2016 के फरवरी में, लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (एलआईजीओ) के लिए काम करने वाले वैज्ञानिकों ने इतिहास बनाया जब उन्होंने गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पहली बार पता लगाने की घोषणा की। उस समय से, कई प्रयोगशालाओं में जगह ले ली है और वेधशालाओं के बीच वैज्ञानिक सहयोग - जैसे उन्नत एलआईजीओ और उन्नत कन्या - संवेदनशीलता और डेटा साझाकरण के अभूतपूर्व स्तर के लिए अनुमति दे रहे हैं।
न केवल पहली बार गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक ऐतिहासिक उपलब्धि का पता चला था, यह खगोल भौतिकी के एक नए युग में शुरू हुआ था। यह थोड़ा आश्चर्य की बात है कि तीन शोधकर्ता जो पहली खोज के लिए केंद्रीय थे, उन्हें भौतिकी में 2017 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया है। यह पुरस्कार कैल्ट के प्रोफेसरों एमिटस किपर एस। बरिश को एमआईटी के प्रोफेसर एमेरिटस रेनर वीस के साथ संयुक्त रूप से प्रदान किया गया।
इसे सीधे शब्दों में कहें, तो गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष-समय में तरंगित होती हैं जो प्रमुख खगोलीय घटनाओं द्वारा बनती हैं - जैसे कि बाइनरी ब्लैक होल जोड़ी का विलय। उन्हें पहली बार आइंस्टीन की थ्योरी ऑफ जनरल रिलेटिविटी द्वारा एक सदी पहले भविष्यवाणी की गई थी, जिसने संकेत दिया था कि बड़े पैमाने पर गड़बड़ी से अंतरिक्ष-समय की संरचना में बदलाव होगा। हालांकि, यह हाल के वर्षों तक नहीं था कि पहली बार इन तरंगों के सबूत देखे गए थे।
पहला संकेत LIGO की जुड़वाँ वेधशालाओं - हनफोर्ड, वाशिंगटन और लिविंगस्टन, लुइसियाना में क्रमशः पाया गया था - और एक काले तिल विलय से पता चला था 1.3 अरब प्रकाश वर्ष दूर। आज तक, चार निरोध हो चुके हैं, जो सभी ब्लैक-होल जोड़े के विलय के कारण थे। ये 26 दिसंबर, 2015, 4 जनवरी, 2017, और 14 अगस्त, 2017 को हुए, आखिरी बार LIGO और यूरोपीय कन्या गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टर द्वारा पता लगाया गया था।
इस उपलब्धि में उनकी भूमिका के लिए, कैलटेक के बैरी सी। बैरिश - रोनाल्ड और मैक्सिन लिंडे प्रोफेसर ऑफ फिजिक्स, एमेरिटस - और किप एस थॉर्न, रिचर्ड पी। फेनमैन प्रोफेसर ऑफ थियोरेटिकल फिजिक्स के संयुक्त रूप से पुरस्कार का एक आधा हिस्सा दिया गया। , एमेरिटस। दूसरे हाफ को मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) में फिजिक्स, एमेरिटस के प्रोफेसर रेनर वीस को सम्मानित किया गया।
कैलटेक के अध्यक्ष थॉमस एफ। रोसेनबाम के रूप में - सोनजा और विलियम डेविडो राष्ट्रपति के अध्यक्ष और भौतिकी के प्रोफेसर - ने हाल ही में कैलटेक प्रेस बयान में कहा:
"2017 के नोबेल पुरस्कार के भौतिक विज्ञान में आज सुबह अवार्ड पर किप और बैरी, साथ ही एमआईटी के राय वीस को बधाई देने के लिए मैं खुश और सम्मानित हूं।" LIGO द्वारा गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पहला प्रत्यक्ष अवलोकन वैज्ञानिक दृष्टि और दृढ़ता का एक असाधारण प्रदर्शन है। एक्सक्लूसिवली सेंसिटिव इंस्ट्रूमेंटेशन के चार दशकों के विकास के माध्यम से - हमारी कल्पनाओं की क्षमता को आगे बढ़ाते हुए - अब हम उन ब्रह्मांडीय प्रक्रियाओं को देखने में सक्षम हैं जो पहले अवांछनीय थीं। यह सही मायने में खगोल भौतिकी में एक नए युग की शुरुआत है। ”
यह उपलब्धि अल्बर्ट आइंस्टीन के विचार से सभी अधिक प्रभावशाली थी, जिन्होंने पहली बार अपने अस्तित्व की भविष्यवाणी की थी, माना कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें अध्ययन के लिए बहुत कमजोर होंगी। हालांकि, 1960 के दशक तक, लेजर तकनीक में प्रगति और संभव ज्योतिषीय स्रोतों में नई अंतर्दृष्टि के कारण वैज्ञानिकों ने निष्कर्ष निकाला कि ये तरंगें वास्तव में पता लगाने योग्य हो सकती हैं।
पहला गुरुत्व तरंग डिटेक्टर जोसेफ वेबर द्वारा बनाया गया था, जो कि मैरीलैंड विश्वविद्यालय का एक खगोल भौतिकी है। उनके डिटेक्टर, जो 1960 के दशक में बनाए गए थे, में बड़े एल्यूमीनियम सिलेंडर शामिल थे जिन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगों को पार करके कंपन करने के लिए प्रेरित किया जाएगा। अन्य प्रयासों का पालन किया गया, लेकिन सभी असफल साबित हुए; इंटरफेरोमेट्री को शामिल करने वाले एक नए प्रकार के डिटेक्टर की ओर शिफ्ट को रोकना।
ऐसा ही एक उपकरण वीआईएस द्वारा एमआईटी में विकसित किया गया था, जो कि लेजर इंटरफेरोमेट्री नामक तकनीक पर निर्भर था। इस तरह के उपकरण में, व्यापक तरंगों और अलग-अलग दर्पणों का उपयोग करके गुरुत्वाकर्षण तरंगों को मापा जाता है जो लंबी दूरी पर लेजर को दर्शाते हैं। जब गुरुत्वाकर्षण तरंगों से अंतरिक्ष और अनंत मात्रा में निचोड़ने का स्थान बनता है, तो यह डिटेक्टर के अंदर परावर्तित प्रकाश को सूक्ष्म रूप से स्थानांतरित करने का कारण बनता है।
उसी समय, थोरने - कैलटेक में अपने छात्रों और पोस्टडॉक्स के साथ - गुरुत्वाकर्षण तरंगों के सिद्धांत को बेहतर बनाने के लिए काम करना शुरू किया। इसमें ब्लैक होल, न्यूट्रॉन स्टार और सुपरनोवा जैसी वस्तुओं द्वारा उत्पादित तरंगों की शक्ति और आवृत्ति पर नए अनुमान शामिल थे। इसका समापन 1972 के एक पेपर में हुआ, जो सिंहासन ने अपने छात्र बिल प्रेस के साथ मिलकर प्रकाशित किया, जिसने उनकी दृष्टि को संक्षेप में बताया कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अध्ययन कैसे किया जा सकता है।
उसी वर्ष, वीस ने इंटरफेरोमीटर का एक विस्तृत विश्लेषण और ज्योतिषीय अनुसंधान के लिए उनकी क्षमता को भी प्रकाशित किया। इस पत्र में, उन्होंने कहा कि बड़े पैमाने पर संचालन - आकार में कई किमी या अधिक मापने - गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने पर एक शॉट हो सकता है। उन्होंने पहचान करने के लिए प्रमुख चुनौतियों (जैसे कि पृथ्वी से कंपन) की पहचान की और उनका मुकाबला करने के लिए संभावित समाधानों का प्रस्ताव दिया।
