Fysikerne jubler: Vi har fundet tyngdebølger!

For første gang nogensinde er det lykkedes fysikerne at måle tyngdebølger, svingninger i tid og rum, som Einstein forudsagde for lige nøjagtig 100 år siden.

Det er et kæmpe skridt for fysikken – så stort, at det formentlig kommer til at udløse en nobelpris, mener den danske astrofysiker Niels Obers, som arbejder ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet. Han kørte i sin bil med høretelefonerne til sin iPhone og hørte nyheden live, da den længede ventede nyhed endelig kom.

»Det er en følelse, man ikke ret tit har. For mig kunne det sammenlignes med, når et barn bliver født, en følelse jeg ikke tidligere har oplevet på arbejdsplan. Det, der kommer tættest på, var fundet af Higgs-partiklen – den vandt Nobelprisen, og det er jeg slet ikke i tvivl om, at det her også kommer til.«

Fundet blev annonceret på et pressemøde i Washington torsdag 11. februar 2016, og samtidig blev et studie om det publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters.

Her kan du høre lyden af tyngdebølger, præsenteret af videnskabsjournalist Emily Lakdawalla:

Fysikere verden over er begejstrede

»I dag er en stor dag for den generelle relativitetsteori, og alt det vi kan lave med den. Tyngdebølgerne var den sidste brik i den succesfulde generelle relativitetsteori, vi manglede at bekræfte med observationer,« siger Søren Brandt, lektor på DTU Space.

Også den danske forsker i teoretisk partikelfysik og kosmologi Troels Harmark er begejstret. Fundet af tyngdebølger er større end den sensationelle afsløring af Higgs-partiklen i 2012, mener han.

»Det her er helt klart større end fundet af Higgs! Det er en helt ny måde at observere verden på. Man kunne måske sammenligne det med den allerførste gang, man lavede en partikelaccelerator, det giver os et helt nyt sæt øjne på verden.«

»Det er ligesom et nyt vindue til universet, og hvor vi indtil nu kun har kunnet målet elektromagnetiske bølger, kan vi nu pludselig måle med helt andre bølger. Det er da fantastisk,« siger Troels Harmark, som arbejder ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

LÆS OGSÅ: Hvad er tyngdebølger?

På California Institute of Technology i Pasadena svinger en anden teoretisk astrofysiker, Chiara Mingarelli, sig også op, da hun skal beskrive fundet af tyngdebølger og deres fremtidige betydning for fysikken.

»Denne første direkte påvisning af gravitationsbølger (GWS) er en opdagelse af fundamental betydning – som da Galileo pegede en kikkert mod himlen for første gang. Dagens meddelelse tog fuldstændig pusten fra mig.«

»Både kilden og massen var overraskende: LIGO har estimeret, at de binære neutronstjerne-fusioner ville være de mest oplagt kandidater til den første GW-afsløring. De her sorte huller er langt mere massive end forventet og blev påvist med langt større præcision end forventet! Det er fantastisk!« skriver hun i en mail til Videnskab.dk.

»Dér var den sgu!«

Niels Obers fra Niels Bohr Institutet fortæller, at detektionen af tyngdebølger er noget, han har håbet og ventet på hele sin karriere, men ikke turdet tro på.

»Jeg er så begejstret! Jeg hørte første gang om dette eksperiment, da jeg var ung, og før jeg overhovedet kendte til fysik. Det her er noget, jeg altid har håbet på, og det er helt utroligt, at det skulle komme, før jeg blev pensioneret – jeg havde allerede en spændende fremtid som astrofysiker, men den er lige blevet endnu mere spændende.«

En tredje NBi-forsker, Troels Petersen, som forsker i eksperimentel subatomar fysik, fortæller, at det vildeste for ham var oplevelsen af at se selve signalet. Han fulgte pressemødet fra LIGO live med sine kollegaer og har – ligesom de fleste andre fysikere i hele verden – holdt øje med rygterne, siden de opstod i september 2015.

»Jeg forestiller mig, at når ikke-fysikere hører den slags rygter, så tænker de: ‘Nå, men det er nok rigtigt nok’. Men når man er videnskabsmand, så tror man ikke på det, før man ser det, så for sådan en som mig, så er det selve signalet, der er vildt. Da jeg så kurverne, kunne jeg godt se, at dér var den sgu! Det var fedt.«

Meget få opdagelser kan måle sig med gravitationsbølger

På Cambridge University går bølgerne også højt:

»Jeg er meget begejstret. Gennembrud på denne skala sker meget sjældent. Faktisk er det temmeligt svært at huske en opdagelse – eksperimentel eller teoretisk – der svarer til observationen af gravitationsbølger. Jeg er selvfølgelig lidt ekstrabegejstret som fysiker og forsker med speciale i tyngdekraft,« skriver lektor Ulrich Sperhake i en mail til Videnskab.dk.

Han er ansat på afdelingen, hvor Stephen Hawking er forskningsleder, Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics. Her specialiserer de sig blandt andet i tyngdekraft.

Tyngdebølgerne kan gøre os klogere på de største spørgsmål

Selvom Einsteins relativitetsteori er en succes, så bryder den sammen, når vi regner tilbage til øjeblikket, hvor Big Bang skete. Det samme sker, når vi regner på, hvad der sker med rum og tid inde i et sort hul. Teorien kan simpelthen ikke give os svaret. Det peger på, at der er noget fundamentalt ved vores forståelse af universet og tyngdekraften, vi mangler at forstå, siger Ulrich Sperhake.

