Teoreettinen astrofyysikko Kip Thorne työskentelee Jessica Chastainin kanssa tähtienvälisessä sarjassa(Luotto: Kip Thorne Wired Magazinen kautta)
Sadan vuoden ajan siitä, kun Albert Einstein julkaisi ensimmäisen kerran uraauurtavan yleisen suhteellisuusteoriansa, maailman huippumielet ovat pyrkineet selvittämään, pitävätkö hänen teoriansa ennustukset paikkansa. Yksi näistä mielistä, Kip Thorne, on viettänyt uransa tutkimalla Einsteinin väitettä, että gravitaatioaaltoja on olemassa ja sitä pidetään maailman johtavana asiantuntijana tässä asiassa. Thorne on nyt yhden ihmiskunnan historian hämmästyttävimmistä tieteellisistä läpimurroista: näiden aaltojen havaitseminen .
Teoreettisen fysiikan professorina Kalifornian teknillisessä instituutissa Thorne julkaisi useita gravitaatioteoriaa käsitteleviä kirjoja ja asiakirjoja. Vuonna 1984 Thorne perusti LIGO-projektin (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), joka käyttää lasereita mittaamaan pieniä vääristymiä aika-ajan kudoksessa - vääristymiä, jotka gravitaatioaallot voivat aiheuttaa.
Vuonna 1994 hän kirjoitti palkitun Mustat aukot ja aikaleimat: Einsteinin törkeää perintöä, kirja, joka yhdistää yleisön yleisöt hänen monimutkaiseen tutkimusalaansa. Vuosikymmenen kuluttua Thornesta tuli tieteellinen neuvonantaja Tähtienvälinen ja edellyttäen matematiikkaa, joka tarvitaan elokuvan suurten visuaalien tuottamiseen. Hän myös julkaisi Tähtienvälinen tiede hyökkääjän kanssa Christopher Nolanilta.
14. syyskuuta 2015 LIGO-kaksoisilmaisimissa Livingstonissa, Louisianassa ja Hanfordissa, Washingtonissa työskentelevät tutkijat vannoivat salassapitovelvollisuuden sen jälkeen, kun alkuperäiset tiedot osoittivat kauan sitten tapahtuneen väkivaltaisen kosmisen tapahtuman havaitsemisen. Kuukausien ajan tarkistettu ja tarkistettu data, ja kun uutiset alkavat vuotaa yleisölle, tutkijat CalTechin ja MIT: n operoimissa LIGO-laboratorioissa ilmoittivat gravitaatioaaltojen poikkeuksellisesta havaitsemisesta. Uudena ikkunana universumiin aallot ovat paljastaneet kahden mustan aukon sulautumisen melkein 1,3 miljardia vuotta sitten.
Tarkkailija istui Kip Thornen kanssa hänen edessään multimediayhteistyö VFX-mestarin Paul Franklinin ja Oscar-palkittu säveltäjä Hans Zimmerin kanssa Vääntynyt puoli maailmankaikkeutta , keskustelemaan Einsteinista, painovoimasta ja hänen työstään Tähtienvälinen .
Mikä on Einsteinin suhteellisuusteoria?
Se on kehys kaikille fysiikan laeille paitsi kvanttilakeja. Ihmiset sanovat yleensä hyvin, se on hänen painovoimateoriansa, mutta se on kaukana siitä. Hän rakensi tämän teorian selittääkseen painovoiman, mutta itse asiassa tämä teoria tekee paljon enemmän. Se kertoo sinulle, kuinka kaikki muut luonnon lait sopivat avaruuteen ja aikaan.
Se on tarkin tapa, jolla tiedämme luonnetta luonnossa, jota kutsumme klassiseksi alueeksi, joka on kaikkea muuta kuin silloin, kun pääset hyvin pieniin - esimerkiksi atomeihin ja molekyyleihin.
Kuinka Einsteinin teoria liittyy painovoima-aallot ?
