'Black Hole Blues' (2016): Buchauszug

Janna Levin ist eine theoretische Physikerin und Professorin für Physik und Astronomie am Barnard College und der Columbia University in New York. Sie ist auch Autorin von drei Büchern, von denen das neueste "Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space" ist. Das Buch verfolgt die turbulente 50-jährige Geschichte des Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatoriums (LIGO), das in diesem Jahr Geschichte schrieb, als es erstmals Gravitationswellen direkt entdeckte. Der folgende Auszug ist das erste Kapitel aus Levins Buch und zeigt die Geschichte, die sie in den restlichen Seiten anfertigt. Schauen Sie sich diesen Artikel anhand unseres Interviews mit Levin an. Das Buch ist derzeit in Hardcover erhältlich.

Kapitel 1: Wenn schwarze Löcher kollidieren

Irgendwo im Universum prallen zwei schwarze Löcher zusammen - schwer wie Sterne, so klein wie Städte, buchstäblich schwarz (die völlige Abwesenheit von Licht) Löcher (leere Hohlräume). Durch die Schwerkraft gebunden, bewegen sich die Schwarzen Löcher in ihren letzten Sekunden gemeinsam durch tausende von Umdrehungen über ihren möglichen Kontaktpunkt, um Platz und Zeit zu schaffen, bis sie zusammenstoßen und zu einem größeren schwarzen Loch verschmelzen, ein Ereignis, das stärker ist als jedes andere das Universum, das mehr als eine Billionen Mal die Macht einer Milliarde Sonnen ausgibt. Die schwarzen Löcher kollidieren in völliger Dunkelheit. Keine der Energie, die von der Kollision explodiert, kommt als Licht heraus. Kein Teleskop wird jemals das Ereignis sehen.

Diese Fülle von Energie geht von den koaleszierenden Löchern in einer rein gravitativen Form aus, als Wellen in Form von Raumzeit, als Gravitationswellen. Ein Astronaut, der in der Nähe schwimmt, würde nichts sehen. Aber der Raum, den sie besetzte, klingelte, verformte sie, drückte und streckte sich. Wenn es nah genug ist, könnte ihr Gehörmechanismus als Antwort vibrieren. Sie würde die Welle hören. In leerer Dunkelheit konnte sie den Raumzeitring hören. (Barrieren den Tod durch schwarzes Loch.) Gravitationswellen sind wie Klänge ohne ein materielles Medium. Wenn schwarze Löcher kollidieren, machen sie einen Ton.

Kein Mensch hat jemals das Geräusch einer Gravitationswelle gehört. Kein Instrument hat unbestreitbar eines aufgezeichnet. Von dem Aufprall so schnell wie Licht auf die Erde zu reisen, könnte eine Milliarde Jahre dauern, und zu dem Zeitpunkt, zu dem die Gravitationswelle von der Kollision des Schwarzen Lochs mit diesem Planeten kommt, ist der Lärm des Aufpralls unmerklich schwach. Schwächer als das. Leiser als mit konventionellen Superlativen beschrieben werden kann. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Gravitationswelle herankommt, wird das Nachschwingen des Weltraums relative Änderungen in der Entfernung der Breite eines Atomkerns über eine Strecke mit sich bringen, die vergleichbar mit der Spanne von drei Erden ist.

Eine Kampagne zur Aufzeichnung des Himmels begann vor einem halben Jahrhundert. Das Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) ist bis heute das teuerste Unternehmen, das jemals von der National Science Foundation (NSF) finanziert wurde, einer unabhängigen Bundesbehörde, die grundlegende wissenschaftliche Forschung unterstützt. Es gibt zwei LIGO-Observatorien, eine in Hanford, Washington, und die andere in Livingston, Louisiana. Jede Maschine umrahmt 4 Quadratkilometer. Mit integrierten Kosten von mehr als einer Milliarde Dollar und einer internationalen Zusammenarbeit von Hunderten von Wissenschaftlern und Ingenieuren ist LIGO der Höhepunkt einer ganzen Karriere und jahrzehntelanger technologischer Innovation.

