Den er lang blevet sagt, at der ikke er nogen lyd i rummet, og at det er sandt til et punkt. Konventionel lyd kræver et medium at bevæge sig igennem, og skabes, når partikler komprimerer og rarificerer, hvilket gør noget fra et højt “bang” for en enkelt puls til en konsistent tone til gentagelse af mønstre. I rummet, hvor der er så få partikler, at sådanne signaler dør væk, bliver selv solstråler, supernovaer, sammensmeltning af sorte huller og andre kosmiske katastrofer stille før de nogensinde har hørt. Men der er en anden type komprimering og sjældenhed, der ikke kræver noget andet end selve rummets stof for at rejse igennem: tyngdekraftsbølger. Takket være de første positive detektionsresultater fra LIGO hører vi universet for allerførste gang.

Gravitationsbølger var noget, der skulle eksistere for, at vores teori om tyngdekraft kunne være konsistent, ifølge General Relativity. I modsætning til i Newton ” s tyngdekraft, hvor to masser, der kredser om hinanden, forbliver i den konfiguration for evigt, forudsagde Einsteins teori, at tyngdekredsløb i løbet af længe nok ville falde. For noget som Jorden, der kredser om solen, ville du aldrig leve for at opleve det : det ville tage 10 ^ 150 år for Jorden at spiral ind i Solen. Men for mere ekstreme systemer, som to neutronstjerner, der kredser om hinanden, kunne vi faktisk se banerne henfalde over tid. For at spare energi forudsagde Einsteins gravitationsteori, at energi skulle føres væk i form af tyngdekraftsbølger.

Disse bølger er vanvittigt svage, og deres virkning på objekterne i rumtiden er utrolig lille. Men hvis du ved, hvordan man lytter efter dem – ligesom komponenterne i en radio ved, hvordan man lytter efter de langfrekvente lysbølger – kan du registrere disse signaler og høre dem, ligesom du hører enhver anden lyd. Med en amplitude og en frekvens er de ikke anderledes end andre bølger. Generel relativitet forudsætter eksplicitte forudsigelser for, hvordan disse bølger skal lyde, hvor de største bølgenererende signaler er de nemmeste at opdage. Den største amplitude lyder alt sammen? Det er den inspirerende og sammensmeltende “kvidring” af to sorte huller, der spirer ind i hinanden.

I september 2015, kun få dage efter avanceret LIGO begyndte at indsamle data for første gang, et stort, usædvanligt signal blev set. Det overraskede alle, fordi det ville have båret så meget energi på bare et kort, 200 millisekund burst, at det ville have overgået alle stjernerne i det observerbare univers Alligevel viste det sig, at signalet var robust, og energien fra det briste kom fra to sorte huller – på 36 og 29 solmasser – der smeltede sammen til en enkelt solmasse 62. De, der mangler tre solmasser? De blev omdannet til ren energi: tyngdekraftsbølger, der krøller gennem rummets struktur. Det var den første begivenhed, som LIGO nogensinde har opdaget.

Nu er det over et år senere, og LIGO er i øjeblikket på sit andet løb. Ikke kun er andre fusioner med sort hul og sort hul blevet detekteret, men fremtiden for tyngdekraftsbølge-astronomi er lys, da nye detektorer åbner vores ører for nye typer lyde. Ruminterferometre, som LISA, har længere basislinjer og vil høre lyde med lavere frekvens: lyde som fusioner af neutronstjerner, fejrer supermassive sorte huller og fusioner med meget ulige masser.Pulsar-timingarrays kan måle endnu lavere frekvenser, som baner, der tager år at gennemføre, såsom det supermassive sorte hulpar: OJ 287. Og kombinationer af nye teknikker vil se efter de ældste tyngdebølger af alle, relikviebølgerne forudsagt af kosmisk inflation , helt tilbage i begyndelsen af vores univers.

Der er så meget at høre, og vi er kun lige begyndt at lytte for første gang. Heldigvis er astrofysikeren Janna Levin – forfatter til den fantastiske bog, Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space – klar til at holde det offentlige foredrag på Perimeter Institute i aften 3. maj kl. 19:00 Eastern / 16:00 Pacific, og det vil være live-streamet her og live-blogget af mig i realtid! Deltag i os for endnu mere om dette utrolige emne, og jeg kan ikke vente med at høre hende tale.

