کیپ تورن فیزیکدان درباره امواج گرانشی بحث می کند ، علمی که پشت 'بین ستاره ای' است

کیپ تورن ، فیزیکدان نظری اخترفیزیک در حال همکاری با جسیکا چستین در صحنه فیلم Interstellar(اعتبار: Kip Thorne از طریق مجله Wired)

از یک قرن پیش که آلبرت انیشتین اولین نظریه نسبی پیشگامانه خود را منتشر کرد ، برترین عقاید جهان در صدد کشف این بوده اند که آیا پیش بینی های ناشی از نظریه وی صحت دارد یا خیر. کیپ تورن ، یکی از این ذهنیت ها ، کار خود را صرف تحقیق در مورد ادعای انیشتین مبنی بر وجود امواج گرانشی کرده است و به عنوان متخصص برجسته جهان در این زمینه شناخته می شود. تورن اکنون در قله یکی از شگفت انگیزترین پیشرفتهای علمی در تاریخ بشر مدرن قرار دارد: تشخیص این امواج .

به عنوان استاد فیزیک نظری در انستیتوی فناوری کالیفرنیا ، تورن کتابها و مقالات زیادی را در مورد نظریه گرانش منتشر کرد. در سال 1984 ، تورن با تأسیس پروژه LIGO (رصدخانه موج گرانشی تداخل سنج لیزری) که از لیزر برای اندازه گیری اعوجاجات کوچک در بافت فضا-زمان استفاده می کند - اعوجاجی که می تواند در اثر امواج گرانشی ایجاد شود.

در سال 1994 ، او برنده جایزه را نوشت Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy ، کتابی که مخاطبان جریان اصلی را به حوزه مطالعاتی پیچیده وی متصل می کند. یک دهه بعد ، تورن مشاور علمی در این زمینه شد در میان ستارگان و ریاضیات مورد نیاز برای تهیه دقیق تصاویر عالی فیلم را ارائه داد. او همچنین منتشر کرد علم بین ستاره ای با کریستوفر نولان به جلو.

در تاریخ 14 سپتامبر 2015 ، دانشمندان مشغول کار در دو سایت آشکارساز LIGO در لیوینگستون ، لوئیزیانا و هانفورد ، واشنگتن پس از آنکه اطلاعات اولیه نشانگر کشف یک رویداد خشن کیهانی بود که مدتها پیش رخ داده بود ، به پنهان کاری سوگند یاد کردند. پس از ماه ها بررسی و بررسی مجدد داده ها ، و با انتشار اخباری برای عموم ، محققان آزمایشگاه های LIGO با استفاده از CalTech و MIT از تشخیص خارق العاده امواج گرانشی خبر دادند. امواج به عنوان دریچه ای جدید به جهان ، ادغام دو سیاهچاله را تقریباً 1.3 میلیارد سال پیش نشان داده اند.

ناظر قبل از او با کیپ تورن نشست همکاری چندرسانه ای با استاد VFX پل فرانکلین و آهنگساز برنده اسکار هانس زیمر در مورد طرف تاب خورده جهان ، برای بحث در مورد انیشتین ، امواج گرانشی و کارهای او در مورد در میان ستارگان .

نظریه نسبیت عام انیشتین چیست؟

این یک چارچوب برای تمام قوانین فیزیک است به جز قوانین کوانتومی. مردم معمولاً خوب می گویند ، این تئوری گرانش او است اما فراتر از این است. وی این نظریه را برای توضیح گرانش ساخت اما در حقیقت این تئوری کارهای بسیار بیشتری از آن انجام می دهد. این به شما می گوید که چگونه سایر قوانین طبیعت در فضا و زمان قرار می گیرند.

این دقیق ترین روشی است که ما برای توصیف طبیعت در آنچه کلاسیک می نامیم ، همه چیز است ، به جز وقتی که به خیلی کوچک برسید - چیزهایی مانند اتم ها و مولکول ها.

