Under senare delen av 1600-talet expanderade världens första fysiker, Sir Issac Newton arbetet med Galileo, föreslog att gravitationella vågor reste snabbare än någonting annat i universum. Men 1915 ifrågasatte Einstein detta begrepp om Newtons fysik när han publicerade den allmänna relativitetsteorin och föreslog att ingenting kan resa snabbare än ljusets hastighet, till och med gravitationella vågor.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Betydelsen av gravitationella vågor:
- Öppnar ett nytt fönster i kosmos
- Bevisar Einsteins teori om allmän relativitet
- Motbevisar Newtons teori att gravitationella händelser inträffar överallt samtidigt
- Ledde till upptäckten av gravitationsvågens spektrum
- Kan leda till potentiella nya enheter och tekniker
En episk händelse
Den 14 september 2015, när de allra första mätbara gravitationsvågorna nådde jorden exakt samma tid som ljusvågorna gjorde från kollisionen mellan två svarta hål nära kanten av universum för 1,3 miljarder år sedan bevisade Einsteins allmänna relativitetsteori korrekt. Mätt av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory i USA, Jungfrudetektorn i Europa och cirka 70 rymd- och markbaserade teleskop och observatorier, dessa krusningar öppnade ett fönster i gravitationsvågspektrumet - ett helt nytt frekvensband - genom vilket forskare och astrofysiker nu ivrigt tittar över tyget av rymdtid.
Hur forskare mäter gravitationella vågor
I USA sitter LIGO-observatorier på marken i Livingston, Louisiana och Hanford, Washington. Byggnaderna liknar en L uppifrån med två vingar som sträcker sig 2 1/2 mil i vinkelräta riktningar, förankrade vid 90-graders kärnan vid observatoriets byggnader som rymmer en laser, stråldelaren, ljusdetektorn och kontrollen rum.
Med speglar inställda i slutet av varje vinge, en laserstråle - delad i två - hastigheter ner varje arm för att träffa speglar i slutet och studsar tillbaka nästan omedelbart när den inte upptäcker en gravitationvåg. Men när en gravitationsvåg passerar genom observatoriet utan inverkan på den fysiska strukturen, förvränger den gravitationsfältet och sträcker tyget i rymdtid längs en arm av observatoriet och klämmer på den på den andra, vilket får en av delade strålar att återgå till kärnan långsammare än den andra, vilket genererar en liten signal som endast en ljusdetektor kan mäta.
Båda observatorierna fungerar samtidigt, även om gravitationsvågorna träffar något annorlunda gånger, och ge forskare två datapunkter i rymden för att triangulera och spåra tillbaka till evenemangets plats.
Gravitationsvågor krusar rymdtidskontinuum
Newton trodde att när en stor massa rör sig i rymden rör sig hela gravitationsfältet också omedelbart och påverkar alla gravitationskroppar över universum. Men Einsteins allmänna relativitetsteori föreslog att det var falskt. Han hävdade att ingen information från någon händelse i rymden kunde resa snabbare än ljusets hastighet - energi och information - inklusive stora kroppers rörelse i rymden. Hans teori föreslog istället att förändringar i gravitationsfältet skulle röra sig med ljusets hastighet. Som att kasta en sten i en damm, när två svarta hål smälter samman, till exempel deras rörelse och kombineras massan utlöser en händelse som krusar ut över rymdtidskontinuet och förlänger tyget av rymdtid.
Gravitationsvågor och effekterna på jorden
Vid tidpunkten för publiceringen sammanföll fyra händelser där två svarta hål smälter samman som ett på olika platser i universum gav forskare flera möjligheter att mäta ljus och gravitationsvågor vid observatorier runt om i världen värld. När minst tre observatorier mäter vågorna inträffar två signifikanta händelser: först kan forskare mer exakt lokalisera källan till händelsen i himlen, och för det andra kan forskare observera mönster av rymdförvrängning orsakade av vågorna och jämföra dem med känd gravitation teorier. Medan dessa vågor förvränger tyget i rymdtid och gravitationsfält passerar de genom fysisk materia och strukturer med liten eller ingen observerbar effekt.
Vad framtiden har att erbjuda
Denna episka händelse inträffade strax efter 100-årsjubileet för Einsteins presentation av hans allmänna relativitetsteori för Royal Preussian Academy of Sciences den 25 november 1915. När forskare mätte både gravitations- och ljusvågor 2015, öppnade det ett nytt studieområde det fortsätter att stimulera astrofysiker, kvantfysiker, astronomer och andra forskare med sina okända potentialer.
Tidigare upptäckte och skapade forskare varje gång forskare upptäckte ett nytt frekvensband i det elektromagnetiska spektrumet och skapade ny teknik som inkluderar sådana enheter som röntgenapparater, radio- och tv-apparater som sänder från radiovågsspektrumet tillsammans med walkie-talkies, skinkradio, så småningom mobiltelefoner och en massa andra enheter. Vad gravitationsvågspektrumet ger till vetenskapen väntar fortfarande på upptäckten.