'بلاك هول بلوز': كتاب سجلات سجلات الجاذبية للكشف عن الموجات

بلاك هول بلوز وأغاني أخرى من الفضاء الخارجي

'بلاك هول بلوز وأغاني أخرى من الفضاء الخارجي' (كنوبف ، 2016) لجانا ليفين.





يروي كتاب جديد قصة الرحلة التي استمرت 50 عامًا والتي بلغت ذروتها في أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية. يضع الكتاب العلم جانباً للتركيز على المشاعر الشخصية وتضحيات أبطال التجربة.

ربما يكون 'بلاك هول بلوز وأغاني أخرى من الفضاء الخارجي' (كنوبف ، 2016) ، وهو أحدث كتاب لعالمة الفيزياء الفلكية والمؤلفة جانا ليفين ، هو الأكثر حظًا في تاريخ إصدار أي كتاب في تاريخ كتابة العلوم. حدثت القصة التي يرويها ليفين على مدى 50 عامًا ، وكان الكتاب نفسه يطبخ منذ حوالي خمس سنوات. ولكن بطريقة ما ، تمكنت ليفين من إنهاء مسودتها الأولى للمخطوطة في نفس الأسبوع الذي قام فيه مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية (LIGO) بأول اكتشاف مباشر على الإطلاق لموجات الجاذبية (وهو ما أثار دهشة كل من شارك في التجربة ، على حد قول ليفين. ).

لكن نجاح LIGO لا يؤثر في كتاب ليفين بخلاف الخاتمة المضافة قبل النشر مباشرة ، وأكدت أنها لن تحصل عليه بأي طريقة أخرى. وأضافت أن الكتاب ليس قصة نجاح علمي بل قصة طموح ومخاطرة وهوس ونجاح وفشل. على الرغم من العلم المعقد للغاية الذي تم استخدامه في أداة LIGO ، إلا أن قصة بنائها عالمية. [ شرح موجات الجاذبية ببساطة بالمكعب والرخام | فيديو ]



تحدث موقع ProfoundSpace.org مع ليفين عن القوس الملحمي لقصة LIGO ، والعلم وراء الاكتشاف والشخصيات التي صنعته. الكتاب متاح حاليا في غلاف مقوى.

عالمة الفيزياء الفلكية والمؤلفة جانا ليفين.

عالمة الفيزياء الفلكية والمؤلفة جانا ليفين.(رصيد الصورة: Sonja Georgevich)



أهداف مستحيلة

سألني ليفين عبر سكايب في أبريل: `` هل شاهدت فيلم Fitzcarraldo من قبل؟ ''.

لم أفعل ، لكنني أعلم أنه فيلم عن رجل يحاول تحريك باخرة ضخمة فوق جبل جاف في جبال الأنديز ، من أجل الاستفادة من الموارد الطبيعية في جزء منعزل من الغابة. إنه مستوحى من أحداث حقيقية ، ولكنه بمثابة رمز للسعي وراء الأهداف التي تبدو مستحيلة التي حددها الناس لأنفسهم. في وقت لاحق ، وثائقي يؤرخ للعملية الصعبة للغاية لصنع الفيلم نفسه ، مما يعطي القصة بأكملها مستوى ثالثًا من الرمزية.

' [في 'فيتزكارالدو'] قاموا ببناء قارب وحاولوا جره فوق جبل جاف. بالنسبة لي ، فإن [LIGO] هي قصة مماثلة ، قال ليفين. إنه حقًا يتعلق بالاستكشاف ، وهذا الطموح المجنون ونوع من عدم القدرة على الابتعاد بمجرد أن يسيطر الشيء على العقل. أعتقد أن هذا ما يدور حوله حقًا.



الفيزيائي راي فايس ابتكر التصميم الأساسي لتجربة LIGO في عام 1967. لعقود من الزمان ، حارب انتكاسات وشارك في معارك سياسية ومهنية - كسب الحلفاء ومواجهة الخصوم - لأنه كان يؤمن بشدة أن بناء كاشف للموجات الثقالية كان مفيدًا. موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الواقع ، أو ما يسميه العلماء الزمكان. هذا النسيج ليس خلفية صلبة ، ولكنه شبكة مرنة يمكن أن تلتوي وتشوه بفعل الجاذبية. جاءت موجات الجاذبية التي اكتشفها ليجو من ثقبان أسودان يدوران حول بعضهما البعض ويتصادمان .