1975 में, वीस ने थोर्न को वाशिंगटन, डीसी में नासा समिति की बैठक में बोलने के लिए आमंत्रित किया और दोनों ने पूरी रात गुरुत्वाकर्षण प्रयोगों की बात करते हुए बिताई। उनकी बातचीत के परिणामस्वरूप, थोरने कैल्टेह वापस चले गए और एक प्रायोगिक गुरुत्वाकर्षण समूह बनाने का प्रस्ताव रखा, जो एमआईटी, ग्लासगो विश्वविद्यालय और गार्शिंग विश्वविद्यालय (जहां इसी तरह के प्रयोग किए जा रहे थे) के शोधकर्ताओं के साथ समानांतर रूप से इंटरफेरोमीटर पर काम करेंगे।
पहले इंटरफेरोमीटर पर विकास कैलटेक के तुरंत बाद शुरू हुआ, जिसके कारण गुरुत्वाकर्षण तरंगों के बारे में वीस के सिद्धांतों का परीक्षण करने के लिए 40-मीटर (130-फुट) प्रोटोटाइप का निर्माण हुआ। 1984 में, इन संबंधित संस्थानों द्वारा किए जा रहे सभी कार्य एक साथ आए। Caltech और MIT, नेशनल साइंस फाउंडेशन (NSF) के सहयोग से LIGO सहयोग का गठन किया और हैनफोर्ड और लिविंगस्टन में अपने दो इंटरफेरोमीटर पर काम शुरू किया।
LIGO का निर्माण एक बड़ी चुनौती थी, दोनों तार्किक और तकनीकी रूप से। हालांकि, चीजों की काफी मदद की गई जब बैरी बरीश (तब एक कैलटेक कण भौतिक विज्ञानी) 1994 में LIGO के प्रधान अन्वेषक (PI) बने। एक दशक तक ठप रहने के बाद, उन्हें LIGO का निदेशक भी बनाया गया और इसके निर्माण को वापस पटरी पर लाया। । उन्होंने अनुसंधान दल का विस्तार भी किया और एनएसएफ के लिए एक विस्तृत कार्य योजना विकसित की।
जैसा कि बरिश ने संकेत दिया, उन्होंने LIGO के साथ जो काम किया, वह किसी सपने के सच होने जैसा था:
"मैं हमेशा एक प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी बनना चाहता था और मौलिक विज्ञान प्रयोगों को पूरा करने के लिए प्रौद्योगिकी में निरंतर प्रगति का उपयोग करने के विचार से आकर्षित हुआ जो अन्यथा नहीं किया जा सकता था। LIGO इससे पहले क्या किया जा सकता है इसका एक प्रमुख उदाहरण है। यद्यपि यह एक बहुत बड़े पैमाने पर परियोजना थी, लेकिन चुनौतियाँ बहुत अलग थीं कि हम एक पुल का निर्माण करें या अन्य बड़ी इंजीनियरिंग परियोजनाओं को अंजाम दें। LIGO के लिए, चुनौती यह थी कि परियोजना के विकसित होते ही बड़े पैमाने पर उन्नत इंस्ट्रूमेंटेशन को कैसे विकसित और डिजाइन किया जाए।
1999 तक, निर्माण LIGO वेधशालाओं पर लिपट गया था और 2002 तक, LIGO ने डेटा प्राप्त करना शुरू कर दिया। 2008 में, अपने मूल डिटेक्टरों को सुधारने पर काम शुरू हुआ, जिसे उन्नत एलआईजीओ प्रोजेक्ट के रूप में जाना जाता है। 40-मी प्रोटोटाइप को LIGO के वर्तमान 4-किमी (2.5 मील) इंटरफेरोमीटर में परिवर्तित करने की प्रक्रिया एक बड़े पैमाने पर उपक्रम थी, और इसलिए इसे चरणों में तोड़ने की आवश्यकता थी।
पहला कदम 2002 और 2010 के बीच हुआ, जब टीम ने शुरुआती इंटरफेरोमीटर का निर्माण और परीक्षण किया। हालांकि इसका कोई नतीजा नहीं निकला, लेकिन इसने वेधशाला की मूल अवधारणाओं को प्रदर्शित किया और कई तकनीकी बाधाओं को हल किया। अगले चरण - जिसे उन्नत एलआईजीओ कहा जाता है, जो 2010 और 2015 के बीच रखा गया था - ने डिटेक्टरों को संवेदनशीलता के नए स्तरों को प्राप्त करने की अनुमति दी।
