Trumpetstötar i mörkret
Nu, när de kolliderade med varandra och nästan bokstavligen smälte samman till ett enda ännu tyngre svart hål, förvandlades hummandet till en kort men intensiv puls, som ett bluesackord eller en trumpetstöt. Pulsen var så intensiv att den energi som frigjordes överglänste vad alla universums stjärnor tillsammans strålade ut under samma tid. Det nybildade svarta hålet lugnade genast ned sig och återgick till ett allt svagare hummande. Hela kollisionsförloppet var över på mindre än en sekund.
Ingen skulle någonsin kunna se det våldsamma skeendet. Ett vanligt teleskop ser ju ljus och skulle inte ha sett någonting: svarta hål sänder aldrig ut ljus, hur våldsamma processer de än är med om. Det är bara hummandet och trumpetstöten som kan vittna om vad som skett. De rör sig som vågor bort från de svarta hålen och är de enda som kan vittna om kataklysmen. Dock inte som ljudvågor; i rymden är det dödstyst eftersom inget ljud kan överföras i tomrummet mellan stjärnorna. Däremot kan själva rummet vibrera. Einstein förutsade detta för hundra år sedan som en följd av sin allmänna relativitetsteori. Så de vågor som härrör från de svarta hålens hummande och trumpetstötande är svängningar i rummet: de kan få föremål att rytmiskt flytta sig fram och tillbaka. De är gravitationsvågor istället för ljudvågor.
Kan man då lyssna till denna rymdens egen musik? Einstein själv tvivlade och många med honom. För ett halvsekel sedan började dock några forskare föreställa sig att det nog skulle kunna gå. Rummets svängningar här på jorden till följd av de avlägsna svarta hålens trumpetstötar är visserligen minimala: man måste kunna mäta avståndsförändringar som är mindre än tjockleken av ett hårstrå på en avlägsen stjärna sett från oss. Men, menade forskarna, det finns teknik som skulle kunna åstadkomma detta underverk.
Om hur dessa tankar blivit verklighet handlar Janna Levins bok Black Hole Blues. Levin är själv astrofysiker med stort intresse också för de skapande konsterna. Hon har tidigare gett ut några uppskattade populärvetenskapliga böcker. Hennes nya bok skildrar, likaledes enkelt och med god språkbehandling, vetenskapen bakom svarta hål och hur man kan påvisa gravitationsstrålningen från dem. Boken är också en historik över tillkomsten av det amerikanska observatoriet LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), en anläggning helt ägnad åt att lyssna efter rymdens svängningar, gravitationsvågor. Det var där som man i september 2015 för första gången direkt kunde påvisa en omisskännlig kosmisk trumpetstöt från sammansmältande svarta hål.
Framförallt är boken en berättelse om de forskare som envist har arbetat i flera decennier för att förverkliga idéerna om att påvisa gravitationsstrålning. Den är ett samtidsdokument, i mycket grundat på de intervjuer som Levin själv gjort med de inblandade. Däri ligger bokens charm men också dess svagheter. Levin anammar rätt okritiskt forskarnas egna berättelser och bryr sig inte så mycket om att mera noggrant granska deras uppgifter. Boken har därför mer karaktären av en samtida reseberättelse från forskningens fascinerande värld än en väldokumenterad historik. Fräsch, alltså, men inte alltid så djuplodande.
Huvudpersonerna i Levins reseberättelse är en trojka: den kreative experimentalfysikern Ronald Drever, tillika genom sin improviserande oförutsägbarhet något av berättelsens svarta får; den solide och allestädes närvarande experimentalisten Rainer Weiss; samt teoretikern, inspiratören och den sammanhållande kraften Kip Thorne. (Ett stalltips inom parentes: Den svenska Kungliga Vetenskapsakademien kan knappast undgå att ge dessa tre om inte årets så nästa års Nobelpris i fysik.)
Historien börjar på allvar för ett drygt halvsekel sedan. Tanken var först att utnyttja meterstora metallcylindrar som skulle kunna fås att vibrera i takt med rymdens svängningar. Fysikern Joseph Weber menade sig i slutet av 1960-talet ha sett sådana vibrationer. Men ingen annan kunde återge hans iakttagelser. Dessutom visade alla beräkningar att Webers metalldetektorer inte var tillräckligt känsliga för att kunna upptäcka de synnerligen svaga signalerna som gravitationsvågorna skulle kunna ge upphov till. Fallet blev riktigt tragiskt eftersom Weber på alla sätt, och mot bättre vetande, försvarade sina resultat och därmed kom att förlora forskningssamhällets aktning.
