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गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए एक वैज्ञानिक निर्णायक था, लेकिन आगे क्या है?

एक अरब साल से भी पहले, एक आकाशगंगा में, बहुत दूर, दो ब्लैक होल ने एक तेज़-तर्रार पेस डे ड्यूक्स में अंतिम चरणों को अंजाम दिया, एक अंतिम आलिंगन के साथ समापन हुआ ताकि हिंसक यह हर स्टार के संयुक्त उत्पादन से अधिक ऊर्जा जारी करे। अवलोकनीय ब्रह्मांड में हर आकाशगंगा। फिर भी, स्टारलाईट के विपरीत, ऊर्जा अंधेरे थी, गुरुत्वाकर्षण के अदृश्य बल द्वारा ले जाई जा रही थी। 14 सितंबर 2015 को, 5:51 बजे पूर्वी डेलाइट टाइम, उस ऊर्जा का एक टुकड़ा, एक "गुरुत्वाकर्षण तरंग" के रूप में, पृथ्वी पर पहुंच गया, जो अंतरिक्ष में अपने विशाल पारगमन से कम हो गया और अपने गरज के मात्र फुसफुसाते हुए। इसकी शुरुआत हुई।

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जहाँ तक हम जानते हैं, पृथ्वी पर इस प्रकार की गुरुत्वाकर्षण गड़बड़ी पहले भी होती रही है। बार बार। इस बार अंतर यह है कि दो शानदार सटीक डिटेक्टर, एक लिविंगस्टन, लुइसियाना में और दूसरा हनफोर्ड, वाशिंगटन में, तैयार खड़े थे। जब गुरुत्वाकर्षण तरंग लुढ़कती है, तो यह डिटेक्टरों को गुदगुदी करती है, जिससे ब्रह्मांड के दूसरी तरफ ब्लैक होल को टकराने और मानव जाति के ब्रह्मांड के अन्वेषण में एक नए अध्याय की शुरुआत करने का अचूक हस्ताक्षर मिलता है।

जब जनवरी में खोज की अफवाहें फैलनी शुरू हुईं, तो मैंने अपनी आँखों को लुढ़काया, जो स्पष्ट रूप से एक गलत अलार्म था या थोड़ी हलचल करने के लिए एक चाल थी। अपने पांचवें दशक में एक अनुसंधान कार्यक्रम के रूप में, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का शिकार लंबे समय से प्रमुख खोज बन गया था जो हमेशा क्षितिज पर मँडरा रहा था। भौतिकविदों ने अपने गुरुत्वाकर्षण गोडोट के इंतजार में इस्तीफा दे दिया था।

लेकिन मानवीय सरलता और दृढ़ता ने जीत हासिल कर ली है। यह उन जीत में से एक है जो हम में से उन लोगों को भी देती हैं, जो कि रीढ़ की हड्डी में झुनझुनी से चीरते हैं।

यहाँ कहानी है, संक्षेप में।

इस पिछले नवंबर में, दुनिया ने आइंस्टीन की सबसे बड़ी खोज के शताब्दी का जश्न मनाया, सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत, जिसने गुरुत्वाकर्षण को समझने के लिए एक नया प्रतिमान प्रकट किया। आइजैक न्यूटन का दृष्टिकोण सही ढंग से किसी भी दो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण की भविष्यवाणी करता है, लेकिन इस बात की कोई जानकारी नहीं देता है कि यहां कोई चीज खाली जगह तक कैसे पहुंच सकती है और वहां किसी चीज को खींच सकती है। आइंस्टीन ने यह तय करने में एक दशक बिताया कि गुरुत्वाकर्षण का संचार कैसे किया जाता है, और अंत में यह निष्कर्ष निकाला गया कि अंतरिक्ष और समय अदृश्य हाथ बनाते हैं जो गुरुत्वाकर्षण की बोली लगाते हैं।

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पसंद का रूपक, अति प्रयोग लेकिन उद्दीपक, एक trampoline के रूप में अंतरिक्ष के बारे में सोचना है। ट्रम्पोलिन के बीच में एक बॉलिंग बॉल रखें जिससे वह वक्र हो, और एक घुमावदार घुमावदार प्रक्षेप पथ के साथ यात्रा करने के लिए एक संगमरमर को नग्न किया जाएगा। इसी तरह, आइंस्टीन ने माना कि सूर्य जैसे खगोलीय पिंड के पास, स्पेसटाइम पर्यावरण घटता है, जो बताता है कि पृथ्वी, संगमरमर की तरह क्यों, एक घुमावदार प्रक्षेपवक्र का अनुसरण करती है। 1919 तक, खगोलीय प्रेक्षणों ने इस उल्लेखनीय दृष्टि की पुष्टि की, और आइंस्टीन आइंस्टीन बना दिया।