چگونه تئوری انیشتین به آن متصل می شود امواج گرانشی ؟

انیشتین نظریه عمومی نسبیت خود را با تلاشی بسیار شدید که از سال 1905 تا 1915 به طول انجامید ، فرموله کرد و وی این نظریه را در نوامبر 1915 - یعنی کمی بیشتر از صد سال پیش - تکمیل کرد. وی سپس برای پیش بینی از تئوری یا این قوانینی که ایجاد کرده استفاده کرد. یکی از مهمترین پیش بینی ها و آخرین پیش بینی های مهمی که وی انجام داد ، وجود امواج گرانشی بود. او پیش بینی کرد که در ژوئن 1916 بنابراین ما اکنون فقط دو ماه از صدمین سال پیش بینی موج گرانشی صحبت می کنیم.

او به پیش بینی ها نگاه کرد ، به فناوری روز نگاه کرد و به مواردی که ممکن است امواج گرانشی در جهان تولید کنند ، نگاه کرد و نتیجه گرفت که ناامیدکننده است که هرگز آنها را ببینیم. ما هرگز از فن آوری کافی دقیق برخوردار نیستیم.

او اشتباه می کرد. اولین بار آنها را در سپتامبر گذشته دیدیم.

در جدول زمانی از پیش بینی های انیشتین تا کشف اخیر امواج گرانشی ، چه نقطه عطفی منجر به دستیابی به موفقیت شد؟

خوب چند نقطه عطف وجود دارد. دو نقطه عطف مهم دو شخص خاص بودند. جوزف وبر ، در حدود سال 1960 ، رویکردی را طراحی كرد كه به نظر می رسید امكان دیدن امواج گرانشی را دارد و تلاش برای یافتن آنها را آغاز كرد. او اولین کسی بود که اظهارات اینشتین را زیر سوال برد که ما برای انجام این کار فناوری نداریم. وبر امواج گرانشی را ندید. او فکر کرد مدتی این کار را انجام داده اما در واقع آنها را ندیده است. امواج ضعیف تر از آن چیزی است که او امیدوار بود اما او سر و کله اشخاصی را شکست که فکر می کردند شما فقط نمی توانید این کار را انجام دهید و به دیگران الهام بخشید. از جمله من.

دومین نقطه عطف اختراعی بود که توسط ری ویس در MIT اما بذرهای این ایده قبلاً از میخائیل گرتسنشتاین و ولادیسلاو پوستوویت در مسکو ، روسیه به دست آمد. ری ویس این تکنیک را ابداع کرد که اکنون از آن استفاده می کنیم و با تکنیک وبر متفاوت بود. ما آن را تشخیص موج گرانشی تداخل سنج می نامیم و بر اساس امواج گرانشی است که آینه ها را به عقب و جلو هل می دهند. شما بیشتر آینه ها را با پرتوهای لیزر اندازه گیری می کنید.

ویس این را اختراع کرد و سپس تمام منابع اصلی سر و صدا را که باید با آنها روبرو شوید تجزیه و تحلیل کرد و نحوه برخورد با آنها را شرح داد. در سال 1972 ، او طرحی برای راه پیش رو با این نوع طراحی ارائه داد. این یک طرح اولیه بود که از طرق مختلف تغییر یافت اما نه خیلی زیاد. این واقعاً طرحی بود که برای دهه ها به عنوان راهنمای راهی برای انجام این آزمایش ، آزمایش می کرد. این بزرگترین نقطه عطف بود.

این بسیار جالب است زیرا ری یک فرد متواضع است و فکر می کرد که تا زمانی که امواج گرانشی را کشف نکند نباید این مقاله را در ادبیات عادی منتشر کند. بنابراین او این مقاله را نوشت که به نظر من قدرتمندترین مقاله فنی است که من تاکنون خوانده ام. او آن را نوشت و در یک مجموعه گزارش داخلی MIT منتشر کرد. به راحتی در دسترس افرادی مانند من بود که به موضوع علاقه مند بودند. شما مجبور بودید به جستجوی آن بپردازید زیرا در ادبیات عادی در دسترس نبود.