Die Maschinen wurden in den letzten Jahren offline genommen, um ihre erweiterten Erkennungsfunktionen zu erweitern. Alles wurde ersetzt, aber das Nichts - das Vakuum - sagte einer der Experimentatoren. In der Zwischenzeit sind Berechnungen und Berechnungen in Gruppen auf der ganzen Welt im Gange, um Vorhersagen über das Universum von seiner lautesten Seite zu machen. Theoretiker brauchen die dazwischenliegenden Jahre, um Datenalgorithmen zu entwerfen, Datenbanken zu erstellen und Methoden zu entwickeln, um das meiste aus den Instrumenten zu extrahieren. Viele Wissenschaftler haben ihr Leben in das experimentelle Ziel investiert, "eine Veränderung in der Entfernung zu messen, die mit weniger als einem menschlichen Haar verglichen mit 100 Milliarden Mal dem Umfang der Welt vergleichbar ist".

In den hoffentlich häufigen Jahren, die auf eine erste Entdeckung folgen, ist es das Bestreben der erdbasierten Observatorien, die Geräusche katastrophaler astronomischer Ereignisse aus vielen Richtungen und aus verschiedenen Entfernungen aufzunehmen. Tote Sterne kollidieren und alte Sterne explodieren und der Urknall ist passiert. Alle Arten von High-Impact-Chaos kann die Raumzeit klingeln. Über die gesamte Lebensdauer der Observatorien hinweg rekonstruieren die Wissenschaftler eine klirrende, disharmonische Partitur, die den Stummfilm begleitet, den die Menschheit aus Standbildern des Himmels über die Geschichte des Universums zusammengetragen hat - eine Serie eingefrorener Schnappschüsse aus den letzten vierhundert Jahren seit Galilei zeigte ein primitives Teleskop auf die Sonne.

Ich folge diesem monumentalen experimentellen Versuch, subtile Verschiebungen in der Form der Raumzeit zu messen, zum Teil als Wissenschaftler, der einen Beitrag zu einem monolithischen Feld leisten will, zum Teil als Neophyt, der eine unbekannte Maschine zu verstehen hofft, zum Teil als Schriftsteller die ersten vom Menschen beschafften Aufzeichnungen von nackten schwarzen Löchern. Wenn sich das globale Netzwerk der Gravitations-Observatorien dem letzten Abschnitt dieser Rasse nähert, wird es schwieriger, die Aufmerksamkeit von dem Versprechen der Entdeckung abzuwenden, obwohl es immer noch diejenigen gibt, die vehement an den Erfolgsaussichten zweifeln.

Unter der Düsternis eines kontroversen Anfangs und der Opposition mächtiger Wissenschaftler, schwerer innerer Kämpfe und mühsamer technologischer Dilemmas erholte sich LIGO und wuchs, wobei es Projektionen erreichte und seine Fähigkeiten eskalierte. Fünf Jahrzehnte nach Beginn des experimentellen Ehrgeizes sind wir am Vorabend des Absturzes einer kolossalen Maschine in ein Rauschen. Eine Idee, die in den 1960er Jahren entfacht wurde, ein Gedankenexperiment, ein amüsantes Haiku, ist jetzt eine Sache aus Metall und Glas. Advanced LIGO begann im Herbst 2015, ein Jahrhundert nachdem Einstein seine mathematische Beschreibung von Gravitationswellen veröffentlichte, den Himmel aufzunehmen.Die Instrumente sollten die optimale Empfindlichkeit innerhalb eines Jahres oder zwei, vielleicht drei erreichen. Die frühe Generation von Maschinen hat das Konzept bewiesen, dennoch ist der Erfolg nie garantiert. Die Natur entspricht nicht immer. Die fortschrittlichen Maschinen werden Anpassungen und Korrekturen und Kalibrierungen vornehmen und warten, bis etwas Außergewöhnliches passiert, während die Wissenschaftler ihre Zweifel beiseite schieben und auf das Ziel drücken.

So sehr dieses Buch auch eine Chronik der Gravitationswellen ist - eine Schallplatte der Geschichte des Universums, ein Soundtrack, der dem Stummfilm entspricht -, ist es eine Hommage an ein quixotisches, episches, harschendes Experiment, eine Hommage an eine Narrs Ehrgeiz.