Eind 2018, het zwaartekrachtsgolfobservatorium, LIGO, kondigden aan dat ze de meest verre en massieve bron van rimpelingen in de ruimtetijd hadden ontdekt die ooit zijn waargenomen:golven veroorzaakt door paren zwarte gaten die in de diepe ruimte botsen. Pas sinds 2015 hebben we deze onzichtbare astronomische lichamen kunnen observeren, die alleen kunnen worden gedetecteerd door hun aantrekkingskracht. De geschiedenis van onze jacht op deze raadselachtige voorwerpen gaat terug tot de 18e eeuw, maar de cruciale fase vond plaats in een passende donkere periode van de menselijke geschiedenis - de Tweede Wereldoorlog.

Het concept van een lichaam dat licht zou vangen, daardoor onzichtbaar worden voor de rest van het universum, was voor het eerst overwogen door de natuurfilosofen John Michell en later Pierre-Simon Laplace in de 18e eeuw. Ze gebruikten de zwaartekrachtswetten van Newton om de ontsnappingssnelheid van een lichtdeeltje uit een lichaam te berekenen, het bestaan ​​van sterren voorspellen die zo dicht zijn dat er geen licht aan kan ontsnappen. Michell noemde ze "donkere sterren".

Maar na de ontdekking dat licht de vorm aannam van een golf in 1801, het werd onduidelijk hoe licht zou worden beïnvloed door het Newtoniaanse zwaartekrachtveld, dus het idee van donkere sterren werd geschrapt. Het duurde ongeveer 115 jaar om te begrijpen hoe licht in de vorm van een golf zich zou gedragen onder invloed van een zwaartekrachtveld, met de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein in 1915, en Karl Schwarzschilds oplossing voor dit probleem een ​​jaar later.

Schwarzschild voorspelde ook het bestaan ​​van een kritische omtrek van een lichaam, waar voorbij het licht niet zou kunnen passeren:de Schwarzschild-straal. Dit idee was vergelijkbaar met dat van Michell, maar nu werd deze kritische omtrek begrepen als een ondoordringbare barrière.

Pas in 1933 toonde George Lemaître aan dat deze ondoordringbaarheid slechts een illusie was die een verre waarnemer zou hebben. Met behulp van de nu beroemde Alice en Bob-illustratie, de natuurkundige veronderstelde dat als Bob stilstond terwijl Alice in het zwarte gat sprong, Bob zou het beeld van Alice zien vertragen tot het bevriest net voordat hij de straal van Schwarzschild bereikte. Lemaître toonde ook aan dat in werkelijkheid, Alice overschrijdt die barrière:Bob en Alice beleven de gebeurtenis gewoon anders.

Ondanks deze theorie, in die tijd was er geen object van een dergelijke grootte bekend, niets komt zelfs maar in de buurt van een zwart gat. Dus niemand geloofde dat er iets zou bestaan ​​dat lijkt op de donkere sterren zoals door Michell werd verondersteld. In feite, niemand durfde de mogelijkheid zelfs maar serieus te behandelen. Pas in de Tweede Wereldoorlog.

Van donkere sterren tot zwarte gaten

Op 1 september 1939, het nazi-Duitse leger viel Polen binnen, het begin van de oorlog die de wereldgeschiedenis voor altijd veranderde. Opmerkelijk, het was op dezelfde dag dat het eerste academische artikel over zwarte gaten werd gepubliceerd. Het inmiddels veelgeprezen artikel, Bij aanhoudende zwaartekrachtscontractie, door J Robert Oppenheimer en Hartland Snyder, twee Amerikaanse natuurkundigen, was een cruciaal punt in de geschiedenis van zwarte gaten. Deze timing lijkt bijzonder vreemd als je bedenkt dat de rest van de Tweede Wereldoorlog een centrale rol speelde in de ontwikkeling van de theorie van zwarte gaten.

Dit was Oppenheimer's derde en laatste paper in astrofysica. In het, hij en Snyder voorspellen de voortdurende samentrekking van een ster onder invloed van zijn eigen zwaartekrachtsveld, het creëren van een lichaam met een intense aantrekkingskracht waaraan zelfs geen licht kan ontsnappen. Dit was de eerste versie van het moderne concept van een zwart gat, een astronomisch lichaam dat zo massief is dat het alleen kan worden gedetecteerd door zijn aantrekkingskracht.

1939, dit was nog steeds een idee dat te vreemd was om te geloven. Het zou twee decennia duren voordat het concept voldoende ontwikkeld was zodat natuurkundigen de gevolgen van de door Oppenheimer beschreven voortdurende contractie zouden gaan accepteren. En de Tweede Wereldoorlog zelf speelde een cruciale rol in de ontwikkeling ervan, vanwege de investering van de Amerikaanse regering in onderzoek naar atoombommen.

Herboren uit de as

Oppenheimer, natuurlijk, was niet alleen een belangrijk personage in de geschiedenis van zwarte gaten. Hij zou later het hoofd worden van het Manhattan Project, het onderzoekscentrum dat leidde tot de ontwikkeling van atoomwapens.

Politici begrepen het belang van investeren in wetenschap om militair voordeel te behalen. Bijgevolg, over de hele linie, er werd veel geïnvesteerd in oorlogsgerelateerd revolutionair natuurkundig onderzoek, kernfysica en de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Allerlei natuurkundigen legden zich toe op dit soort onderzoek, en als onmiddellijk gevolg, de gebieden van kosmologie en astrofysica werden grotendeels vergeten, inclusief Oppenheimer's paper.

Ondanks het decennium dat verloren is gegaan aan grootschalig astronomisch onderzoek, de discipline van de natuurkunde bloeide als geheel als gevolg van de oorlog - in feite, militaire fysica eindigde met het vergroten van de astronomie. De VS verlieten de oorlog als het centrum van de moderne natuurkunde. Het aantal PhD's schoot omhoog, en een nieuwe traditie van postdoctoraal onderwijs werd opgezet.

Tegen het einde van de oorlog, de studie van het universum werd nieuw leven ingeblazen. Er was een renaissance in de ooit onderschatte algemene relativiteitstheorie. De oorlog veranderde de manier waarop we natuurkunde doen:en uiteindelijk, dit leidde ertoe dat de gebieden van de kosmologie en de algemene relativiteitstheorie de erkenning kregen die ze verdienen. En dit was fundamenteel voor de acceptatie en het begrip van de zwarte gaten.

Princeton University werd toen het centrum van een nieuwe generatie relativisten. Het was daar dat de kernfysicus, John Een Wheeler, die later de naam "zwart gat" populair maakte, had zijn eerste contact met de algemene relativiteitstheorie, en heranalyseerde het werk van Oppenheimer. In het begin sceptisch, de invloed van nauwe relativisten, nieuwe ontwikkelingen in computersimulatie en radiotechnologie - ontwikkeld tijdens de oorlog - maakten hem tot de grootste liefhebber van Oppenheimer's voorspelling op de dag dat de oorlog uitbrak, 1 september 1939.

Vanaf dat moment, nieuwe eigenschappen en soorten zwarte gaten zijn getheoretiseerd en ontdekt, maar dit alles culmineerde pas in 2015. De meting van de zwaartekrachtsgolven gecreëerd in een zwart gat binair systeem was het eerste concrete bewijs dat zwarte gaten bestaan.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.