none חדשנות הפיזיקאי קיפ תורן דן בגלי הכבידה, המדע שמאחורי 'בין כוכבים'

הפיזיקאי קיפ תורן דן בגלי הכבידה, המדע שמאחורי 'בין כוכבים'

none
 
האסטרופיזיקאי התיאורטי קיפ ת'ורן העובד עם ג'סיקה צ'סטיין על סט הצילומים הבין-כוכבי

האסטרופיזיקאי התיאורטי קיפ ת'ורן העובד עם ג'סיקה צ'סטיין על סט הצילומים הבין-כוכבי(קרדיט: קיפ תורן באמצעות מגזין Wired)



במשך מאה שנה מאז שפרסם לראשונה אלברט איינשטיין את תיאוריית היחסות הכללית פורצת הדרך שלו, ביקשו ראשי המובילים בעולם לגלות אם התחזיות הנובעות מתורתו מתקיימות. אחד המוחות הללו, קיפ ת'ורן, בילה את הקריירה בחקירת טענתו של איינשטיין לפיה גלי כבידה קיימים ונחשב למומחה המוביל בעולם בנושא. ת'ורן נמצא כעת בראש מעין אחת מהפריצות המדעיות המדהימות ביותר בהיסטוריה האנושית המודרנית: איתור הגלים הללו .

כפרופסור לפיזיקה תיאורטית במכון הטכנולוגי של קליפורניה, תורן פרסם ספרים ומאמרים רבים בנושא תורת הכבידה. בשנת 1984 ייסד ת'ורן את פרויקט LIGO (לייזר אינטרפרומטר Gravitational Wave Observatory), שמשתמש בלייזרים כדי למדוד עיוותים זעירים במרקם של זמן-זמן - עיוותים העלולים להיגרם על ידי גלי כבידה.

בשנת 1994 הוא כתב את עטורת הפרסים חורים שחורים ועיוותי זמן: המורשת השערורייתית של איינשטיין, ספר המחבר את הקהל המרכזי לתחום הלימוד המורכב שלו. עשור לאחר מכן הפך ת'ורן ליועץ המדעי של בֵּין כּוֹכָבִי וסיפק את המתמטיקה הדרושה כדי לספק במדויק את הוויזואליות הגדולה של הסרט. הוא גם פרסם מדע הבין כוכבים עם פורוורד של כריסטופר נולאן.

ב- 14 בספטמבר 2015, מדענים שעבדו באתרי גלאי LIGO תאומים בליווינגסטון, לואיזיאנה והנפורד, וושינגטון, הושבעו לחשאיות לאחר שנתונים ראשוניים הצביעו על גילוי אירוע קוסמי אלים שהתרחש לפני זמן רב. לאחר חודשים של בדיקה ובדיקה חוזרת של הנתונים, וכשהחדשות התחילו לזלוג לציבור, חוקרים במעבדות LIGO המופעלות על ידי CalTech וה- MIT הודיעו על גילוי יוצא דופן של גלי כבידה. כחלון חדש ליקום, הגלים חשפו את מיזוג שני חורים שחורים לפני כמעט 1.3 מיליארד שנה.

המשקיף התיישב עם קיפ ת'ורן לפני שלו שיתוף פעולה מולטימדיה עם מאסטר ה- VFX פול פרנקלין והמלחין זוכה האוסקר הנס צימר הצד המעוות של היקום , לדון באיינשטיין, גלי הכבידה ועבודתו על בֵּין כּוֹכָבִי .

מהי תורת היחסות הכללית של איינשטיין?

זו מסגרת לכל חוקי הפיזיקה למעט חוקי הקוונטים. אנשים אומרים בדרך כלל טוב, זו תורת הכבידה שלו אבל זה הרבה מעבר לזה. הוא בנה את התיאוריה הזו על מנת להסביר את כוח המשיכה, אך למעשה התיאוריה עושה הרבה יותר מזה. זה אומר לך איך כל שאר חוקי הטבע משתלבים במרחב ובזמן.

