Teori relativiti mengubah segalanya, tetapi memerlukan masa yang sepadan.
Pengesanan gelombang graviti oleh Laser Interferometric Gravitational-Wave Laboratory LIGO berlaku tepat seratus tahun setelah Einstein merumuskan teori relativitinya secara umum dalam sebuah artikel di mana kemungkinan adanya gelombang graviti dijelaskan secara matematik. Atau sekurang-kurangnya itulah kisah yang disampaikan kepada orang ramai (termasuk kisah anda sendiri). Dan dalam beberapa aspek, ia juga sesuai dengan kenyataan.
Walau bagaimanapun, realiti bagaimana relativiti telah berkembang ke titik di mana orang telah menyedari bahawa gelombang graviti nampaknya ada dan bahawa mereka dapat dikesan, ternyata jauh lebih kompleks daripada naratif yang dijelaskan di atas. Dalam Alam Astronomi minggu ini, sekumpulan sejarawan sains memberikan semua butiran bagaimana kami melakukan perjalanan dari awal relativiti ke Laboratorium Gelombang Interferometrik Laser LIGO. Dan dalam prosesnya, sejarawan menunjukkan bahawa idea tentang revolusi saintifik yang membawa kepada perubahan yang tidak dijangka dan radikal kadang-kadang berubah menjadi tidak dapat dipertahankan.
Adakah paradigma anda telah berubah?
Konsep revolusi saintifik yang popular (sejauh wujud) dijelaskan oleh Thomas Kuhn. Kuhn menerangkan proses di mana data secara beransur-ansur menggerakkan teori yang ada ke arah krisis, yang memungkinkan hampir semua orang melihat bahawa ia tidak lagi berfungsi. Setelah tempoh krisis, revolusi berlaku dan teori baru muncul. Kemampuan teori untuk menyelesaikan semua masalah yang memicu timbulnya krisis dengan cepat mendapat sokongan, dan masa baru sains bermula, berdasarkan teori atau "berdasarkan paradigma," seperti yang dinyatakan oleh Kuhn.
Pada tahap tertentu, semua ini sangat sesuai dengan sejarah relativiti. Cadangan Einstein memang mencipta paradigma ruang masa yang melengkung, dan mereka menyelesaikan banyak masalah graviti Newton, dan dengan cepat menerima pengesahan eksperimen dan diterima. Tetapi kurang dari setahun kemudian, Einstein menerbitkan sebuah makalah yang menggunakan paradigma baru untuk generasi gelombang graviti. Artikel itu ternyata salah, tetapi setelah beberapa tahun dia menerbitkan versi yang disemak. Revolusi ini, yang menandakan permulaan tempoh penemuan, diselesaikan satu abad kemudian.
Namun, para sejarawan yang disebutkan - Alexander Blum, Roberto Lalli dan Jürgen Renn - ingin menangani perbarisan anjakan paradigma ini secara menyeluruh. Dan mereka melakukannya dengan menumpukan pada implikasi perumusan relativiti umum Einstein.
Video promosi:
(Harus diingat bahawa pendekatan ini juga tidak mendukung model revolusi Kuhn. Orang-orang bekerja dengan baik dalam kerangka konsep Newton walaupun masalahnya menjadi jelas, dan tidak ada masa krisis yang jelas bahkan setelah Einstein merumuskan teori relativitas umum Dalam beberapa aspek, relativiti umum hanya menyelesaikan masalah yang ditimbulkan oleh Einstein sendiri ketika dia mencadangkan relativiti khas).
Buat gelombang
Sebagai permulaan, harus dikatakan bahawa gelombang graviti tidak timbul secara langsung dari fakta bahawa Einstein sedang mengusahakannya. Nampaknya, Einstein tidak terlalu memikirkan keberadaan mereka dengan serius hingga Karl Schwarzschild dan ketenarannya mendorongnya untuk melakukannya. Terdapat ralat pada artikel pertamanya mengenai topik ini, dan versi yang diperbetulkan hanya berfungsi jika gelombang menyebar di dalam silinder. Walaupun artikel ini memberikan dasar untuk klaim bahawa Einstein yang meramalkan adanya gelombang graviti, ini pasti merupakan jalan penyelesaian dalam lingkungan yang disederhanakan.
Dan di sinilah Einstein meninggalkan masalah ini. Tumpuannya beralih, dan dia cuba menggabungkan versi graviti dengan elektromagnetisme. Tidak banyak orang yang bersedia menangani masalah ini pada saat mekanik kuantum mulai berkembang, dan Perang Dunia Pertama mengganggu kerja komuniti saintifik dan mengalihkan perhatian anggotanya kepada fizik terapan. Menurut para sejarawan sains ini, banyak kerja dalam bidang teori relativiti yang dilakukan selama ini memberi tumpuan kepada menterjemahkan sistem fizikal yang ada dan dijelaskan dengan baik dari bahasa mekanik Newton ke dalam bahasa teori relativiti. Lebih kurang perhatian diberikan kepada usaha untuk menentukan kemungkinan unik memahami alam semesta yang disediakan oleh teori relativiti.