Einstein muotoili yleisen suhteellisuusteoriansa erittäin voimakkaalla ponnistuksella, joka kesti vuosina 1905–1915, ja hän valmisti teorian marraskuussa 1915 - vain vähän yli sata vuotta sitten. Sitten hän alkoi käyttää teoriaa tai näitä kehitettyjä lakeja ennusteiden tekemiseen. Yksi tärkeimmistä ennusteista ja viimeinen merkittävä ennuste, jonka hän teki, oli, että gravitaatioaaltoja pitäisi olla olemassa. Hän ennusti, että kesäkuussa 1916, joten nyt puhumme vain kaksi kuukautta gravitaatioaallon satavuotisjuhlasta.
Hän tarkasteli ennusteita, tarkasteli päivän tekniikkaa ja asioita, jotka saattavat tuottaa gravitaatioaaltoja maailmankaikkeudessa, ja päätyi siihen, että on toivotonta, että näemme ne koskaan. Meillä ei olisi koskaan tarpeeksi tarkkaa tekniikkaa.
Hän oli väärässä. Näimme ne ensimmäistä kertaa viime syyskuussa.
Mikä oli käännekohta, joka johti läpimurtoon Einsteinin ennusteista viimeisimpään painovoima-aaltojen löytämiseen?
No, siellä oli muutama käännekohta. Kaksi tärkeintä käännekohtaa tuli kahdelta ihmiseltä. Joseph Weber suunnitteli noin vuonna 1960 lähestymistavan, joka näytti siltä, että se kykenisi näkemään gravitaatioaaltoja, ja hän ryhtyi toimiin niiden löytämiseksi. Hän oli ensimmäinen henkilö, joka kyseenalaisti Einsteinin sanan, että meillä ei ole tekniikkaa sen tekemiseksi. Weber ei nähnyt painovoima-aaltoja. Hän luuli tekevänsä jonkin aikaa, mutta ei oikeastaan nähnyt heitä. Aallot ovat heikompia kuin hän oli toivonut, mutta hän rikkoi ihmisten logjamin ajattelematta, ettet vain voi tehdä sitä ja inspiroi muita. Minut mukaanlukien.
Toinen käännekohta oli Ray Weiss MIT: ssä mutta tämän idean siementen myötä aiemmin Mihail Gertsenshtein ja Vladislav Pustovoit Moskovasta, Venäjältä. Ray Weiss keksi tämän tekniikan, jota nyt käytämme, ja se poikkesi Weberin tekniikasta. Kutsumme sitä interferometriksi gravitaatioaaltojen havaitsemiseksi ja se perustuu gravitaatioaalloihin, jotka työntävät peilejä edestakaisin. Mitat suurimman osan peileistä lasersäteillä.
Weiss keksi tämän ja analysoi sitten kaikki tärkeimmät melulähteet, joita joudut kohtaamaan, ja kuvaili, miten niitä käsitellään. Vuonna 1972 hän tarjosi suunnitelman tulevaisuuden tielle tämänkaltaisella suunnittelulla. Se oli suunnitelma, jota muokattiin eri tavoin, mutta ei kovin suuresti. Se oli todella muotoilu, joka kesti vuosikymmenien ajan testin oppaana tapaan tehdä tämä. Se oli suurin käännekohta.
Se on varsin mielenkiintoista, koska Ray on vaatimaton kaveri, ja hänellä oli ajatus, että hänen ei pitäisi julkaista tätä tavallisessa kirjallisuudessa ennen kuin hän oli löytänyt painovoima-aallot. Joten hän kirjoitti tämän paperin, joka on mielestäni tehokkain tekninen paperi, jonka olen koskaan lukenut. Hän kirjoitti sen ja julkaisi sen sisäisessä MIT-raporttisarjassa. Se oli helposti saatavilla minun kaltaisilleni ihmisille, jotka olivat kiinnostuneita aiheesta. Sinun piti mennä etsimään sitä, koska se ei ollut saatavilla tavallisessa kirjallisuudessa.