זו הדרך המדויקת ביותר שאנו יודעים לתאר את הטבע במה שאנחנו מכנים התחום הקלאסי שהוא הכל למעט כשאתה יורד לקטנים מאוד - דברים כמו אטומים ומולקולות.

איך התאוריה של איינשטיין מתחברת גלי כבידה ?

איינשטיין גיבש את תורת היחסות הכללית שלו במאמץ אינטנסיבי מאוד שנמשך בין השנים 1905 עד 1915 והוא השלים את התיאוריה בנובמבר 1915 - רק לפני קצת יותר ממאה שנה. אז הוא התחיל להשתמש בתיאוריה או בחוקים האלה שפיתח - כדי לחזות. אחת התחזיות החשובות ביותר והתחזית הגדולה האחרונה שהוא חזה, הייתה שקיימים גלי כבידה. הוא חזה כי ביוני 1916 אז אנחנו עכשיו אנחנו מדברים רק חודשיים ממלאת מאה שנה לחיזוי גלי הכבידה.

הוא הסתכל על התחזיות, הסתכל על הטכנולוגיה של היום והסתכל על דברים שעשויים לייצר גלי כבידה ביקום והגיע למסקנה שאין סיכוי שנראה אותם אי פעם. פשוט לעולם לא תהיה לנו טכנולוגיה מדויקת מספיק.

הוא טעה. ראינו אותם לראשונה בספטמבר האחרון.

בציר הזמן מתחזיותיו של איינשטיין ועד לגילוי גלי הכבידה לאחרונה, מה הייתה נקודת המפנה שהובילה לפריצת דרך?

ובכן היו כמה נקודות מפנה. שתי נקודות המפנה החשובות ביותר הגיעו משני אנשים מסוימים. ג'וזף וובר, בסביבות 1960, הגיש גישה שנראתה כאילו היא מסוגלת לראות גלי כבידה והוא התחיל במאמץ למצוא אותם. הוא היה האדם הראשון שהטיל ספק בתכתיבו של איינשטיין שלא תהיה לנו הטכנולוגיה לעשות את זה. וובר לא ראה גלי כבידה. הוא חשב שהוא עשה זמן מה אבל ממש לא ראה אותם. הגלים חלשים יותר מכפי שקיווה, אך הוא שבר את הלוג'ם של אנשים שחשב שאתה פשוט לא יכול לעשות את זה והוא נתן השראה לאחרים. כולל אותי.

נקודת המפנה השנייה הייתה המצאה מאת ריי וייס ב- MIT אך עם זרעי הרעיון שהגיעו קודם לכן ממיכאיל גרצנשטיין ולדיסלב פוסטובויט במוסקבה, רוסיה. ריי ווייס המציא את הטכניקה הזו בה אנו משתמשים כעת והיא הייתה שונה מהטכניקה של וובר. אנו קוראים לזה גילוי גלי כבידה של אינטרפרומטר והוא מבוסס על גלי כבידה שדוחפים מראות קדימה ואחורה. את רוב המראות מודדים בעזרת קרני לייזר.

וייס המציא זאת ואז הוא ניתח את כל מקורות הרעש העיקריים שתצטרך להתמודד איתו ותיאר כיצד להתמודד איתם. בשנת 1972 הוא סיפק מתווה להמשך הדרך עם עיצוב מסוג זה. זו הייתה תכנית שהשתנתה בדרכים שונות אך לא בצורה ענקית. זה באמת היה עיצוב שעמד במבחן הזמן במשך עשרות שנים כמדריך לדרך לעשות זאת. זו הייתה נקודת המפנה הגדולה ביותר.

זה די מעניין מכיוון שריי הוא בחור צנוע והיה לו הרעיון שהוא לא צריך לפרסם את זה בספרות הרגילה עד שגילה גלי כבידה. אז הוא כתב את המאמר הזה שלדעתי הוא המאמר הטכני החזק ביותר שקראתי. הוא כתב אותו ופרסם אותו בסדרת דוחות פנימית של MIT. זה היה זמין לאנשים כמוני שהתעניינו בנושא. היית צריך ללכת לחפש את זה כי זה לא היה זמין בספרות הרגילה.

