Sejuta tahun yang lalu (baik, berikan atau ambil) di galaksi yang jauh, jauh, dua lubang hitam melakukan balet kosmik pas de deux. Mereka berpusing-pusing satu sama lain, secara beransur-ansur mendekat di bawah pengaruh graviti bersama, hingga mereka bertembung dan bergabung. Akibat perlanggaran tersebut, pelepasan tenaga besar terjadi, bersamaan dengan tiga kali jisim matahari kita. Penumpuan, pertembungan dan penggabungan dua lubang hitam menjadikan kekacauan ruang-waktu di sekitarnya menjadi kacau-bilau dan menghantar gelombang graviti yang kuat ke semua arah pada kelajuan cahaya.
Pada saat gelombang ini sampai di Bumi kita (dan pada pagi 14 September 2015), deruan kosmik yang dahsyat sekali berubah menjadi rengekan yang hampir tidak dapat didengar. Walaupun begitu, dua mesin besar sepanjang beberapa kilometer (pengesan Laser Interferometric Observatory gelombang graviti PIOGV), yang terletak di negara-negara Louisiana dan Washington, mencatat jejak gelombang ini yang mudah dikenali. Pada hari Selasa, tiga pemimpin projek PIOGV lama - Rainer Weiss, Barry Barish dan Kip Thorne - menerima Hadiah Nobel dalam Fizik untuk pencapaian ini.
Penemuan ini telah lama berkembang, baik pada skala waktu manusia dan pada jam astronomi. Dr Weiss, Dr. Thorn, dan Dr. Barish dan rakan sekerja telah mengusahakan projek mereka selama beberapa dekad. Ribuan orang yang bekerja di lima benua terlibat dalam penemuan 2015. Projek ini menunjukkan visi strategik masa depan oleh para saintis dan pembuat dasar, yang hampir sama dengan kita dengan lubang hitam bertembung ini.
Pada akhir 1960-an, Dr. Weiss mengajar kursus fizik senior di Massachusetts Institute of Technology. Beberapa tahun sebelumnya, ahli fizik Joseph Weber telah membuat pengumuman bahawa dia telah mengesan gelombang graviti menggunakan instrumen dengan antena silinder aluminium. Namun, Weber gagal meyakinkan skeptis. Dr Weiss memberikan pelajarnya tugas rumah untuk mencari cara lain untuk mengesan gelombang. (Pelajar, perhatikan: kadang-kadang kerja rumah adalah pertanda Hadiah Nobel.) Tetapi bagaimana jika anda cuba mengesan gelombang graviti dengan mengkaji dengan teliti perubahan terkecil dari gangguan sinar laser yang bergerak di sepanjang jalan yang berbeza dan kemudian menyambung semula dalam pengesan?
Secara teori, gelombang graviti harus meregangkan dan menguncup di angkasa, bergerak melaluinya. Dr Weiss membuat anggapan bahawa gangguan seperti itu akan mengubah panjang jalur salah satu sinar laser, kerana kedua rasuk tersebut akan tidak selaras pada saat mereka mencapai pengesan, dan dari perbezaan penyahkronisasi, kita dapat menentukan corak gangguan.
Ideanya berani dan revolusioner. Dan itu meletakkannya sedikit. Untuk menangkap gelombang graviti amplitud yang diharapkan menggunakan teknik gangguan, ahli fizik harus mengesan perbezaan jarak yang merupakan satu bahagian dalam seribu miliar bilion. Ini seperti mengukur jarak antara Bumi dan Matahari pada skala satu atom, sementara memantau semua sumber getaran dan ralat lain yang dapat menekan isyarat yang lemah.
Tidak mengejutkan, Dr Thorne, yang menjadi salah satu pemenang Nobel tahun ini, mengemukakan masalah itu sebagai tugas kerja rumah di buku teks 1973. Dia membuat para pelajar membuat kesimpulan bahawa interferometri sebagai kaedah untuk mengesan gelombang graviti tidak baik. (Baiklah, tuan-tuan, pelajar, kadang-kadang anda tidak perlu membuat kerja rumah anda.) Tetapi dengan kajian lebih mendalam mengenai masalah ini, Dr Thorn menjadi salah satu penyokong kuat kaedah interferometrik.