قال ليفين: 'تخيل أن تطرق المطرقة على طبلة'. الطبل هو الزمكان ؛ المطرقة هي ظواهر فيزيائية فلكية مختلفة تخلق موجات الجاذبية. وتحدد حركة المطرقة وحجمها وشكلها كيفية رنين الأسطوانة. & hellip ؛. وهو يرن استجابة للمطرقة بأنواعها. يمكنك دفعه مثل الانفجار. يمكنك أن تدق عليه مثل ثقبين أسودين. يمكنك حفيفها مثل مجداف ، وسوف يصدرون جميعًا أصواتًا مختلفة في شكل الأسطوانة.

فكرة الموجات الثقالية كصوت أكثر ملاءمة لأن الموجات التي اكتشفها ليجو لها نفس تردد الموجات الصوتية التي يمكن سماعها بواسطة الأذن البشرية.

قال ليفين: 'بمعنى ما ، يمكنك التفكير في ليجو كآلة موسيقية'. إنه يسجل شكل الطبل الذي يرن ، وهو إعادة تشغيله من خلال مكبر للصوت . لذا فهو قريب جدًا من مفهوم الصوت. & hellip. يمكنك حقًا أن تقول إنه صوت يتردد صداه عبر وسط الزمكان ، تمامًا مثل بعض الأصوات التي تنتشر عبر الحائط أو الماء. هذه موجات تنتشر عبر الزمكان. (على الرغم من أن موجات الجاذبية ليست موجات ضغط ، كما أشارت).

ولكن تمامًا مثل الموجات الصوتية التي تنتشر في الهواء ، تفقد موجات الجاذبية طاقتها أثناء سفرها ، وتصبح أضعف وأضعف وتتطلب أداة حساسة بشكل متزايد لاكتشافها. أدرك وايس في أواخر سبعينيات القرن الماضي أن الجهاز الحساس بدرجة كافية لاكتشاف هذه الإشارات الكونية يجب أن يكون كبيرًا جدًا ومكلفًا إلى حد ما ، وسيحتاج إلى العثور على وكالة ترغب في دعم الجهاز على مدار ما قد يكون عقدًا أو أكثر من اعمال بناء.

ثمرة جهود فايس هي LIGO. تتكون التجربة في الواقع من صكين منفصلتين ، واحدة تقع في هانفورد ، واشنطن ، والأخرى في ليفينغستون ، لويزيانا. يوجد في كل منشأة أداة بها ذراعان بطول 2.48 ميل (4 كيلومترات) مرتبة بزوايا قائمة مع بعضها البعض على شكل حرف 'L'. إذا مرت موجة الجاذبية ، يمكن أن تمتد بطول ذراع مقارنة بالذراع الأخرى ، وهذا ما يقيسه العلماء. لكن درجة التغيير بين الطولين أقل من عرض بروتون واحد. إذا كانت الأذرع أكبر من النظام الشمسي بأكمله ، فسيظل التغيير أقل من عرض شعرة الإنسان. يجب أن تكون أدوات LIGO كبيرة كما هي من أجل التقاط مثل هذه التشوهات الصغيرة. [البحث عن موجات الجاذبية: مشروع مقياس التداخل الليزري LIGO بالصور]

العلماء حتى النهاية

بدأ LIGO عملياته في عام 2002 ، وجمع البيانات خلال عام 2007. وبينما كانت الآلة تعمل كما هو مخطط لها خلال تلك الفترة الزمنية ، لم تسمع أي موجات ثقالية. قال ليفين إن العديد من العلماء شككوا فيما إذا كانت الآلة ستكون حساسة بما يكفي للعثور على الكأس التي تسعى إليها. في عام 2008 ، تم إغلاق LIGO وبدأ البناء على نسخة مطورة وأكثر حساسية من الجهاز ، تسمى Advanced LIGO. ومع ذلك ، كان العلماء على استعداد للانتظار.