ये अपग्रेड, जो कि बरीश के नेतृत्व में भी हुआ, ने कई महत्वपूर्ण तकनीकों के विकास की अनुमति दी, जिसने अंततः पहली पहचान को संभव बनाया। जैसा कि बरिश ने समझाया:
“एलआईजीओ के शुरुआती चरण में, डिटेक्टरों को पृथ्वी की गति से अलग करने के लिए, हमने एक निलंबन प्रणाली का उपयोग किया जिसमें पियानो तार द्वारा लटकाए गए परीक्षण-द्रव्यमान दर्पण शामिल थे और उनमें से एक के समान निष्क्रिय सदमे अवशोषक के कई-चरण सेट का उपयोग किया गया था। अपनी कार में हम जानते थे कि यह संभवत: गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए पर्याप्त नहीं होगा, इसलिए, हमने LIGO प्रयोगशाला में, उन्नत LIGO के लिए एक महत्वाकांक्षी कार्यक्रम विकसित किया, जिसमें दर्पणों को स्थिर करने के लिए एक नया सस्पेंशन सिस्टम और एक सक्रिय भूकंपीय आइसोलेटरी सिस्टम को शामिल किया गया, जो कि सही और समझदार हो। जमीनी मंशा। ”
यह देखते हुए कि केंद्रीय थॉर्न, वीस और बरीश गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अध्ययन के लिए थे, इन तीनों को इस साल के भौतिक विज्ञान में नोबेल पुरस्कार प्राप्तकर्ताओं के रूप में सही रूप से मान्यता प्राप्त थी। थॉर्न और बैरिश दोनों को सूचित किया गया कि उन्होंने 3 अक्टूबर, 2017 को सुबह के समय में जीत हासिल की थी। समाचार के जवाब में, दोनों वैज्ञानिकों ने LIGO के चल रहे प्रयासों को स्वीकार करना सुनिश्चित किया, जो विज्ञान टीमों ने इसमें योगदान दिया है, और वेधशालाओं को बनाने और बनाए रखने में कैलटेक और एमआईटी के प्रयास।
"पुरस्कार सही मायने में सैकड़ों LIGO वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के हैं, जिन्होंने हमारे जटिल गुरुत्वाकर्षण-तरंग इंटरफेरोमीटर का निर्माण और पूर्ण किया, और LIGO और कन्या वैज्ञानिकों के सैकड़ों लोग जिन्होंने LIGO के शोर डेटा में गुरुत्वाकर्षण-तरंग संकेतों को पाया और तरंगों की जानकारी को निकाला, “थोर्न ने कहा। "यह दुर्भाग्यपूर्ण है कि, नोबेल फाउंडेशन के क़ानून के कारण, पुरस्कार को तीन से अधिक लोगों को नहीं जाना पड़ता है, जब हमारी अद्भुत खोज एक हजार से अधिक का काम है।"
बारिश ने कहा, "मैं इस पुरस्कार को पाने के लिए विनम्र और सम्मानित हूं।" “गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाना वास्तव में आधुनिक बड़े पैमाने पर प्रयोगात्मक भौतिकी की जीत है। कई दशकों में, कैलटेक और एमआईटी में हमारी टीमों ने LIGO को अविश्वसनीय रूप से संवेदनशील उपकरण में विकसित किया जिसने खोज की। जब संकेत 1.3 अरब साल पहले हुए दो तारकीय ब्लैक होल की टक्कर से LIGO तक पहुंचा, तो 1,000-वैज्ञानिक-मजबूत LIGO वैज्ञानिक सहयोग दोनों मिनट के भीतर उम्मीदवार घटना की पहचान करने और विस्तृत विश्लेषण करने में सक्षम था जिसने यह अनुमान लगाया था कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें मौजूद।"
