นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Kip Thorne ร่วมงานกับ Jessica Chastain ในชุด Interstellar(เครดิต: Kip Thorne ผ่าน Wired Magazine)
เป็นเวลากว่าหนึ่งศตวรรษแล้วที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ก้าวล้ำขึ้นเป็นครั้งแรก บรรดานักคิดชั้นนำของโลกได้พยายามค้นหาว่าคำทำนายที่เกิดจากทฤษฎีของเขาเป็นจริงหรือไม่ หนึ่งในความคิดเหล่านี้คือ Kip Thorne ได้ใช้เวลาในการสืบสวนข้อเรียกร้องของ Einstein ว่าคลื่นความโน้มถ่วงมีอยู่จริงและถือได้ว่าเป็นผู้เชี่ยวชาญชั้นนำของโลกในเรื่องนี้ Thorne อยู่ในจุดยอดของหนึ่งในความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่น่าตกใจที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษย์สมัยใหม่: the การตรวจจับคลื่นเหล่านี้ .
ในฐานะศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย Thorne ได้ตีพิมพ์หนังสือและบทความมากมายเกี่ยวกับทฤษฎีความโน้มถ่วง ในปี 1984 Thorne ได้ร่วมก่อตั้งโครงการ LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) ซึ่งใช้เลเซอร์เพื่อวัดการบิดเบือนเล็กๆ น้อยๆ ในโครงสร้างของกาลอวกาศ—การบิดเบือนที่อาจเกิดจากคลื่นความโน้มถ่วง
ในปี 1994 เขาเขียนหนังสือที่ได้รับรางวัล หลุมดำและกาลเวลา: มรดกอันชั่วร้ายของไอน์สไตน์ หนังสือที่เชื่อมโยงผู้ชมกระแสหลักเข้ากับสาขาวิชาที่ซับซ้อนของเขา ทศวรรษต่อมา Thorne กลายเป็นที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ ดวงดาว และให้คณิตศาสตร์ที่จำเป็นในการจัดเตรียมภาพจริงที่ยิ่งใหญ่ของภาพยนตร์ได้อย่างแม่นยำ เขายังตีพิมพ์ ศาสตร์แห่งดวงดาว ด้วยกองหน้าจากคริสโตเฟอร์ โนแลน
เมื่อวันที่ 14 กันยายน พ.ศ. 2558 นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในไซต์ตรวจจับ LIGO แฝดในลิฟวิงสตัน หลุยเซียน่า และแฮนฟอร์ด วอชิงตัน ถูกสาบานที่จะปกปิดเป็นความลับหลังจากข้อมูลเบื้องต้นระบุถึงการตรวจพบเหตุการณ์ความรุนแรงในจักรวาลที่เกิดขึ้นเมื่อนานมาแล้ว หลังจากตรวจสอบและตรวจสอบข้อมูลเป็นเวลาหลายเดือน และเมื่อมีข่าวรั่วไหลสู่สาธารณะ นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการ LIGO ของ CalTech และ MIT ได้ประกาศการตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงที่ไม่ธรรมดา ในฐานะที่เป็นหน้าต่างบานใหม่สู่จักรวาล คลื่นได้เปิดเผยการรวมตัวกันของหลุมดำสองแห่งเมื่อเกือบ 1.3 พันล้านปีก่อน
The Braganca นั่งลงกับ Kip Thorne ต่อหน้าเขา การทำงานร่วมกันแบบมัลติมีเดียกับปรมาจารย์ด้าน VFX Paul Franklin และนักประพันธ์เพลงเจ้าของรางวัลออสการ์ Hans Zimmer on ด้านบิดเบี้ยวของจักรวาล , เพื่อหารือเกี่ยวกับไอน์สไตน์ คลื่นโน้มถ่วง และงานของเขาใน ดวงดาว .
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์คืออะไร?