اکنون که امواج گرانشی شناسایی شده است ، برای این میدان چه بعدی وجود دارد؟

خوب این واقعاً تازه آغاز است. وقتی گالیله برای اولین بار تلسکوپ نوری خود را در آسمان ها آموزش داد و نجوم نوری مدرن را باز کرد ، این اولین پنجره الکترومغناطیسی جهان بود: نور. ما از عبارت 'پنجره' به معنای فناوری های خاصی استفاده می کنیم که برای جستجوی تابش با یک منطقه طول موج خاص استفاده می کنیم. در دهه 1940 ، نجوم رادیویی متولد شد - به جای نور با امواج رادیویی. در دهه 1960 ، نجوم اشعه ایکس متولد شد. در دهه 1970 ، نجوم با اشعه گاما متولد شد. نجوم مادون قرمز نیز در دهه 1960 متولد شد.

به زودی همه این پنجره های مختلف را داشتیم که همه آنها با امواج الکترومغناطیسی اما با طول موج های مختلف به نظر می رسیدند. جهان از طریق یک تلسکوپ رادیویی و یک تلسکوپ اشعه ایکس بسیار متفاوت از آنچه در نور است ، به نظر می رسد. همین اتفاق در نجوم موج گرانشی در حال رخ دادن است.

آیا از امواج گرانشی برای کاوش در جهان استفاده می شود؟

این همان کاری است که ما اکنون انجام می دهیم. ما اکنون این کار را در LIGO انجام می دهیم. ما از کشف دو سیاهچاله برخورد کرده ایم. موارد بیشتری وجود خواهد داشت و انواع مختلفی از این پدیده را خواهیم دید اما فقط آنها را با امواج گرانشی می بینیم که دارای یک دوره نوسان خاص هستند. یک دوره چند میلی ثانیه ای. طی 20 سال آینده شاهد امواج گرانشی خواهیم بود که دارای چند ساعت ساعت هستند.

از آزمایشگاه LIGO در لیوینگستون ، لوئیزیانا (سمت چپ) برای تشخیص امواج گرانشی ساطع شده از برخورد دو سیاهچاله استفاده شد (تصویر سمت راست).اعتبارات: LIGO

با ردیاب های مشابه LIGO که در فضا پرواز می کنند ، احتمالاً طی 5 سال آینده شاهد امواج گرانشی خواهیم بود که با استفاده از تکنیکی از نجوم رادیویی که شامل ردیابی آنچه ما Pulsars می نامیم ، می شوند ، سالها طول می کشد.

احتمالاً طی 5 سال آینده - مطمئناً طی 10 سال آینده ، امواج گرانشی را می بینیم که دوره های آنها تقریباً به اندازه سن جهان است. از طریق الگوهایی که آنها در آسمان ایجاد می کنند و ما آنها را زمینه مایکروویو کیهانی می نامیم.

طی 20 سال آینده چهار پنجره موج گرانشی مختلف خواهیم داشت و هر یک از آنها چیز متفاوتی را مشاهده خواهند کرد. ما با این کار تولد جهان را بررسی خواهیم کرد. به اصطلاح 'دوران تورمی' جهان است. ما در حال تولد نیروهای اساسی و چگونگی بوجود آمدن آنها هستیم. ما شاهد تولد آنها در اولین لحظه های جهان با استفاده از امواج گرانشی خواهیم بود. ما شاهد برخورد سیاهچاله ها خواهیم بود که اکنون در حال انجام آن هستیم اما سیاهچاله های عظیم با یکدیگر برخورد می کنند. ما خواهیم دید که ستاره ها توسط سیاه چاله ها از هم جدا شده اند.

ما فقط یک طیف خارق العاده از چیزهایی را خواهیم دید که قبلاً هرگز ندیده ایم و این قرنها ادامه خواهد داشت همانطور که نجوم نوری قرنها ادامه داشته است. این تازه شروع کار است.