Livebloggen begynder et par minutter før kl. Stillehavet; slutte sig til os her og følg med!

15:50: Det er ti minutter til showtime, og for at fejre her er ti sjove fakta (eller så mange som vi kan kom ind) om tyngdekraften og tyngdekraftsbølger.

1.) I stedet for “handling på afstand”, hvor der udøves en usynlig kraft mellem masserne, siger generel relativitet, at stof og energi vrider rumtidsvævet, og at den skæve rumtid er det, der manifesterer sig som tyngdekraft.

2.) I stedet for at rejse i uendelig hastighed bevæger sig tyngdekraft kun med lysets hastighed.

3.) Dette er vigtigt , fordi det betyder, at hvis der sker ændringer i et massivt objekts position, konfiguration, bevægelse osv., de efterfølgende gravitationsændringer spredes kun ved lysets hastighed.

15:54: 4.) Dette betyder, at gravitationsbølger for eksempel kun kan udbrede sig ved lysets hastighed. Når vi “detekterer” en tyngdekraftsbølge, registrerer vi signalet fra, hvornår massekonfigurationen blev ændret.

5.) Det første signal, der blev detekteret af LIGO, fandt sted i en afstand på ca. 1,3 milliarder lysår. Universet var ca. 10% yngre end det er i dag, da fusionen fandt sted.

6.) Hvis tyngdekraft bevæges i uendelig hastighed, ville planetbaner være helt ustabile. Det faktum, at planeter bevæger sig i ellipser rundt om Sun mandater, at hvis generel relativitet er korrekt, skal tyngdekraften svare til lysets hastighed til en nøjagtighed på ca. 1%.

15:57: 7.) Der er mange, mange flere tyngdekraftsbølger signaler end hvad LIGO har set hidtil; vi har kun registreret det nemmeste signal der er at opdage.

8.) Hvad der gør et signal “let” at se er en kombination af dets amplitude, som er at sige, hvor meget det kan deformere en sti-længde eller en afstand i rummet såvel som dens frekvens.

9.) Fordi LIGOs arme kun er 4 kilometer lange, og spejlerne reflekterer lys tusinder af gange (men ikke mere), det betyder, at LIGO kun kan registrere frekvenser på 1 Hz eller hurtigere.

10.) For langsommere signaler har vi brug for længere håndtag og større følsomhed, og det betyder at gå i rummet. Det er fremtiden for tyngdekraftsbølge-astronomi!

16:01: Vi klarede det! Tid til at begynde og introducere Janna Levin! (Udtal “JAN-na”, ikke “YON-na”, hvis du undrede dig over.)

16:05: Her er den store meddelelse / skud: den første direkte optagelse af den første tyngdekraftsbølge. Det tog 100 år efter, at Einstein først fremlagde generel relativitet, og hun spiller en optagelse!Sørg for at gå og lytte! Hvad betyder det trods alt “høre” en lyd i rummet, og hvorfor er dette en lyd? Det er formålet, siger hun, til sin tale.

16:08: Hvis du overvejer, hvad der er derude i universet, havde vi ingen måde at vide noget af dette på Galileos tid. Vi tænkte på solpletter, Saturn osv. og var fuldstændig ude af stand til at udtænke de store kosmiske skalaer eller afstande. Glem alt om “at opfatte andre galakser,” vi havde ikke tænkt på noget af dette!

16:10: Janna viser en af mine yndlingsvideoer (som jeg genkender) fra Sloan Digital Sky Survey! De tog en undersøgelse af 400.000 af de nærmeste galakser og kortlagde dem i tre dimensioner. Sådan ser vores (nærliggende) univers ud, og som du kan se, er det virkelig stort set tomt rum!

