کمی بیش از ۱۰۰ سال پیش، در سال ۱۹۱۵، انیشتین نظریه نسبیت عام خود را منتشر کرد، که نامی غریب است، اما نظریه‌ای است که گرانش را توضیح می‌دهد. مطرح می‌کند که جرم — همه اجرام، سیاره‌ها — جرم را جذب می‌کند، نه به خاطر نیرویی آنی، آن طور که نیوتن ادعا کرد، بلکه به خاطر اینکه ماده — همه ما، همه سیاره‌ها — در تار و پود انعطاف‌پذیر فضا-زمان چروک می‌اندازند.
فضا-زمان چیزی است که در آن زندگی می‌کنیم و همه ما را به هم وصل می‌کند. مثل وقتی که روی تشک دراز می‌کشیم و یکنواختی آن را به هم می‌زنیم. اجسام حرکت می‌کنند — بار دیگر نه به خاطر قانون نیوتن، بلکه چون این انحنای فضا-زمان را می‌بینند و منحنی‌های کوچک را دنبال می‌کنند، درست مثل وقتی که هم‌بستر شما به خاطر انحنای تشک در آغوش‌تان به خواب می‌رود.
(خنده)
یک سال بعد، در سال ۱۹۱۶، انیشتین از نظریه خودش نتیجه گرفت که امواج گرانشی وجود دارند، و وقتی اجرام جابجا می‌شوند این امواج به وجود می‌آیند، مثل وقتی که دو ستاره دور هم می‌چرخند و در فضا-زمان چروکی می‌اندازند که انرژی را از سیستم بیرون می‌برد، و ستاره‌ها به سمت هم حرکت می‌کنند. با این وجود، او همچنین تخمین زد که این اثرات آن قدر کوچک هستند، که شاید هیچ وقت اندازه‌گیری آنها ممکن نباشد. می‌خواهم داستان آن را برایتان بگویم که چطور با کار صدها دانشمند در چندین کشور در بازه زمانی چندین دهه، همین اخیراً، در سال ۲۰۱۵، برای اولین بار آن امواج گرانشی را کشف کردیم.
داستانش طولانی است. از ۱٫۳ میلیارد سال پیش شروع می‌شود. سال‌ها پیش، در کهکشانی خیلی، خیلی دور —
(خنده)
دو سیاه‌چاله دور هم می‌گشتند — دوست دارم بگویم، "تانگو می‌رقصیدند." آهسته شروع شد، اما همین‌طور که امواج گرانشی منتشر می‌کردند، به هم نزدیک‌تر شدند، و سرعت‌شان شتاب پیدا کرد، تا آنکه وقتی داشتند تقریباً با سرعت نور می‌چرخیدند، در یک سیاه‌چاله واحد ذوب شدند که جرم آن ۶۰ برابر خورشید بود، اما در فضایی ۳۶۰ کیلومتری فشرده شده بود. این اندازه ایالت لویزیانا است، جایی که من زندگی می‌کنم. این اثر باورنکردنی امواج گرانشی تولید کرد که خبر این هم‌آغوشی کیهانی را در سراسر کائنات پخش کرد.
مدت زیادی طول کشید تا اثر این امواج گرانشی را بفهمیم، چون ما با جستجوی اثرات آنها بر فاصله‌ها آنها را اندازه می‌گیریم. می‌خواهیم طول فواصل را اندازه بگیریم. وقتی که این امواج گرانشی از زمین عبور می‌کنند، که سال ۲۰۱۵ اتفاق افتاد، در تمام فواصل تغییر ایجاد می‌کنند — فاصله بین همه شما، فاصله بین من و شما، بلندی‌مان — همه ما کمی منبسط و منقبض می‌شویم. پیش‌بینی این است که اثر با فاصله تناسب دارد. اما خیلی کوچک است: حتی برای فاصله‌های بسیار بزرگ‌تر از قد کوتاه من هم اثر بی‌نهایت اندک است. برای مثال، فاصله بین زمین و خورشید به اندازه قطر یک اتم تغییر می‌کند. چطور می‌شود آن را اندازه‌گیری کرد؟ چطور ما می‌توانیم آن را اندازه‌گیری کنیم؟
پنجاه سال پیش، چند فیزیک‌دان نظری در کلتک و MIT — کیپ تورن، ران درور، ری وایس — فکر کردند می‌توانند فاصله را با لیزرهایی که فاصله بین آینه‌های کیلومتر‌ها دور از هم را اندازه می‌گرفتند با دقت بالایی اندازه گیری کنند. سال‌ها تلاش سخت دانشمندان بسیاری لازم بود تا فناوری و ایده‌ها توسعه بیابند. و ۲۰ سال بعد، تقریباً ۳۰ سال پیش، نصب دو ردیاب امواج گرانشی، دو تداخل‌سنج را در ایالات متحده آغاز کردند. هر کدام چهار کیلومتر طول دارد؛ یکی در لیوینگستون لویزیانا است، در دل جنگلی زیبا، و دیگری در هانفورد واشنگتون قرار دارد، وسط بیابان.