Ungefär samtidigt började bland andra Drever och Weiss, var och en på sitt håll, fundera på en annan teknik: om man hänger upp speglar i vardera änden av lämpliga vakuumrör och låter laserljus studsa fram och tillbaka mellan speglarna, borde man nog kunna iaktta om speglarna rör sig i takt med rymdens vibrationer. Man byggde prototyper med speglarna halvannan meter från varandra och fann att det nog skulle kunna gå. Problemet var ”bara” att effekterna av rymdens vibrationer förväntas vara så mycket mindre än alla andra sätt att påverka speglarna, alltifrån bilar på gatorna utanför till havets vågskvalp. Endast med stora svårigheter skulle det gå att urskilja det man var ute efter – rymdens vibrationer – från allt detta störande ”brus”.
Svårigheter är dock till för att övervinnas. Det fordrades tålmodigt och långsiktigt arbete i allt större forskarlag; man är idag uppe i tusentalet medarbetare. Åtskilliga trick från kreativa forskare var ett måste. Inte minst behövdes ett gott ekonomiskt stöd; allt som allt räknar man med att bortemot tio miljarder svenska kronor hittills lagts ned på projektet! Och för att lyckas har man varit tvungen att utveckla förlagan, de halvannan meter första prototyperna, till det nuvarande LIGO i form av två jätteanläggningar i vart sitt hörn av USA, vardera med fyra kilometer långa högvakuumrör ställda i vinkel, som ett L, och med extremt fina och fint upphängda speglar i varje ände.
Det var i detta LIGO som man på natten den 14 september 2015 för första gången såg en otvetydig signal. Man hade faktiskt tur: bara under någon timmes tid fick man då de båda anläggningarna att fungera tillsammans. De var nämligen fortfarande under inkörning efter att ha gått igenom en kraftig uppgradering. LIGO-forskarna ville dock inte genast tala om vad som skett. De ville vara absolut säkra på att signalen verkligen kom från rymdens vibrationer, inte från något mera ovidkommande ”brus”. Man genomförde därför en serie synnerligen noggranna analyser och prövningar för att förkasta alla andra möjligheter. Först den 11 februari 2016 kunde man slutligen avslöja för forskarvärlden: Vi har hittat gravitationsvågor! Det man sett var just en trumpetstöt från två kolliderande svarta hål, en signal som i mer än en miljard år varit på väg till oss från sitt ursprung långt borta i en avlägsen galax. Under sin väg till jorden hade vågen försvagats alltmer. Men LIGO:s superkänsliga instrument kunde ändå omvandla den till en liten men fullt skönjbar förskjutning i de delikat upphängda speglarna. Ett halvsekels tänkande och knogande hade lett till alla forskares önskedröm: en verkligt stor upptäckt.
I Levins bok får vi följa hela detta händelseförlopp. Hon återger de ledande forskarnas berättelser om sina upplevelser, om hur de ofta svävat mellan hopp och förtvivlan beträffande projektets genomförbarhet. I ett kritiskt läge fick man till exempel vänta i flera år på att det anslagsgivande organet NSF (en amerikansk motsvarighet till Vetenskapsrådet i Sverige) skulle bevilja de nödvändiga medlen.
Popular
SD behövs för bråk
Sverigedemokraternas relevans har börjat ifrågasätts i och med att andra partier ska ha anammat en striktare invandringspolitik. Men SD:s roll i politiken är knappast förbi – snarare har den anledning att intensifieras.
Det finns en persontragisk komponent även i LIGO-projektet. Samarbetet inom projektledningen, särskilt mellan Drever och Weiss, kärvade tidvis rätt ordentligt. Särskilt när projektet utvecklades från att vara ett mer normalt laboratorieexperiment, där forskarna själva kan bestämma över arbetsfördelning och genomförande, till att bli ett storprojekt som fordrade en striktare administrativ styrning, fanns det inte längre någon plats för improvisatören Drever. Ledningen för LIGO var helt enkelt tvungen att mer eller mindre handgripligen förbjuda Drever att befatta sig med projektet.
Bokens karaktär av reseskildring förstärks av att Levin tar oss med på sina besök till de två platser där observatorierna ligger – Hanford i staten Washington i USA:s nordvästra hörn och Livingstone, Louisiana, i dess sydöstra. Skickligt guidar hon oss under sina vandringar längs de kilometerlånga anläggningarna och förmedlar den känsla av hänförelse hon har inför vad modern teknik i vetenskapens tjänst kan åstadkomma.
Litet i form av ett post festum avslutas boken med en epilog om själva upptäckten av gravitationsstrålningen i LIGO. Levin var nämligen färdig med sitt manuskript redan hösten 2015, innan LIGO-forskarna hade vågat ge sin upptäckt till känna. Boken är med andra ord skriven i den optimistiska förhoppningen att LIGO verkligen skulle kunna påvisa gravitationsvågor, men utan vetskapen om att detta skulle ske så snart. Hon fick dock via sina kontakter reda på att upptäckten redan skett, och valde då att lägga till en epilog istället för att arbeta om hela manuskriptet.