1.3 billion years ago, in a distant, distant galaxy, two black holes locked into a spiral, falling inexorably towards each other and collided, converting three Suns' worth of stuff into pure energy in a tenth of a second. For that brief moment in time, the glow was brighter than all the stars in all the galaxies in all of the known Universe. It was a very big bang.
1,3 miljard jaar geleden, in een ver, ver sterrenstelsel, raakten twee zwarte gaten verstrengeld in een spiraal. Ze cirkelden onverbiddelijk naar elkaar toe, botsten en zetten een massa van drie zonnen om in pure energie in 1/10 van een seconde. Op dat korte moment was hun gloed helderder dan die van alle sterren in alle sterrenstelsels in het hele bekende universum. Het was een zeer grote knal.
But they didn't release their energy in light. I mean, you know, they're black holes. All that energy was pumped into the fabric of space and time itself, making the Universe explode in gravitational waves.
Maar hun energie kwam niet vrij als licht. Ik bedoel, het waren zwarte gaten. Al die energie werd in het weefsel van ruimte en tijd zelf gepompt, wat het hele heelal liet zinderen in gravitatiegolven.
Let me give you a sense of the timescale at work here. 1.3 billion years ago, Earth had just managed to evolve multicellular life. Since then, Earth has made and evolved corals, fish, plants, dinosaurs, people and even -- God save us -- the Internet. And about 25 years ago, a particularly audacious set of people -- Rai Weiss at MIT, Kip Thorne and Ronald Drever at Caltech -- decided that it would be really neat to build a giant laser detector with which to search for the gravitational waves from things like colliding black holes.
Ik geef u een idee van de tijdschaal: 1,3 miljard jaar geleden was de aarde net toe aan meercellig leven. Sindsdien heeft de aarde koralen, vissen, planten, dinosaurussen, mensen en zelfs -- God helpe ons -- het internet voortgebracht. Ongeveer 25 jaar geleden vond een bijzonder ondernemende groep mensen -- Rai Weiss aan het MIT, Kip Thorne en Ronald Drever bij Caltech -- dat het erg leuk zou zijn om een gigantische laserdetector te bouwen om te zoeken naar gravitatiegolven van dingen zoals botsende zwarte gaten.
Now, most people thought they were nuts. But enough people realized that they were brilliant nuts that the US National Science Foundation decided to fund their crazy idea. So after decades of development, construction and imagination and a breathtaking amount of hard work, they built their detector, called LIGO: The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.
De meeste mensen dachten dat ze gek waren. Maar genoeg mensen beseften dat ze briljante gekken waren. De Amerikaanse National Science Foundation besloot om hun gekke idee te financieren. Na tientallen jaren van ontwikkeling, constructie en verbeelding, en een adembenemende hoeveelheid hard werken, bouwden ze hun detector: LIGO. Het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatorium.
For the last several years, LIGO's been undergoing a huge expansion in its accuracy, a tremendous improvement in its detection ability. It's now called Advanced LIGO as a result.
De afgelopen jaren is de nauwkeurigheid van LIGO enorm toegenomen, het detectievermogen is enorm verbeterd. Het wordt nu Advanced LIGO genoemd.
In early September of 2015, LIGO turned on for a final test run while they sorted out a few lingering details. And on September 14 of 2015, just days after the detector had gone live, the gravitational waves from those colliding black holes passed through the Earth. And they passed through you and me. And they passed through the detector.
Begin september 2015 werd LIGO aan een laatste test onderworpen terwijl ze nog wat losse eindjes wegwerkten. En op 14 september 2015, slechts enkele dagen nadat de detector was aangezet, passeerden de gravitatiegolven uit die botsende zwarte gaten door de aarde. En ze gingen door jou en door mij. En door de detector.
(Audio) Scott Hughes: There's two moments in my life more emotionally intense than that. One is the birth of my daughter. The other is when I had to say goodbye to my father when he was terminally ill. You know, it was the payoff of my career, basically. Everything I'd been working on -- it's no longer science fiction! (Laughs)
(Audio) Scott Hughes: Er waren in mijn leven twee momenten meer emotioneel dan dat. Het ene is de geboorte van mijn dochter. Het andere toen ik afscheid moest nemen van mijn ongeneeslijk zieke vader. Het was in principe de eindafrekening van mijn carrière. Alles waar ik aan gewerkt had was niet langer science fiction! (Lacht)
Allan Adams: So that's my very good friend and collaborator, Scott Hughes, a theoretical physicist at MIT, who has been studying gravitational waves from black holes and the signals that they could impart on observatories like LIGO, for the past 23 years.