تداخل‌سنج‌ها لیزرهایی دارند که از مرکز چهار کیلومتر در خلاء حرکت می‌کند، در آینه‌ها بازتاب می‌شود و سپس بازمی‌گردد. ما اختلاف فاصله را بین این بازو و این بازو اندازه می‌گیریم. آشکارسازها خیلی، خیلی، خیلی حساس هستند؛ آنها دقیق‌ترین ابزار دنیا هستند. چرا دوتا ساختیم؟ چون سیگنال‌هایی که می‌خواهیم اندازه بگیریم از فضا می‌آیند، اما آینه‌ها دائماً در حال حرکت هستند، پس به منظور تشخیص آثار امواج گرانشی — که آثار کیهانی هستند و در دو آشکارساز ظاهر می‌شوند — می‌توانیم آنها را از وقایع محلی که به صورت مجزا در یکی از این دو ظاهر می‌شوند، تشخیص دهیم.
در سپتامبر ۲۰۱۵، داشتیم کار نصب فناوری نسل دوم در آشکارسازها را به پایان می‌رساندیم، و هنوز به حساسیت بهینه مد نظرمان نرسیده بودیم — حالا که دو سال گذشته هنوز هم نرسیده‌ایم — اما می‌خواستیم اطلاعات جمع کنیم. فکر نمی‌کردیم چیزی ببینیم، اما داشتیم آماده می‌شدیم که اطلاعات چند ماه را جمع‌آوری کنیم. و بعد طبیعت ما را غافلگیر کرد.
در ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵، در هر دو ردیاب، یک موج گرانشی دیدیم. در هردو ردیاب سیگنالی دیدیم که در چرخه‌هایی شدت و بسامد را افزایش می‌داد و بعد دوباره کم می‌شد. و در هر دو ردیاب یکسان بودند. آنها امواج گرانشی بودند. و نه تنها آن — در رمزگشایی این گونه امواج، توانستیم نتیجه بگیریم که از بیش از یک میلیارد سال پیش از دو سیاه‌چاله می‌آیند که در هم ذوب می‌شدند تا یکی شوند. و آن —
(تشویق)
خارق‌العاده بود.
در ابتدا، باورمان نمی‌شد. تصور نمی‌کردیم تا خیلی بعد اتفاق بیافتد، همه‌مان غافلگیر شدیم. ماه‌ها طول کشید تا خودمان را قانع کنیم که حقیقت دارد، چون نمی‌خواستیم هیچ جایی برای خطا باقی بگذاریم. اما حقیقت داشت، و برای اینکه هیچ شکی باقی نماند که این ردیاب‌ها می‌توانند این چیزها را اندازه بگیرند، در دسامبر همان سال، موج گرانشی دیگری اندازه گیری کردیم، که از اولی کوچک‌تر بود. موج گرانشی اول تفاوت طولی معادل یک چهارهزارم یک پروتون در طول چهار کیلومتر ایجاد کرد. بله، ردیابی دوم کوچک‌تر بود، اما هنوز هم با استانداردهای ما خیلی متقاعد کننده بود. با وجود اینکه این‌ها امواج فضا-زمان هستند نه امواج صوتی، دوست داریم که آنها را وارد بلندگو کنیم تا صدایشان را بشنویم. ما اسم این را "موسیقی کائنات" گذاشته‌ایم. دوست دارم دو نوت اول آن را گوش کنید.
(صدای جیر جیر)
(صدای جیر جیر) صدای دوم که کوتاه‌تر است آخرین کسری از ثانیه از دو سیاه‌چاله است که در آن کسر از ثانیه، مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌کنند — انرژی خیلی زیاد، مثل اینکه سه خورشید به انرژی تبدیل شوند، که از فرمول مشهور پیروی می‌کنند، E=mc۲. آن را به یاد دارید؟ ما این موسیقی را خیلی دوست داریم واقعاً با آن می‌رقصیم. دوباره می‌خواهم به آن گوش کنید.
