Miljard aastat tagasi (noh, anna või võta) kaugel-kaugel asuvas galaktikas esitasid kaks musta auku kosmilise balleti pas de deux. Nad tiirutasid üksteise ümber, muutudes vastastikuse raskusjõu mõjul järk-järgult lähemale, kuni põrkasid kokku ja ühinesid. Sellise kokkupõrke tagajärjel toimus kolossaalne energia vabanemine, mis võrdub meie päikese kolmekordse massiga. Kahe musta augu lähenemine, kokkupõrge ja ühinemine viskas ümbritseva aegruumi pidevuse segadusse ja saatis valguse kiirusel võimsaid gravitatsioonilaineid igas suunas.
Selleks ajaks, kui need lained meie Maale jõudsid (ja see oli 2015. aasta 14. septembri hommikul), muutus kunagine kosmiliste mõõtmetega võimas kohin peeneks vinguks. Sellegipoolest registreerisid Louisiana ja Washingtoni osariigis kaks hiiglaslikku mitme kilomeetri pikkust masinat (gravitatsioonilainete laserinterferomeetrilise observatooriumi detektorid PIOGV) nende lainete kergesti äratuntavad jäljed. Teisipäeval said PIOGV kolm pikaajalist projektijuhti - Rainer Weiss, Barry Barish ja Kip Thorne - selle saavutuse eest Nobeli füüsikapreemia.
See avastus on juba pikka aega olnud nii inimese ajaskaalas kui ka astronoomilises kellas. Dr Weiss, dr Thorn ja dr Barish ning kolleegid on oma projekti kallal töötanud mitu aastakümmet. Tuhanded inimesed, kes töötasid viiel kontinendil, olid 2015. aasta avastusega seotud. See projekt oli teadlaste ja poliitikute strateegilise tulevikunägemuse näide, mis on meist peaaegu sama kaugel kui need põrkuvad mustad augud.
1960. aastate lõpus õpetas dr Weiss Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis vanemfüüsika kursust. Mõni aasta varem oli füüsik Joseph Weber kuulutanud, et on gravitatsioonilaineid tuvastanud alumiiniumist silindriantennidega instrumendi abil. Kuid Weber ei suutnud skeptikuid veenda. Dr Weiss andis oma õpilastele kodutöö, et leida veel üks viis lainete avastamiseks. (Õpilased, võtke teadmiseks: mõnikord on kodutöö Nobeli preemia kuulutaja.) Aga mis siis, kui proovite gravitatsioonilaineid tuvastada, uurides hoolikalt erinevaid radu mööda liikuvate ja seejärel detektoris uuesti ühendatavate laserkiirte häirete väiksemaid muutusi?
Teoreetiliselt peaksid gravitatsioonilained ruumis venima ja kokku tõmbuma, liikudes läbi selle. Dr Weiss tegi eelduse, et selline häire peaks muutma ühe laserkiire teepikkust, mille tõttu kaotavad need kaks kiirt detektorini jõudmise ajaks sünkroniseerimise ja desünkroonimise erinevuse põhjal on võimalik määrata häiremustreid.
Idee oli julge ja revolutsiooniline. Ja see on pehmelt öeldes. Eeldatava amplituudiga gravitatsioonilainete sekkumistehnika abil püüdmiseks pidid füüsikud tuvastama kauguse erinevuse, mis oli üks osa tuhandest miljardist miljardist. See on nagu Maa ja Päikese kauguse mõõtmine ühe aatomi skaalal, jälgides samal ajal kõiki muid vibratsiooni- ja veaallikaid, mis suudavad nii nõrka signaali maha suruda.
Pole üllatav, et dr Thorne, kellest sai tänavu Nobeli preemia laureaat, esitas probleemi oma 1973. aasta õpikus kodutööna. Ta viis õpilased järeldusele, et interferomeetria kui meetod gravitatsioonilainete tuvastamiseks ei olnud hea. (Okei, härrased, õpilased, mõnikord ei pea te kodutöid tegema.) Kuid seda probleemi põhjalikumalt uurides sai dr Thorne'ist interferomeetrilise meetodi üks tugevamaid toetajaid.