16:12: Hun gør et rigtig godt punkt, som hun gloser over: kun omkring 1 ud af 1000 stjerner bliver nogensinde et sort hul. Der er over 400 stjerner inden for 30 lysår efter os, og nul af dem er O- eller B-stjerner, og nul af dem er blevet sorte huller. Disse blåeste, mest massive og kortvarige stjerner er de eneste, der vokser til sorte huller.

16:15: Når man overvejer “hvor kom Einsteins teori fra,” gør Janna et stort punkt: ideen om ækvivalensprincippet. Hvis du har tyngdekraft, kan du f.eks. Overveje at du føler dig “tung” i din stol. Men denne reaktion, du har, er nøjagtig den samme reaktion, som du ville føle, hvis du accelererede snarere end at trække. Det er ikke tyngdekraften, du føler, det er virkningerne af sagen omkring dig! div>

16:17: Bandet OKGO lavede en video, der fløj i opkastkometen. Janna kan ikke vise det hele med lyd af ophavsretlige grunde og anbefaler det stærkt. Heldigvis for dig takket være internettet … her er det! Nyd på din fritid!

16:19: Der er endnu en enorm åbenbaring for tyngdekraften: den måde, vi forstår, hvordan ting fungerer, kommer af at se hvordan ting falder. Månen “falder” rundt om Jorden; Newton indså det. Men Jorden falder omkring Solen; Solen “falder” rundt om galaksen; og atomer “falder” her på Jorden. Men den samme regel gælder for dem alle, så længe de alle er i frit fald. Fantastisk!

4:21 PM: Her er en sjov åbenbaring: stop med at tænke på et sort hul som sammenbrudt, knust stof, selvom det måske var sådan, det opstod. Tænk i stedet på det som blot et område med tomt rum med stærke tyngdekraftsegenskaber. Faktisk, hvis alt hvad du gjorde var at tildele “masse” til dette område af rummet, ville det perfekt definere et Schwarzschild (ikke-ladet, ikke-roterende) sort hul.

4 : 23 PM: Hvis du skulle falde ned i et sort hul af solens masse, ville du have omkring en mikrosekund, fra at krydse begivenhedshorisonten (ifølge Janna), indtil du blev knust ihjel ved singulariteten. Dette er konsekvent med det, jeg engang har beregnet, hvor vi for det sorte hul i midten af Mælkevejen har cirka 10 sekunder. Da Mælkevejens sorte hul er 4.000.000 gange så massiv som vores sol, går matematik ud!

16:26: Hvordan vil du opdage en tyngdekraftsbølge? Ærligt talt ville det være som at være på havets overflade; du bobede op og ned langs overfladen af rummet, og der var et stort argument i samfundet om, hvorvidt disse bølger var virkelige eller ej. Det var først Joe Weber kom og besluttede at prøve at måle disse tyngdebølger ved hjælp af en fænomenal enhed – en aluminiumsbjælke – der ville vibrere, hvis en krusende bølge “plukkede” stangen meget let.

Weber så mange sådanne signaler, som han identificerede med tyngdekraftsbølger, men disse, desværre blev aldrig gengivet eller verificeret. Han var på trods af al sin kløgtighed ikke en meget omhyggelig eksperimentator.

16:29: Der er et godt spørgsmål fra Jon Groubert på Twitter: “Jeg har et spørgsmål om noget, hun sagde – der er noget inde i et sort hul, er der ikke? Som en tung neutronstjerne. ” Der skal være en singularitet, som enten er punktlignende (for en ikke-roterende singularitet) eller en endimensionel ring (for en roterende), men ikke kondenseret, kollapset, tredimensionelt stof.

Hvorfor ikke?

Fordi for at forblive som en struktur, skal en kraft udbrede sig og transmitteres mellem partikler. Men partikler kan kun overføre kræfter med lysets hastighed. Men intet, ikke engang lys, kan bevæge sig “udad” mod udgangen af et sort hul; alt bevæger sig mod singulariteten. Og så intet kan holde sig selv, og alt kollapser i singulariteten. Trist, men fysikken gør dette uundgåeligt.

