Rimpelingen in de ruimte: Amerikaans trio wint natuurkunde Nobel voor ontdekking van zwaartekrachtsgolven

In deze tijdopname van een van de interferometerarmen van LIGO in Livingston, Louisiana, symboliseren de rode lichten zwaartekrachtsgolven.

Joe McNally

Rimpelingen in de ruimte: Amerikaans trio wint natuurkunde Nobel voor ontdekking van zwaartekrachtsgolven

Van Adrian ChoOct. 3, 2017, 05.55 uur

Twee jaar geleden ontdekten natuurkundigen voor het eerst de minuscule rimpelingen in de ruimte zelf toen twee zwarte gaten in elkaar wervelden. De waarneming van dergelijke zwaartekrachtsgolven voldeed aan een eeuwenoude voorspelling van Albert Einstein en opende een geheel nieuwe manier om de hemel te verkennen. Vandaag ontvingen drie leiders van het enorme experiment dat de ontdekking deed de Nobelprijs voor de natuurkunde.

Rainer Weiss, 85, van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge en Kip Thorne, 77, van het California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena bedacht plannen voor de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in 1984. Barry Barish, 81, een Caltech-deeltjesfysicus, leidde later de bouw van de twee LIGO-observatoria in Hanford, Washington en Livingston, Louisiana. Weiss ontvangt de helft van de prijs van $ 1, 1 miljoen, en Thorne en Barish de andere helft. LIGO's derde oprichter, Ronald Drever, stierf in Edinburgh op 7 maart op 85-jarige leeftijd. (Nobelprijzen worden niet postuum toegekend.)

Andere natuurkundigen beoordelen de ontdekking van zwaartekrachtgolven als een van de belangrijkste ooit in de natuurkunde. "Het is revolutionair", zegt Abraham Loeb, een theoreticus aan de Harvard University. Het is zeer zeldzaam dat we een volledig nieuw venster op het universum openen. "

Weiss zegt echter dat hij de prijs ietwat beschamend vindt. "Geld ontvangen voor iets dat in het begin een plezier was, is een beetje schandalig", zegt hij. "De beste manier waarop ik het kan bedenken, zijn dat we symbolen zijn voor de veel grotere groep mensen die [LIGO] heeft laten gebeuren." Weiss zegt dat hij het prijzengeld heeft gedoneerd aan MIT om studenten te helpen.

De hele notie van zwaartekrachtgolven is geestverruimend. In 1915 legde Albert Einstein in zijn algemene relativiteitstheorie uit dat zwaartekracht ontstaat wanneer massa en energie ruimtetijd vervormen, waardoor vrij vallende objecten gebogen trajecten volgen. Een jaar later voorspelde hij dat een ronddraaiende haltervormige opstelling van massa - zoals twee spiraalvormige zwarte gaten - rimpelingen in de ruimte zou uitstralen die razendsnel door het universum zouden ritselen.

Het detecteren van de ongelooflijk zwakke golven is een uitdaging. Elk van de L-vormige interferometers van LIGO werkt als een paar loodrechte linialen. Een passerende zwaartekrachtgolf zal in het algemeen de twee 4-kilometer lange armen in verschillende hoeveelheden strekken, en door het vergelijken van laserlicht dat heen en weer in de armen stuitert, kunnen fysici dat kleine verschil in rek detecteren. De interferometers van LIGO kunnen een lengteverschil van slechts 1 / 10.000 de breedte van een proton detecteren.

Rainer Weiss van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge.

Ken Richardson

Kip Thorne van het California Institute of Technology in Pasadena.

Caltech Alumnivereniging

Weiss, een volleerde knutselaar die ooit de universiteit verliet, was niet de eerste persoon die dacht aan het gebruik van een interferometer om zwaartekrachtsgolven te detecteren. In de jaren zestig bouwde de Amerikaanse natuurkundige Robert Forward een kleine interferometer voor de taak. Weiss analyseerde het probleem echter veel grondiger en erkende de noodzaak van kilometerslange interferometers. Hij identificeerde ook de belangrijkste bronnen van vreemd geluid en legde uit hoe hiermee om te gaan in een niet-gepubliceerd rapport in 1972 dat de basis werd voor LIGO.

