Prije milijardu godina (pa, daj ili uzmi) u dalekoj, dalekoj galaksiji, dvije crne rupe izvele su kozmički balet pas de deux. Kružili su jedni drugima, postupno se približavajući pod utjecajem međusobne gravitacije, sve dok se nisu sudarili i stopili zajedno. Kao rezultat takvog sudara dogodilo se kolosalno oslobađanje energije, što je ekvivalent trostrukoj masi našeg sunca. Konvergencija, sudar i spajanje dviju crnih rupa bacili su okolni prostorno-vremenski kontinuum u nered i poslali snažne gravitacijske valove u svim smjerovima brzinom svjetlosti.
Kad su ti valovi stigli do naše Zemlje (a bilo je to ujutro 14. rujna 2015.), nekada snažni urlik kozmičkih razmjera pretvorio se u jedva čujno cviljenje. Unatoč tome, dva ogromna stroja dugačka nekoliko kilometara (detektori laserskog interferometrijskog opservatorija gravitacijskih valova PIOGV), smještena u državama Louisiana i Washington, zabilježila su lako prepoznatljive tragove tih valova. U utorak su trojica dugogodišnjih vođa PIOGV projekta - Rainer Weiss, Barry Barish i Kip Thorne - dobili Nobelovu nagradu za fiziku za ovo postignuće.
Ovo otkriće dugo se kuhalo, kako na ljudskoj vremenskoj skali, tako i na astronomskom satu. Dr. Weiss, dr. Thorn i dr. Barish i kolege radili su na svom projektu nekoliko desetljeća. Tisuće ljudi koji rade na pet kontinenata bile su uključene u otkriće 2015. godine. Ovaj projekt predstavlja stratešku viziju budućnosti znanstvenika i kreatora politike, koja je gotovo jednako udaljena od nas kao i ove crne rupe u sudaru.
Krajem 1960-ih dr. Weiss predavao je viši tečaj fizike na Massachusetts Institute of Technology. Nekoliko godina ranije, fizičar Joseph Weber objavio je da je detektirao gravitacijske valove pomoću instrumenta s aluminijskim cilindričnim antenama. Međutim, Weber nije uspio uvjeriti skeptike. Doktor Weiss dao je svojim studentima domaću zadaću kako bi pronašli drugi način za otkrivanje valova. (Studenti, zabilježite: ponekad je domaća zadaća navještaj Nobelove nagrade.) Što ako pokušate otkriti gravitacijske valove pažljivim proučavanjem najmanjih promjena u interferenciji laserskih zraka koje putuju različitim putovima, a zatim se ponovno povežu u detektoru?
U teoriji bi se gravitacijski valovi trebali rastezati i stezati u prostoru, krećući se kroz njega. Doktor Weiss pretpostavio je da bi takav poremećaj trebao promijeniti duljinu puta jednog od laserskih zraka, zbog čega će dvije zrake izgubiti sinkronizaciju dok stignu do detektora, a iz razlike u desinkronizaciji bit će moguće odrediti obrasce smetnji.
Ideja je bila odvažna i revolucionarna. I to je blago rečeno. Da bi uhvatili gravitacijske valove očekivane amplitude uporabom interferencijske tehnike, fizičari su morali otkriti razliku u udaljenosti koja je bila jedan od tisuću milijardi milijardi. To je poput mjerenja udaljenosti između Zemlje i Sunca na ljestvici pojedinog atoma, dok se nadgledaju svi drugi izvori vibracija i pogrešaka koji mogu potisnuti tako slab signal.
Nije iznenađujuće što je dr. Thorne, koji je ove godine postao jedan od nobelovaca, u svom udžbeniku iz 1973. godine problem postavio kao domaću zadaću. Naveo je studente do zaključka da interferometrija kao metoda za otkrivanje gravitacijskih valova uopće nije dobra. (U redu, gospodo, studenti, ponekad ne morate raditi domaću zadaću.) Ali dubljim proučavanjem ovog problema, dr. Thorne je postao jedan od najjačih pristaša interferometrijske metode.
