2017 erhielten Barry Barish, Rainer Weiss und Kip Thorn mit der Formulierung „für entscheidende Beiträge zum LIGO-Detektor und zur Entdeckung der Gravitationswellen“den Nobelpreis für Physik. Die Entdeckung von Gravitationswellen aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher ermöglichte es Wissenschaftlern, die Gültigkeit von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu überprüfen und Beweise für die Existenz von Schwarzen Löchern mit stellaren Massen zu erhalten. In dem von Andrey Rostovtsev ins Russische übersetzten Buch "Blues of Black Holes and Other Melodies of Space" (herausgegeben von "Corpus") erzählt die Astrophysikerin und Popularisiererin der Wissenschaft Zhanna Levin die Geschichte der Jagd nach Gravitationswellen und kommuniziert mit Wissenschaftlern, die haben an der Entwicklung der größten Laserinterferometer gearbeitet. N+1 lädt seine Leser ein, einen Auszug über die Kritik am LIGO-Projekt und den Optimismus des Astronomen Kip Thorne zu lesen, der von der Existenz astrophysikalischer Gravitationswellenquellen überzeugt war.
Wette
Stephen Hawking ist dafür bekannt, dass er keine seiner vielen wissenschaftlichen Wetten gewonnen hat. Einmal argumentierte er mit dem theoretischen Physiker John Preskill vom Caltech: Hawking argumentierte, dass Informationen, die in einem Schwarzen Loch gefangen sind, darin unwiderruflich verschwinden, als ob sie selbst mit Hilfe von Hawkings Strahlung, die er selbst entdeckte, nicht extrahiert werden könnten. Zukünftig gab er sich in diesem Streit geschlagen, obwohl viele – darunter wohl auch der Sieger von Preskill – ein solches Geständnis für verfrüht gehalten hätten. Kip nahm auch an dieser Wette teil und unterstützte Hawking, gab aber seine Niederlage nicht zu.
* Stephen Hawking war zum Zeitpunkt des Schreibens noch am Leben. Er starb im März 2018 - Ca. Hrsg.
Bei einer anderen Gelegenheit argumentierte Hawking, dass das Higgs-Boson, das in unserem Bild der materiellen Welt das fehlende Teilchen ist, nicht gefunden werden würde. Der berühmte Experimentalphysiker auf dem Gebiet der Elementarteilchen Leon Lederman nannte das Higgs-Boson ein "verfluchtes Teilchen", dem der Herausgeber seines Buches, das schließlich den Namen "Particle of God" erhielt, nicht zustimmen konnte. Leider verlor Hawking erneut. Das Higgs-Boson wurde gefunden, seine Entdeckung mit dem Nobelpreis ausgezeichnet, und diese wissenschaftliche Leistung war sowohl eine Enttäuschung (gibt es wirklich keine anderen Teilchen auf der Welt?) als auch ein Triumph (wir haben es geschafft!). Daraufhin zahlte Hawking seinem Kollegen Gordon Kane hundert Dollar.
Hawking schloss auch eine andere, seine seltsamste Wette ab – eine Wette über außerirdische Killer oder Roboter oder etwas Ähnliches; es ist unwahrscheinlich, dass hier in naher Zukunft ein Gewinner ermittelt wird, daher hat diese Wette die Chance, Hawkings erfolgreichste von allen zu werden.
Wenn Sie sich von der Kritik an Hawking als notorisch schlechtem Debattierer hinreißen lassen - einem erfolgreichen Provokateur, aber einem unglücklichen Gewinner - dann können Sie einen kuriosen Umstand verpassen, der zum Gegenstand einer seiner berühmtesten Wetten wurde. Hawking hat mit Kip gewettet, dass Cygnus X-1 kein Schwarzes Loch enthält.