Meyakinkan Dr. Thorn lebih mudah daripada mendapatkan dana dan menarik minat pelajar untuk bekerja. Yayasan Sains Nasional pada tahun 1972 menolak cadangan pertama Dr. Weiss. Pada tahun 1974 ia membuat proposal baru dan menerima sejumlah dana untuk kajian reka bentuk. Pada tahun 1978, Dr. Weiss menyatakan dalam permohonannya untuk pendanaan: "Secara beransur-ansur, saya menyadari bahawa penyelidikan semacam ini paling baik dilakukan oleh para saintis yang tidak dapat dipersoalkan dan mungkin bodoh, serta pelajar siswazah muda dengan kecenderungan berpetualang."
Video promosi:
Skop projek secara beransur-ansur berkembang. Lengan interferometer yang besar sekarang harus memanjang sejauh beberapa kilometer, bukan meter, dan dilengkapi dengan optik dan elektronik yang paling moden. Pada masa yang sama, anggaran dan pasukan penyelidik bertambah. Pelaksanaan projek yang kompleks ini memerlukan bukan sahaja pengetahuan mendalam mengenai fizik, tetapi juga kemahiran politik. Pada satu ketika, usaha untuk membina salah satu alat pengesan besar di Maine ini gagal kerana persaingan politik dan perjanjian di sebalik tabir kongres pakaian. Ini mengajar para saintis bahawa terdapat lebih banyak gangguan daripada sinar laser.
Anehnya, National Science Foundation meluluskan pembiayaan untuk PIOGV pada tahun 1992. Ini adalah projek yayasan paling mahal, hingga kini. Waktunya tepat: selepas kejatuhan Kesatuan Soviet pada akhir tahun 1991, ahli fizik dengan serta-merta menyedari bahawa hujah Perang Dingin yang menyokong penyelidikan saintifik di Kongres tidak lagi berlaku.
Pada masa inilah taktik anggaran di Amerika Syarikat memasuki fasa baru. Sekarang, ketika merancang projek jangka panjang, perlu mempertimbangkan ancaman penangguhan aktiviti badan-badan negara (yang kadang-kadang dijalankan). Ini merumitkan keadaan penganggaran kerana sekarang fokus pada projek jangka pendek yang menjanjikan hasil yang cepat. Sekiranya projek seperti PIOGV diusulkan hari ini, sukar untuk membayangkan bahawa ia akan mendapat persetujuan.
Walau bagaimanapun, PIOGV menunjukkan kelebihan tertentu dari pendekatan jangka panjang. Projek ini menunjukkan hubungan erat antara sains dan pendidikan yang jauh melebihi pekerjaan rumah. Ramai pelajar sarjana dan siswazah dari pasukan PIOGV menjadi pengarang artikel sejarah mengenai gelombang yang dikesan. Sejak tahun 1992, hampir 600 disertasi telah ditulis dalam kerangka projek ini di Amerika Syarikat sahaja, yang disiapkan oleh para saintis dari 100 universiti dan 37 negeri. Penyelidikan saintifik telah melampaui bidang fizik, dan kini merangkumi bidang seperti reka bentuk kejuruteraan dan pengembangan perisian.
PIOGV menunjukkan apa yang dapat kita capai dengan melihat di luar cakrawala dan tidak bergantung pada anggaran dan laporan tahunan. Dengan membina mesin yang sangat sensitif dan mendidik saintis dan jurutera muda yang cerdas dan berdedikasi, kita dapat menguji pemahaman asas kita mengenai alam semula jadi dengan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Usaha sedemikian sering membawa kepada peningkatan teknologi yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari: sistem navigasi GPS diciptakan sebagai sebahagian daripada pekerjaan untuk menguji teori relativiti umum Einstein. Benar, penemuan yang tidak dijangka sukar dijangka. Tetapi dengan kesabaran, ketekunan dan keberuntungan, kita dapat melihat kedalaman alam semesta yang paling dalam.
David Kaiser adalah Profesor dan Pensyarah dalam Fizik dan Sejarah Sains di Massachusetts Institute of Technology. Bersama W. Patrick McCray, dia telah menyunting Groovy Science: Knowledge, Innovation, and the American Counterculture.
