Reliatyvumo teorija pakeitė viską, bet tai užtruko atitinkamai.
Gravitacinių bangų aptikimas lazerinėje interferometrinėje gravitacinių bangų laboratorijoje LIGO įvyko lygiai po šimto metų po to, kai Einšteinas suformulavo savo bendrąją reliatyvumo teoriją straipsnyje, kuriame matematiškai aprašyta gravitacinių bangų egzistavimo galimybė. Arba bent jau ta istorija, kuri buvo pristatyta visuomenei (taip pat ir jūsų pačiai). Kai kuriais aspektais tai netgi atitinka tikrovę.
- „Salik.biz“
Tačiau realybė, kaip reliatyvumas vystėsi iki taško, kai žmonės suprato, kad gravitacinės bangos egzistuoja ir kad jas galima aptikti, pasirodė žymiai sudėtingesnės nei aukščiau aprašytas pasakojimas. Šios savaitės „Gamtos astronomijos“grupėje mokslo istorikai pateikia visą informaciją apie tai, kaip mes keliavome nuo reliatyvumo aušros iki LIGO lazerio interferometrinių gravitacinių bangų laboratorijos. Proceso metu istorikai rodo, kad idėjos apie mokslo revoliucijas, sukeliančias netikėtus ir radikalius poslinkius, kartais gali pasirodyti nepagrįstos.
Ar pasikeitė jūsų paradigma?
Populiarią mokslinės revoliucijos koncepciją (tiek, kiek ji egzistuoja) paaiškino Tomas Kuhnas. Kuhnas aprašė procesą, kurio metu duomenys palaipsniui perkelia esamą teoriją link krizės, leisdami beveik visiems pamatyti, kad ji nebeveikia. Po krizės įvyksta revoliucija ir atsiranda nauja teorija. Teorijos sugebėjimas išspręsti visas problemas, kurios nulėmė krizės pradžią, greitai sulaukia palaikymo ir prasideda naujas mokslo laikotarpis, pagrįstas teorija arba „remiantis paradigma“, kaip teigia Kuhnas.
Tam tikru lygmeniu visa tai puikiai dera su reliatyvumo istorija. Einšteino pasiūlymai iš tikrųjų sukūrė naują išlenkto erdvės laiko paradigmą, jie išsprendė daugybę Niutono sunkumo problemų, taip pat greitai gavo eksperimentinį patvirtinimą ir buvo priimti. Tačiau mažiau nei po metų Einšteinas išleido straipsnį, kuriame gravitacinių bangų generavimui buvo naudojama nauja paradigma. Straipsnis pasirodė neteisingas, tačiau po kelerių metų jis paskelbė patikslintą versiją. Ši revoliucija, pažymėjusi atradimo laikotarpio pradžią, buvo baigta šimtmečiu vėliau.
Tačiau paminėti istorikai - Aleksandras Blumas, Roberto Lalli ir Jürgenas Rennas - norėjo nuodugniai išspręsti šį paradigmos pokyčių paradą. Ir jie tai daro sutelkdami dėmesį į Einšteino suformuluotą bendrąjį reliatyvumą.
Reklaminis vaizdo įrašas:
(Reikėtų pažymėti, kad šis požiūris taip pat nepalaiko Kuhno revoliucijos modelio. Žmonės gerai dirbo įgyvendindami Niutono koncepciją net ir paaiškėjus jos problemoms, taip pat nebuvo akivaizdaus krizės laikotarpio, net tada, kai Einšteinas suformulavo savo bendrosios reliatyvumo teoriją. Kai kuriais aspektais bendrasis reliatyvumas išsprendė tik problemą, kurią sukūrė pats Einšteinas, kai pasiūlė specialųjį reliatyvumą).
Padaryti bangas
Pradėjusiesiems reikėtų pasakyti, kad gravitacinės bangos neatsirado tiesiogiai dėl to, kad Einšteinas jas dirbo. Matyt, Einsteinas nelabai rimtai galvojo apie jų egzistavimą, kol Karlas Schwarzschildas ir jo spindulys šlovės pastūmėjo jį tai padaryti. Pirmame jo tema tema buvo klaida, o pataisyta versija veikė tik tuo atveju, jei bangos sklido cilindro viduje. Nors šis straipsnis pateikia pagrindą teiginiams, kad būtent Einšteinas numatė gravitacinių bangų egzistavimą, tai neabejotinai buvo apytikslis sprendimas supaprastintoje aplinkoje.
Būtent čia Einšteinas paliko šią problemą. Jo dėmesys pasislenka, ir jis bando derinti savo sunkio versiją su elektromagnetizmu. Nedaug žmonių buvo pasirengę spręsti šią problemą tuo metu, kai vis labiau populiarėjo kvantinė mechanika, o Pirmasis pasaulinis karas sutrikdė mokslo bendruomenės darbą ir atkreipė jos narių dėmesį į taikomąją fiziką. Anot šių mokslo istorikų, didžiąją dalį šiuo laikotarpiu atlikto reliatyvumo teorijos darbo buvo siekiama išversti esamas ir gerai aprašytas fizines sistemas iš Niutono mechanikos kalbos į reliatyvumo teorijos kalbą. Daug mažiau dėmesio buvo skiriama bandymams nustatyti, kokias unikalias visatos suvokimo galimybes suteikia reliatyvumo teorija.