आइंस्टीन ने अपनी क्षणिक खोज को और आगे बढ़ाया। उस बिंदु पर, उन्होंने स्थैतिक स्थितियों पर ध्यान केंद्रित किया था: किसी दिए गए राशि से उत्पन्न होने वाले स्पेसटाइम के क्षेत्र का निश्चित आकार निर्धारित करना। लेकिन आइंस्टीन ने फिर गतिशील स्थितियों की ओर रुख किया: अगर बात हिलाने और हिलाने की हो तो स्पेसटाइम फैब्रिक का क्या होगा? उन्होंने महसूस किया कि ट्रम्पोलिन पर कूदने वाले बच्चे सतह में तरंगें उत्पन्न करते हैं जो बाह्य रूप से तरंगित करते हैं, द्रव्य जो इस तरह से गति करता है और जो स्पेसटाइम के कपड़े में तरंगों को उत्पन्न करेगा, वह भी बाहर की ओर। और चूंकि, सामान्य सापेक्षता के अनुसार, घुमावदार स्पेसटाइम गुरुत्वाकर्षण है, घुमावदार स्पेसटाइम की एक लहर गुरुत्वाकर्षण की एक लहर है।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण से सामान्य सापेक्षता के सबसे महत्वपूर्ण प्रस्थान का प्रतिनिधित्व करती हैं। लचीले स्पेसटाइम निश्चित रूप से गुरुत्वाकर्षण का एक गहन पुनरावर्तन है, फिर भी सूर्य या पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण पुल जैसे परिचित संदर्भों में, आइंस्टीन की भविष्यवाणियां मुश्किल से न्यूटन से भिन्न होती हैं। हालाँकि, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण का संचार कैसे होता है, इसके बारे में न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण चुप है, गुरुत्वाकर्षण गुरुत्वाकर्षण में गड़बड़ी की धारणा का न्यूटन के सिद्धांत में कोई स्थान नहीं है।

आइंस्टीन ने खुद गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अपने पूर्वानुमान के बारे में गलत जानकारी दी थी। जब पहली बार सामान्य सापेक्षता के सूक्ष्म समीकरणों का सामना करना पड़ रहा है, तो यह औसत दर्जे का भौतिकी से अमूर्त गणित को अलग करने के लिए चुनौतीपूर्ण है। आइंस्टीन इस झगड़े में शामिल होने वाले पहले थे, और ऐसी विशेषताएं थीं कि यहां तक ​​कि वे, सापेक्षता के निंदक, पूरी तरह से समझने में विफल रहे। लेकिन 1960 के दशक तक, अधिक परिष्कृत गणितीय तरीकों का उपयोग करने वाले वैज्ञानिकों ने किसी भी संदेह से परे स्थापित किया कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत की एक विशिष्ट विशेषता थीं।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें चित्रण गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक चित्रण (जॉन जर्सी)

फिर, इस प्रतिष्ठित भविष्यवाणी का परीक्षण कैसे किया जा सकता है? 1974 में, अरेसिबो रेडियो टेलीस्कोप का उपयोग करते हुए, जोसेफ टेलर और रसेल हुल्स ने एक द्विआधारी पल्सर की खोज की: दो परिक्रमा करने वाले न्यूट्रॉन तारे जिनकी कक्षीय अवधि को बहुत सटीकता के साथ ट्रैक किया जा सकता था। सामान्य सापेक्षता के अनुसार, परिक्रमा करने वाले तारे गुरुत्वाकर्षण तरंगों की एक स्थिर मार्च उत्पन्न करते हैं जो ऊर्जा की निकासी करते हैं, जिससे तारे एक साथ निकट गिरते हैं और अधिक तेज़ी से परिक्रमा करते हैं। प्रेक्षणों ने T को इस भविष्यवाणी की पुष्टि की, सबूत प्रदान करते हुए, अप्रत्यक्ष रूप से, कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें वास्तविक हैं। हुल्स और टेलर को 1993 का नोबेल पुरस्कार मिला।