(صدای جیر جیر)
(صدای جیر جیر) این موسیقی کائنات است!
(تشویق)
مردم حالا مکرراً از من می‌پرسند، "از امواج گرانشی در چه کاری می‌توان استفاده کرد؟ و حالا که آنها را کشف کرده‌اید، دیگر چه کاری باقی مانده است؟" امواج گرانشی به چه دردی می‌خورند؟
وقتی از بورخس پرسیدند، "هدف شعر چیست؟" او در پاسخ گفت، "هدف سپیده‌دم چیست؟ هدف نوازش چیست؟ هدف بوی قهوه چیست؟" او پاسخ داد، "هدف شعر لذت است، برای احساس است، برای زندگی‌ست."
و درک کائنات، این کنجکاوی بشر برای دانستن طرز کار همه چیز، مثل همان است. از زمان‌های قدیم، انسان‌ها — همه ما، همه، از بچگی — وقتی برای اولین بار بالا را نگاه می‌کنیم و ستاره‌ها را می‌بینیم، می‌پرسیم، "ستاره‌ها چه هستند؟" این کنجکاوی چیزی است که ما را انسان ساخته است. و این کاری است که با علم می‌کنیم.
دوست داریم بگوییم که حالا امواج گرانشی هدفی دارند، چون راه جدیدی برای کاوش کائنات باز شده است. تا به حال، می‌توانستیم نور ستاره‌ها را از طریق امواج الکترومغناطیسی ببینیم. حال می‌توانیم به صدای گیتی گوش کنیم، حتی چیزهایی که نوری ندارند، مثل امواج گرانشی.
(تشویق)
متشکرم.
(تشویق)
اما آیا فایده‌ای دارند؟ آیا می‌توانیم از امواج گرانشی فناوری استخراج کنیم؟
احتمالاً بله. اما احتمالاً زمان زیادی می‌برد. ما فناوری ردیابی آنها را توسعه داده‌ایم، اما درباره خود آن امواج، شاید ۱۰۰ سال دیگر کشف کنیم که به دردی می‌خورند. اما مدت زیادی طول می‌کشد که دانش به فناوری منجر شود، و این دلیل کار ما نیست. تمام فناوری‌ها از دانش نشأت می‌گیرند، اما ما برای لذت دانش را دنبال می‌کنیم. چه کاری باقی مانده؟ خیلی کارها. خیلی؛ این تنها آغاز کار است.
هر چه حساسیت این حسگرها را بیشتر و بیشتر بالا ببریم — و در این زمینه کارهای زیادی باقی مانده است — نه تنها سیاه‌چاله‌های بیشتری خواهیم دید و خواهیم توانست تعداد، موقعیت و ابعاد آنها را دسته‌بندی کنیم، بلکه قادر به دیدن اجسام دیگر هم خواهیم بود. ذوب شدن ستاره‌های نوترونی و تبدیل آنها به سیاه‌چاله را خواهیم دید. شاهد تولد یک سیاه‌چاله خواهیم بود. ستاره‌هایی که در کهکشانمان می‌چرخند و امواج سینوسی تولید می‌کنند را خواهیم دید. انفجار ابرنواخترها را در کهکشانمان خواهیم دید. طیف کاملاً جدیدی از شواهد را مشاهده خواهیم کرد.
دوست داریم بگوییم که حس جدیدی به حواس انسان اضافه کرده ایم: حال، علاوه بر دیدن، می‌توانیم بشنویم. این انقلابی در اخترشناسی است، مثل وقتی که گالیله تلسکوپ را اختراع کرد. مثل وقتی است که صدا را به فیلم‌های صامت اضافه کردند. این تنها ابتداست. دوست داریم فکر کنیم جاده دانش خیلی طولانی است — خیلی سرگرم کننده، اما بسیار طولانی است — و ما، این جامعه بزرگ بین‌المللی دانشمندان، که از کشورهای مختلف، به عنوان یک گروه با هم کار می‌کنیم، داریم به ساخت آن راه کمک می‌کنیم؛ ما داریم راه را روشن می‌کنیم — گاهی با پیچیدگی روبرو می‌شویم — و شاید داریم بزرگراهی به کیهان می‌سازیم.
متشکرم.
(تشویق)