"Black Hole Blues" (2016): Bokutdrag

Janna Levin är en teoretisk fysiker och professor i fysik och astronomi vid Barnard College och Columbia University i New York. Hon är också författare till tre böcker, den senaste är "Black Hole Blues and Other Songs from outer space." Boken spårar den turbulenta 50-åriga historien av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), som gjorde historia i år när det gjorde den första någonsin direkt detektering av gravitationsvågor. Följande utdrag är det första kapitlet från Levins bok och lägger ut berättelsen hon hantverk på de återstående sidorna. Var noga med att kolla in den här artikeln baserat på vår intervju med Levin. Boken är för närvarande tillgänglig i inbunden.

Kapitel 1: När svarta hål kolliderar

Någonstans i universum kolliderar två svarta hål - lika tunga som stjärnor, så små som städer, bokstavligen svart (fullständig frånvaro av ljus) hål (tomma hål). Bundet av gravitation, i sina sista sekunder tillsammans, svarta hålen genom tusentals omgångar om deras slutliga kontaktpunkt, uppkörning av utrymme och tid tills de kraschar och slår samman i ett större svart hål, en händelse som är kraftfullare än någon annan sedan ursprunget till universum, som överstiger mer än en biljon gånger kraften i en miljard sönder. De svarta hålen kolliderar i fullständigt mörker. Ingen av energin som exploderar från kollisionen kommer ut som ljus. Inget teleskop kommer någonsin att se händelsen.

Den överflöd av energi härstammar från de sammanhängande hålen i en rent gravitationsform, som vågor i form av rymdtid, som gravitationella vågor. En astronaut som flyter i närheten skulle inte se någonting. Men det utrymme hon ockuperade skulle ringa, deformera henne, klämma sedan sträcka sig. Om det är nära nog kan hennes hörselmekanism vibrera som svar. Hon skulle höra vågan. I tomt mörker kunde hon höra spacetime ring. (Barring död med svart hål.) Gravitationsvågor är som ljud utan materialmaterial. När svarta hål kolliderar, gör de ett ljud.

Ingen människa har någonsin hört ljudet av en gravitationsvåg. Inget instrument har obestridligt spelat in en. Att resa från påverkan så fort som ljuset mot jorden kunde ta ett miljarder år, och när gravitationsvågen kommer från den svarta hålkollisionen till denna planet, är kraschdynan märkbart svag. Färre än det. Tystare än vad som kan beskrivas med konventionella superlativ. När gravitationsvågen kommer hit, kommer ringen av rymden att innebära relativa förändringar i avstånd bredden av en atomkärna över en sträcka som kan jämföras med spänningen av tre jordar.

En kampanj för att registrera himlen började för ett halvt sekel sedan. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) är hittills det dyraste företaget någonsin finansierat av National Science Foundation (NSF), en oberoende federal byrå som stöder grundläggande vetenskaplig forskning. Det finns två LIGO observatorier, en i Hanford, Wash-ington och den andra i Livingston, Louisiana. Varje maskin ramar 4 kvadratkilometer. Med integrerade kostnader som överstiger en miljard dollar och ett internationellt samarbete mellan hundratals forskare och ingenjörer, är LIGO kulminationen av hela karriären och decennier av teknisk innovation.

Maskinerna togs offline de senaste åren för en uppgradering till sina avancerade detekteringsmöjligheter. Allt var ersatt, men ingenting - det vakuum-en av experi-mentalisterna berättade för mig. Under tiden är beräkningar och kompileringar pågår i grupper över hela världen för att utnyttja förutsägelser av universum vid dess mest lydande. Teoretiker tar de interna åren att utforma datalgoritmer, för att bygga databanker, för att utforma metoder för att få ut det mesta av instrumenten. Många forskare har investerat sina liv i det experimentella målet att mäta "en förändring i avstånd som kan jämföras med mindre än ett mänskligt hår i förhållande till 100 miljarder gånger världens omständighet."

I de förhoppningsvis rikliga åren som följer en första upptäckt, är strävan att jordbaserade observatörer ska spela in ljudet av katastrofiska astronomiska händelser från många riktningar och från olika avstånd. Döda stjärnor kolliderar och gamla stjärnor exploderar och big bang hände. Alla typer av högeffekter kan orsaka ringtid. Under observatoriernas livstid kommer forskare att rekonstruera ett klangfullt otvivelaktigt poäng för att följa med den tysta filmen mänskligheten har sammanställt universums historia från stillbilder av himlen, en serie frusna ögonblicksbilder som fångats under de senaste fyrahundra år sedan Galileo först pekade ett grovt teleskop vid solen.

Jag följer detta monumentala experimentella försök att mäta subtila skift i form av rymdtid delvis som en forskare som hoppas kunna bidra till ett monolitiskt fält, delvis som en neophyte som hoppas kunna förstå en obekant maskin, delvis som en författare som hoppas kunna dokumentera De första människoköpta registeren av nakna svarta hål. När det globala nätverket för gravitationens observatorier närmar sig den sista sträckan av den här tävlingen blir det svårare att vända uppmärksamheten bort från fyndet om upptäckten, även om det fortfarande finns de som starkt tvivlar på möjligheterna till framgång.

Under dystandet av en kontroversiell början och motstånd av kraftfulla forskare, svåra inre strider och gamla tekniska dilemma, återhämtade sig LIGO och växte, slog prognoser och eskalerar i förmåga. Fem decennier efter den experimentella ambitionen började, är vi på tröskeln till kraschen av en kolossal maskin in i ett ljud av ett ljud. En idé som startade på 1960-talet, ett tankexperiment, en underhållande haiku, är nu en sak av metall och glas. Avancerad LIGO började registrera himlen hösten 2015, ett århundrade efter att Einstein publicerade sin matematiska beskrivning av gravitationella vågor.Instrumentet ska nå optimal känslighet inom ett år eller två, kanske tre. Den tidiga generationen av maskiner visade konceptet, men framgång är aldrig garanterat. Naturen följer inte alltid. De avancerade maskinerna kommer att låsas på och tolerera justeringar och korrigeringar och kalibreringar och vänta på att något extra är att hända, medan forskarna pressar undan sina tvivel och pressar mot målet.

Så mycket som den här boken är en krönik av gravitationella vågor, en ljudinspelning av universums historia, ett ljudspår som matchar den tysta filmen-det är en hyllning till en quixotisk, episk, roddande experimentell strävan, en hyllning till en dumhetens ambition.