16:32: Efter Webers fiaskoer (og falder fra berømmelse) kom ideen om LIGO sammen med Rai Weiss i 1970’erne. Det tog mere end 40 år for LIGO at komme i opfyldelse (og over 1.000 mennesker for at få det til at ske), men det mest fantastiske var, at det var eksperimentelt muligt. Ved at lave to meget lange løftearme kunne du se effekten af en forbipasserende tyngdekraftsbølge .

16:34: Dette er min yndlingsvideo, der illustrerer, hvad en tyngdekraftsbølge gør. Den bevæger sig selv i rummet (og alt i det) med en lille smule. Hvis du har opsat et laserinterferometer (som LIGO), kan det registrere disse vibrationer. Men hvis du var tæt nok, og dine ører var følsomme nok, kunne du mærke denne bevægelse i din trommehinde!

4: 35 PM: Jeg har nogle rigtig gode hovedtelefoner, Perimeter, men desværre kan jeg ikke høre de forskellige gravitationsbølgemodelsignaler, som Janna spiller!

16:38: Det er sjovt at tro, at dette er verdens mest avancerede vakuum inde i LIGO-detektorerne. Alligevel er fugle, rotter, mus osv. Alle derunder, og de tygger sig næsten ind i vakuumkammeret, som lyset bevæger sig igennem. Men hvis vakuumet var blevet brudt (det har været konstant siden 1998), ville eksperimentet være overstået. I Louisiana skød jægere på LIGO-tunnellerne. Det er forfærdeligt, hvor følsomt og dyrt dette udstyr er, men alligevel hvor skrøbeligt det hele er også.

16:41: Janna gør et rigtig godt stykke arbejde med at fortælle denne historie på en spændende, men meget menneskelig måde. Vi så kun de sidste par baner af to kredsende sorte huller, drastisk bremset i ovenstående film. De var kun få hundrede kilometer fra hinanden, de sidste fire baner tog 200 millisekunder, og det er hele signalet, som LIGO så.

16:43: Hvis du har problemer med at lytte / høre begivenhederne i samtalen, lyt til denne video (ovenfor) i både naturlig tonehøjde og øget tonehøjde. De mindre sorte huller (ca. 8 og 13 solmasser) fra 26. december 2015 er både mere støjsvage og højere end de større (29 og 36 solmasser) fra 14. september samme år.

16:46: Bare en lille korrektion: Janna siger, at dette var den mest magtfulde begivenhed, der nogensinde er opdaget siden Big Bang. Og det er kun teknisk tilfældet på grund af grænserne for vores opdagelse.

Når vi får nogen sorte hulfusioner, konverteres ca. 10% af massen af det mindst massive sorte hul i et fusionspar til ren energi via Einsteins E = mc2. 29 solmasser er meget, men der vil være sorte huller på hundreder af millioner eller endda milliarder solmasser, der er slået sammen. Og vi har bevis.

16:49: Dette er EUT 287, hvor et sort hul på 150 millioner solhuller kredser omkring ~ 18 milliarder solmasser sort hul. Det tager 11 år for en komplet bane at forekomme, og generel relativitet forudsiger en nedgang på 270 grader pr. Bane her sammenlignet med 43 buesekunder pr. Århundrede for kviksølv.

16:51: Janna gjorde et utroligt job, der sluttede til tiden her; Jeg har aldrig set en times snak rent faktisk slutte efter 50 minutter på en offentlig forelæsning i perimeter. Wow!

16:52: Hvad ville der ske, hvis Jorden blev suget op i et sort hul? (Q & Et spørgsmål fra Max.) Selvom Janna giver et godt svar, vil jeg gerne påpege, at fra et tyngdekraftsbølgesynspunkt, Jorden ville blive strimlet fra hinanden, og vi ville få et “udtværet” bølgesignal, der ville være et meget mere støjende, statisk-y signal. Når Jorden blev slugt, ville begivenhedshorisonten vokse kun en lille smule, da yderligere tre milliontedele af en solmasse øgede det sorte huls radius med netop den lille, tilsvarende mængde.

16:55 PM : Hvilken sjov samtale, en stor og lækker Q & En session og en fantastisk oplevelse generelt. Nyd det igen og igen, fordi videoen af samtalen nu er indlejret som en permalink Og tak for indstillingen!