قال ليفين: 'أخبرني الكثير من الناس أن أترك الكتاب'. كانوا مثل ، لن يهتم أحد. لن ينجح LIGO حتى 2018 أو 2019. ''

تشير التقديرات الأكثر تشاؤمًا إلى أن ليجو لن يكتشف إشارة حتى عام 2020 على الأقل.

أثناء التشغيل التجريبي للأداة في 14 سبتمبر 2015 ، التقطت أجهزة كشف LIGO المتقدمة أخيرًا إشارة موجة الجاذبية التي تمر عبر الأرض. ليفين ليس عضوًا في تعاون LIGO ، ولم يكن مطلعًا على الاكتشاف. لكنها قالت إنه في نفس اليوم ، طُبعت نسختان من مخطوطة كتابها ، ثم أُرسلت لاحقًا في ذلك الأسبوع إلى فايس وعالم الفيزياء الفلكية كيب ثورن لمراجعتهما. كان Thorne من أوائل المؤيدين الأوائل لـ LIGO وأحد أبطالها طوال محنة الحصول على تمويل وبناء المنشأة.

قابلت فايس شخصيًا ، وراجعوا المخطوطة صفحة تلو الأخرى ، وراجعوا كل تاريخ وكل مطالبة. يتطرق الكتاب إلى بعض التفاعلات الشخصية التي أجراها فايس مع علماء آخرين ، ولم تكن جميعها ممتعة. في بعض الأحيان ، اختلف فايس وثورن حول من قال ماذا ومتى. قالت إنها كانت عملية شاملة ، لكنها ليست عملية مزعجة بالنسبة لفين.

أنا معجب جدًا لأن أيا منهما لم يقل ، 'أنا لا أحب هذا. قالت. ربما قالوا ، 'دعني أقدم لك وجهة نظر معاكسة لما قاله فلان.' لقد تصرفوا حقًا مثل العلماء حتى النهاية. لم يكن هناك ، 'هذا إهانة لي. لا يسمح لك بقول ذلك. ''

في مرحلة ما ، أخبر فايس ليفين أنه على الرغم من أن بعض التفاصيل هي سجلات عامة من الناحية الفنية ، 'لا يجب أن تكون في كتابك'. ضحكت ، وأضافت هذا الاقتباس إلى المخطوطة.

تصل إشارة في الوقت المناسب

مع اكتمال المراجعة ، كان كتاب ليفين جاهزًا تقريبًا للطباعة ، لكن القصة انتهت على شماعة جرف - هل سينجح LIGO؟ سألت فايس ليفين عما ستفعله إذا كان هناك اكتشاف - هل ستعيد كتابة القصة وتغير النهاية تمامًا؟ سيحول نسختها الفيزيائية الفلكية من 'فيتزكارالدو' إلى قصة تركز على النجاح بدلاً من النضال.

'مستحيل!' هي أخبرته. لم أستطع أن أخدع نفسي في كتابته بهذه الطريقة إذا كنت أعرف بالفعل أنك نجحت وقمت بالكشف.

لكن ليفين أخبرت فايس أنه إذا أو عندما قام LIGO بالكشف ، فإنها ستضيف خاتمة.

في ديسمبر 2015 ، تلقى ليفين ملاحظة من David Reitze ، المدير الحالي لـ LIGO ، بعنوان 'اتصال سري من LIGO'.

'لقد خافت!' قال ليفين. 'قلبي ينبض. أنا أقفز. بالكاد أستطيع القراءة!

أبلغتها المذكرة باكتشاف 14 سبتمبر. تم التوقيع عليه من قبل 'ديف وراي وكيب' ، الذي أضاف أننا 'نريد أن نمنحك فرصة لكتابة خاتمتك'.