Kurangnya ingatan mendalam tentang makna relativiti ditambah dengan masalah seperti kesalahan matematik Einstein. Ketika konsep tidak masuk akal seperti singularitas muncul dalam matematik, tidak jelas apa yang mereka cuba sampaikan kepada kita dengan cara ini. Adakah abstraksi sedemikian mempunyai asas dalam kenyataan? Mungkinkah pendekatan matematik yang lain menawarkan penyelesaian yang lebih bijak? Atau adakah teori relativiti terhad dalam apa yang berjaya dijelaskan? Sekiranya tidak ada pemahaman yang mendalam mengenai teori ini, mungkin sukar untuk mengatakan pilihan berikut mana yang paling mungkin.
Oleh kerana gelombang gravitasi dapat muncul dari persamaan yang betul, tidak banyak minat untuk menentukan apakah keberadaannya diperlukan, dan minat yang lebih sedikit adalah persoalan bagaimana kita dapat menangkapnya.
Kejayaan
Tetapi bagaimana kawasan ini berjaya keluar dari genangan? Pada tahun 1950-an, fizik mendapat banyak sokongan dari negara kerana kejayaannya semasa perang, dan sebagai hasilnya, komuniti penyelidik berkembang. Di samping itu, semakin jelas bahawa kesan graviti diperlukan untuk memahami kumpulan data kami yang berkembang yang menggambarkan alam semesta dan evolusinya.
Komuniti relativiti telah mendapat sokongan dari pengantarabangsaan sains yang semakin meningkat, dan persidangan tahunan telah diatur mengenai pelbagai topik di bidang ini. Komuniti yang lebih luas ini telah mencapai kesepakatan bahawa persoalan fizikal yang tersisa mengenai teori relativiti mesti ditangani jika setiap kumpulan penyelidik individu ingin mempunyai keyakinan terhadap pekerjaan yang mereka lakukan. Menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan teori relativiti juga dianggap sebagai prasyarat untuk mengintegrasikannya dengan mekanik kuantum, dan banyak yang berminat untuk menyelesaikan masalah ini.
Keberadaan gelombang graviti adalah salah satu masalah ini, dan oleh itu mereka mula menarik perhatian. Terobosan utama datang pada persidangan di mana para penyelidik (termasuk Richard Feynman) dapat memahami bagaimana tenaga yang terkandung dalam gelombang graviti dapat ditukar dengan bentuk tenaga yang lebih difahami di seluruh alam semesta. Penyelidik lain dapat membuat penerangan matematik gelombang elektromagnetik dan kemudian mengubahnya untuk menerangkan gelombang graviti. Struktur matematik yang dihasilkan menjadi asas untuk memahami bahawa gelombang graviti adalah ayunan pada ruang-waktu, dan sudut pandang ini berterusan hingga sekarang.
Pemberontakan
Semua ini, serta kemajuan dalam bidang teori relativiti yang lain, telah mewujudkan asas teori yang kukuh. Bloom, Lally, dan Rennes percaya bahawa pada saat relativiti umum pertama kali diperlihatkan, manusia berfikir mengenai konsekuensi relativiti terhadap teori lain yang mereka gunakan untuk memahami alam semesta. Menurut sejarawan, pada awal 1960-an, teori relativiti seharusnya diberi penghargaan kerana secara langsung berkaitan dengan tingkah laku alam semesta, dan tidak ada teori lain yang diperlukan lagi. Ini menciptakan dasar kepercayaan bahawa gelombang graviti, yang merupakan akibat semula jadi dari teori ini, mesti mempunyai semacam manifestasi fizikal.
Pemahaman ini juga diperlukan untuk membuat model yang memungkinkan kita untuk berbicara tentang bagaimana gelombang graviti seharusnya, berdasarkan peristiwa yang menghasilkannya. Dan kami dapat memisahkan peristiwa sebenar dari kebisingan sebaik sahaja kami mempunyai alat pengesan seperti LIGO dengan kepekaan yang mencukupi untuk mengesannya.
Proses 40 tahun ini tidak sesuai dengan revolusi yang dibincangkan oleh Kuhn. Tidak ada krisis, dan tidak ada periode penelitian panik pada saat orang mencoba mengembangkan teori baru yang dapat menyelesaikan ciri kontradiksi yang jelas dari pendahulunya yang tidak dapat dipertahankan. Namun, sejarawan ini percaya bahawa ada satu perkara yang benar tentang Kuhn: orang-orang yang sangat tenggelam dalam dunia relativistik mempunyai pandangan yang sangat bertentangan dengan alam semesta, dan akan sukar bagi mereka untuk berkongsi pandangan mereka dengan mereka yang tinggal di dunia Newton.
Kuhn melihat masalah ini pada dasarnya adalah masalah bahasa; istilah lama memperoleh makna baru dalam paradigma baru. Walau bagaimanapun, sejarawan di atas nampaknya mempercayai bahawa perubahan perspektif sedemikian diperlukan untuk sebarang kemajuan ilmiah. Sehingga orang dapat memasuki realiti teori baru dan memahami semua implikasinya, akan sukar bagi mereka untuk memahami maksudnya dan membuat ramalan - dan perubahan bahasa hanyalah hasil sampingan.
John Timmer