Dr Thorne'i veenmine oli lihtsam kui rahastuse saamine ja õpilaste kaasamine. Riiklik teadusfond lükkas 1972. aastal dr Weissi esimese ettepaneku tagasi. 1974. aastal tegi ta uue ettepaneku ja sai disainiuuringu jaoks veidi raha. 1978. aastal märkis dr Weiss oma rahastamistaotluses: "Järk-järgult jõudsin arusaamisele, et sedalaadi uuringuid saavad kõige paremini läbi viia vaieldamatud ja võimalik, et rumalad teadlased, samuti seikluslike kalduvustega noored kraadiõppurid."
Reklaamvideo:
Projekti ulatus laienes järk-järgult. Interferomeetri tohutud käed pidid nüüd ulatuma mitu kilomeetrit, mitte meetrit, ja olema varustatud kõige moodsama optika ja elektroonikaga. Samal ajal kasvas eelarve ja uurimisrühm. Selle keeruka projekti elluviimine nõudis nüüd lisaks füüsika sügavat tundmist ka poliitilisi oskusi. Mingil hetkel ebaõnnestusid katsed ehitada üks neist suurtest detektoritest Maine'i poliitilise rivaalitsemise ja kongressi aparaatide lavataguste tehingute tõttu. See õpetas teadlasi, et häireid on rohkem kui laserikiireid.
Üllataval kombel kinnitas Riiklik Teadusfond PIOGV rahastamise 1992. aastal. See oli sihtasutuse kalleim projekt, nagu see on tänaseni. Ajastus oli õige: pärast Nõukogude Liidu lagunemist 1991. aasta lõpus mõistsid füüsikud hetkega, et külma sõja argumendid teadusuuringute kasuks Kongressil ei kehti enam.
Umbes sel ajal jõudis USA eelarvetaktika uude etappi. Nüüd tuli pikaajaliste projektide kavandamisel arvestada riigiorganite tegevuse peatamise sagedaste ähvardustega (mõnikord viidi need läbi). See muutis eelarvestamise olukorra keeruliseks, kuna nüüd keskenduti lühiajalistele projektidele, mis tõotasid kiireid tulemusi. Kui täna pakutaks sellist projekti nagu PIOGV, on raske ette kujutada, et see saaks heakskiidu.
Kuid PIOGV näitab pikaajalise lähenemise teatud eeliseid. See projekt on näide teaduse ja hariduse lähedastest suhetest, mis lähevad kaugemale kodutöödest. Paljudest PIOGV meeskonna üliõpilastest ja kraadiõppuritest said avastatud laineid käsitleva ajaloolise artikli kaasautorid. Alates 1992. aastast on ainuüksi Ameerika Ühendriikides selle projekti raames kirjutatud ligi 600 väitekirja, mille on ette valmistanud 100 ülikooli ja 37 osariigi teadlased. Teaduslikud uuringud on läinud kaugelt füüsikast kaugemale ja hõlmavad nüüd selliseid valdkondi nagu inseneridisain ja tarkvaraarendus.
PIOGV näitab, mida saame saavutada, kui vaatame horisondi taha ega jää aastaeelarvete ja -aruannete külge. Ehitades ülitundlikke masinaid, harides arukaid ja pühendunud noori teadlasi ja insenere, saame enneolematu täpsusega proovile panna oma põhimõttelise arusaama loodusest. Sellised jõupingutused viivad sageli igapäevaelus kasutatavate tehnoloogiate täiustamiseni: GPS-navigatsioonisüsteem loodi töö osana Einsteini üldise relatiivsusteooria testimiseks. Tõsi, selliseid ootamatuid avastusi on raske ennustada. Kuid kannatlikkuse, visaduse ja hea õnne korral võime vaadata universumi sisimasse sügavikku.
David Kaiser on Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi professor ning füüsika ja teaduse ajaloo lektor. Ta tegi koostööd W. Patrick McCray'ga, et toimetada Groovy Science: Knowledge, Innovation ja American Counterculture.
