Acum un miliard de ani (bine, dă sau ia) într-o galaxie departe, departe, două găuri negre au efectuat un balet cosmic pas de deux. S-au încercuit reciproc, apropiindu-se treptat sub influența gravitației reciproce, până când s-au ciocnit și s-au contopit. Ca urmare a unei astfel de coliziuni, a avut loc o eliberare colosală de energie, echivalentă cu de trei ori masa soarelui nostru. Convergența, coliziunea și îmbinarea a două găuri negre au aruncat continuumul spațiu-timp înconjurător în dezordine și au trimis puternice unde gravitaționale în toate direcțiile cu viteza luminii.
Până când aceste valuri au ajuns pe Pământul nostru (și a fost în dimineața zilei de 14 septembrie 2015), vuietul odată puternic de proporții cosmice s-a transformat într-un scâncet subtil. Cu toate acestea, două mașini uriașe lungi de câțiva kilometri (detectoare ale Observatorului Interferometric Laser al Undelor Gravitaționale PIOGV), situate în statele Louisiana și Washington, au înregistrat urme ușor de recunoscut ale acestor unde. Marți, trei lideri de lungă durată ai proiectului PIOGV - Rainer Weiss, Barry Barish și Kip Thorne - au primit Premiul Nobel pentru fizică pentru această realizare.
Această descoperire se prepară de mult timp, atât la scara timpului uman, cât și la ceasul astronomic. Dr. Weiss, Dr. Thorn și Dr. Barish și colegii săi au lucrat la proiectul lor de câteva decenii. Mii de oameni care lucrează pe cinci continente au fost implicați în descoperirea din 2015. Acest proiect exemplifică o viziune strategică asupra viitorului a oamenilor de știință și a factorilor de decizie politică, care este aproape la fel de departe de noi ca aceste găuri negre care se ciocnesc.
La sfârșitul anilor 1960, Dr. Weiss a predat un curs de fizică pentru seniori la Massachusetts Institute of Technology. Cu câțiva ani mai devreme, fizicianul Joseph Weber făcuse anunțul că a detectat unde gravitaționale folosind un instrument cu antene cu cilindru de aluminiu. Cu toate acestea, Weber nu a reușit să-i convingă pe sceptici. Dr. Weiss le-a dat elevilor săi o temă pentru a găsi o altă modalitate de a detecta valurile. (Studenți, luați o notă: uneori temele sunt un anunț al premiului Nobel.) Dar dacă încercați să detectați undele gravitaționale studiind cu atenție cele mai mici modificări ale interferenței fasciculelor laser care se deplasează de-a lungul diferitelor căi și apoi se reconectează în detector?
În teorie, undele gravitaționale ar trebui să se întindă și să se contracte în spațiu, deplasându-se prin el. Dr. Weiss a presupus că o astfel de perturbare ar schimba lungimea traiectoriei unuia dintre fasciculele laser, datorită căreia cele două fascicule nu vor mai fi sincronizate până când vor ajunge la detector și, din diferența de desincronizare, va fi posibil să se determine modelele de interferență.
Ideea era îndrăzneață și revoluționară. Și asta e puțin. Pentru a capta unde gravitaționale de amplitudine așteptată folosind tehnica de interferență, fizicienii au trebuit să detecteze o diferență de distanță care era o parte dintr-o mie de miliarde de miliarde. Este ca și cum ai măsura distanța dintre Pământ și Soare pe scara unui singur atom, în timp ce monitorizezi toate celelalte surse de vibrații și erori care pot suprima un semnal atât de slab.
În mod surprinzător, dr. Thorne, care a devenit unul dintre laureații Nobel anul acesta, a pus problema în manualul său din 1973. El i-a condus pe studenți la concluzia că interferometria ca metodă de detectare a undelor gravitaționale nu era bună. (Bine, domnilor, studenți, uneori nu trebuie să vă faceți temele.) Dar cu un studiu mai aprofundat al acestei probleme, Dr. Thorne a devenit unul dintre cei mai puternici susținători ai metodei interferometrice.