Mitä seuraavaksi tälle kentälle nyt, kun gravitaatioaallot on havaittu?
No, tämä on oikeastaan vasta alkua. Kun Galileo opetti ensin optisen kaukoputkensa taivaalle ja avasi modernin optisen tähtitieteen, se oli ensimmäinen maailmankaikkeuden ulkopuolisista sähkömagneettisista ikkunoista: valo. Käytämme ilmaisua 'ikkuna' tarkoittamaan tiettyjä tekniikoita, joita käytämme etsimään säteilyä tietyllä aallonpituusalueella. 1940-luvulla syntyi radiotähtitiede - katse radioaaltojen kanssa valon sijasta. 1960-luvulla syntyi röntgentähtitiede. 1970-luvulla syntyi gammasäteilyn tähtitiede. Infrapuna-tähtitiede syntyi myös 1960-luvulla.
Pian meillä oli kaikki nämä erilaiset ikkunat, jotka kaikki näyttivät sähkömagneettisilla aalloilla, mutta eri aallonpituuksilla. Maailmankaikkeus näyttää hyvin erilaiselta radioteleskoopin ja röntgenteleskoopin kautta kuin valolla. Sama tapahtuu myös gravitaatioaaltostronomiassa.
Käytetäänkö gravitaatioaaltoja maailmankaikkeuden tutkimiseen?
Sitä teemme nyt. Teemme sen nyt LIGOlla. Olemme ilmoittaneet löytäneemme kaksi törmäävää mustaa aukkoa. Tulee lisää ja näemme monia muita ilmiöitä, mutta näemme ne vain gravitaatioaalloilla, joilla on tietty värähtelyjakso. Muutaman millisekunnin jakso. Seuraavien 20 vuoden aikana näemme gravitaatioaaltoja, joilla on tuntikausia. 
LIGO-laboratoriota Livingstonissa, Louisianassa (vasemmalla) käytettiin kahden mustan reiän törmäyksestä (kuvassa oikealla) törmäävien gravitaatioaaltojen havaitsemiseen.Laajuus: LIGO
LIGO: n kaltaisilla ilmaisimilla, jotka lentävät avaruudessa, näemme todennäköisesti seuraavan viiden vuoden aikana gravitaatioaaltoja, jotka ulottuvat vuosien ajan, käyttämällä radioastronomian tekniikkaa, johon liittyy sen, mitä kutsumme Pulsarsiksi.
Näemme todennäköisesti seuraavan viiden vuoden aikana - varmasti seuraavat 10 vuotta - painovoima-aaltoja, joiden jaksot ovat melkein yhtä pitkiä kuin maailmankaikkeuden ikä. Niiden taivaalla tekemien kuvioiden kautta, joita kutsumme kosmiseksi mikroaaltotaustaksi.
Meillä on neljä erilaista gravitaatioaaltoikkunaa auki seuraavan 20 vuoden aikana, ja jokaisessa niistä on jotain erilaista. Tutkimme tällä tavalla maailmankaikkeuden syntymää. Niin sanottu maailmankaikkeuden ”inflaatioaika”. Tutkimme perusvoimien syntymistä ja niiden syntymistä. Katsomme heidän syntyvän maailmankaikkeuden varhaisimmissa hetkissä käyttäen painovoima-aaltoja. Katsomme mustien aukkojen törmäämisen, mitä nyt teemme, mutta valtavat mustat aukot törmäävät. Katsomme, että tähdet repivät mustat aukot.
Näemme vain upean valikoiman asioita, joita emme ole koskaan ennen nähneet, ja tämä jatkuu vuosisatojen ajan, kun optinen tähtitiede on jatkunut vuosisatojen ajan. Tämä on vasta alkua.
