แรงโน้มถ่วง

“คลื่นความโน้มถ่วงที่ยังไม่สามารถตรวจพบได้ สัญญาว่าจะเปิดหน้าต่างใหม่ทางดาราศาสตร์” นั่นคือคำที่ฉันเขียนสำหรับเมื่อต้นปี 1989 วันนี้ จากการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง 6 ครั้งที่ยืนยันในช่วงสามปีที่ผ่านมา ฉันรู้สึกยินดีที่ได้เห็นว่าการคาดการณ์ที่ฉันทำในบทความนั้นประสบผลสำเร็จมากน้อยเพียงใด

เกือบหนึ่งศตวรรษหลังจากที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ทำนายไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา

การตรวจจับ

คลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรกซึ่งเกิดจากการชนกันและการรวมตัวของหลุมดำสองหลุมในภายหลัง ถูกสร้างขึ้น เครื่องตรวจจับในสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ 14 กันยายน พ.ศ. 2558 ตั้งแต่นั้นมา มีรายงานการรวมตัวกันของหลุมดำอีกสี่ครั้ง แม้ว่าการสังเกตครั้งแรกจะทำให้พวกเราทุกคนประหลาดใจ แต่ก็เป็นการค้นพบ

ที่รอคอยมาก ข้อสังเกตเหล่านี้เป็นข้อพิสูจน์โดยตรงประการแรกว่าหลุมดำมีอยู่จริง พวกมันสามารถอยู่ในวงโคจรแบบไบนารีได้ และมีหลุมดำกลุ่มหนึ่งที่มีมวลเท่าดวงอาทิตย์ซึ่งไม่คิดว่าจะมีอยู่จริงเพื่อเพิ่มความตื่นเต้น ขณะนี้เรายังตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงและรังสีแกมมาที่เกิดจากดาวนิวตรอนสองดวง

ที่รวมตัวกัน การสังเกตเกิดขึ้นได้เมื่อเครื่องตรวจจับ Virgo ที่ได้รับการอัพเกรดใหม่ในอิตาลีร่วมมือกับ LIGO ในเดือนสิงหาคม 2017 เครื่องตรวจจับเหล่านี้ไม่เพียงได้เห็นการรวมตัวกันอย่างน่าทึ่งของดาวมรณะที่มีขนาดกะทัดรัดมากทั้งสองดวงเท่านั้น แต่ยังมีกล้องโทรทรรศน์และอาร์เรย์อื่นๆ อีกกว่า 70 ตัว

ทั่วโลกที่จับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เหตุการณ์นี้สร้างขึ้น เป็นที่ทราบกันดีว่าการปล่อยก๊าซดังกล่าวเกี่ยวข้องกับ ซึ่งเป็นเหตุการณ์ประเภทหนึ่งที่อาจก่อให้เกิดธาตุหนักจำนวนมาก เช่น ทองคำและทองคำขาวในจักรวาลของเรา การสังเกตแหล่งที่มาดังกล่าวไม่นานหลังจากที่ชาวราศีกันย์เข้าร่วมการค้นหานั้น

มองย้อนกลับไปแล้วเราจากสถานการณ์ที่ผมเล่าไว้เมื่อ 30 ปีที่แล้วมาอยู่ในตอนนี้ได้อย่างไร? มันเป็นเรื่องที่น่าสนใจและบางครั้งก็คดเคี้ยว ในช่วงทศวรรษที่ 1980 เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริกต้นแบบได้รับการพัฒนาโดยทีมงานในประเทศเยอรมนี ในกลาสโกว์ สกอตแลนด์; 

และที่คาลเทค

และสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในสหรัฐอเมริกา ในช่วงทศวรรษต่อมา ความไวของเครื่องตรวจจับประสบความสำเร็จในระดับที่หากปรับขนาดเป็นเส้นฐานที่ยาวขึ้นมาก ความไวของเครื่องตรวจจับอาจช่วยให้สามารถตรวจจับสัญญาณจากการรวมตัวกันของระบบไบนารีขนาดกะทัดรัด 

การปรับปรุงความไวของเครื่องตรวจจับเป็นการต่อสู้ที่แท้จริง แต่ฉันจำได้ว่ามันกระตุ้นด้วยจิตวิญญาณของการแข่งขันที่รุนแรงระหว่างกลุ่มวิจัยที่เกี่ยวข้องได้อย่างไรเครื่องตรวจจับพื้นฐานแบบยาวจะเปรียบเทียบความยาวของแขนสองข้างที่ทำมุมฉากกับอีกข้างหนึ่งในการจัดวางอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์

แบบโดยแขนแต่ละข้างจะถือกระจกบานใหญ่ (ห้อยเป็นลูกตุ้ม) ที่ปลายสุด การวัดทำได้โดยการแยกลำแสงเลเซอร์ระหว่างแขนทั้งสองข้าง และเปรียบเทียบเฟสของแสงที่ย้อนกลับมาขณะที่มันสะท้อนกลับจากกระจก เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงของโพลาไรเซชันหนึ่งๆ แพร่กระจายไปยังระนาบของเครื่องตรวจจับ

