מדוע גילוי גלי הכבידה חשוב?

בחלק האחרון של המאה ה -17 הרחיב הפיזיקאי הראשון בעולם, סר איסק ניוטון עבודתו של גלילאו, הניחה כי גלי הכבידה נעו מהר יותר מכל דבר אחר עוֹלָם. אך בשנת 1915, איינשטיין חולק על מושג זה של הפיזיקה הניוטונית כאשר פרסם את תורת היחסות הכללית והציע כי שום דבר לא יכול לנסוע מהר יותר ממהירות האור, אפילו גלי כבידה.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

חשיבות גלי הכבידה:

• פותח חלון חדש לקוסמוס
• מוכיח את תורת היחסות הכללית של איינשטיין
• שולל את התיאוריה של ניוטון לפיה אירועי כוח משיכה מתרחשים בכל מקום בבת אחת
• הוביל לגילוי ספקטרום גלי הכבידה
• יכול להוביל למכשירים וטכנולוגיות חדשים פוטנציאליים

ב- 14 בספטמבר 2015, כאשר גלי הכבידה הראשונים שנמדדו אי פעם הגיעו לכדור הארץ בדיוק באותו זמן שבו הגיעו גלי האור מהתנגשות שני חורים שחורים ליד קצה היקום לפני 1.3 מיליארד שנה, הוכיחה תורת היחסות הכללית של איינשטיין נכון. נמדד על ידי מצפה הכבידה של גל הכבידה בלייזר אינטרפרומטר בארה"ב, גלאי הבתולה באירופה וכ- 70 טלסקופים ומצפי תצפית חלליים וקרקעיים, אלה אדוות פתחו צוהר לספקטרום הגל הכבידתי - רצועת תדרים חדשה לגמרי - דרכה מדענים ואסטרופיזיקאים מסתכלים כעת בשקיקה על מרקם זמן חופשי.

בארה"ב מצפי LIGO יושבים על הקרקע בליווינגסטון, לואיזיאנה והנפורד, וושינגטון. הבניינים דומים ל- L מלמעלה עם שני אגפים המשתרעים על פני 1/2 מייל בכיוונים בניצב, מעוגנים ב עיקר התשע של 90 מעלות על ידי מבני המצפה המקיימים לייזר, מפצל הקורה, גלאי האור והשליטה חֶדֶר.

עם מראות המוצבות בקצה כל כנף, קרן לייזר - המפוצלת לשניים - ממהרת בכל זרוע כדי לפגוע ב מראות בסוף וקופצות חזרה כמעט מיידית כאשר היא לא מגלה גל כבידה. אך כאשר גל כבידה עובר במצפה ללא השפעה על המבנה הפיזי, הוא מעוות את שדה הכבידה ומותח את מרקם הזמן בזמן לאורך זרוע המצפה ולוחצת אותה על השנייה וגורמת לאחת הקורות המפוצלות לחזור לאט יותר מהאחרת, וליצור אות קטן שרק גלאי אור יכול מידה.

שני המצפים פועלים במקביל, אם כי גלי הכבידה פוגעים בשונה מעט פעמים, ולספק למדענים שתי נקודות נתונים בחלל כדי לשולש ולהתחקות אחר האירוע מקום.

ניוטון האמין שכשמסה גדולה נעה בחלל, כל שדה הכבידה נע גם באופן מיידי ומשפיע על כל גופי הכבידה ברחבי היקום. אלא שתורת היחסות הכללית של איינשטיין העלתה כי היא שקרית. הוא טען כי שום מידע מכל אירוע בחלל לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור - אנרגיה ומידע - כולל תנועת גופים גדולים בחלל. התיאוריה שלו הציעה במקום זאת כי שינויים בשדה הכבידה ינועו במהירות האור. כמו לזרוק סלע לבריכה, כששני חורים שחורים מתמזגים, למשל, תנועתם ומשולבים המסה מפעילה אירוע שמזלזל על פני הרצף בזמן-זמן, ומאריך את מרקם זמן חופשי.

בזמן הפרסום, בסך הכל ארבעה אירועים בהם שני חורים שחורים מתמזגים כאחד במיקומים שונים בעיר היקום סיפק למדענים הזדמנויות רבות למדוד גלי אור וכבידה במצפה סביב עוֹלָם. כאשר לפחות שלוש מצפי כוכבים מודדים את הגלים, מתרחשים שני אירועים משמעותיים: ראשית, מדענים יכולים לאתר ביתר דיוק את מקור האירוע ב בשמיים, ושנית, מדענים יכולים להתבונן בדפוסי עיוות החלל הנגרמים על ידי הגלים ולהשוות ביניהם לכוח המשיכה הידוע תיאוריות. בעוד שגלים אלה מעוותים את מרקם שדות המרחב-זמן וכבידה, הם עוברים דרך חומר פיזי ומבנים ללא השפעה מועטה עד ללא תצפית.

אירוע אפי זה התרחש ממש במלאת מאה שנה להצגתו של איינשטיין את תורת היחסות הכללית שלו לאקדמיה הפרוסית המלכותית למדעים ב- 25 בנובמבר 1915. כאשר החוקרים מדדו גלי כבידה וגם גלי אור בשנת 2015, זה פתח תחום מחקר חדש ממשיך להמריץ את האסטרופיזיקאים, הפיזיקאים הקוונטיים, האסטרונומים ומדענים אחרים עם הלא נודע פוטנציאלים.

בעבר, בכל פעם שחשפו מדענים רצועת תדרים חדשה בספקטרום האלקטרומגנטי, למשל, הם ואחרים גילו ויצרו טכנולוגיות חדשות הכוללות כאלה מכשירים כמו מכונות רנטגן, מכשירי רדיו וטלוויזיה המשדרים מספקטרום גלי הרדיו יחד עם מכשירי קשר, מכשירי רדיו חזיריים, בסופו של דבר טלפונים סלולריים ושלל אחרים מכשירים. מה שספקטרום גלי הכבידה מביא למדע עדיין ממתין לגילוי.