»Ved at studere tyngdebølgerne kan vi måske endelig finde frem til, hvorfor den generelle relativitetsteori bryder sammen. Vi ved, at en mere komplet teori af tyngdekraften skal inkludere kvantemekanikken og de fænomener, der finder sted på et atomart plan. Ved at studere tyngdebølgerne og se om de afviger fra Einsteins forudsigelser, kan vi måske blive klogere på, hvordan vi skal modificere vores syn på tyngdekraften, så den kan forenes med kvantefysikken,« siger Ulrich Sperhake.

Observationerne af tyngdebølger kan muligvis også bringe os tættere på at løse nogle af de største gåder i videnskabens og filosofiens historie, såsom hvorfor opstod universet, og hvad skete der i øjeblikket ved Big Bang, vurderer Ulrich Sperhake.

»Hvis det lykkes os at blive klogere på tyngdekraftens natur, kan vi komme tættere på det store og måske mest fundamentale spørgsmål i fysikken: Hvorfor eksisterer noget fremfor ingenting.«

Tyngdebølger er en ny måde at kigge ind i universet

Med gravitationsbølger, vil vi have en kvalitativt ny måde at se på universet, vurderer Ulrich Sperhake.

»Det vil være ligesom at sammenligne at se på din hånd i normalt dagslys og derefter se på en røntgenoptagelse af den. Det vil være dramatisk anderledes. Og vi forventer at lignende vil ske med de kommende observationer af universet gennem gravitationsbølger. Det vil gøre os bedre til at måle på afstande i universet og beregne hvordan universet har udviklet sig og vil udvikle sig,« siger Ulrich Sperhake og fortsætter:

»Nye måder at se universet på har altid resulteret i overraskende observationer og endda chokerende resultater. Forskere har lært at forvente det uventede, og jeg ser virkelig frem til, hvad det her bringer.«

Kollisionens kraft var 50 gange større end alle stjerner i universet

Det er forskere fra det amerikanske eksperiment LIGO, der har detekteret tyngdebølger i de kæmpe detektorer i henholdsvis Hanford og Louisiana. LIGO har ledt efter tyngdebølger siden 2002, men har været ude af drift siden 2010, fordi den skulle igennem en opgradering.

I september 2015 var opgraderingen fuldført, og Advanced LIGO startede op. Allerede en uge efter begyndte rygterne at florere på det sociale medie Twitter.

LÆS OGSÅ: Her afslører forskere sensation om gravitationsbølger

Torsdag blev det så bekræftet: Det ér tyngdebølger, der er blevet detekteret. Bølgerne, der er blevet målt, stammer fra kollisionen af to sorte huller i et binært system – det vil sige, at de kredser om hinanden.

Det ene sorte hul var på 29 solmasser og det andet på 36 solmasser, så de var altså cirka 30 gange så massive som vores sol. Begivenheden, der blev målt, varede kun 10 millisekunder. Det var det allersidste stadie af de sorte huller, der har nærmet sig hinanden mere og mere og til sidst er kollideret og smeltet sammen – for et blive til ét stort, sort hul.

»Det er helt uhyggeligt meget energi og kraft, der kommer ud, og det synes jeg er meget fascinerende,« siger Troels Harmark fra NBi. Kollisionen af de to sorte huller, som Troels Harmark har regnet sig frem til må være omkring 100 kilometer i radius, skete for 1,3 milliarder år siden, men nåede først frem til Jorden og LIGOs detektorsystemer 14. september 2015. Det på trods af at bølgerne bevæger sig med lysets hastighed gennem universet, og at bølgernes kraft ved hullernes kollision var 50 gange større end alle stjerner i hele universet.

LIGOs fintfølende laserteknologi opfanger bittesmå krusninger

Tyngdebølger opstår, når der sker en meget voldsom forstyrrelse af den såkaldte ‘rumtid’. Rumtiden kombinerer vores tredimensionelle syn på universet med en fjerde parameter, nemlig tid.

LIGO-forskerne har målt tyngdebølgerne fra en kollision af to sorte huller, en meget voldsom begivenhed, som skaber krusninger i rumtiden – forstyrrelser, som rejser med lysets hast hele vejen frem til os her på Jorden og kan opfanges med den utroligt fintfølende laserteknologi i LIGOs fire kilometer lange ‘arme’.

Her er et udsnit af reaktionerne fra LIGO-forskerne i forbindelse med pressemødet, hvor fundet blev afsløret:

»Det er første gang, universet har talt til os i gravitationsbølger.« – David Reitze, LIGO-direktør, California Institute of Technology i Pasadena.

»Einstein ville stråle, ville han ikke?« – France Cordóva, direktør for the National Science Foundation, som har investeret over en milliard i LIGO.

»Nu har de fortjent deres O,« – Michael Turner, en kosmolog ved University of Chicago in Illinois, med reference til, at astrofysikere har brokket sig over, at LIGO faktisk ikke var et observatorium (som O’et ellers står for), men et fysikeksperiment, som der aldrig ville komme noget ud af.

»Jeg troede, det var en brandøvelse,« – Janeen Romie, detektor-gruppeleder ved LIGO Livingston, om hendes reaktion, da signalerne først ankom.

»Det har virkelig været en lang vej, men det er kun begyndelsen,« – Gabriela González, fysiker ved Louisiana State University, Baton Rouge, og talskvinde for the LIGO Scientific Collaboration.