ตามปกติ แขนข้างหนึ่งจะมีความยาวเพิ่มขึ้นและอีกข้างหนึ่งจะลดลง และในทางกลับกัน แขนที่ยาวขึ้นสร้างเครื่องดนตรีที่มีความไวมากขึ้น เนื่องจากคลื่นความโน้มถ่วงทำให้เกิดความเครียดในปริภูมิ-เวลา ดังนั้น ระยะห่างระหว่างกระจกจะยิ่งเปลี่ยนแปลงมากขึ้นเมื่ออยู่ห่างกันมากขึ้น

ในช่วงต้นปี 1983 การศึกษาเกี่ยวกับเครื่องมือพื้นฐานระยะยาวที่เป็นไปได้ในสหรัฐอเมริกาได้รับการตีพิมพ์ (ปีที่แล้ว ร่วมได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากความพยายามของพวกเขา ในการสร้าง). ข้อเสนอเพิ่มเติมสำหรับตราสารดังกล่าวมีขึ้นในเยอรมนีและอิตาลีตั้งแต่ปี 2528; ในขณะที่อีกหนึ่งปีต่อมา 

สหราชอาณาจักรได้วางแผนสร้างเครื่องตรวจจับในสกอตแลนด์ ภายในปี 1989 ความก้าวหน้าในทุกด้านได้รับการส่งเสริมและความไวของต้นแบบยังคงพัฒนาต่อไป กลุ่มวิจัยในเยอรมนีและสหราชอาณาจักรยังได้รับการสนับสนุนจากหน่วยงานให้ทุนของตนให้หยุดการแข่งขันและรวมตัวกันเพื่อยื่นข้อเสนอเดียว

สำหรับระบบตรวจจับที่จะตั้งอยู่ในเยอรมนีหรือสกอตแลนด์จากการศึกษาของสหรัฐฯ ก่อนหน้านี้และได้รับการสนับสนุนโดยผลลัพธ์จากการทดลองต้นแบบ ได้ยื่นข้อเสนอการก่อสร้างสำหรับอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ LIGO ให้กับมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติของสหรัฐฯ ข้อเสนอนี้มีไว้สำหรับอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์

พื้นฐานระยะยาวสามตัว: สองอันมีแขนยาว 4 กม. และอีกอันมีแขนยาว 2 กม. เครื่องตรวจจับระยะ 4 กม. หนึ่งเครื่องและอุปกรณ์ 2 กม. จะต้องอยู่ในระบบสุญญากาศเดียวกัน ซึ่งต่อมาสร้างขึ้นที่แฮนฟอร์ดในรัฐวอชิงตัน ส่วนอุปกรณ์อีก 4 กม. ในระบบสุญญากาศของตัวเองนั้นถูกสร้างขึ้นในรัฐลุยเซียนา

เปลี่ยนไปเรื่อย

ผู้กำหนดนโยบายในเยอรมนีและสหราชอาณาจักรกำลังหารือกันอย่างจริงจังเกี่ยวกับเงินทุนสำหรับความพยายามดังกล่าว โดยสภาวิจัยวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ (SERC) ในสหราชอาณาจักรกำลังพิจารณาที่จะหยุดจ่ายเงินสำหรับขั้นตอนแรกของการก่อสร้าง แต่ในปี 1990 เหตุการณ์สำคัญ

สองเหตุการณ์ได้ยุติความเป็นไปได้ของเครื่องตรวจจับในสกอตแลนด์ ประการแรก มีการแต่งตั้งประธานคนใหม่ของ SERC ซึ่งไม่ใช่ผู้สนับสนุนการวิจัยคลื่นความโน้มถ่วง เขาพบ “หลุมดำ” ไม่ใช่ในจักรวาล แต่อยู่ในการเงินของสภา ซึ่งหมายความว่าจะไม่มีการระดมทุนในสหราชอาณาจักร

สำหรับเครื่องตรวจจับพื้นฐานระยะยาว ประการที่สอง การรวมชาติเกิดขึ้นในเยอรมนี อดีตเยอรมนีตะวันออกล้าหลังกว่าเยอรมนีตะวันตกมากในแง่ของการลงทุนและโครงสร้างพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ เพื่อเริ่มต้นการเสริมพลังการวิจัยในอดีตตะวันออก นี่เป็นการระเบิดครั้งสำคัญสำหรับฉันและเพื่อนร่วมงานโดยเฉพาะในสกอตแลนด์ เราต่อสู้อย่างหนักเพื่อขออนุญาตวางแผนสำหรับพื้นที่ตรวจจับในเตนท์สเมียร์ 

credit: sellwatchshop.com kaginsamericana.com NeworleansCocktailBlog.com coachfactoryoutletswebsite.com lmc2web.com thegillssell.com jumpsuitsandteleporters.com WagnerBlog.com moshiachblog.com