เป็นกรอบสำหรับกฎฟิสิกส์ทั้งหมดยกเว้นกฎควอนตัม ผู้คนมักพูดได้ดี มันคือทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเขา แต่มันอยู่ไกลกว่านั้นมาก เขาสร้างทฤษฎีนี้ขึ้นมาเพื่ออธิบายแรงโน้มถ่วง แต่ในความเป็นจริง ทฤษฎีนั้นทำมากกว่านั้นอีกมาก มันบอกคุณว่ากฎธรรมชาติอื่นๆ ทั้งหมดเข้ากับอวกาศและเวลาได้อย่างไร
เป็นวิธีที่แม่นยำที่สุดที่เรารู้จักในการอธิบายธรรมชาติในสิ่งที่เรียกว่าโดเมนคลาสสิก ซึ่งเป็นทุกอย่าง ยกเว้นเมื่อคุณลงลึกถึงสิ่งเล็กๆ เช่น อะตอมและโมเลกุล
ทฤษฎีของไอน์สไตน์เชื่อมโยงอย่างไรกับ คลื่นความโน้มถ่วง ?
ไอน์สไตน์กำหนดทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาด้วยความพยายามอย่างเข้มข้นซึ่งกินเวลาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1905 ถึงปี ค.ศ. 1915 และเขาได้เสร็จสิ้นทฤษฎีนี้ในเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 1915 ซึ่งเมื่อร้อยกว่าปีก่อนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น จากนั้นเขาก็เริ่มใช้ทฤษฎีหรือกฎที่เขาพัฒนาขึ้นมาเพื่อทำนาย การคาดคะเนที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งและการทำนายสำคัญครั้งสุดท้ายที่เขาทำคือคลื่นความโน้มถ่วงควรมีอยู่ เขาทำนายว่าในเดือนมิถุนายนปี 1916 ตอนนี้เรากำลังพูดถึงเพียงสองเดือนนับจากครบรอบร้อยปีของการทำนายคลื่นโน้มถ่วง
เขาดูคำทำนาย ดูเทคโนโลยีในสมัยนั้น และดูสิ่งต่าง ๆ ที่อาจก่อให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงในจักรวาล และสรุปว่าเราจะได้เห็นมันอย่างสิ้นหวัง เราจะไม่มีวันมีเทคโนโลยีที่แม่นยำเพียงพอ
เขาคิดผิด เราเห็นพวกเขาเป็นครั้งแรกเมื่อเดือนกันยายนปีที่แล้ว
ในไทม์ไลน์ตั้งแต่การคาดการณ์ของไอน์สไตน์จนถึงการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งล่าสุด อะไรคือจุดหักเหที่นำไปสู่การก้าวหน้า?
มีจุดเปลี่ยนเล็กน้อย จุดเปลี่ยนที่สำคัญที่สุดสองจุดมาจากคนสองคนโดยเฉพาะ โจเซฟ เวเบอร์ ประมาณปี 1960 ได้คิดค้นแนวทางที่ดูเหมือนว่าจะสามารถมองเห็นคลื่นความโน้มถ่วงได้ และเขาเริ่มดำเนินการเพื่อค้นหาคลื่นเหล่านี้ เขาเป็นคนแรกที่ตั้งคำถามกับคติพจน์ของไอน์สไตน์ว่าเราไม่มีเทคโนโลยีที่จะทำแบบนั้น เวเบอร์ไม่เห็นคลื่นความโน้มถ่วง เขาคิดว่าเขาทำมาซักพักแล้ว แต่ไม่เห็นพวกเขาจริงๆ คลื่นอ่อนกว่าที่เขาคาดไว้ แต่เขาทำลายท่อนไม้ของคนที่คิดว่าคุณทำไม่ได้และเขาก็เป็นแรงบันดาลใจให้คนอื่น รวมฉันด้วย.
จุดเปลี่ยนที่สองคือการประดิษฐ์โดย Ray Weiss ที่ MIT แต่ด้วยเมล็ดพันธุ์ของความคิดนั้นที่มาจากต้น Mikhail Gertsenshtein และ Vladislav Pustovoit ในมอสโก รัสเซีย Ray Weiss คิดค้นเทคนิคนี้ที่เราใช้อยู่และแตกต่างจากเทคนิคของ Weber เราเรียกมันว่าการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ และมันขึ้นอยู่กับคลื่นความโน้มถ่วงที่ผลักกระจกไปมา คุณวัดกระจกส่วนใหญ่ด้วยลำแสงเลเซอร์
Weiss คิดค้นสิ่งนี้ จากนั้นเขาก็วิเคราะห์แหล่งที่มาของเสียงที่สำคัญทั้งหมดที่คุณต้องเผชิญและอธิบายวิธีจัดการกับเสียงเหล่านั้น ในปีพ.ศ. 2515 เขาได้จัดทำพิมพ์เขียวสำหรับแนวทางการออกแบบประเภทนี้ มันเป็นพิมพ์เขียวที่ได้รับการแก้ไขในรูปแบบต่างๆแต่ไม่ได้มากมายมหาศาล มันเป็นการออกแบบที่ยืนหยัดในการทดสอบเวลามานานหลายทศวรรษเพื่อเป็นแนวทางในการทำเช่นนี้ นั่นคือจุดเปลี่ยนที่ใหญ่ที่สุด
มันค่อนข้างน่าสนใจเพราะเรย์เป็นคนสุภาพเรียบร้อย และเขามีความคิดที่ว่าเขาไม่ควรตีพิมพ์สิ่งนี้ในวรรณกรรมทั่วไป จนกว่าเขาจะค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง ดังนั้นเขาจึงเขียนบทความนี้ซึ่งผมคิดว่าเป็นบทความทางเทคนิคที่ทรงพลังที่สุดที่ฉันเคยอ่าน เขาเขียนและเผยแพร่ในชุดรายงานภายในของ MIT คนอย่างฉันที่สนใจเรื่องนี้ก็หาได้ง่าย คุณต้องไปหามันเพราะมันไม่มีอยู่ในวรรณกรรมทั่วไป
อะไรต่อไปสำหรับสนามนี้ที่ตรวจพบคลื่นโน้มถ่วงแล้ว?
นี่เป็นเพียงการเริ่มต้นจริงๆ เมื่อกาลิเลโอฝึกกล้องโทรทรรศน์ออปติกบนท้องฟ้าเป็นครั้งแรกและเปิดดาราศาสตร์เชิงแสงสมัยใหม่ นั่นคือหน้าต่างแม่เหล็กไฟฟ้าบานแรกจากจักรวาล นั่นคือแสง เราใช้คำว่า 'หน้าต่าง' เพื่อหมายถึงเทคโนโลยีบางอย่างที่เราใช้เพื่อค้นหารังสีที่มีช่วงความยาวคลื่นที่แน่นอน ในทศวรรษ 1940 ดาราศาสตร์วิทยุถือกำเนิดขึ้นโดยใช้คลื่นวิทยุแทนแสง ในปี 1960 ดาราศาสตร์เอ็กซ์เรย์ถือกำเนิดขึ้น ในทศวรรษ 1970 ดาราศาสตร์รังสีแกมมาถือกำเนิดขึ้น ดาราศาสตร์อินฟราเรดก็ถือกำเนิดขึ้นในปี 1960
ในไม่ช้า เราก็มีหน้าต่างต่าง ๆ เหล่านี้ซึ่งทั้งหมดมองด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่มีความยาวคลื่นต่างกัน จักรวาลดูแตกต่างอย่างมากจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุและกล้องโทรทรรศน์เอ็กซ์เรย์เมื่อเทียบกับแสง สิ่งเดียวกันนี้กำลังเกิดขึ้นกับดาราศาสตร์คลื่นโน้มถ่วง
คลื่นความโน้มถ่วงจะถูกนำมาใช้ในการสำรวจจักรวาลหรือไม่?
นั่นคือสิ่งที่เรากำลังทำอยู่ตอนนี้ เรากำลังดำเนินการอยู่ในขณะนี้ที่ LIGO เราได้ประกาศการค้นพบหลุมดำสองหลุมที่ชนกัน จะมีมากขึ้นและเราจะเห็นปรากฏการณ์อื่น ๆ อีกมากมาย แต่เราเห็นพวกมันด้วยคลื่นความโน้มถ่วงที่มีช่วงการสั่นบางช่วงเท่านั้น ระยะเวลาไม่กี่มิลลิวินาที ภายใน 20 ปีข้างหน้า เราจะเห็นคลื่นความโน้มถ่วงที่มีช่วงเวลาเป็นชั่วโมง 
ห้องปฏิบัติการ LIGO ในลิฟวิงสตัน รัฐลุยเซียนา (ซ้าย) ถูกใช้เพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาจากการชนกันของหลุมดำสองแห่ง (ภาพประกอบด้านขวา)เครดิต: LIGO
ด้วยเครื่องตรวจจับที่คล้ายกับ LIGO ที่บินในอวกาศ เราอาจจะได้เห็นคลื่นความโน้มถ่วงที่ครอบคลุมหลายปีโดยใช้เทคนิคจากดาราศาสตร์วิทยุที่เกี่ยวข้องกับการติดตามสิ่งที่เราเรียกว่าพัลซาร์ในอีก 5 ปีข้างหน้า
เราอาจจะได้เห็นในอีก 5 ปีข้างหน้า—แน่นอนในอีก 10 ปีข้างหน้า คลื่นความโน้มถ่วงที่มีคาบเวลาเกือบเท่ากับอายุของเอกภพ ผ่านรูปแบบที่พวกเขาทำบนท้องฟ้าที่เราเรียกว่าพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล
เราจะเปิดหน้าต่างคลื่นความโน้มถ่วงที่แตกต่างกันสี่บานภายใน 20 ปีข้างหน้า และหน้าต่างแต่ละบานจะเห็นสิ่งที่แตกต่างออกไป เราจะตรวจสอบการเกิดของจักรวาลด้วยสิ่งนี้ ที่เรียกว่า 'ยุคเงินเฟ้อ' ของจักรวาล เราจะตรวจสอบการกำเนิดของกองกำลังพื้นฐานและวิธีที่พวกมันเกิดขึ้น เราจะดูพวกเขาเกิดในช่วงเวลาแรกสุดของจักรวาลโดยใช้คลื่นความโน้มถ่วง เราจะเห็นหลุมดำชนกันซึ่งตอนนี้กำลังทำอยู่ แต่หลุมดำขนาดใหญ่ชนกัน เราจะดูดาวถูกหลุมดำฉีกขาดออกจากกัน
เราจะเห็นเพียงสิ่งต่างๆ มากมายที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน และจะดำเนินต่อไปเป็นเวลาหลายศตวรรษเนื่องจากดาราศาสตร์เชิงแสงได้ดำเนินไปเป็นเวลาหลายศตวรรษ นี่เป็นเพียงการเริ่มต้น.
คุณทำงานกับคริสโตเฟอร์ โนแลนและ Paul Franklin เพื่อสร้างวิทยาศาสตร์และภาพ ข้างหลัง อินเตอร์สเตลลาร์ หลุมดำในภาพยนตร์ การ์กันทัว แม่นยำแค่ไหน?
เป็นการเป็นตัวแทนที่ถูกต้องที่สุดที่ปรากฏในภาพยนตร์ฮอลลีวูด โอลิเวอร์ เจมส์ หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ที่ Paul Franklin Frank ของบริษัท ดับเบิ้ลเนกาทีฟ ด้วยการยืนกรานบางอย่างจากฉันจึงได้คิดค้นวิธีใหม่ในการถ่ายภาพ มันสร้างภาพที่ราบรื่นและแม่นยำยิ่งขึ้นในแง่นั้น นั่นคือสิ่งที่คุณต้องการสำหรับภาพยนตร์ IMAX
เราใช้เทคนิคชุดใหม่ แต่ด้วยชุดเทคนิคที่เก่ากว่า นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้สร้างภาพเหมือนภาพ Gargantua ย้อนหลังไปถึงปี 1980 เป็นครั้งแรกโดย Jean-Pierre Luminet ในฝรั่งเศส รูปภาพของหลุมดำที่มีลักษณะคล้ายการ์กันทัวมีอยู่ แต่คุณไม่ค่อยเห็นพวกมันในวรรณคดีดาราศาสตร์ฟิสิกส์ นี่ไม่ใช่สิ่งที่นักดาราศาสตร์เห็นจริงด้วยกล้องโทรทรรศน์ 
Gargantua หลุมดำสมมติในภาพยนตร์ Interstellar(เครดิต: Warner Bros.)
นี่คือเวอร์ชันที่มีความละเอียดสูงสุด เวอร์ชันที่น่าสนใจที่สุด และเวอร์ชันที่ดึงดูดใจที่สุด แต่ก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้วาดภาพที่แม่นยำ
ในภาพยนตร์เรื่องนี้ ศาสตราจารย์แบรนด์อธิบายว่าเมื่อคูเปอร์กลับจากการเดินทางในอวกาศ เขาจะแก้ปัญหาเรื่องแรงโน้มถ่วงได้แล้ว ปัญหานั้นคืออะไร?
ในภาพยนตร์ โลกกำลังจะตายในเชิงชีววิทยาและเหลือเพียงไม่กี่ล้านคน ภารกิจของศาสตราจารย์แบรนด์และคนที่ทำงานร่วมกับเขาคือการค้นหาว่าเป็นไปได้ไหมที่จะยกคนที่เหลืออยู่ออกจากโลกในอาณานิคมอวกาศ พวกเขาไม่มีพลังจรวดที่จะทำอย่างนั้น พวกเขามีพลังในการสร้างอาณานิคมอวกาศบนโลก แต่ไม่มีพลังจรวดที่จะยกพวกมันขึ้น
ในภาพยนตร์ มีความผิดปกติของแรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน และความแปลกประหลาดเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงที่เริ่มเกิดขึ้นนี้ ได้แนะนำศาสตราจารย์แบรนด์ว่าอาจเป็นไปได้ที่จะควบคุมแรงโน้มถ่วงหรือเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของมัน
สิ่งที่เขาต้องการทำคือลดแรงดึงดูดของโลกให้นานพอที่จะใช้พลังจรวดขนาดเล็กเพื่อยกเราขึ้น ปัญหาคือการเรียนรู้วิธีควบคุมความผิดปกติเหล่านี้ คุณเห็นตัวอย่างความผิดปกติในห้องนอนของ Murph – รูปแบบฝุ่นที่ตกลงมา คุณสามารถควบคุมความผิดปกติเหล่านี้และลดแรงโน้มถ่วงของโลกได้หรือไม่?
มนุษยชาติอยู่ห่างจากการเดินทางระหว่างดวงดาวมากแค่ไหน?
ฉันคิดว่าเราน่าจะทำได้แต่ไม่น้อยกว่าสามศตวรรษ มันยากมาก
มีแนวคิดสำหรับวิธีที่คุณทำได้ โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการวางผู้คนในอาณานิคมของอวกาศซึ่งคงอยู่นานหลายชั่วอายุคน มีแนวคิดเกี่ยวกับการขับเคลื่อนที่ผู้คนมีซึ่งทำให้ฉันคิดว่ามนุษย์จะประสบความสำเร็จได้ภายในสามในสี่ศตวรรษ
อ่านบทสัมภาษณ์ของเรากับศิลปินวิชวลเอ็ฟเฟ็กต์ที่ได้รับรางวัลออสการ์ที่อยู่เบื้องหลัง ดวงดาว , พอล แฟรงคลิน.
Robin Seemangal มุ่งเน้นไปที่ NASA และการสนับสนุนการสำรวจอวกาศ เขาเกิดและเติบโตในบรู๊คลิน ซึ่งปัจจุบันเขาอาศัยอยู่ หาเขาที่ อินสตาแกรม สำหรับเนื้อหาเกี่ยวกับพื้นที่เพิ่มเติม: @not_gatsby