شما با کریستوفر نولان کار کردید و پل فرانکلین برای ساختن علم و تجسم پشت در میان ستارگان. سیاه چاله در فیلم چقدر دقیق بود ، گارگانتوا؟

این دقیق ترین نمایش است که در یک فیلم هالیوود ظاهر شده است. الیور جیمز ، که از دانشمندان ارشد در است پل فرانکلین شرکت دو منفی ، با اصرار برخی از من ، روش کاملاً جدیدی را برای انجام تصویربرداری ابداع کردم. تصاویری تولید می کند که از این لحاظ صاف تر و دقیق ترند. این همان چیزی است که شما برای یک فیلم IMAX نیاز دارید.

ما از مجموعه تکنیک های جدیدی استفاده کردیم ، اما با استفاده از مجموعه تکنیک های قدیمی تر ، فیزیکدان فیزیک اقدام به ساخت تصاویری مانند تصویر گارگنتوا به سال 1980 کرده است. این اولین بار توسط ژان پیر لومینت در فرانسه انجام شد. تصاویری از سیاهچاله هایی که به گارگنتوآ شباهت دارند وجود دارد اما کمتر می توانید آنها را در ادبیات اخترفیزیک مشاهده کنید. این چیزی نیست که منجمان در واقع با تلسکوپ های خود مشاهده می کنند.

گارگانتوا ، سیاهچاله خیالی که در فیلم Interstellar به تصویر کشیده شده است.(اعتبار: برادران وارنر)

این نسخه با بالاترین وضوح ، جذاب ترین نسخه و جذاب ترین نسخه است. اما پیش از این توسط اخترفیزیکدانان تصویرهای دقیقی انجام شده بود.

در این فیلم ، پروفسور برند توضیح می دهد تا زمانی که کوپر از سفر بین ستاره ای خود باز می گشت ، مشکل گرانش را حل می کرد. این چه مشکلی بود؟

در این فیلم ، زمین از نظر بیولوژیکی در حال مرگ است و فقط چند میلیون نفر باقی مانده است. تلاش پروفسور برند و افرادی که با او کار می کنند این است که بفهمند آیا می توان آن افراد باقی مانده را در مستعمرات فضایی از زمین خارج کرد یا خیر. آنها قدرت موشک برای انجام این کار را نداشتند. آنها قدرت ساختن مستعمرات فضایی بر روی زمین را داشتند اما قدرت موشک برای بلند کردن آنها را نداشتند.

در فیلم ، ناهنجاری های گرانشی وجود دارد که کاملاً ناگهانی اتفاق افتاده است و این عجیب و غریب درباره گرانش که شروع به رخ دادن کرده است ، به پروفسور برند پیشنهاد داده است که امکان کنترل جاذبه یا تغییر رفتار آن وجود دارد.

کاری که او می خواست انجام دهد این بود که نیروی جاذبه زمین را به اندازه کافی کاهش دهد تا بتواند از قدرت موشک کوچک برای بلند کردن ما استفاده کند. موضوع سپس یادگیری نحوه استفاده از این ناهنجاری ها بود. نمونه ای از ناهنجاری را در اتاق خواب مورف مشاهده می کنید - الگوی ریزش گرد و غبار. آیا می توانید این ناهنجاری ها را مهار کنید و در واقع گرانش زمین را کاهش دهید؟

فاصله بشریت تا سفر بین ستاره ای چقدر است؟

فکر می کنم احتمالاً این کار را خواهیم کرد اما در کمتر از سه قرن انجام خواهیم داد. این بسیار دشوار است.

ایده هایی برای چگونگی انجام این کار وجود دارد ، به طور کلی شامل قرار دادن افراد در کلنی های فضایی است که برای چندین نسل ادامه دارد. ایده های پیشرانه ای که مردم داشته اند وجود دارد که باعث می شود من فکر کنم در سه چهار قرن توسط انسان محقق خواهد شد.

مصاحبه ما را با هنرمند جلوه های تصویری برنده اسکار در پشت بخوانید در میان ستارگان ، پاول فرانکلین.

رابین سیمانگال بر ناسا و حمایت از اکتشافات فضایی تمرکز دارد. وی در بروکلین متولد و بزرگ شد و در حال حاضر در آنجا اقامت دارد. پیداش کن اینستاگرام برای محتوای بیشتر مربوط به فضا:not_gatsby.