Convingerea doctorului Thorne a fost mai ușoară decât obținerea de finanțare și implicarea studenților. National Science Foundation în 1972 a respins prima propunere a Dr. Weiss. În 1974 a făcut o nouă propunere și a primit finanțare pentru studiul de proiectare. În 1978, dr. Weiss a remarcat în cererea sa de finanțare: „Treptat, am ajuns la realizarea că acest tip de cercetare este cel mai bine realizat de oameni de știință necontestabili și, probabil, stupizi, precum și de tineri studenți absolvenți cu tendințe aventuroase.
Video promotional:
Domeniul de aplicare al proiectului s-a extins treptat. Brațele uriașe ale interferometrului trebuiau acum să se extindă pe câțiva kilometri, nu pe metri, și să fie echipate cu cele mai moderne optică și electronică. În același timp, bugetul și echipa de cercetare au crescut. Implementarea acestui proiect complex a necesitat acum nu numai o cunoaștere profundă a fizicii, ci și abilități politice. La un moment dat, încercările de a construi unul dintre acești mari detectori în Maine au eșuat din cauza rivalității politice și a ofertelor din spatele scenei ale aparatelor congresiste. Acest lucru i-a învățat pe oamenii de știință că există mai multe interferențe decât razele laser.
În mod surprinzător, Fundația Națională pentru Științe a aprobat finanțarea pentru PIOGV în 1992. A fost cel mai scump proiect al fundației, așa cum rămâne până în prezent. Momentul a fost corect: după prăbușirea Uniunii Sovietice la sfârșitul anului 1991, fizicienii au realizat instantaneu că argumentele Războiului Rece în favoarea cercetării științifice în Congres nu mai erau valabile.
În această perioadă, tactica bugetară din Statele Unite a intrat într-o nouă fază. Acum, la planificarea proiectelor pe termen lung, a fost necesar să se ia în considerare amenințările frecvente de suspendare a activităților organelor de stat (uneori acestea au fost realizate). Acest lucru a complicat situația bugetară, concentrându-se acum pe proiectele pe termen scurt care promiteau rezultate rapide. Dacă un proiect precum PIOGV ar fi propus astăzi, este greu de imaginat că ar primi aprobare.
Cu toate acestea, PIOGV demonstrează anumite avantaje ale unei abordări pe termen lung. Acest proiect exemplifică relația strânsă dintre știință și educație care depășește cu mult temele. Mulți studenți și postuniversitari din echipa PIOGV au devenit coautori ai unui articol istoric despre valurile detectate. Din 1992, aproape 600 de disertații au fost scrise în cadrul acestui proiect numai în Statele Unite, care au fost pregătite de oameni de știință din 100 de universități și 37 de state. Cercetarea științifică a depășit cu mult fizica și acum cuprinde domenii precum ingineria și dezvoltarea de software.
PIOGV arată ce putem realiza dacă privim dincolo de orizont și nu ne lăsăm agățați de bugetele și rapoartele anuale. Construind mașini extrem de sensibile și educând tineri oameni de știință și ingineri inteligenți și dedicați, putem testa înțelegerea noastră fundamentală a naturii cu o precizie fără precedent. Astfel de eforturi duc adesea la îmbunătățiri ale tehnologiilor utilizate în viața de zi cu zi: sistemul de navigație GPS a fost creat ca parte a muncii pentru a testa teoria generală a relativității a lui Einstein. Este adevărat, astfel de descoperiri neașteptate sunt greu de prezis. Dar cu răbdare, perseverență și noroc, putem privi în adâncurile cele mai interioare ale universului.
David Kaiser este profesor și lector în fizică și istoria științei la Massachusetts Institute of Technology. Împreună cu W. Patrick McCray, a editat Groovy Science: Knowledge, Innovation, and the American Counterculture.