आगे देखते हुए, यह भी स्पष्ट है कि उन्नत LIGO, उन्नत कन्या और दुनिया भर में अन्य गुरुत्वाकर्षण तरंग वेधशालाएं अभी शुरू हो रही हैं। चार अलग-अलग घटनाओं का पता लगाने के अलावा, हाल के अध्ययनों ने संकेत दिया है कि गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाने से खगोलीय और ब्रह्मांड विज्ञान अनुसंधान के लिए नए मोर्चे भी खुल सकते हैं।
उदाहरण के लिए, मॉनस सेंटर फॉर एस्ट्रोफिजिक्स के शोधकर्ताओं की एक टीम द्वारा किए गए एक हालिया अध्ययन ने एक सैद्धांतिक अवधारणा का प्रस्ताव रखा जिसे 'अनाथ स्मृति' के रूप में जाना जाता है। उनके शोध के अनुसार, गुरुत्वाकर्षण तरंगें न केवल अंतरिक्ष-समय में तरंगों का कारण बनती हैं, बल्कि इसकी संरचना में स्थायी तरंग छोड़ती हैं। अतीत की घटनाओं के "अनाथों" का अध्ययन करके, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अध्ययन किया जा सकता है, क्योंकि वे पृथ्वी पर पहुंचते हैं और गुजरने के लंबे समय बाद।
इसके अलावा, एक अध्ययन अगस्त में कैलिफोर्निया यूनिवर्सिटी के कॉस्मोलॉजी के केंद्र से खगोलविदों की एक टीम द्वारा जारी किया गया था जिसने संकेत दिया था कि ब्लैक होल विलय हमारे विचार से कहीं अधिक सामान्य हैं। ब्लैक होल की गणना और श्रेणीबद्ध करने के उद्देश्य से ब्रह्मांड का सर्वेक्षण करने के बाद, यूसीआई टीम ने निर्धारित किया कि आकाशगंगा में 100 मिलियन ब्लैक होल हो सकते हैं।
एक अन्य हालिया अध्ययन ने संकेत दिया कि उन्नत LIGO, GEO 600, और कन्या गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टर नेटवर्क का उपयोग सुपरनोवा द्वारा बनाए गए गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए भी किया जा सकता है। स्टार द्वारा बनाई गई तरंगों का पता लगाकर, जो उनके जीवनकाल के अंत के पास विस्फोट करते हैं, खगोलविद पहली बार तारों को ढहने के दिलों के अंदर देखने और ब्लैक होल के गठन के यांत्रिकी की जांच करने में सक्षम हो सकते हैं।
भौतिकी का नोबेल पुरस्कार सर्वोच्च सम्मानों में से एक है जो एक वैज्ञानिक को दिया जा सकता है। लेकिन उससे भी बड़ा यह ज्ञान है कि महान चीजें एक ही काम से उत्पन्न होती हैं। थॉर्न, वीस और बारिश के बाद के फैसले ने गुरुत्वाकर्षण तरंग अध्ययन का प्रस्ताव करना शुरू किया और डिटेक्टरों के निर्माण की दिशा में काम किया, दुनिया भर के वैज्ञानिक गहन खोज कर रहे हैं जो ब्रह्मांड के बारे में हमारे सोचने के तरीके में क्रांतिकारी बदलाव ला रहे हैं।
और जैसा कि ये वैज्ञानिक निश्चित रूप से जाँचेंगे, जो हमने अभी तक देखा है वह सिर्फ हिमशैल का सिरा है। कोई सोच सकता है कि कहीं, आइंस्टीन भी गर्व के साथ मुस्करा रहे हैं। जनरल रिलेटिविटी के अपने सिद्धांत से संबंधित अन्य शोधों की तरह, गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अध्ययन से पता चलता है कि एक सदी के बाद भी, उनकी भविष्यवाणियां अभी भी धमाकेदार थीं!
और कैलटेक प्रेस कॉन्फ्रेंस के इस वीडियो को देखना सुनिश्चित करें, जहां बारिश और थॉर्न को उनकी उपलब्धियों के लिए सम्मानित किया गया था:
