Pred miliardou rokov (dobre, daj alebo vezmi) v galaxii ďaleko, ďaleko, dve čierne diery predviedli kozmický balet pas de deux. Obiehali jeden druhého a postupne sa pod vplyvom vzájomnej gravitácie približovali, až sa zrazili a spojili. V dôsledku takejto zrážky došlo ku kolosálnemu uvoľneniu energie, zodpovedajúcej trojnásobku hmotnosti nášho slnka. Konvergencia, kolízia a spojenie dvoch čiernych dier uvrhli okolité časopriestorové kontinuum do chaosu a rýchlosťou svetla vysielali silné gravitačné vlny do všetkých smerov.
V čase, keď sa tieto vlny dostali na našu Zem (a bolo to ráno 14. septembra 2015), sa kedysi mocný rachot vesmírnych rozmerov zmenil na jemné zakňučanie. Napriek tomu dva obrovské stroje dlhé niekoľko kilometrov (detektory Laserového interferometrického observatória gravitačných vĺn PIOGV) nachádzajúce sa v štátoch Louisiana a Washington zaznamenali ľahko rozpoznateľné stopy týchto vĺn. V utorok si za tento úspech prevzali Nobelovu cenu za fyziku traja dlhoroční vedúci projektu PIOGV - Rainer Weiss, Barry Barish a Kip Thorne.
Tento objav sa varí už dlho, a to ako v ľudskom časovom meradle, tak aj na orloji. Dr. Weiss, Dr. Thorn a Dr. Barish s kolegami pracovali na ich projekte niekoľko desaťročí. Do objavu z roku 2015 boli zapojené tisíce ľudí pracujúcich na piatich kontinentoch. Tento projekt bol príkladom strategickej vízie budúcnosti vedcov a politikov, ktorá je nám rovnako vzdialená ako tieto kolidujúce čierne diery.
Koncom 60. rokov učil doktor Weiss vysokoškolský kurz fyziky na Massachusettskom technologickom inštitúte. O pár rokov skôr vydal fyzik Joseph Weber oznámenie, že detekoval gravitačné vlny pomocou prístroja s anténami z hliníkového valca. Weber však nedokázal presvedčiť skeptikov. Dr. Weiss zadal svojim študentom domácu úlohu, aby našli iný spôsob detekcie vĺn. (Študenti, všimnite si: domáce úlohy sú niekedy predzvesťou Nobelovej ceny.) Čo ak sa pokúsite zistiť gravitačné vlny pozorným preštudovaním najmenších zmien v interferencii laserových lúčov, ktoré sa pohybujú po rôznych dráhach, a potom sa v detektore znova pripojte?
Teoreticky by sa gravitačné vlny mali vo vesmíre rozťahovať a sťahovať a pohybovať sa ním. Dr. Weiss predpokladal, že takéto rušenie zmení dĺžku dráhy jedného z laserových lúčov, kvôli ktorej budú dva lúče nesynchronizované, keď sa dostanú k detektoru, a z rozdielu v desynchronizácii bude možné určiť vzory interferencie.
Myšlienka bola odvážna a revolučná. A to je mierne povedané. Na zachytenie gravitačných vĺn očakávanej amplitúdy pomocou interferenčnej techniky museli fyzici zistiť rozdiel vo vzdialenosti, ktorý bol jednou časťou z tisíc miliárd miliárd. Je to ako merať vzdialenosť medzi Zemou a Slnkom na stupnici jedného atómu a zároveň monitorovať všetky ostatné zdroje vibrácií a chýb, ktoré dokážu potlačiť taký slabý signál.
Nie je prekvapením, že doktor Thorne, ktorý sa tento rok stal jedným z laureátov Nobelovej ceny, uviedol problém vo svojej učebnici z roku 1973 ako domácu úlohu. Viedol študentov k záveru, že interferometria ako metóda detekcie gravitačných vĺn nie je dobrá. (Dobre, páni, študenti, niekedy si nemusíte robiť domáce úlohy.) Ale s hlbším preštudovaním tohto problému sa Dr. Thorne stal jedným z najsilnejších podporovateľov interferometrickej metódy.
