Theoretisch astrofysicus Kip Thorne werkt met Jessica Chastain aan de set van Interstellar(Tegoed: Kip Thorne via Wired Magazine)
Een eeuw sinds Albert Einstein voor het eerst zijn baanbrekende algemene relativiteitstheorie publiceerde, hebben 's werelds beste geesten geprobeerd te ontdekken of de voorspellingen die uit zijn theorie voortvloeien, waar zijn. Een van deze geesten, Kip Thorne, heeft zijn carrière besteed aan het onderzoeken van Einsteins bewering dat zwaartekrachtsgolven bestaan en wordt beschouwd als 's werelds grootste expert op dit gebied. Thorne staat nu aan de vooravond van een van de meest verrassende wetenschappelijke doorbraken in de moderne menselijke geschiedenis: de detectie van deze golven .
Als hoogleraar theoretische natuurkunde aan het California Institute of Technology publiceerde Thorne talloze boeken en artikelen over zwaartekrachttheorie. In 1984 was Thorne mede-oprichter van het LIGO-project (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) dat lasers gebruikt om kleine vervormingen in het weefsel van ruimte-tijd te meten - vervormingen die kunnen worden veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven.
In 1994 schreef hij het bekroonde Zwarte gaten en Time Warps: Einsteins schandalige erfenis, een boek dat het reguliere publiek verbindt met zijn complexe vakgebied. Een decennium later werd Thorne de wetenschappelijk adviseur van interstellaire en leverde de wiskunde die nodig was om de grootse beelden van de film nauwkeurig weer te geven. Hij publiceerde ook De wetenschap van interstellaire met een aanvaller van Christopher Nolan.
Op 14 september 2015 werden wetenschappers die werkten op dubbele LIGO-detectorsites in Livingston, Louisiana en Hanford, Washington tot geheimhouding verplicht nadat de eerste gegevens de detectie van een gewelddadige kosmische gebeurtenis die lang geleden had plaatsgevonden, aangaven. Na maanden van het controleren en opnieuw controleren van de gegevens, en met nieuws dat naar het publiek begon te lekken, kondigden onderzoekers van de door CalTech en MIT beheerde LIGO-laboratoria de buitengewone detectie van zwaartekrachtsgolven aan. Als een nieuw venster op het universum hebben de golven bijna 1,3 miljard jaar geleden het samensmelten van twee zwarte gaten onthuld.
The Braganca ging zitten met Kip Thorne voor zijn multimediale samenwerking met VFX-meester Paul Franklin en Oscar-winnende componist Hans Zimmer op Zimmer Vervormde kant van het heelal , om Einstein, zwaartekrachtsgolven en zijn werk te bespreken interstellaire .
Wat is de algemene relativiteitstheorie van Einstein?
Het is een raamwerk voor alle wetten van de natuurkunde, behalve de kwantumwetten. Mensen zeggen meestal goed, het is zijn theorie van de zwaartekracht, maar het gaat veel verder dan dat. Hij bouwde deze theorie om de zwaartekracht te verklaren, maar in feite doet die theorie veel meer dan dat. Het vertelt je hoe alle andere natuurwetten in ruimte en tijd passen.
Het is de meest nauwkeurige manier die we kennen om de natuur te beschrijven in wat we het klassieke domein zouden noemen, dat alles is, behalve wanneer je naar de zeer kleine dingen gaat - dingen zoals atomen en moleculen.
Hoe sluit de theorie van Einstein aan op zwaartekrachtsgolven ?
Einstein formuleerde zijn algemene relativiteitstheorie in een zeer intensieve inspanning die duurde van 1905 tot 1915 en hij voltooide de theorie in november 1915 - iets meer dan honderd jaar geleden. Vervolgens begon hij de theorie of deze wetten die hij ontwikkelde te gebruiken om voorspellingen te doen. Een van de belangrijkste voorspellingen en de laatste grote voorspelling die hij deed, was dat zwaartekrachtsgolven zouden moeten bestaan. Hij voorspelde dat in juni 1916, dus we praten nu over slechts twee maanden vanaf de honderdste verjaardag van de voorspelling van de zwaartekrachtsgolf.
Hij keek naar de voorspellingen, keek naar de technologie van de dag en keek naar dingen die zwaartekrachtgolven in het universum zouden kunnen produceren en concludeerde dat het hopeloos was dat we ze ooit zullen zien. We zouden gewoon nooit nauwkeurig genoeg technologie hebben.
Hij was fout. Afgelopen september zagen we ze voor het eerst.
Wat was in de tijdlijn van Einsteins voorspellingen tot de recente ontdekking van zwaartekrachtsgolven het keerpunt dat tot een doorbraak leidde?