لقد مر أقل من عام على الاكتشاف ، واتفق ليفين على أن تلك الأيام من الشك الشديد حول ما إذا كان LIGO سوف يلتقط أي إشارة تبدو بعيدة. ومع ذلك ، قالت إن أفراد الجمهور يعتقدون أحيانًا عن طريق الخطأ أن العلماء 'قاموا للتو بتشغيل الجهاز وحصلوا على إشارة في اليوم الأول'.

يجب أن أكون مثل ، لا ، انتظر لحظة يا رفاق! استغرق الأمر 50 عامًا ، ثم قاموا بتشغيله وحصلوا على اكتشاف! ' قالت.

نوع جديد من الفيزياء الفلكية

جاءت موجات الجاذبية التي اكتشفها ليجو من ثقبين أسودين يدوران حول بعضهما البعض ويتصادمان. فوجئ العلماء بكتلة هذين الثقبين الأسودين (أكبر بقليل من الشمس ، ولكن ليست ضخمة مثل الوحوش التي تعيش في مراكز المجرات). أشار الاكتشاف أيضًا إلى أن عمليات اندماج الثقوب السوداء مثل هذه قد تكون أكثر شيوعًا مما كان يعتقد العلماء سابقًا.

بصفتها عالمة فيزياء نظرية ، لدى ليفين الكثير لتتطلع إليه حيث يبدأ LIGO في جمع المزيد من البيانات ، على حد قولها. نأمل أن يتضمن ذلك العثور على المزيد من الثقوب السوداء ، بالإضافة إلى بواعث موجات الجاذبية القوية الأخرى مثل اصطدام النجوم النيوترونية (جثث النجوم المنهارة التي ليست كثيفة بما يكفي لتصبح ثقوبًا سوداء ، لكنها لا تزال ضخمة بشكل لا يصدق) ، كما قالت.

قال ليفين: 'لقد أُعطي فجأة حماسًا جديدًا لهذا المجال من الفيزياء الفلكية للثقب الأسود ، لأننا اكتشفنا أول ثقوب سوداء لدينا بمعنى ما'. تعتمد الاكتشافات السابقة للثقوب السوداء في الواقع على اكتشاف المواد حول الثقوب السوداء (لأن الأجسام نفسها لا تشع الضوء).

بالنظر إلى ما هو أبعد من هذا الاكتشاف ، قالت ليفين إنها متحمسة لإمكانية أن تكشف موجات الجاذبية عن ظاهرة غير معروفة حتى الآن في الكون - وهو أمر لا يمكن اكتشافه إلا من خلال موجات الجاذبية. بعد كل شيء ، يتكون معظم الكون من مادة مظلمة وطاقة مظلمة ، وكلاهما لا يشع الضوء. قال ليفين: ربما تكون موجات الجاذبية هي المفتاح للوصول إلى المزيد من هذا القطاع المظلم من الكون.

بدأت أرباح LIGO في الظهور للتو ، لكن ليفين قالت إنها تتمسك بإيمانها بأن قصة LIGO مهمة ليس بسبب نجاحها ولكن لأنها توضح الحاجة إلى المخاطرة في العلوم.

أتحدث [في الكتاب] عن كيف أن الأشخاص الذين لم يخشوا أن يكونوا مخطئين فعلوا أشياء أكثر جرأة من الأشخاص الذين كانوا يخشون أن يكونوا مخطئين. لكن بعض الناس الذين لم يكونوا خائفين من أن يكونوا مخطئين ، قالت. 'هذه مجازفة. ليس هناك ما يضمن النجاح إذا كنت ستخاطر. لهذا السبب يطلق عليه مخاطرة. لذلك هناك بعض الأشخاص في القصة الذين فشلوا. وبعض الناس في القصة ينجحون. لكن كلاهما يشترك في الشجاعة. لكني أعتقد أنني أقول بوضوح أننا إذا لم نتحمل المخاطر ، لكانت هذه التجربة قائمة على أسس كاملة. هذا لم يكن ليحدث ابدا. لن نتحدث عنه. وهذه تضحية كبيرة جدًا.

اتبع كالا كوفيلد تضمين التغريدة . تابعنا تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك و + Google . المقالة الأصلية بتاريخ موقع guesswhozoo.com .