Allan Adams: Dat was mijn goede vriend en medewerker, Scott Hughes, een theoretisch natuurkundige aan het MIT. Hij bestudeert gravitatiegolven uit zwarte gaten en de signalen die ze veroorzaken op observatoria zoals LIGO al 23 jaar.
So let me take a moment to tell you what I mean by a gravitational wave. A gravitational wave is a ripple in the shape of space and time. As the wave passes by, it stretches space and everything in it in one direction, and compresses it in the other. This has led to countless instructors of general relativity doing a really silly dance to demonstrate in their classes on general relativity. "It stretches and expands, it stretches and expands."
Wat bedoel ik nu met een gravitatiegolf? Een gravitatiegolf is een rimpel in het ruimte-tijd continuüm. Als de golf passeert, rekt ze de ruimte en alles erin uit in één richting en comprimeert ze de ruimte in de andere. Dit heeft talloze leraars van de algemene relativiteitstheorie aangezet om het met een gek dansje in hun lessen te demonstreren. "Het strekt zich en breidt zich uit, het strekt zich en breidt zich uit."
So the trouble with gravitational waves is that they're very weak; they're preposterously weak. For example, the waves that hit us on September 14 -- and yes, every single one of you stretched and compressed under the action of that wave -- when the waves hit, they stretched the average person by one part in 10 to the 21. That's a decimal place, 20 zeroes, and a one. That's why everyone thought the LIGO people were nuts. Even with a laser detector five kilometers long -- and that's already crazy -- they would have to measure the length of those detectors to less than one thousandth of the radius of the nucleus of an atom. And that's preposterous.
Het probleem met gravitatiegolven is dat ze zeer zwak zijn, belachelijk zwak. Zo deden bijvoorbeeld de golven die ons op 14 september troffen -- ja, ieder van jullie werd uitgerekt en samengedrukt door die golf -- de gemiddelde persoon uitrekken en samendrukken met één op 10 tot de 21e deeltje. Dat is een getal met 20 nullen en één 1 achter de komma. Daarom dacht iedereen dat de mensen van LIGO gek waren. Zelfs met een laserdetector van vijf kilometer lang -- dat is al gek -- moesten ze de lengte van deze detectoren meten tot op minder dan één duizendste van de straal van de kern van een atoom. Dat is belachelijk.
So towards the end of his classic text on gravity, LIGO co-founder Kip Thorne described the hunt for gravitational waves as follows: He said, "The technical difficulties to be surmounted in constructing such detectors are enormous. But physicists are ingenious, and with the support of a broad lay public, all obstacles will surely be overcome." Thorne published that in 1973, 42 years before he succeeded.
Tegen het einde van zijn klassieke tekst over de zwaartekracht beschreef LIGO medestichter Kip Thorne de jacht op gravitatiegolven als volgt: "De technische moeilijkheden die overwonnen moeten worden bij de bouw van dergelijke detectoren zijn enorm. Maar natuurkundigen zijn ingenieus en met de ondersteuning van een groot lekenpubliek zullen alle obstakels zeker worden overwonnen." Thorne publiceerde dat in 1973, 42 jaar voordat hij erin slaagde.
Now, coming back to LIGO, Scott likes to say that LIGO acts like an ear more than it does like an eye. I want to explain what that means. Visible light has a wavelength, a size, that's much smaller than the things around you, the features on people's faces, the size of your cell phone. And that's really useful, because it lets you make an image or a map of the things around you, by looking at the light coming from different spots in the scene about you.
Nu terug naar LIGO. Scott zegt graag dat LIGO eerder als een oor werkt dan als een oog. Ik leg uit wat dat betekent. Zichtbaar licht heeft een golflengte, een grootte, die veel kleiner is dan de dingen om je heen, de trekken op de gezichten van mensen of de grootte van je mobiele telefoon. Erg handig, want daardoor kun je de dingen om je heen in kaart brengen aan de hand van het licht van verschillende plekken in je directe omgeving.