उपलब्धि ने केवल गुरुत्वाकर्षण तरंगों की प्रत्यक्ष पहचान को और अधिक आकर्षक बना दिया। लेकिन कार्य कठिन था। गणना से पता चलता है कि अंतरिक्ष के माध्यम से गुरुत्वाकर्षण तरंग लहर के रूप में, इसके पथ में कुछ भी वैकल्पिक रूप से बढ़ाया जाएगा और गति की लहर की दिशा के लिए अक्षों के साथ निचोड़ा जाएगा। एक गुरुत्वाकर्षण लहर सीधे संयुक्त राज्य की ओर बढ़ती है और न्यूयॉर्क और कैलिफोर्निया के बीच अंतरिक्ष को वैकल्पिक रूप से फैलाएगी और निचोड़ती है, और टेक्सास और नॉर्थ डकोटा के बीच। इस तरह की दूरियों की ठीक-ठीक निगरानी करके, हमें इस तरह से तरंग के गुजरने को इंगित करना चाहिए।

चुनौती यह है कि एक तालाब में लहर जितनी नीचे गिरती है, उतनी ही फैलती जाती है, एक गुरुत्वाकर्षण तरंग उसके स्रोत से यात्रा करती है। चूंकि प्रमुख ब्रह्मांडीय टक्कर आम तौर पर हमसे (धन्यवाद) से बहुत दूर होती है, जब तक गुरुत्वाकर्षण तरंगें पृथ्वी तक पहुंचती हैं, तब तक उनके द्वारा खींचे जाने और निचोड़ने की मात्रा एक परमाणु व्यास से कम होती है। इस तरह के परिवर्तनों का पता लगाना कागज की एक शीट की मोटाई से बेहतर सटीकता के साथ सौर मंडल से परे निकटतम तारा से पृथ्वी की दूरी को मापने के बराबर है।

पहला प्रयास, 1960 के दशक में मैरीलैंड विश्वविद्यालय के जोसेफ वेबर के नेतृत्व में, बहु-टन ठोस एल्यूमीनियम सिलेंडर का इस्तेमाल किया, इस उम्मीद में कि वे धीरे-धीरे एक विशाल गुरुत्वाकर्षण लहर के जवाब में विशालकाय ट्यूनिंग कांटे की तरह गूंजेंगे। 1970 के दशक की शुरुआत में, वेबर ने बड़ी सफलता का दावा किया। उन्होंने बताया कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें उनके डिटेक्टर को लगभग दैनिक आधार पर बजा रही थीं। इस महत्वपूर्ण उपलब्धि ने दूसरों को वेबर के दावों की पुष्टि करने के लिए प्रेरित किया, लेकिन वर्षों की कोशिश के बाद भी कोई भी एक लहर नहीं पकड़ सका।

वेबर ने अपने परिणामों में बहुत विश्वास किया, लंबे समय के बाद, जब तक कि अमेस्स सबूतों का सुझाव नहीं दिया गया, तब तक एक ऐसे परिप्रेक्ष्य में योगदान दिया जिसने दशकों तक क्षेत्र को रंगीन किया। कई वर्षों से, कई वैज्ञानिकों का मानना ​​था, जैसा कि आइंस्टीन ने कहा था कि यदि गुरुत्वाकर्षण तरंगें वास्तविक थीं, तो वे बस कभी भी कमजोर होंगे। जो लोग उन्हें खोजने के लिए बाहर निकले थे, वे एक मूर्ख व्यक्ति की गलती पर थे, और जो लोग विश्वास करने का दावा करते थे कि उन्हें मूर्ख बनाया जा रहा है।

1970 के दशक तक, कुछ लोग जिनके पास अभी भी गुरुत्वाकर्षण तरंग बग था, एक अधिक आशाजनक पहचान योजना में बदल गए, जिसमें लेज़रों का उपयोग एक दूसरे से 90 डिग्री पर उन्मुख दो लंबी समान सुरंगों की लंबाई की तुलना करने के लिए किया जाएगा। एक गुजरता हुआ गुरुत्वाकर्षण तरंग एक सुरंग को खींचता है, जबकि दूसरे को निचोड़ते हुए, लेजर बीम द्वारा यात्रा की जाने वाली दूरी को थोड़ा बदलकर प्रत्येक के साथ निकाल दिया जाता है। जब दो लेजर बीमों को बाद में पुनर्संयोजित किया जाता है, तो परिणामस्वरूप पैटर्न जो प्रकाश रूपों के प्रति मिनट के अंतर के प्रति संवेदनशील होता है, प्रत्येक बीम ने कितनी दूर की यात्रा की है। यदि एक गुरुत्वाकर्षण तरंग द्वारा रोल किया जाता है, तो भी यह बनाता है कि इसके निर्माण के दौरान एक संशोधित लेजर पैटर्न निकल जाएगा।

