Astrofizyk teoretyczny Kip Thorne pracujący z Jessicą Chastain na planie filmu Interstellar(Źródło: Kip Thorne przez Wired Magazine)
Przez sto lat, odkąd Albert Einstein po raz pierwszy opublikował swoją przełomową ogólną teorię względności, najwybitniejsze umysły świata starały się odkryć, czy przewidywania wynikające z jego teorii są prawdziwe. Jeden z tych umysłów, Kip Thorne, spędził swoją karierę na badaniu twierdzenia Einsteina, że fale grawitacyjne istnieją i jest uważany za czołowego światowego eksperta w tej dziedzinie. Thorne znajduje się teraz u progu jednego z najbardziej zdumiewających odkryć naukowych we współczesnej historii ludzkości: wykrywanie tych fal .
Jako profesor fizyki teoretycznej w California Institute of Technology, Thorne opublikował wiele książek i artykułów na temat teorii grawitacji. W 1984 r. Thorne był współzałożycielem projektu LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), który wykorzystuje lasery do pomiaru niewielkich zniekształceń w strukturze czasoprzestrzeni — zniekształceń, które mogą być spowodowane falami grawitacyjnymi.
W 1994 roku napisał wielokrotnie nagradzany Czarne dziury i zniekształcenia czasu: skandaliczne dziedzictwo Einsteina, książka, która łączy publiczność głównego nurtu z jego złożonym kierunkiem studiów. Dziesięć lat później Thorne został doradcą naukowym w Międzygwiezdny i zapewnił matematykę potrzebną do dokładnego przedstawienia wspaniałych efektów wizualnych filmu. Opublikował również Nauka międzygwiezdna z napastnikiem od Christophera Nolana.
14 września 2015 r. naukowcy pracujący w bliźniaczych lokalizacjach detektorów LIGO w Livingston w stanie Luizjana i Hanford w stanie Waszyngton złożyli przysięgę do zachowania tajemnicy po tym, jak wstępne dane wskazały na wykrycie gwałtownego kosmicznego zdarzenia, które miało miejsce dawno temu. Po miesiącach sprawdzania i ponownego sprawdzania danych, gdy wiadomości zaczęły wyciekać do opinii publicznej, naukowcy z laboratoriów LIGO prowadzonych przez CalTech i MIT ogłosili nadzwyczajne wykrycie fal grawitacyjnych. Jako nowe okno na wszechświat, fale ujawniły połączenie dwóch czarnych dziur prawie 1,3 miliarda lat temu.
The Braganca usiadł z Kipem Thornem przed jego before współpraca multimedialna z mistrzem efektów wizualnych Paulem Franklinem i zdobywcą Oscara kompozytorem Hansem Zimmerem na Wypaczona strona wszechświata , omówić Einsteina, fale grawitacyjne i jego prace nad Międzygwiezdny .
Czym jest ogólna teoria względności Einsteina?
Jest to szkielet dla wszystkich praw fizyki z wyjątkiem praw kwantowych. Ludzie zwykle mówią dobrze, to jego teoria grawitacji, ale to znacznie więcej. Zbudował tę teorię, aby wyjaśnić grawitację, ale w rzeczywistości ta teoria robi o wiele więcej. Mówi ci, jak wszystkie inne prawa natury pasują do przestrzeni i czasu.
Jest to najdokładniejszy znany nam sposób opisywania natury w tym, co nazwalibyśmy domeną klasyczną, która jest wszystkim, z wyjątkiem bardzo małych rzeczy, takich jak atomy i molekuły.
Jak łączy się teoria Einsteina? fale grawitacyjne ?
Einstein sformułował swoją ogólną teorię względności w bardzo intensywnym wysiłku, który trwał od 1905 do 1915 roku i ukończył tę teorię w listopadzie 1915 roku – nieco ponad sto lat temu. Następnie zaczął wykorzystywać teorię lub te prawa, które opracował – do przewidywania. Jedną z najważniejszych prognoz i ostatnią poważną prognozą, jaką wypowiedział, było to, że fale grawitacyjne powinny istnieć. Przepowiedział to w czerwcu 1916 roku, więc teraz mówimy o zaledwie dwóch miesiącach od stulecia przewidywania fal grawitacyjnych.
Spojrzał na przewidywania, przyjrzał się ówczesnej technologii i przyjrzał się rzeczom, które mogą wytwarzać fale grawitacyjne we wszechświecie i doszedł do wniosku, że to beznadziejne, że kiedykolwiek je zobaczymy. Po prostu nigdy nie mielibyśmy wystarczająco dokładnej technologii.
On się mylił. Widzieliśmy je po raz pierwszy we wrześniu ubiegłego roku.