Sound is different. Audible sound has a wavelength that can be up to 50 feet long. And that makes it really difficult -- in fact, in practical purposes, impossible -- to make an image of something you really care about. Your child's face. Instead, we use sound to listen for features like pitch and tone and rhythm and volume to infer a story behind the sounds. That's Alice talking. That's Bob interrupting. Silly Bob.
Geluid is anders. Hoorbaar geluid heeft een golflengte die tot 20 meter lang kan zijn. Dat maakt het echt moeilijk -- in praktische toepassingen in feite onmogelijk -- om een afbeelding te maken van iets waar je echt om geeft. Zoals het gezicht van je kind. In plaats daarvan gebruiken we geluid om te luisteren naar zaken als toonhoogte, toon, ritme en volume om een verhaal uit de geluiden af te leiden. Hier praat Alice. Bob onderbreekt. Gekke Bob.
So, the same is true of gravitational waves. We can't use them to make simple images of things out in the Universe. But by listening to changes in the amplitude and frequency of those waves, we can hear the story that those waves are telling. And at least for LIGO, the frequencies that it can hear are in the audio band. So if we convert the wave patterns into pressure waves and air, into sound, we can literally hear the Universe speaking to us. For example, listening to gravity, just in this way, can tell us a lot about the collision of two black holes, something my colleague Scott has spent an awful lot of time thinking about.
Hetzelfde geldt voor gravitatiegolven. We kunnen ze niet gebruiken om eenvoudige beelden van dingen in het heelal te maken. Maar door te luisteren naar veranderingen in amplitude en frequentie van de golven, kunnen we het verhaal horen dat die golven vertellen. In ieder geval voor LIGO zijn de frequenties die het kan horen in de bandbreedte van de audio. Als we de golfpatronen in drukgolven in lucht omzetten, in geluid dus, kunnen we letterlijk het heelal tot ons horen spreken. Door bijvoorbeeld op deze manier naar zwaartekracht te luisteren, kunnen we veel leren over de botsing van twee zwarte gaten, iets waar mijn collega Scott ontzettend lang over heeft nagedacht.
(Audio) SH: If the two black holes are non-spinning, you get a very simple chirp: whoop! If the two bodies are spinning very rapidly, I have that same chirp, but with a modulation on top of it, so it kind of goes: whir, whir, whir! It's sort of the vocabulary of spin imprinted on this waveform.
(Audio) SH: Als de twee zwarte gaten niet draaien, krijg je een heel eenvoudige tjilp: woep! Als ze zeer snel draaien, krijg je diezelfde tjilp, maar met een modulatie erbovenop. Dat geeft: wir, wir, wirrep! Een soort 'draai'-woordenschat geënt op deze golfvorm.
AA: So on September 14, 2015, a date that's definitely going to live in my memory, LIGO heard this:
AA: Op 14 september 2015, een datum die onuitwisbaar in mijn geheugen zit, hoorde LIGO dit:
[Whirring sound]
[Geluid]
So if you know how to listen, that is the sound of --
Voor een geoefend luisteraar is dit het geluid van --
(Audio) SH: ... two black holes, each of about 30 solar masses, that were whirling around at a rate comparable to what goes on in your blender.
(Audio) SH: ... twee zwarte gaten, elk ongeveer 30 zonsmassa's, die rond wervelden met een snelheid vergelijkbaar met wat er in je blender gebeurt.
AA: It's worth pausing here to think about what that means. Two black holes, the densest thing in the Universe, one with a mass of 29 Suns and one with a mass of 36 Suns, whirling around each other 100 times per second before they collide. Just imagine the power of that. It's fantastic. And we know it because we heard it.
AA: Even pauzeren om na te denken over wat dat betekent. Twee zwarte gaten, de dingen met de grootste dichtheid in het heelal, één met een massa van 29 zonnen en één met een massa van 36 zonnen, wervelen 100 keer per seconde rond elkaar voordat ze met elkaar botsen. Stel je dat geweld eens voor. Het is fantastisch. En we weten het omdat we het hoorden.
That's the lasting importance of LIGO. It's an entirely new way to observe the Universe that we've never had before. It's a way that lets us hear the Universe and hear the invisible.
Dat is het blijvende belang van LIGO. Het is een geheel nieuwe manier om het heelal te observeren die we nooit eerder hebben gehad. We kunnen luisteren naar het universum en het onzichtbare horen.