Nou, er waren een paar keerpunten. De twee meest cruciale keerpunten kwamen van twee specifieke mensen. Joseph Weber, rond 1960, bedacht een benadering die leek alsof hij in staat zou zijn om zwaartekrachtsgolven te zien en hij begon aan de poging om ze te vinden. Hij was de eerste die de uitspraak van Einstein in twijfel trok dat we de technologie niet zouden hebben om het te doen. Weber zag geen zwaartekrachtsgolven. Hij dacht dat hij dat een tijdje deed, maar zag ze niet echt. De golven zijn zwakker dan hij had gehoopt, maar hij brak de blokkade van mensen die dachten dat je het gewoon niet kunt en hij inspireerde anderen. Mij inbegrepen.
Het tweede keerpunt was een uitvinding van Ray Weiss bij MIT maar met de zaden van dat idee die eerder kwamen van Mikhail Gertsenshtein en Vladislav Pustovoit in Moskou, Rusland. Ray Weiss vond deze techniek uit die we nu gebruiken en het was anders dan de techniek van Weber. We noemen het interferometer detectie van zwaartekrachtgolven en het is gebaseerd op zwaartekrachtgolven die spiegels heen en weer duwen. De meeste spiegels meet je met laserstralen.
Weiss vond dit uit en analyseerde vervolgens alle belangrijke bronnen van geluid waarmee je te maken zou krijgen en beschreef hoe ermee om te gaan. In 1972 leverde hij een blauwdruk voor de weg vooruit met dit soort ontwerp. Het was een blauwdruk die op verschillende manieren werd aangepast, maar niet enorm. Het was echt een ontwerp dat tientallen jaren de tand des tijds heeft doorstaan als een gids voor een manier om dit te doen. Dat was het grootste keerpunt.
Het is best interessant omdat Ray een bescheiden man is en hij het idee had dat hij dit pas in de reguliere literatuur zou publiceren als hij zwaartekrachtsgolven had ontdekt. Dus schreef hij dit artikel waarvan ik denk dat het het krachtigste technische artikel is dat ik ooit heb gelezen. Hij schreef het en publiceerde het in een reeks interne MIT-rapporten. Het was direct beschikbaar voor mensen zoals ik die geïnteresseerd waren in het onderwerp. Je moest ernaar gaan zoeken omdat het niet in de reguliere literatuur te vinden was.
Wat is de volgende stap voor dit veld nu zwaartekrachtsgolven zijn gedetecteerd?
Nou, dit is eigenlijk nog maar het begin. Toen Galileo zijn optische telescoop voor het eerst op de hemel richtte en de moderne optische astronomie opende, was dat het eerste van de elektromagnetische vensters uit het universum: licht. We gebruiken de uitdrukking 'venster' om bepaalde technologieën aan te duiden die we gebruiken om naar straling met een bepaald golflengtegebied te zoeken. In de jaren veertig werd radioastronomie geboren: kijken met radiogolven in plaats van licht. In de jaren zestig werd röntgenastronomie geboren. In de jaren 70 werd gammastraling geboren. Infraroodastronomie werd ook geboren in de jaren zestig.
Al snel hadden we al deze verschillende vensters die er allemaal uitzagen met elektromagnetische golven maar met verschillende golflengten. Het heelal ziet er door een radiotelescoop en een röntgentelescoop heel anders uit dan met licht. Hetzelfde gebeurt met astronomie met zwaartekrachtgolven.
Zullen zwaartekrachtsgolven worden gebruikt om het universum te verkennen?
Dat is wat we nu doen. Dat doen we nu bij LIGO. We hebben de ontdekking van twee botsende zwarte gaten aangekondigd. Er zullen er meer zijn en we zullen veel andere soorten fenomenen zien, maar we zien ze alleen met zwaartekrachtsgolven die een bepaalde periode van oscillatie hebben. Een periode van enkele milliseconden. We zullen binnen de komende 20 jaar zwaartekrachtgolven zien die perioden van uren hebben. 
Het LIGO-laboratorium in Livingston, Louisiana (links) werd gebruikt om zwaartekrachtsgolven te detecteren die worden uitgezonden door de botsing van twee zwarte gaten (rechts afgebeeld).Credits: LIGO
Met detectoren die vergelijkbaar zijn met LIGO en die in de ruimte vliegen, zullen we waarschijnlijk in de komende 5 jaar zwaartekrachtsgolven zien die jaren overspannen met behulp van een techniek uit de radioastronomie die het volgen omvat van wat we Pulsars noemen.
We zullen waarschijnlijk binnen de komende 5 jaar - zeker de komende 10 jaar, zwaartekrachtgolven zien met perioden die bijna net zo lang zijn als de leeftijd van het universum. Door middel van patronen die ze in de lucht maken die we de kosmische microgolfachtergrond noemen.
We zullen binnen de komende 20 jaar vier verschillende zwaartekrachtgolfvensters open hebben en elk van hen zal iets anders zien. Hiermee onderzoeken we de geboorte van het universum. Het zogenaamde 'inflatoire tijdperk' van het universum. We onderzoeken de geboorte van de fundamentele krachten en hoe ze zijn ontstaan. We zullen zien hoe ze worden geboren in de vroegste momenten van het universum met behulp van zwaartekrachtgolven. We zullen zwarte gaten zien botsen, wat we nu doen, maar enorme zwarte gaten botsen. We zullen zien hoe sterren worden verscheurd door zwarte gaten.
We zullen een fantastische reeks dingen zien die we nog nooit eerder hebben gezien en dit zal eeuwenlang doorgaan zoals optische astronomie al eeuwen doorgaat. Dit is slechts het begin.
Je werkte met Christopher Nolan en Paul Franklin om de wetenschap en visuals te bouwen achter Interstellair. Hoe nauwkeurig was het zwarte gat in de film, Gargantua?
Het is de meest nauwkeurige weergave die in een Hollywood-film is verschenen. Oliver James, hoofdwetenschapper bij Paul Franklin 's bedrijf Dubbel negatief , heeft met enig aandringen van mij een geheel nieuwe manier bedacht om de beeldvorming te doen. Het produceert beelden die in die zin vloeiender en nauwkeuriger zijn. Dat is wat je nodig hebt voor een IMAX-film.
We gebruikten een nieuwe reeks technieken, maar met een oudere reeks technieken bouwden astrofysici beelden zoals het beeld van Gargantua dat teruggaat tot 1980. Het werd voor het eerst gedaan door Jean-Pierre Luminet in Frankrijk. Afbeeldingen van zwarte gaten die lijken op Gargantua zijn er, maar je zag ze zelden in astrofysicaliteratuur. Dit is niet iets wat astronomen echt zien met hun telescopen. 
Gargantua, het fictieve zwarte gat afgebeeld in de film Interstellar.(Tegoed: Warner Bros.)
Dit is de versie met de hoogste resolutie, de meest boeiende versie en de meest boeiende versie. Maar nauwkeurige afbeeldingen zijn eerder door astrofysici gedaan.
In de film legt professor Brand uit dat tegen de tijd dat Cooper terugkomt van zijn interstellaire reis, hij het probleem van de zwaartekracht zou hebben opgelost. Wat was dat probleem?
In de film sterft de aarde biologisch en zijn er nog maar een paar miljoen mensen over. De zoektocht van professor Brand en de mensen die met hem samenwerken, is om erachter te komen of het mogelijk is om die overgebleven mensen van de aarde te tillen in ruimtekolonies. Ze hadden niet de raketkracht om dat te doen. Ze hadden de kracht om ruimtekolonies op aarde te bouwen, maar hadden niet de raketkracht om ze op te tillen.
In de film zijn er zwaartekrachtafwijkingen die vrij plotseling zijn opgetreden en deze gekheid over de zwaartekracht die begon op te treden, suggereerde professor Brand dat het mogelijk zou zijn om de zwaartekracht te beheersen of het gedrag ervan te veranderen.
Wat hij wilde doen was de aantrekkingskracht van de aarde lang genoeg verminderen om een kleine raketkracht te gebruiken om ons op te tillen. Het probleem was toen om te leren hoe deze anomalieën te benutten. Je ziet een voorbeeld van de anomalie in de slaapkamer van Murph: het vallende patroon van stof. Kun jij deze anomalieën benutten en de zwaartekracht van de aarde verminderen?
Hoe ver is de mensheid verwijderd van interstellaire reizen?
Ik denk dat we dat waarschijnlijk zullen doen, maar niet in minder dan ongeveer drie eeuwen. Het is heel erg moeilijk.
Er zijn ideeën over hoe je het zou kunnen doen, meestal door mensen in ruimtekolonies te plaatsen die generaties lang meegaan. Er zijn voortstuwingsideeën die mensen hebben gehad waardoor ik denk dat het binnen drie of vier eeuwen door mensen zal worden bereikt.
Lees ons interview met de Oscar-winnende visual effects artiest achter interstellaire , Paul Franklin.
Robin Seemangal richt zich op NASA en pleitbezorging voor ruimteverkenning. Hij is geboren en getogen in Brooklyn, waar hij momenteel woont. Vind hem op Instagram voor meer ruimtegerelateerde inhoud: @not_gatsby.