Gilios atminties, ką reiškia reliatyvumas, trūkumą apsunkino tokios problemos kaip Einšteino matematinės klaidos. Kai matematikoje atsirado tokios absurdiškos sąvokos kaip išskirtinumas, nebuvo aišku, ką jie bandė mums pasakyti tokiu būdu. Ar tokios abstrakcijos turi kokį nors pagrindą iš tikrųjų? Ar kitas matematinis metodas galėtų pasiūlyti intelektualesnį sprendimą? O gal reliatyvumo teorija yra ribota tuo, ką ji gali sėkmingai paaiškinti? Nesant gilaus šios teorijos supratimo, tikriausiai bus sunku pasakyti, kuri iš šių variantų yra labiausiai tikėtina.
Kadangi gravitacinės bangos gali atsirasti iš teisingos lygties, mažai domėjosi, ar reikia jų egzistavimo, o dar mažiau domėjosi klausimu, kaip mes galime jas užfiksuoti.
Proveržis
Tačiau kaip šiai sričiai pavyko išsiveržti iš sąstingio? Šeštajame dešimtmetyje fizika sulaukė daug palaikymo iš valstybės, nes jai pasisekė per karą, ir dėl to mokslinių tyrimų bendruomenė išaugo. Be to, tapo aišku, kad norint suprasti mūsų besiplečiantį duomenų rinkinį, apibūdinantį visatą ir jos evoliuciją, reikės gravitacinio efekto.
Reliatyvumo bendruomenė sulaukė palaikymo iš vis augančios mokslo internacionalizacijos, buvo organizuojamos kasmetinės konferencijos, kuriose aptariamos visos šios srities temos. Ši platesnė bendruomenė sutarė, kad likusius fizinius klausimus apie reliatyvumo teoriją reikia spręsti, jei kiekviena tyrėjų grupė nori pasitikėti savo atliekamu darbu. Problemų, susijusių su reliatyvumo teorija, sprendimas taip pat buvo laikomas būtina sąlyga, norint integruoti ją su kvantine mechanika, ir daugelis buvo suinteresuoti dirbti su šia problema.
Gravitacinių bangų buvimas buvo viena iš šių problemų, todėl jos ėmė traukti dėmesį. Svarbiausias lūžis įvyko konferencijoje, kurioje tyrėjai (įskaitant Ričardą Feynmaną) sugebėjo suprasti, kaip gravitacinių bangų energija gali būti keičiama į geriau suprantamas energijos formas likusioje visatos dalyje. Kitas tyrėjas sugebėjo matematiškai aprašyti elektromagnetines bangas ir tada modifikuoti, kad apibūdintų gravitacines bangas. Gautos matematinės struktūros tapo pagrindu suprasti, kad gravitacinės bangos yra svyravimai erdvės laike, ir šis požiūris išlieka iki šių dienų.
Sukilimas
Visa tai, kaip ir progresas kitose reliatyvumo teorijos srityse, sukūrė tvirtą teorinį pagrindą. Bloomas, Lally ir Rennesas mano, kad tuo metu, kai pirmą kartą buvo pristatytas bendrasis reliatyvumas, žmonės galvojo apie reliatyvumo pasekmes kitoms teorijoms, kuriomis jie naudojosi, norėdami suprasti visatą. Anot istorikų, iki septintojo dešimtmečio pradžios reliatyvumo teorijai turėjo būti suteikta prielaida, kad ji yra tiesiogiai susijusi su Visatos elgesiu, ir kitos teorijos nebereikėjo. Tai sukūrė pagrindą manyti, kad gravitacinės bangos, būdamos natūralios šios teorijos pasekme, turi turėti tam tikrą fizinį pasireiškimą.
Šis supratimas taip pat buvo būtinas norint sukurti modelį, kuris leistų mums kalbėti apie tai, kaip turėtų atrodyti gravitacinės bangos, remiantis juos sukėlusiais įvykiais. Ir mes sugebėjome atskirti tikruosius įvykius nuo triukšmo, kai tik turėjome detektorių, pavyzdžiui, LIGO, turintį pakankamą jautrumą jiems aptikti.
Šis 40 metų procesas netinka revoliucijoms, apie kurias kalba Kuhnas. Tuo metu, kai žmonės bandė sukurti naują teoriją, galinčią išspręsti akivaizdžius prieštaravimus, būdingus jos nepakeliamam pirmtakui, krizės nebuvo ir nebuvo pasiutęs tyrimų laikotarpis. Tačiau šie istorikai mano, kad yra vienas dalykas, dėl kurio Kuhnas buvo teisus: tie žmonės, kurie giliai pasinėrę į reliatyvistinį pasaulį, turi iš esmės priešingą požiūrį į Visatą, ir jiems bus sunku pasidalyti savo nuomonėmis su tais, kurie gyvena Niutono pasaulyje.
Kuhn suprato šią problemą kaip iš esmės kalbos problemą; senieji terminai įgyja naujų reikšmių naujoje paradigmoje. Tačiau minėti istorikai, atrodo, mano, kad tokie požiūrio pokyčiai yra būtini bet kokiai mokslo pažangai. Kol žmonės neįsigilins į naujos teorijos realybę ir neįvertins visų jos padarinių, jiems bus sunku pakankamai suvokti jos prasmę ir padaryti prognozes - o kalbos pokyčiai yra tik šalutinis produktas.
Jonas Timmeris