重力波が宇宙の隠された隅々を人間の目にどのように開いているか

感じましたか?

2019 年 5 月 21 日、質量の 8 つの太陽が消えました。 質量とエネルギーが保存されている私たちのような宇宙では、結果なしに質量が消えることはありません。そのため、2 つの遠く離れたブラック ホールが合体すると、宇宙全体が振動しました。 強力な重力衝撃波が合体から外側に広がり、地球を通過する前に数十億年にわたって広がりました. その日、あなたの体のすべての細胞は、地球と太陽系の他のすべての原子と同じように、4 回連続して伸びたり縮んだりしました。

あなたは気づいていないかもしれませんが、科学者たちは次のことを知っていました: 惑星の周りに戦略的に配置された 3 つの重力波観測所 — 従来の光学望遠鏡に似ていませんが、暗い部屋の長いレーザービームに似ていない観測所 — レーザーがこのブラックホールを検出するのに十分なほど揺れているのを見ました。合併。

人間が宇宙のそのような遠い出来事を相対的な精度で測定できることは、現代科学の驚異の1つです. この特定の合体は、私たちから約 160 億光年、または既知の宇宙の幅の 17% で発生しました。 最近まで、このような驚異的に遠く離れた天文学的出来事は、通常、天文学者にとって謎でした。 観測天文学の中で非常に新しい分野である重力波天文学の出現により、宇宙に対する私たちの目が拡大しました。

重力波は、2 つのブラック ホールが互いに衝突した後に生成される空間と時間のファブリックの波紋です。 著名な物理学者であるアルバート アインシュタインは、1916 年に重力波の存在を初めて理論化しました。1 世紀後に発見された後、天文学者はこの知識を応用して、ブラック ホールが中性子星をむさぼり食う様子を観察するなど、以前は考えられなかった成果を達成しました。 科学ニュースの見出しは定期的に、重力波によって科学者が中性子星の内部をのぞき見したり、これまでに検出された中で最も不安定なブラック ホールを発見したりするなど、新しいことができるようになっていることを宣伝しています。

しかし、正確には それは 重力波? それらを観察する人類の新たな能力は、見出しが示唆するほどゲームチェンジャーになるでしょうか? では、重力波に対する興奮はどの程度実質的なものであり、どの程度単なる誇大広告なのだろうか?

重力波とは何かという最初の質問に答えるには、まず重力そのものを理解することが役に立ちます。

モンタナ州立大学の物理学教授 Dr. ニール・コーニッシュはサロンに、アインシュタインの一般相対性理論は「重力の書き直しにおいてかなり急進的であった」と説明した.

「アインシュタインの理論には重力はありません」とコーニッシュは指摘しました。 「私たちは、その中の物質とエネルギーによって湾曲し形作られた時空に住んでいるだけです。」 ブラックホールはかつての星が崩壊した残骸であるため、質量が大きく、互いに衝突すると測定可能な重力波が発生します。

「彼らが周回するとき、彼らはドラムを叩いているマレットのようでした」とレビンはサロンに回想しました。

しかし、重力波は 2015 年までレーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) で明確に検出されませんでした。LIGO は、ワシントン州とルイジアナ州にある 2 つの施設で、地球を通過する重力波の方向と強度を測定することができます。 2 つの施設は 2002 年に開設され、何年にもわたって運営されてきましたが、何の成果も得られませんでした。 2015 年になって初めて、エンジニアは、重力波を定義する原子レベルの小さな摂動を検出するのに十分な精度を向上させることができました。 2015 年は、アルバート アインシュタインが 1 世紀前に予言したことが確認されました。

アインシュタインの理論の確認は、現代科学の歴史における画期的な出来事であり、バーナード カレッジの物理学と天文学によれば、 Janna Levin によると、2015 年の発見の大きな瞬間は「非常に映画的」でした。

「彼らが周回するとき、彼らはドラムを叩いているマレットのようでした」とレビンはサロンに、確認された重力波を生み出した連星ブラックホールの合体について思い出しました。 ドラムは時空であり、技術的にはエレキギターが音を奏でたり、ドラムが音を奏でたりするのと同じように波紋や音を作り出しましたが、それらが合体し、融合し、静かになる直前の時空の形をしていました。」

彼女は、「この現象には多くの印象的なことがある」と付け加え、その中には、ビッグバン自体以来、人間が検出した最も多くのエネルギーを放出した. しかし、そのすべての年月を光の速さで移動し、2015 年に「100 年にわたって考案されたこの装置によって記録される」という完璧な瞬間に地球に到着しただけでした。控えめに言っても「魅力的」。


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コーニッシュはまた、音楽を使って重力波を説明しました。

「ギター、チェロ、またはバイオリンで音波を生成している場合、音波のピーク間の距離は、それを生成するオブジェクトに基づいてほぼ同じサイズです」とコーニッシュは説明しました。 「聞くだけでわかるのと同じように、これはギターなのか、ドラムなのかチューバなのか。これらの衝突についても同じことが言えます」ブラック ホールと他の宇宙オブジェクトとの衝突は、すべて異なるタイプを生成します。重力波の。

しかし、これは科学に関する私たちの知識を実際にどれだけ変えることができるでしょうか?

「私はその種の質問が好きです。それはパンチの効いたものです」と Dr. カリフォルニア工科大学の物理学教授である Rana X. Adhikari 氏は、電子メールで Salon に語った。 Adhikari は、将来の科学的取り組みに対する重力波の有用性を評価することになると、量よりも質を説明する方が簡単であると述べました。

「重力から得られる情報の種類は、他の種類の天文学で得られるものとはまったく異なります。」

「しかし、もう少し定性的に言えます」とアディカリはサロンに語った. 「重力から得られる情報の種類は、他の種類の天文学で得られるものとはまったく異なります。」

類推として、アディカリはそれを光と音の関係になぞらえました。 私たちは目でさまざまな色を認識できますが、黄色いシャツを着て歌っている人は、青いシャツを着ている人と同じように聞こえます。 歌唱を測定するには、別の楽器が必要です。 同じ意味で、「重力は、ブラック ホールのように、光によって隠されているものについて教えてくれます。中性子星についても同じことが言えます。それらは非常に興味深いものです。なぜなら、私たちはそれらの内部を研究したことがないからです。重力はおそらく私たちの唯一の存在です。中性子星の中心部に入り、何が起こっているかを教えてくれる探査機です。」

コーニッシュはサロンに、重力波を検出する私たちの能力は、現在および将来の天文学者にとって実際に非常に役立つだろうと語った.

コーニッシュ氏は、「質量の動きは、重力のさざ波で拾ったこれらの振動に直接反映されるため、実際には非常に詳細な情報を抽出することができます. 単に推測する代わりに、重力波は直接測定を可能にします。 それが、私たちが自信を持って言うことができる方法です「オーケー、ブラックホールの実際のサイズがその波の波長を変化させ、逆にその波の周波数を変えるので、私たちはこの質量のブラックホールを検出しました。より大きなブラックホールは、ちょうどより大きな楽器が低い音を出すように、これらの信号から多くの情報を抽出することができます。」

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