And there's a lot out there that we can't see -- in practice or even in principle. So supernova, for example: I would love to know why very massive stars explode in supernovae. They're very useful; we've learned a lot about the Universe from them. The problem is, all the interesting physics happens in the core, and the core is hidden behind thousands of kilometers of iron and carbon and silicon. We'll never see through it, it's opaque to light. Gravitational waves go through iron as if it were glass -- totally transparent. The Big Bang: I would love to be able to explore the first few moments of the Universe, but we'll never see them, because the Big Bang itself is obscured by its own afterglow. With gravitational waves, we should be able to see all the way back to the beginning. Perhaps most importantly, I'm positive that there are things out there that we've never seen that we may never be able to see and that we haven't even imagined -- things that we'll only discover by listening.
Er is veel dat we niet kunnen zien -- in de praktijk of zelfs in principe. Een supernova, bijvoorbeeld: ik zou graag willen weten waarom zeer massieve sterren ontploffen tot supernova's. Ze zijn zeer nuttig. We hebben door hen veel over het universum geleerd. Maar alle interessante fysica gebeurt in de kern en die kern zit verborgen onder duizenden kilometers ijzer, koolstof en silicium. We zullen er nooit doorheen kijken, want het is ondoorzichtig voor licht. Gravitatiegolven gaan door ijzer alsof het glas is -- volledig transparant. De Big Bang: ik zou graag de eerste paar momenten van het heelal willen onderzoeken, maar we zullen ze nooit zien, omdat de Big Bang zelf door zijn eigen nagloeien wordt verduisterd. Maar met gravitatiegolven kunnen we tot aan het begin terugkijken. Misschien wel het allerbelangrijkste: ik ben ervan overtuigd dat er daar dingen zijn die we nooit hebben gezien, waarvan we nooit in staat zullen zijn om ze te zien, waaraan we nog niet eens hebben gedacht -- dingen die we alleen zullen ontdekken door te luisteren.
And in fact, even in that very first event, LIGO found things that we didn't expect. Here's my colleague and one of the key members of the LIGO collaboration, Matt Evans, my colleague at MIT, addressing exactly that:
Zelfs bij die eerste gebeurtenis vond LIGO dingen die we niet verwachtten. Hier is mijn collega, een van de belangrijkste leden van de LIGO-groep, Matt Evans, mijn collega aan het MIT. Hij legt het uit.
(Audio) Matt Evans: The kinds of stars which produce the black holes that we observed here are the dinosaurs of the Universe. They're these massive things that are old, from prehistoric times, and the black holes are kind of like the dinosaur bones with which we do this archeology. So it lets us really get a whole nother angle on what's out there in the Universe and how the stars came to be, and in the end, of course, how we came to be out of this whole mess.
(Audio) Matt Evans: de soorten sterren die de zwarte gaten produceren die we hier observeerden, zijn de dinosaurussen van het universum. Het zijn enorme, oude dingen uit de prehistorie en de zwarte gaten zijn net zoiets als dinosaurusbotten waarmee wij aan archeologie doen. We kunnen nu vanuit een heel andere hoek kijken naar wat er in het heelal gebeurt. Hoe de sterren ontstonden, en uiteindelijk natuurlijk hoe wij tevoorschijn kwamen uit die hele rommel.
AA: Our challenge now is to be as audacious as possible. Thanks to LIGO, we know how to build exquisite detectors that can listen to the Universe, to the rustle and the chirp of the cosmos. Our job is to dream up and build new observatories -- a whole new generation of observatories -- on the ground, in space. I mean, what could be more glorious than listening to the Big Bang itself? Our job now is to dream big. Dream with us.
AA: Onze uitdaging is nu de nodige durf aan de dag te leggen. Dankzij LIGO kunnen we nu gevoelige detectoren bouwen die naar het universum kunnen luisteren, naar het ruisen en het tjilpen van de kosmos. Onze taak is het om te dromen en nieuwe observatoria te bouwen -- een hele nieuwe generatie van observatoria -- op de grond en in de ruimte. Ik bedoel, wat is er roemvoller dan naar de Big Bang zelf te luisteren? Onze taak is nu om groots te dromen. Droom met ons.
Thank you.
Dank je.
(Applause)
(Applaus)