og for det andet kan forskere observere mønstrene for rumforvrængning forårsaget af bølgerne og sammenligne dem med kendt tyngdekraft teorier. Mens disse bølger forvrænger stoffet i rumtid og gravitationsfelter, passerer de gennem fysisk stof og strukturer med ringe eller ingen observerbar effekt.
Hvad fremtiden rummer
Denne episke begivenhed fandt sted lige uden for 100-årsdagen for Einsteins præsentation af hans generelle relativitetsteori for det kongelige preussiske videnskabsakademi den 25. november 1915. Da forskere målte både tyngdekraften og lysbølgerne i 2015, åbnede det et nyt studiefelt fortsætter med at give energi til astrofysikere, kvantefysikere, astronomer og andre forskere med dets ukendte potentialer.
Tidligere opdagede og skabte hver gang forskere et nyt frekvensbånd i det elektromagnetiske spektrum og skabte nye teknologier, der inkluderer sådanne enheder som røntgenmaskiner, radio- og tv-apparater, der sender fra radiobølgespektret sammen med walkie-talkies, skinke-radioer, til sidst mobiltelefoner og en masse andet enheder. Hvad gravitationsbølgespektret bringer videnskaben, venter stadig på opdagelse.