Na osi czasu od przewidywań Einsteina do niedawnego odkrycia fal grawitacyjnych, jaki był punkt zwrotny, który doprowadził do przełomu?
Cóż, było kilka punktów zwrotnych. Dwa najważniejsze punkty zwrotne wyszły od dwóch konkretnych osób. Joseph Weber, około 1960 roku, wymyślił podejście, które wyglądało, że może być w stanie zobaczyć fale grawitacyjne i podjął wysiłki, aby je znaleźć. Był pierwszą osobą, która zakwestionowała powiedzenie Einsteina, że nie mielibyśmy do tego technologii. Weber nie widział fal grawitacyjnych. Przez chwilę myślał, że tak, ale tak naprawdę ich nie widział. Fale są słabsze, niż się spodziewał, ale przełamał zakleszczenie ludzi myślących, że po prostu nie możesz tego zrobić, i zainspirował innych. W tym mnie.
Drugim punktem zwrotnym był wynalazek autorstwa Ray Weiss na MIT ale z nasionami tego pomysłu pochodzącymi wcześniej od Michaiła Gertsenshteina i Władysława Pustowoita w Moskwie w Rosji. Ray Weiss wynalazł tę technikę, której teraz używamy i różniła się ona od techniki Webera. Nazywamy to wykrywaniem fal grawitacyjnych interferometrem i opiera się na falach grawitacyjnych popychających lustra tam i z powrotem. Większość luster mierzysz wiązkami laserowymi.
Weiss to wymyślił, a następnie przeanalizował wszystkie główne źródła hałasu, z którymi trzeba by się zmierzyć i opisał, jak sobie z nimi radzić. W 1972 roku przedstawił plan dalszego rozwoju tego rodzaju projektu. Był to plan, który został zmodyfikowany na różne sposoby, ale nie za bardzo. To był naprawdę projekt, który przetrwał próbę czasu przez dziesięciolecia jako przewodnik, jak to zrobić. To był największy punkt zwrotny.
To dość interesujące, ponieważ Ray jest skromnym facetem i wpadł na pomysł, że nie powinien publikować tego w regularnej literaturze, dopóki nie odkryje fal grawitacyjnych. Więc napisał ten artykuł, który moim zdaniem jest najpotężniejszym artykułem technicznym, jaki kiedykolwiek czytałem. Napisał go i opublikował w wewnętrznej serii raportów MIT. Był łatwo dostępny dla ludzi takich jak ja, którzy interesowali się tym tematem. Trzeba było go poszukać, ponieważ nie był dostępny w regularnej literaturze.
Co dalej z tym polem po wykryciu fal grawitacyjnych?
Cóż, to naprawdę dopiero początek. Kiedy Galileusz po raz pierwszy wycelował swój teleskop optyczny na niebo i otworzył nowoczesną astronomię optyczną, było to pierwsze z elektromagnetycznych okien poza wszechświatem: światło. Używamy wyrażenia „okno” w znaczeniu pewnych technologii, których używamy do poszukiwania promieniowania o określonym obszarze długości fali. W latach czterdziestych narodziła się radioastronomia — patrzenie za pomocą fal radiowych zamiast światła. W latach sześćdziesiątych narodziła się astronomia rentgenowska. W latach siedemdziesiątych narodziła się astronomia promieniowania gamma. W latach sześćdziesiątych narodziła się również astronomia w podczerwieni.
Wkrótce mieliśmy wszystkie te różne okna, które wyglądały z falami elektromagnetycznymi, ale z różnymi długościami fal. Wszechświat wygląda zupełnie inaczej przez radioteleskop i teleskop rentgenowski niż przez światło. To samo dzieje się z astronomią fal grawitacyjnych.
Czy fale grawitacyjne zostaną wykorzystane do badania wszechświata?
To właśnie robimy teraz. Robimy to teraz w LIGO. Ogłosiliśmy odkrycie dwóch zderzających się czarnych dziur. Będzie ich więcej i zobaczymy wiele innych zjawisk, ale widzimy je tylko z falami grawitacyjnymi, które mają określony okres oscylacji. Okres kilku milisekund. W ciągu najbliższych 20 lat zobaczymy fale grawitacyjne, które mają okresy godzinne. 
Laboratorium LIGO w Livingston w stanie Luizjana (po lewej) zostało użyte do wykrycia fal grawitacyjnych emitowanych w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur (na zdjęciu po prawej).Kredyty: LIGO
Dzięki detektorom podobnym do LIGO, które latają w kosmosie, prawdopodobnie w ciągu najbliższych 5 lat zobaczymy fale grawitacyjne, które obejmują lata przy użyciu techniki z radioastronomii, która polega na śledzeniu tego, co nazywamy Pulsarami.
Zobaczymy prawdopodobnie w ciągu najbliższych 5 lat, a na pewno za 10 lat, fale grawitacyjne z okresami prawie tak długimi, jak wiek wszechświata. Poprzez wzory, które tworzą na niebie, które nazywamy kosmicznym mikrofalowym tłem.
W ciągu najbliższych 20 lat będziemy mieć otwarte cztery różne okna fal grawitacyjnych i każde z nich zobaczy coś innego. W ten sposób będziemy badać narodziny wszechświata. Tak zwana „era inflacyjna” wszechświata. Będziemy badać narodziny podstawowych sił i sposób ich powstania. Zobaczymy, jak rodzą się w najwcześniejszych momentach wszechświata za pomocą fal grawitacyjnych. Będziemy oglądać zderzenia czarnych dziur, co teraz robimy, ale zderzają się ogromne czarne dziury. Zobaczymy, jak gwiazdy są rozdzierane przez czarne dziury.
Zobaczymy po prostu fantastyczny zakres rzeczy, których nigdy wcześniej nie widzieliśmy i będzie to trwać przez wieki, tak jak astronomia optyczna trwała od wieków. To dopiero początek.
Pracowałeś z Christopherem Nolanem i Paul Franklin zbuduje naukę i wizualizacje za Międzygwiezdny. Jak dokładna była czarna dziura w filmie, Gargantua?
To najdokładniejsze przedstawienie, jakie pojawiło się w hollywoodzkim filmie. Oliver James, który jest głównym naukowcem w Paul Franklin firma Podwójnie negatywny , z pewnym naciskiem z mojej strony wymyśliłem zupełnie nowy sposób obrazowania. Daje obrazy, które są pod tym względem bardziej płynne i dokładniejsze. Właśnie tego potrzebujesz do filmu IMAX.
Zastosowaliśmy nowy zestaw technik, ale używając starszego zestawu technik, astrofizycy tworzyli obrazy, takie jak obraz Gargantui z 1980 roku. Po raz pierwszy zrobił to Jean-Pierre Luminet we Francji. Są tam obrazy czarnych dziur przypominające Gargantuę, ale rzadko widywałeś je w literaturze astrofizycznej. Nie jest to coś, co astronomowie widzą w swoich teleskopach. 
Gargantua, fikcyjna czarna dziura przedstawiona w filmie Interstellar.(Źródło: Warner Bros.)
To jest wersja o najwyższej rozdzielczości, najbardziej przekonująca wersja i najbardziej urzekająca wersja. Ale dokładne opisy zostały wcześniej wykonane przez astrofizyków.
W filmie profesor Brand wyjaśnia, że zanim Cooper wróci ze swojej międzygwiezdnej podróży, rozwiązałby problem grawitacji. Co to za problem?
W filmie Ziemia umiera biologicznie, a zostało już tylko kilka milionów ludzi. Zadaniem profesora Branda i współpracujących z nim ludzi jest sprawdzenie, czy możliwe jest podniesienie tych pozostałych ludzi z Ziemi w koloniach kosmicznych. Nie mieli do tego mocy rakietowej. Mieli moc budowania kolonii kosmicznych na Ziemi, ale nie mieli mocy rakietowej, aby je podnieść.
W filmie występują anomalie grawitacyjne, które pojawiły się dość nagle i ta dziwność związana z grawitacją, która zaczęła się pojawiać, zasugerowała profesorowi Brandowi, że możliwe jest kontrolowanie grawitacji lub zmiana jej zachowania.
Chciał tylko zmniejszyć grawitacyjne przyciąganie ziemi na tyle długo, by użyć małej mocy rakiety, by nas unieść. Chodziło wtedy o nauczenie się, jak wykorzystać te anomalie. Widzisz przykład anomalii w sypialni Murpha – spadający wzór kurzu. Czy potrafisz wykorzystać te anomalie i faktycznie zmniejszyć grawitację Ziemi?
Jak daleko ludzkość jest od podróży międzygwiezdnych?
Myślę, że prawdopodobnie to zrobimy, ale nie za mniej niż trzy stulecia. To bardzo, bardzo trudne.
Istnieją pomysły na to, jak można to zrobić, zazwyczaj polegające na umieszczaniu ludzi w koloniach kosmicznych, które trwają przez pokolenia. Istnieją pomysły na napęd, które ludzie mieli, które sprawiają, że myślę, że zostaną one osiągnięte przez istoty ludzkie w ciągu trzech lub czterech stuleci.
Przeczytaj nasz wywiad z nagrodzonym Oscarem artystą efektów wizualnych Międzygwiezdny , Paula Franklina.
Robin Seemangal koncentruje się na NASA i promowaniu eksploracji kosmosu. Urodził się i wychował na Brooklynie, gdzie obecnie mieszka. Znajdź go na Instagram po więcej treści związanych z przestrzenią: @not_gatsby.