מה הבא לשדה זה כעת, לאחר שהתגלו גלי כבידה?

ובכן זו באמת רק ההתחלה. כאשר גלילאו אימן לראשונה את הטלסקופ האופטי שלו על השמים ופתח אסטרונומיה אופטית מודרנית, זה היה הראשון מבין החלונות האלקטרומגנטיים מחוץ ליקום: אור. אנו משתמשים בביטוי 'חלון' כדי להתכוון לטכנולוגיות מסוימות בהן אנו משתמשים כדי לחפש קרינה עם אזור אורך גל מסוים. בשנות הארבעים נולדה אסטרונומיית רדיו - מביטה בגלי רדיו במקום באור. בשנות השישים נולדה אסטרונומיית רנטגן. בשנות השבעים נולדה אסטרונומיה של קרני גמא. אסטרונומיה אינפרא-אדום נולדה גם בשנות השישים.

עד מהרה היו לנו כל החלונות השונים האלה שכולם נראו עם גלים אלקטרומגנטיים אך עם אורכי גל שונים. היקום נראה שונה מאוד דרך טלסקופ רדיו וטלסקופ רנטגן מאשר עם אור. אותו דבר קורה באסטרונומיה של גל הכבידה.

האם גלי הכבידה ישמשו לחקר היקום?

זה מה שאנחנו עושים עכשיו. אנחנו עושים את זה עכשיו ב- LIGO. הכרזנו על גילוי שני חורים שחורים מתנגשים. יהיו עוד ונראה סוגים רבים אחרים של תופעות אך אנו רואים אותם רק עם גלי כבידה שיש להם תקופה מסוימת של תנודה. תקופה של כמה אלפיות השנייה. נראה, בתוך 20 השנים הבאות, נראה גלי כבידה שיש להם פרקי שעות. מעבדת LIGO בליווינגסטון, לואיזיאנה (משמאל) שימשה לאיתור גלי כבידה שנפלטו מהתנגשות שני חורים שחורים (מאויר מימין).

מעבדת LIGO בליווינגסטון, לואיזיאנה (משמאל) שימשה לאיתור גלי כבידה שנפלטו מהתנגשות שני חורים שחורים (מאויר מימין).קרדיטים: LIGO








עם גלאים דומים ל- LIGO שעפים בחלל, כנראה שנראה בחמש השנים הבאות גלי כבידה המתפרשים על פני שנים תוך שימוש בטכניקה מאסטרונומיית הרדיו הכוללת מעקב אחר מה שאנו מכנים פולסרים.

נראה בטח בחמש השנים הבאות - בוודאי בעשר השנים הבאות, גלי כבידה עם תקופות כמעט כמו גיל היקום. דרך דפוסים שהם מייצרים בשמיים שאנו מכנים רקע המיקרוגל הקוסמי.

נפתח בארבעה חלונות גלי כבידה שונים במהלך 20 השנים הבאות וכל אחד מהם יראה משהו אחר. אנו נבחן את לידת היקום בכך. מה שנקרא 'עידן אינפלציה' של היקום. נבחן את לידת הכוחות הבסיסיים וכיצד הם נוצרו. נצפה בהם נולדים ברגעים הראשונים של היקום באמצעות גלי כבידה. אנו נצפה בחורים שחורים מתנגשים אשר אנו עושים כעת אך חורים שחורים ענקיים מתנגשים. נצפה בכוכבים נקרעים מחורים שחורים.

נראה רק מגוון נפלא של דברים שמעולם לא ראינו בעבר וזה יימשך מאות שנים כמו שאסטרונומיה אופטית נמשכה כבר מאות שנים. זאת רק ההתחלה.