Olet työskennellyt Christopher Nolanin kanssa Paul Franklin rakentaa tieteen ja grafiikan takana Tähtienvälinen. Kuinka tarkka oli elokuvan musta aukko, Gargantua?
Se on tarkin esitys, joka on esiintynyt hollywood-elokuvassa. Oliver James, joka on johtava tutkija Paul Franklin Yrityksen Kaksinkertainen negatiivinen , keksi minulta jonkin verran vaatimalla, aivan uuden tavan tehdä kuvantaminen. Se tuottaa siinä mielessä tasaisempia ja tarkempia kuvia. Tätä tarvitset IMAX-elokuvalle.
Käytimme uutta tekniikkasarjaa, mutta vanhempia tekniikoita käyttäen astrofyysikko on rakentanut kuvia, kuten Gargantuan kuva vuodelta 1980. Sen teki ensin Jean-Pierre Luminet Ranskassa. Kuvia mustista aukoista, jotka muistuttavat Gargantua, on siellä, mutta astrofysiikan kirjallisuudessa niitä nähtiin harvoin. Tähtitieteilijät eivät todellakaan näe tätä kaukoputkillaan. 
Gargantua, kuvitteellinen musta aukko, joka on kuvattu Interstellar-elokuvassa.(Luotto: Warner Bros.)
Tämä on korkeimman resoluution versio, kiehtovin versio ja kiehtovin versio. Mutta astrofyysikot ovat aiemmin kuvanneet tarkasti.
Elokuvassa professori Brand selittää, että kun Cooper palaa tähtienväliseltä matkaltaan, hän olisi ratkaissut painovoiman ongelman. Mikä tuo ongelma oli?
Elokuvassa maapallo kuolee biologisesti ja vain muutama miljoona ihmistä on jäljellä. Professori Brandin ja hänen kanssaan työskentelevien ihmisten tehtävänä on selvittää, onko jäljellä olevia ihmisiä mahdollista nostaa maasta avaruuskolonioissa. Heillä ei ollut rakettivaltaa tehdä niin. Heillä oli valta rakentaa avaruuskolonioita maan päälle, mutta heillä ei ollut rakettivoimaa niiden nostamiseen.
Elokuvassa on gravitaatiopoikkeamia, jotka ovat tapahtuneet melko äkillisesti, ja tämä alkanut painovoima-outo ehdotti professori Brandille, että painovoimaa voi olla mahdollista hallita tai muuttaa sen käyttäytymistä.
Se, mitä hän halusi tehdä, oli kääntää maan painovoima riittävän kauan, jotta pienellä rakettivoimalla pystyttiin nostamaan meidät pois. Asia oli sitten oppia käyttämään näitä poikkeavuuksia. Näet esimerkin Murphin makuuhuoneen poikkeavuudesta - pölyn putoamisesta. Pystytkö hyödyntämään näitä poikkeavuuksia ja todella kääntämään maapallon painovoiman?
Kuinka kaukana ihmiskunta on tähtienvälisestä matkasta?
Luulen, että todennäköisesti, mutta ei alle kolmessa vuosisadassa. Se on hyvin vaikeaa.
On ideoita siitä, miten voit tehdä sen, yleensä ihmisten sijoittamisesta avaruuspesäkkeisiin, jotka kestävät sukupolvien ajan. Ihmisillä on ollut työntöideoita, jotka saavat minut ajattelemaan, että ihmiset saavuttavat sen kolmessa neljässä vuosisadassa.
Lue haastattelu Oscar-voitetun visuaalisen taiteilijan takana Tähtienvälinen , Paul Franklin.
Robin Seemangal keskittyy NASAan ja avaruustutkimuksen puolustamiseen. Hän on syntynyt ja kasvanut Brooklynissa, jossa hän asuu tällä hetkellä. Löydä hänet Instagram lisää avaruuteen liittyvää sisältöä: @not_gatsby.
