Hvorfor er oppdagelsen av gravitasjonsbølger viktig?

I den siste delen av 1600-tallet utvidet verdens første fysiker, Sir Issac Newton arbeidet til Galileo, antydet at gravitasjonsbølger reiste raskere enn noe annet i univers. Men i 1915 bestred Einstein dette konseptet med Newtons fysikk da han publiserte den generelle relativitetsteorien og foreslo at ingenting kan reise raskere enn lysets hastighet, til og med gravitasjonsbølger.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Betydningen av gravitasjonsbølger:

• Åpner et nytt vindu inn i kosmos
• Beviser Einsteins generelle relativitetsteori
• Motbeviser Newtons teori om at gravitasjonshendelser forekommer overalt på en gang
• Ledet til oppdagelsen av gravitasjonsbølgespekteret
• Kan føre til potensielle nye enheter og teknologier

14. september 2015, da de aller første målbare gravitasjonsbølgene nådde Jorden på nøyaktig samme tid som lysbølgene gjorde fra kollisjonen av to sorte hull nær kanten av universet for 1,3 milliarder år siden, beviste Einsteins generelle relativitetsteori riktig. Målt av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory i USA, Jomfru-detektoren i Europa og rundt 70 rom- og jordbaserte teleskoper og observatorier, disse krusninger åpnet et vindu inn i gravitasjonsbølgespekteret - et helt nytt frekvensbånd - som forskere og astrofysikere nå ivrig stirrer over stoffet av romtid.

I USA sitter LIGO-observatorier på bakken i Livingston, Louisiana og Hanford, Washington. Bygningene ligner en L ovenfra med to vinger som spenner 2 1/2 miles i vinkelrett retning, forankret på 90-graders crux ved observatoriets bygninger som huser en laser, stråledeler, lysdetektor og kontroll rom.

Med speil satt på enden av hver vinge, en laserstråle - delt i to - hastigheter nedover hver arm for å treffe speiler på slutten og spretter nesten øyeblikkelig tilbake når den ikke oppdager en gravitasjonsbølge. Men når en gravitasjonsbølge passerer gjennom observatoriet uten å påvirke den fysiske strukturen, forvrenger den gravitasjonsfeltet og strekker stoffet av romtid langs en arm av observatoriet og klemmer den på den andre, noe som får en av splittbjelkene til å gå tilbake til crux saktere enn den andre, og generere et lite signal bare en lysdetektor kan måle.

Begge observatoriene fungerer samtidig, selv om gravitasjonsbølgene treffer litt forskjellige ganger, og gi forskere to datapunkter i rommet for å triangulere og spore tilbake til arrangementets plassering.

Newton mente at når en stor masse beveger seg i rommet, beveger hele gravitasjonsfeltet seg også øyeblikkelig og påvirker alle gravitasjonskroppene over hele universet. Men Einsteins generelle relativitetsteori antydet at det var falskt. Han hevdet at ingen informasjon fra noen hendelse i rommet kunne reise raskere enn lysets hastighet - energi og informasjon - inkludert bevegelse av store kropper i rommet. Teorien hans foreslo i stedet at endringer i gravitasjonsfeltet ville bevege seg med lysets hastighet. Som å kaste en stein i en dam, når to sorte hull smelter sammen, for eksempel deres bevegelse og kombinert masse utløser en begivenhet som kruser seg ut over kontinuiteten mellom rom og tid, og forlenger stoffet av romtid.

På tidspunktet for publiseringen, totalt fire hendelser der to sorte hull smelter sammen som ett på forskjellige steder i universet ga forskere flere muligheter til å måle lys og gravitasjonsbølger ved observatorier rundt verden. Når minst tre observatorier måler bølgene, oppstår to viktige hendelser: For det første kan forskere mer presist finne kilden til hendelsen i himmelen, og for det andre kan forskere observere mønstrene av romforvrengning forårsaket av bølgene og sammenligne dem med kjent gravitasjon teorier. Mens disse bølgene forvrenger stoffet i romtid og gravitasjonsfelt, passerer de gjennom fysisk materie og strukturer med liten eller ingen observerbar effekt.

Denne episke hendelsen skjedde like etter 100-årsjubileet for Einsteins presentasjon av hans generelle relativitetsteori for Det kongelige preussiske vitenskapsakademiet 25. november 1915. Da forskere målte både gravitasjons- og lysbølger i 2015, åpnet det et nytt studieretning som fortsetter å stimulere astrofysikere, kvantefysikere, astronomer og andre forskere med sine ukjente potensialer.

Tidligere, for eksempel hver gang forskere avdekket et nytt frekvensbånd i det elektromagnetiske spekteret, oppdaget og skapte de og andre nye teknologier som inkluderer slike enheter som røntgenapparater, radio- og fjernsynsapparater som sender fra radiobølgespekteret sammen med walkie-talkies, skinke-radioer, til slutt mobiltelefoner og en rekke andre enheter. Hva gravitasjonsbølgespekteret bringer til vitenskapen, venter fortsatt på oppdagelsen.