यह एक सुंदर विचार है। लेकिन आस-पास के jackhammers, rumbling ट्रक, हवा के झोंके या गिरते पेड़ इस तरह के प्रयोग को परेशान कर सकते हैं। जब मीटर के एक अरबवें हिस्से के एक अरबवें हिस्से से कम की लंबाई के अंतर की तलाश होती है, तो हर संभव पर्यावरणीय आंदोलन से तंत्र को ढालने की क्षमता, हालांकि मामूली होती है, सर्वोपरि होती है। इस तरह प्रतीत होता है कि दुर्गम आवश्यकता के साथ, naysayers अभी तक अधिक गोला बारूद प्रदान किए गए थे। गुरुत्वीय तरंग पकड़ने से हॉर्टन की सुनवाई को कौन स्वीकार करेगा, यहां तक ​​कि न्यूयॉर्क शहर के मेट्रो के गर्जन वाले डेरे पर भी, बच्चे खेल सकते हैं।

फिर भी, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी किप थोर्ने और रेनर वीस, बाद में स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी रोनाल्ड ड्रेवर के साथ जुड़ गए, उन्होंने एक लेज़र-आधारित गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर बनाने का सपना देखा, और उन्होंने इस सपने को वास्तविकता बनाने के लिए पहियों को गति में सेट किया।

2002 में, दो दशकों के अनुसंधान और विकास और नेशनल साइंस फाउंडेशन से $ 250 मिलियन से अधिक के निवेश के बाद, दो वैज्ञानिक और तकनीकी चमत्कार जो LIGO (लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी) लिविंगस्टन, लुइसियाना में तैनात किए गए थे, और हनफोर्ड, वाशिंगटन। एक विशाल पत्र "एल" के आकार में चार किलोमीटर लंबी खाली सुरंगों में एक मानक लेजर सूचक की तुलना में लगभग 50, 000 गुना अधिक शक्तिशाली एक लेजर बीम होगा। लेजर लाइट दुनिया की सबसे चिकनी दर्पणों के बीच आगे और पीछे उछलती है, जो प्रत्येक हाथ के विपरीत छोर पर रखी जाती है, जो यात्रा को पूरा करने में प्रत्येक को लेती है।

शोधकर्ताओं ने इंतजार किया। और इंतजार किया। लेकिन आठ साल बाद भी कुछ नहीं। निराश होना, निश्चित होना, लेकिन जैसा कि अनुसंधान टीमों ने तर्क दिया, आश्चर्य की बात नहीं। गणनाओं से पता चला था कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए LIGO बमुश्किल संवेदनशीलता सीमा पर था। इसलिए 2010 में, LIGO को $ 200 मिलियन से अधिक के विभिन्न उन्नयन के लिए बंद कर दिया गया था, और 2015 के पतन में, एक बेहतर LIGO, जो कई बार अधिक संवेदनशील था, चालू हो गया। चौंकाने वाली बात यह है कि दो दिन से भी कम समय के बाद, अचानक कंपकंपी लुइसियाना में डिटेक्टर पर चढ़ गई और सात मिलीसेकंड बाद में वाशिंगटन में डिटेक्टर लगभग उसी तरह से जुड़ गया। नाजुक स्पंदनों के पैटर्न ने मिलान किया कि किस कंप्यूटर सिमुलेशन ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए भविष्यवाणी की थी जो कि एक साथ क्रैश होने वाले ब्लैक होल की परिक्रमा के अंतिम थ्रो द्वारा निर्मित होगी।

अंदर का मेरा एक दोस्त, गोपनीयता की कसम खाता था, लेकिन एक सूक्ष्म-सूक्ष्म संकेत प्रदान करने के लिए तैयार नहीं था, उसने मुझसे कहा, "बस कल्पना करो कि हमारा सबसे अच्छा सपना सच हो गया है।" लेकिन यह गुरुत्वाकर्षण-तरंग-जैकपॉट की मार थी। कि शोधकर्ताओं ने विराम दिया। यह लगभग सही था।

LIGO तंत्र LIGO तंत्र ठीक इंजीनियर- और पूरी तरह से साफ दर्पण पर निर्भर करता है। (मैट हेंत्ज़े / कैलटेक / एमआईटी / एलआईजीओ लैब)

कुछ महीनों के गहन, परिश्रमपूर्ण प्रयास के साथ अन्य सभी स्पष्टीकरणों की सावधानीपूर्वक छानबीन करने की कोशिश की गई, हालांकि यह असंभव था, केवल एक निष्कर्ष बचा था। संकेत वास्तविक था। आइंस्टीन द्वारा उनके अस्तित्व की भविष्यवाणी करने के एक सदी बाद, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पहला प्रत्यक्ष पता LIGO प्रयोग पर काम कर रहे 1, 000 से अधिक वैज्ञानिकों द्वारा मनाया गया। उन्होंने एक अरब साल से भी अधिक समय पहले फैलाए गए एक सुनामी के गुरुत्वाकर्षण के गतिरोध को पकड़ लिया था, जो गहरे दक्षिणी आकाश में कहीं गहरे विलय का उल्लास था।