עבדת עם כריסטופר נולאן ו פול פרנקלין לבנות את המדע והוויזואליה מֵאָחוֹר בֵּין כּוֹכָבִי. עד כמה החור השחור בסרט היה מדויק, גרגנטואה?

זה הייצוג המדויק ביותר שהופיע בסרט הוליווד. אוליבר ג'יימס, שהוא מדען ראשי ב פול פרנקלין החברה שלילי כפול , עם התעקשות מסוימת ממני המציא דרך חדשה לגמרי לעשות את ההדמיה. זה מייצר תמונות חלקות יותר ומדויקות יותר במובן הזה. זה מה שאתה צריך בשביל סרט IMAX.

השתמשנו במערך חדש של טכניקות, אך באמצעות מערכת טכניקות ישנה יותר, אסטרופיזיקאי בנה תמונות כמו דימויו של גרגנטובה החל משנת 1980. זה נעשה לראשונה על ידי ז'אן פייר לומינט בצרפת. תמונות של חורים שחורים הדומים לגרגנטואה נמצאים שם אך לעתים רחוקות ראיתם אותם בספרות האסטרופיזיקה. זה לא משהו שאסטרונומים באמת רואים בטלסקופים שלהם. גרגנטואה, החור השחור הבדיוני המתואר בסרט Interstellar.

גרגנטואה, החור השחור הבדיוני המתואר בסרט Interstellar.(אשראי: האחים וורנר)



זו הגרסה ברזולוציה הגבוהה ביותר, הגרסה המשכנעת ביותר והגרסה הכובשת ביותר. אך תיאורים מדויקים נעשו על ידי אסטרופיזיקאים בעבר.

בסרט מסביר פרופסור ברנד שעד שקופר יחזור מהמסע הבין כוכבי שלו, הוא היה פותר את בעיית הכבידה. מה הייתה אותה בעיה?

בסרט כדור הארץ גוסס ביולוגית ונותרו רק כמה מיליוני אנשים. המסע של פרופסור ברנד והאנשים העובדים איתו הוא לברר אם אפשר להרים את אותם אנשים שנותרו מהארץ במושבות החלל. לא היה להם כוח הרקטות לעשות את זה. היה להם הכוח לבנות מושבות חלל על כדור הארץ, אך לא היה להם כוח הרקטות להרים אותן.

בסרט ישנן חריגות גרביטציה שהתרחשו באופן פתאומי למדי, והמוזרות הזו לגבי כוח המשיכה שהתחילה להציע הציעה לפרופסור ברנד שאפשר יהיה לשלוט בכוח המשיכה או לשנות את התנהגותו.

מה שהוא רצה לעשות היה להנמיך את משיכת הכבידה של כדור הארץ מספיק זמן בכדי להשתמש בכוח רקטות קטן כדי להרים אותנו. הנושא היה אז ללמוד כיצד לרתום את החריגות הללו. אתה רואה דוגמה לחריגה בחדר השינה של מרף - דפוס האבק הנופל. האם אתה יכול לרתום את החריגות הללו ולמעשה להפחית את כוח המשיכה של כדור הארץ?

כמה רחוק האנושות מנסיעה בין כוכבית?

אני חושב שכנראה נעשה זאת אך לא בתוך פחות משלוש מאות שנה. זה מאוד מאוד קשה.

ישנם רעיונות כיצד תוכלו לעשות זאת, בדרך כלל לשים אנשים במושבות חלל הנמשכות לדורות. יש רעיונות הנעה שהיו לאנשים שגורמים לי לחשוב שזה יושג על ידי בני אדם בשלוש מארבע מאות שנים.

קרא את הראיון שלנו עם אמן האפקטים החזותיים שזכה באוסקר שמאחוריו בֵּין כּוֹכָבִי , פול פרנקלין.

רובין סימנגל מתמקד בנאס'א ובסייעת לחקר החלל. הוא נולד וגדל בברוקלין, שם הוא מתגורר כיום. מצא אותו ב אינסטגרם לקבלת תוכן נוסף הקשור לחלל: @not_gatsby.

none :