In de tweede helft van de 17e eeuw breidde 's werelds eerste natuurkundige, Sir Isaac Newton, zich verder uit het werk van Galileo, stelde dat zwaartekrachtsgolven sneller reisden dan al het andere in de universum. Maar in 1915 betwistte Einstein dit concept van de Newtoniaanse fysica toen hij de Algemene Relativiteitstheorie publiceerde en suggereerde dat niets kan sneller reizen dan de snelheid van het licht, zelfs zwaartekrachtsgolven.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Het belang van zwaartekrachtsgolven:
- Opent een nieuw venster in de kosmos
- Bewijst Einsteins algemene relativiteitstheorie
- Weerlegt de theorie van Newton dat zwaartekrachtsgebeurtenissen overal tegelijk plaatsvinden at
- Leidde tot de ontdekking van het zwaartekrachtsgolfspectrum
- Kan leiden tot potentiële nieuwe apparaten en technologieën
Een episch evenement
Op 14 september 2015, toen de allereerste meetbare zwaartekrachtsgolven de aarde bereikten op exact hetzelfde moment als de lichtgolven van de botsing van twee zwarte gaten aan de rand van het heelal, 1,3 miljard jaar geleden, bewees Einsteins algemene relativiteitstheorie correct. Gemeten door de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory in de VS, de Virgo-detector in Europa en ongeveer 70 ruimte- en grondtelescopen en observatoria, deze rimpelingen openden een venster naar het zwaartekrachtsgolfspectrum - een gloednieuwe frequentieband - waardoor wetenschappers en astrofysici nu gretig over het weefsel van ruimte tijd.
Hoe wetenschappers zwaartekrachtgolven meten
In de VS bevinden zich LIGO-observatoria op de grond in Livingston, Louisiana en Hanford, Washington. De gebouwen lijken van bovenaf op een L met twee vleugels die 2 1/2 mijl overspannen in loodrechte richtingen, verankerd op de 90-graden crux door de observatoriumgebouwen met een laser, de beam-splitter, lichtdetector en controle kamer.
Met spiegels aan het einde van elke vleugel, snelt een laserstraal - in tweeën gesplitst - langs elke arm om de spiegelt aan het einde en kaatst bijna onmiddellijk terug als het geen zwaartekrachtgolf detecteert. Maar wanneer een zwaartekrachtgolf door het observatorium gaat zonder effect op de fysieke structuur, vervormt het het zwaartekrachtveld en rekt het weefsel van ruimte-tijd langs één arm van het observatorium en knijpt het op de andere, waardoor een van de gesplitste bundels langzamer terugkeert naar de kern dan de andere, waardoor een klein signaal wordt gegenereerd dat alleen een lichtdetector kan meten.
Beide observatoria werken tegelijkertijd, hoewel de zwaartekrachtsgolven iets anders raken tijden, en wetenschappers voorzien van twee datapunten in de ruimte om te trianguleren en terug te volgen naar de gebeurtenis event plaats.
Zwaartekrachtgolven rimpelen het ruimte-tijdcontinuüm
Newton geloofde dat wanneer een grote massa in de ruimte beweegt, het hele zwaartekrachtveld ook onmiddellijk beweegt en alle zwaartekrachtlichamen in het universum beïnvloedt. Maar Einsteins algemene relativiteitstheorie suggereerde dat dit onjuist was. Hij beweerde dat geen enkele informatie van een gebeurtenis in de ruimte sneller zou kunnen reizen dan de snelheid van het licht - energie en informatie - inclusief de beweging van grote lichamen in de ruimte. Zijn theorie suggereerde in plaats daarvan dat veranderingen in het zwaartekrachtveld met de snelheid van het licht zouden bewegen. Zoals het gooien van een steen in een vijver, wanneer twee zwarte gaten samensmelten, bijvoorbeeld hun beweging en gecombineerd massa veroorzaakt een gebeurtenis die uitwaaiert over het ruimte-tijd continuüm, waardoor de structuur van ruimte tijd.
Zwaartekrachtgolven en de effecten op aarde
Op het moment van publicatie zijn er in totaal vier gebeurtenissen waarbij twee zwarte gaten op verschillende locaties in de universum bood wetenschappers meerdere mogelijkheden om licht en zwaartekrachtsgolven te meten bij observatoria rond de wereld. Wanneer ten minste drie observatoria de golven meten, vinden er twee belangrijke gebeurtenissen plaats: ten eerste kunnen wetenschappers de bron van de gebeurtenis nauwkeuriger lokaliseren in de hemel, en ten tweede kunnen wetenschappers de patronen van ruimtevervorming die door de golven worden veroorzaakt observeren en deze vergelijken met bekende zwaartekracht theorieën. Terwijl deze golven het weefsel van ruimte-tijd en zwaartekrachtvelden vervormen, gaan ze door fysieke materie en structuren met weinig tot geen waarneembaar effect.
Wat de toekomst in petto heeft
Deze epische gebeurtenis vond plaats net voor de 100ste verjaardag van Einsteins presentatie van zijn algemene relativiteitstheorie aan de Koninklijke Pruisische Academie van Wetenschappen op 25 november 1915. Toen onderzoekers in 2015 zowel zwaartekracht- als lichtgolven maten, opende dit een nieuw onderzoeksgebied dat: blijft astrofysici, kwantumfysici, astronomen en andere wetenschappers stimuleren met zijn onbekende potenties.
Elke keer dat wetenschappers in het verleden een nieuwe frequentieband in het elektromagnetische spectrum ontdekten, ontdekten en ontwikkelden zij en anderen nieuwe technologieën die dergelijke apparaten zoals röntgenapparaten, radio- en televisietoestellen die uitzenden vanuit het radiogolfspectrum samen met walkietalkies, hamradio's, uiteindelijk mobiele telefoons en een hele reeks andere apparaten. Wat het zwaartekrachtsgolfspectrum de wetenschap brengt, wacht nog op ontdekking.