वाशिंगटन, डीसी में 11 फरवरी को आधिकारिक प्रेस घोषणा, इलेक्ट्रिक थी। अपने स्वयं के संस्थान, कोलंबिया विश्वविद्यालय में, हमें कार्यवाही के लाइव-स्ट्रीम को परिसर के सबसे बड़े स्थानों में से एक में स्थानांतरित करना था, और इसी तरह की कहानियां दुनिया भर के विश्वविद्यालयों में खेली गईं। एक संक्षिप्त क्षण के लिए, गुरुत्वीय तरंगों ने राष्ट्रपति के पूर्वानुमान को ध्वस्त कर दिया।

उत्तेजना छाई हुई थी। इतिहास खोज पर वापस उन कुछ विभक्ति बिंदुओं में से एक के रूप में दिखेगा जो विज्ञान के पाठ्यक्रम को बदलते हैं। जब से प्रथम मानव ने आकाश की ओर देखा, हमने प्रकाश की तरंगों का उपयोग करके ब्रह्मांड का पता लगाया है। टेलीस्कोप ने इस क्षमता को काफी हद तक बढ़ाया, और इसके साथ ही हमें नए ब्रह्मांडीय परिदृश्यों के वैभव का सामना करना पड़ा। 20 वीं शताब्दी के दौरान, हमने प्रकाश संकेतों के प्रकार को व्यापक किया, जिसका पता लगाते हैं - अवरक्त, रेडियो, पराबैंगनी, गामा और एक्स-किरणें - प्रकाश के सभी प्रकार लेकिन रेंज के बाहर तरंग दैर्ध्य के साथ हम नग्न आंखों से देख सकते हैं। और इन नई संभावनाओं के साथ, ब्रह्मांडीय परिदृश्य अभी भी समृद्ध हुआ।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें एक पूरी तरह से भिन्न ब्रह्मांडीय जांच हैं, जिसमें और भी नाटकीय परिणाम देने की क्षमता है। प्रकाश को अवरुद्ध किया जा सकता है। एक खिड़की की तरह एक अपारदर्शी सामग्री, दृश्यमान प्रकाश को अवरुद्ध कर सकती है। एक धातु का पिंजरा रेडियो तरंगों को अवरुद्ध कर सकता है। इसके विपरीत, गुरुत्वाकर्षण सब कुछ के माध्यम से गुजरता है, लगभग अपरिवर्तित।

और इसलिए, हमारी जांच के रूप में गुरुत्वीय तरंगों के साथ, हम उन अहंकारों की जांच करने में सक्षम होंगे जो प्रकाश की ऑफ-लिमिट्स हैं, जैसे अराजक स्पेसटाइम स्क्रैम्बल दो ब्लैक होल टकराते हैं या शायद 13.8 बिलियन साल पहले ही बिग बैंग की जंगली गड़गड़ाहट। पहले से ही, अवलोकन ने इस विचार की पुष्टि की है कि ब्लैक होल बाइनरी जोड़े बना सकते हैं। अभी भी और अधिक टैंटलाइजिंग करते हुए, हम एक डार्क लैंडस्केप को खोज सकते हैं जो उन चीजों से आबाद है जिनकी हमने अभी तक कल्पना भी नहीं की है।

दुनिया भर में डिटेक्टरों के एक नेटवर्क के रूप में - इटली, जर्मनी में, जल्द ही जापान और भारत में संभावित रूप से अपने डेटा को पूल करता है, उम्मीद है कि भविष्य में अंतरिक्ष में सक्रिय एक विशाल डिटेक्टर द्वारा शामिल होने के लिए, ब्रह्मांड की जांच करने की हमारी क्षमता एक और विशाल छलांग लेगी आगे। जो पूरी तरह से रोमांचकारी है। हमारी क्षमता से अधिक प्रेरणादायक कुछ नहीं है, हमारे कभी-कभी मौजूद स्थलीय संघर्षों के बीच में, ऊपर देखने के लिए, आश्चर्य करने के लिए, और थोड़ी दूर तक देखने के लिए सरलता और समर्पण के लिए।

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लेखक ब्रायन ग्रीन ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों की व्याख्या की :

गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए एक वैज्ञानिक निर्णायक था, लेकिन आगे क्या है?