Uvjeriti dr. Thorna bilo je lakše od dobivanja sredstava i privlačenja učenika za rad. Nacionalna zaklada za znanost 1972. odbila je prvi prijedlog dr. Weissa. 1974. iznio je novi prijedlog i dobio određena sredstva za studij dizajna. 1978. godine dr. Weiss u svojoj je prijavi za financiranje primijetio: "Postupno sam došao do spoznaje da je takvu vrstu istraživanja najbolje provoditi neupitnim i vjerojatno glupim znanstvenicima, kao i mladim diplomiranim studentima pustolovnih sklonosti."
Promotivni video:
Opseg projekta postupno se širio. Ogromni krakovi interferometra sada su se morali protezati na nekoliko kilometara, a ne na metre, i biti opremljeni najmodernijom optikom i elektronikom. Istodobno su rasli proračun i istraživački tim. Provedba ovog složenog projekta sada nije zahtijevala samo duboko poznavanje fizike, već i političke vještine. U jednom su trenutku pokušaji izgradnje jednog od ovih velikih detektora u Maineu propali zbog političkog rivalstva i dogovora kongresnih aparatčika iza kulisa. To je naučilo naučnike da postoji više smetnji od laserskih zraka.
Iznenađujuće, Nacionalna zaklada za znanost odobrila je financiranje PIOGV 1992. godine. Bio je to najskuplji projekt zaklade, kakav je i danas ostao. Vrijeme je bilo točno: nakon raspada Sovjetskog Saveza krajem 1991. godine, fizičari su odmah shvatili da argumenti hladnog rata u korist znanstvenih istraživanja u Kongresu više nisu valjani.
Otprilike u to vrijeme proračunska taktika u Sjedinjenim Državama ušla je u novu fazu. Sada je prilikom planiranja dugoročnih projekata bilo potrebno uzeti u obzir česte prijetnje obustavom aktivnosti državnih tijela (ponekad su se i provodile). To je zakompliciralo situaciju s proračunom jer je fokus sada bio na kratkoročnim projektima koji su obećavali brze rezultate. Da je danas predložen projekt poput PIOGV, teško je zamisliti da bi dobio odobrenje.
Međutim, PIOGV pokazuje određene prednosti dugoročnog pristupa. Ovaj projekt ilustrira uski odnos između znanosti i obrazovanja koji ide daleko dalje od domaće zadaće. Mnogi studenti preddiplomskih i diplomskih studija iz tima PIOGV postali su koautori povijesnog članka o otkrivenim valovima. Od 1992. godine u okviru ovog projekta samo je u Sjedinjenim Državama napisano gotovo 600 disertacija koje su pripremili znanstvenici sa 100 sveučilišta i 37 država. Znanstvena istraživanja daleko su prevazišla fiziku i sada obuhvaća područja poput inženjerskog dizajna i razvoja softvera.
PIOGV pokazuje što možemo postići gledajući iza horizonta i ne ometajući godišnje proračune i izvještaje. Izgrađujući visoko osjetljive strojeve i obrazujući pametne i predane mlade znanstvenike i inženjere, možemo s neviđenom preciznošću testirati svoje temeljno razumijevanje prirode. Takvi napori često dovode do poboljšanja tehnologija koje se koriste u svakodnevnom životu: GPS navigacijski sustav stvoren je kao dio rada na testiranju Einsteinove opće teorije relativnosti. Istina, takva neočekivana otkrića teško je predvidjeti. Ali strpljenjem, ustrajnošću i srećom možemo pogledati u najdublje dubine svemira.
David Kaiser je profesor i predavač fizike i povijesti znanosti na Massachusetts Institute of Technology. S W. Patrickom McCrayem uređivao je Groovy Science: Knowledge, Innovation i American Counterculture.