Presvedčiť doktora Thorna bolo jednoduchšie ako získať financovanie a prilákať študentov k práci. Národná vedecká nadácia v roku 1972 zamietla prvý návrh doktora Weissa. V roku 1974 predložil nový návrh a získal určité finančné prostriedky na štúdiu dizajnu. V roku 1978 doktor Weiss vo svojej žiadosti o financovanie uviedol: „Postupne som dospel k poznaniu, že tento druh výskumu je najlepšie uskutočňovať nepochybnými a možno hlúpymi vedcami, ako aj mladými postgraduálnymi študentmi s dobrodružnými sklonmi.“
Propagačné video:
Rozsah projektu sa postupne rozširoval. Obrovské ramená interferometra sa teraz museli natiahnuť na niekoľko kilometrov, nie do metrov, a byť vybavené najmodernejšou optikou a elektronikou. Zároveň rástol rozpočet a výskumný tím. Realizácia tohto zložitého projektu si teraz vyžadovala nielen hlboké znalosti fyziky, ale aj politické zručnosti. Pokusy postaviť jeden z týchto veľkých detektorov v Maine niekedy zlyhali kvôli politickej rivalite a zákulisným dohodám s kongresovými aparátčikmi. To vedcov naučilo, že existuje viac interferencie ako laserových lúčov.
Národná vedecká nadácia prekvapivo schválila financovanie PIOGV v roku 1992. Bol to najdrahší projekt nadácie, aký zostal dodnes. Načasovanie bolo správne: po rozpade Sovietskeho zväzu na konci roku 1991 si fyzici okamžite uvedomili, že dôvody studeného vojny pre vedecký výskum v Kongrese už neplatia.
Približne v tomto období vstúpila rozpočtová taktika v Spojených štátoch do novej fázy. Teraz pri plánovaní dlhodobých projektov bolo potrebné zohľadniť časté hrozby pozastavenia činnosti štátnych orgánov (niekedy sa realizovali). To skomplikovalo situáciu v oblasti rozpočtu, pretože pozornosť sa teraz sústredila na krátkodobé projekty, ktoré sľubovali rýchle výsledky. Keby sa dnes navrhoval projekt ako PIOGV, je ťažké si predstaviť, že by získal súhlas.
PIOGV však preukazuje určité výhody dlhodobého prístupu. Tento projekt je príkladom úzkeho vzťahu medzi vedou a vzdelávaním, ktorý presahuje rámec domácich úloh. Mnoho vysokoškolských a postgraduálnych študentov z tímu PIOGV sa stalo spoluautormi historického článku o detekovaných vlnách. Od roku 1992 bolo v rámci tohto projektu iba v USA napísaných takmer 600 dizertačných prác, ktoré pripravili vedci zo 100 univerzít a 37 štátov. Vedecký výskum zašiel ďaleko za hranice fyziky a v súčasnosti zahŕňa oblasti ako inžiniersky dizajn a vývoj softvéru.
PIOGV ukazuje, čo môžeme dosiahnuť tým, že sa pozrieme za horizont a nezdržiavame sa zavesením na ročné rozpočty a správy. Stavbou vysoko citlivých strojov, vzdelávaním inteligentných a odhodlaných mladých vedcov a inžinierov môžeme s bezprecedentnou presnosťou vyskúšať naše základné chápanie prírody. Takéto úsilie často vedie k zlepšeniu technológií používaných v každodennom živote: navigačný systém GPS bol vytvorený ako súčasť práce na testovanie Einsteinovej všeobecnej teórie relativity. Je pravda, že také neočakávané objavy sa dajú len ťažko predvídať. Ale s trpezlivosťou, vytrvalosťou a šťastím môžeme nahliadnuť do najhlbších hlbín vesmíru.
David Kaiser je profesorom a lektorom fyziky a histórie vedy na Massachusetts Institute of Technology. S W. Patrickom McCrayom redigoval Groovy Science: Knowledge, Innovation a American Counterculture.