Nadat hij zijn aanvankelijke scepsis had overwonnen, verdedigde Thorne het project en drong hij bij Caltech aan om zwaartekrachtgolfonderzoek voort te zetten door Drever in 1979 aan te nemen. Thorne vormde ook de wetenschappelijke doelen van LIGO, zegt Saul Teukolsky, een theoreticus aan de Cornell University. Veel fysici bijvoorbeeld dachten al vroeg dat de meest waarschijnlijke bronnen van zwaartekrachtgolven supernova-explosies zouden zijn. Thorne besefte dat paren van spiraalvormige neutronensterren of zwarte gaten krachtigere bronnen zouden zijn en moedigde onderzoekers aan LIGO aan te passen om ze te spotten, zegt Teukolsky. Thorne drong ook bij natuurkundigen aan om een ​​uitgebreide catalogus van numerieke simulaties samen te stellen om hen te helpen potentiële signalen in hun gegevens te herkennen.

Barry Barish van het California Institute of Technology in Pasadena.

Caltech

Als Weiss en Thorne LIGO bedachten, maakte Barish het een realiteit. Hij nam het leiderschap van het project over in 1994, toen het vastliep en de National Science Foundation overwoog het te annuleren. Barish breidde de LIGO-samenwerking uit, bracht een belangrijke ontwerpwijziging door en zag het project door de bouw gaan voordat hij in 2005 aftrad. LIGO zou niet zijn gebeurd zonder zijn leiderschap, zegt Stanley Whitcomb, een fysicus bij Caltech en een origineel lid van LIGO. Het was iets dat Rai [ner] en Kip niet konden doen

Barish zegt ook dat hij niet zeker weet wat hij van de prijs moet denken. Ik heb ietwat ambivalente gevoelens over de erkenning van individuen toen zoveel van dit een teaminspanning was, zegt hij.

Als hij had geleefd, zou Drever de prijs hebben gedeeld, denken veel natuurkundigen, hoewel zijn moeilijke persoonlijkheid hem in 1990 uit LIGO heeft laten drummen. Drever heeft verschillende belangrijke elementen van het LIGO-ontwerp uitgevonden, zegt Whitcomb, maar hij was niet zo zelf- wegvliegend als Weiss en Thorne. Het zal wreed zijn voor Kip en Rai [ner] omdat ze de rest van hun leven met deze [aandacht] moeten leven, zegt Whitcomb. En het is wreed voor Ron omdat hij ervan zou hebben genoten

LIGO lijkt zijn belofte waar te maken. De eerste ontdekking onthulde de fusie van zwarte gaten ter grootte van een ster die massiever waren dan theoretici voor mogelijk hadden gehouden. Vorige maand kondigden onderzoekers de ontdekking aan van een vierde black-hole fusie die niet alleen was opgemerkt door de LIGO-detectoren, maar ook door de première-detector van Europa met waardoor wetenschappers de locatie van de fusie aan de hemel beter konden bepalen. En er gaan geruchten dat LIGO de fusie van twee neutronensterren heeft opgemerkt in een gewelddadige explosie die ook werd gezien door conventionele telescopen. Een dergelijke multimessenger astronomie kan een ongekend inzicht bieden in tal van astrofysische fenomenen.

Het enige dat LIGO nog moet leveren, is een verrassing, merkt Weiss op. We hebben niets gevonden dat we helemaal niet kunnen verklaren, zegt hij. Ik hoop dat dat zal gebeuren

Gerelateerde gravitatiegolfverhalen

  • Zwaartekrachtsgolven, Einstein's rimpelingen in ruimtetijd, voor het eerst gespot

  • Rainer Weiss

    Maak kennis met de schooluitval die de zwaartekrachtgolfdetector heeft uitgevonden

  • Barry Barish staande bij een lessenaar voor publiek

    Zal de Nobelprijs de bouwer van gravitatiegolfdetectoren over het hoofd zien?

  • Luchtfoto van Maagd

    Trio detectoren wonen op zwarte gatbronnen van zwaartekrachtsgolven