Die berühmte galaktische Röntgenquelle Cygnus X-1 ist die hellste ihrer von der Erde aus sichtbaren Gegenstücke (obwohl sie in absoluten Einheiten weit von der hellsten Röntgenquelle im Universum entfernt ist). Sie schlossen 1974, zehn Jahre nach der Entdeckung einer Röntgenquelle im Sternbild Cygnus, eine Wette ab. Zu dieser Zeit hatte Hawking die Physik von Schwarzen Löchern lange und ernsthaft studiert und wurde berühmt für die Entwicklung einer Theorie ihrer "Verdampfung". Manchmal sicherte Stephen zum Spaß seine Wetten ab. Die schriftlichen Bedingungen der Wette begannen mit folgenden Worten: "Stephen Hawking, der einen großen Beitrag zur Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Theorie der Schwarzen Löcher geleistet hat, der seine Wette versichern will, einerseits und Kip Thorne, der gerne Risiken eingeht und seine Wette nicht versichern will …" 1990 griffen Stephen und sein Gefolge Kips leeres Büro an, um sich geschlagen zu geben (der Besitzer des Büros befand sich damals in der Sowjetunion). Im Büro wurde ein Schuldschein mit Stephens Fingerabdruck hinterlassen. Nachdem Hawking, wie vereinbart, auf eigene Kosten Kip bei einem Pornomagazin unter Vertrag nahm, war dessen Frau, die liberalen Ansichten anhängt, sehr empört. Das sagt zumindest die Legende.„Ich war überhaupt nicht empört“, argumentiert Carolie Joyce Winstine, Kips Frau. - Meine erste Reaktion war nur Überraschung … Ich dachte nur, dass die Frauenbewegung die Menschen bereits gelehrt hat, für solche Dinge sensibler zu sein. Aber ich lag eindeutig falsch. Für die Presse erwies sich dieser Ansatz als zu kompliziert, und ich musste auf das Stereotyp „meine Frau war empört über diese Geschichte“zurückkommen. Kurz gesagt, Carolie, eine keineswegs prickelnde Frau, bezieht sich mit Humor auf diese Episode.
Kip ist ein viel erfolgreicherer Debattierer als sein Freund. Er behauptet, dass es ihm gelungen ist, all jene Wetten zu gewinnen, bei denen es keine genauen Daten gab. Er verlor einmal eine Wette "mit einem Datum" an den berühmten Astrophysiker Jerry Ostriker, der übrigens einer der Mitautoren der Theorie der Röntgenstrahlung der Cygnus X-1-Quelle war.
Während Robbie Vogt im Kongress um die Finanzierung kämpfte, kämpfte Kip Thorne an der wissenschaftlichen Front. Jerry Ostriker besuchte in den 1980er Jahren Kips inspirierende Performance in Princeton. Jerry wollte Kips Bericht nicht mit einer peinlichen Frage verderben, die ihn damals beschäftigte: "Aber woher kommen all diese Zahlen?" Die Zahlen beziehen sich auf Quellen von Gravitationswellen, die stark genug sind, um von der LIGO-Anlage entdeckt zu werden. Ostriker zweifelte nicht daran, dass Gravitationswellen von astrophysikalischen Systemen erzeugt werden. Er bezweifelte, dass sie mächtig genug sein würden (oder dass ihre Quellen zahlreich genug wären), um Kips Optimismus zu rechtfertigen.
Kip hatte schon früher Vorwürfe gehört, zu optimistisch zu sein. Er widerlegte sie geduldig, indem er Links zu wissenschaftlichen Artikeln, Papieren und veröffentlichten Grafiken verwendete. „Es gibt eine bekannte Obergrenze“, zeigt mir Kip in einem Bild in einem von ihm 1980 veröffentlichten Artikel, „das die Frage beantwortet:“Wie mächtig können Wellen sein, ohne unser Verständnis der Natur der Schwerkraft oder der Kosmologie unseres Universums zu stören ?“Diese Grenze entspricht wirklich einem sehr starken Signal! Aber ich habe nie behauptet, dass es echten Gravitationswellen entsprechen würde." In seiner Arbeit von 1980 schreibt Kip: „Allerdings wird nach den neuesten Modellen des Universums erwartet, dass selbst das stärkste reale Signal deutlich schwächer als der obere Grenzpegel ist …“Und obwohl einige dieser Modelle es bereits waren überarbeitet, besteht die Erkenntnis, dass das reale Signal im Empfindlichkeitsbereich moderner Detektoren liegt. (Im Jahr 1978, auf einer der Konferenzen, waren T-Shirts mit der Aufschrift "Büste 10-21" auf der Brust beliebt.)
Jerry Ostriker und der Astrophysiker John Bakal, ebenfalls aus Princeton, waren wohl die vehementesten Kritiker des LIGO-Projekts. Kip, ein überzeugter Anhänger von LIGO (man könnte ihn vielleicht sogar einen Propagandisten nennen), musste sowohl wissenschaftliche Kollegen als auch Kongressabgeordnete für sich gewinnen, die nicht bereit waren, ein so umfangreiches und langfristiges wissenschaftliches Projekt zu unterstützen ohne ihnen bestimmte Garantien zu geben. Kip musste belastbare wissenschaftliche Argumente für die Existenz astrophysikalischer Quellen vorlegen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit an der LIGO-Anlage entdeckt werden konnten. LIGO wird etwas hören. Wahrscheinlich. Fast sicher. Aber auch jetzt kann Kip das nicht hundertprozentig garantieren.
Heute sind die alten Vorurteile, die in der wissenschaftlichen Gemeinschaft vorherrschten, verworfen und die tatsächliche Existenz einiger Quellen von Gravitationswellen ist nicht mehr umstritten. Diese zuverlässigen und zuverlässigen Quellen in Bezug auf die Registrierung mit dem LIGO-Detektor sind kompakte Doppelsternsysteme. Wir wissen, dass sie existieren, obwohl wir noch nicht wissen, wie oft sie im Universum vorkommen. Compact bezieht sich auf ausgestorbene, kollabierte Sterne: Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher. Sie sind kompakt - sie zeichnen sich durch das Vorhandensein einer riesigen Masse auf einem sehr kleinen Volumen aus. Und sie sind ausgegangen - sie leuchten nicht mehr so hell wie früher (wenn sie überhaupt leuchten), weil sie keinen thermonuklearen Brennstoff mehr in ihrem Darm haben. Einst waren sie größer und aktiver - als thermonukleare Reaktionen in ihren dichteren Kernen stattfanden und leichtere Elemente in schwerere verwandelten. Am Ende ihres Lebenszyklus sind sie geschrumpft – oder erst explodiert und dann geschrumpft.
Als Paradise zum ersten Mal über LIGO nachdachte, war die Existenz zuverlässiger Gravitationswellenquellen fraglich. Schwarze Löcher wurden noch nicht von allen als reale astrophysikalische Objekte erkannt, obwohl dann jeder Physiker der Richtigkeit der mathematischen Lösung der Einstein-Gleichung zustimmen würde. Einstein selbst gab die mathematische Richtigkeit der Gleichungen zu, nachdem Karl Schwarzschild ** ihm (direkt aus den Schützengräben des Ersten Weltkriegs) einen Brief geschickt hatte, in der Hoffnung auf seine Zustimmung. Einstein glaubte jedoch, dass die Natur uns vor dem Auftreten von Schwarzen Löchern schützt. Wie viele andere zu dieser Zeit glaubte er, dass sich Materie nicht unendlich verdichten lässt, dass es einige Kräfte gibt, die den Wunsch der Schwerkraft verhindern können, die Atome der Materie in einen unkenntlichen Zustand zu zerquetschen.
** Karl Schwarzschild (1873-1916) - deutscher Physiker, Astronom, einer der Begründer der theoretischen Astrophysik. Seinen Namen erhielt er für die erste exakte Lösung der Einstein-Gleichungen, die er entdeckte und die Existenz von Schwarzen Löchern vorhersagte. - Ca. Hrsg.
Zwanzig Jahre sind vergangen, seit Wheeler Schwarzen Löchern ihren Namen gegeben hat, und angesehene Astrophysiker hatten die theoretischen Berechnungen bereits satt. Jetzt erwarteten sie viel mehr: empirische Beweise. Aber selbst wenn sich solche Beweise anhäuften, gab es immer eine andere Erklärung für die Beobachtungen als die Existenz eines Schwarzen Lochs. Alternative Erklärungen wurden immer künstlicher (vielleicht ist die Gaswolke so angeordnet, dass die Daten verzerrt sind, und andere lächerliche Fantasien). „Es hat das Prinzip von Occams Rasiermesser verletzt“, sagt Rye. „Diese Erklärungen waren so komplex und unbegründet, dass…“Und er winkt ab. "Aber ich könnte das MIT nicht um Geld bitten, um nach Schwarzen Löchern zu suchen, wenn die angeseheneren Fakultätsmitglieder davon überzeugt wären, dass Schwarze Löcher nicht existieren."
Nach und nach wuchs jedoch in der Astrophysiker-Gemeinde das Vertrauen in die Existenz kompakter Objekte im Universum. Die Entdeckung von Pulsaren hat viele Wissenschaftler von der Existenz von Neutronensternen überzeugt. Die Entdeckung eines Pulsars im Krebsnebel, der von einer hellen Supernova übrig geblieben ist, hat die öffentliche Meinung gekippt, dass Neutronensterne der Endzustand des Gravitationskollapses sind - zumindest im Fall einiger Sterne. Die helle Röntgenquelle Cygnus X-1 zeigte die Existenz von Schwarzen Löchern an. Das entscheidende Argument war der Huls-Taylor-Pulsar, der indirekt den Energieverlust für die Entstehung von Gravitationswellen demonstrierte. Als immer mehr Wissenschaftler davon überzeugt waren, dass Sterne ihre Evolution als kompakte Objekte beendeten, wuchs auch das Vertrauen in die Existenz von Gravitationswellenquellen. Es blieb die Frage zu beantworten: "Wie viele sind es?"
