The Absurdity of Detecting Gravitational WavesYouTube↗  IA↗(long shot)
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Describe your problem in detail if it's not obvious

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1.3 billion years ago
1.3 miliardi di anni fa
in a galaxy far, far away
in una galassia lontana lontana
two black holes merged
due buchi neri si fusero
As they violently spiraled into each other
ruotando uno attorno all’ altro per poi scontrarsi violentemente
They created traveling distortions in the fabric of space-time
crearono delle perturbazioni viaggianti nel tessuto spazio temporale:
gravitational waves
le onde gravitazionali
in the last tenth of a second
Nell'ultimo decimo di un secondo
the energy released in these waves
l'energia rilasciata da queste onde
was 50 times greater
fu 50 volte più grande
then the energy being released by everything else
dell'energia rilasciata da tutte le altre cose
in the observable universe combined
presenti nell'universo osservabile messe assieme.
It's like an awe-inspiring kind of energy
E' una quantità di energia mozzafiato.
after spreading out through the universe at the speed of light for over a billion years
Dopo aver viaggiato attraverso l'universo alla velocità della luce per oltre un miliardo di anni
the waves reached earth, where they stretched and squeezed space
le onde raggiunsero la Terra, dove dilatarono e compressero lo spazio
such that two light beams traveling in perpendicular pipes were put slightly out of step
facendo sì che due fasci di luce viaggianti in tunnel perpendicolari venissero lievemente sfasati
allowing humans to detect the existence of
consentendo agli umani di rilevare l'esistenza
gravitational waves for the first time.
delle onde gravitazionali per la prima volta.
That's a simple enough story to tell but
Detta così sembra facile,
what I found out when I went to visit
ma quello che ho scoperto quando sono andato
professor Rana Adhikari at Caltech is
a trovare il Prof. Rana Adhikari al Caltech
that it hides the absurdity of just what
è che non abbiamo idea di quante cose incredibili
was required to make that detection.
siano state necessarie per poter fare questa rilevazione.
There's a lot of things about
Ci sono un sacco di cose
gravitational waves which are absurd
sulle onde gravitazionali che sono assurde
*Humming simulation of gravitational waves
[mormorio che imita la trasposizione sonora delle onde gravitazionali]
Is that.... is that it? [RA]: That's it, yeah.
E' così? - Sì, è così.
The main problem with detecting
Il problema principale legato alla rilevazione
gravitational waves is that they're tiny
delle onde gravitazionali è che sono infinitesimali
they stretched and squeezed space by
dilatano e comprimono lo spazio
just one part in 10 to the 21.
solamente di una una parte su 10^21
That's the equivalent of measuring the
Sarebbe come voler misurare
distance between here and Alpha Centauri
la distanza da qui ad Alpha Centauri
and then trying to measure variations in
e poi provare a misurare variazioni su questa distanza
that distance that are the width of a human hair.
dello spessore di un capello umano.
To detect such tiny wiggles
Per rilevare perturbazioni così infinitesimali
you have to measure over as large
è necessario fare le misurazioni su una distanza
distance as possible, which is why the
che sia il più grande possibile; che è il motivo per cui
arms of the interferometers are four
le braccia dell'interferometro sono lunghe 4 km
kilometers. And even with arms this long
E anche con braccia così grandi
gravitational waves vary the length of
le onde gravitazionali modificano la lunghezza
the arms by at most 10 to the minus 18 meters
delle braccia al massimo di 10^-18 metri
so the detector has to be able to
quindi il rilevatore deve essere in grado
reliably measure distances just 1/10000
di misurare in modo affidabile distanze come 1/10.000
the width of a proton. It's the tiniest
della larghezza di un protone. E' la misurazione
measurement ever made.
più piccola che sia mai stata effettuata.
So how is it possible to measure that
Allora com'è possibile misurare una cosa del genere
considering all the other sources of
considerate tutte le altre fonti
vibrations and noise in the environment,
di vibrazioni e rumore presenti nell'ambiente
like earthquakes, traffic, and electrical storms.
come terremoti, traffico e tempeste elettriche?
Well for one thing the mirrors are the
Per cominciare, gli specchi sono
smoothest ever created.
i più lisci mai creati
They weigh 40 kilograms or 90 pounds and
pesano 40 kg (o 90 pound)
are suspended by silica threads just
e sono sospesi con dei fili in silice
twice the thickness of a hair to isolate
sottili come il doppio di un capello umano
them from their environment
per isolarli dall'ambiente circostante.
and even then the only way to be certain not to
E anche così, l'unico modo per essere certi
be tricked by environmental noise was to
di non essere disturbati dal rumore ambientale
build two detectors far apart from each other
è stato costruire due rilevatori a grande distanza uno dall'altro
in reasonably quiet locations that
in luoghi sufficientemente silenziosi.
allows you to distinguish between local
Ciò permette di distinguere fra il rumore locale
noise which would appear only one side
che viene rilevato solamente da uno dei siti
and gravitational waves which would pass
e le onde gravitazionali, che invece passano
through both sides
attraverso entrambi i siti
almost simultaneously
quasi simultaneamente.
I'm in a building that contains a 1 to 100 scale
Mi trovo in un edificio che contiene un modellino 1 a 100
of LIGO, the gravitational wave detector.
di LIGO, il rilevatore di onde gravitazionali.
The next challenge is the laser.
La prossima sfida è il laser.
Whoa, whoa.
Wow... wow!
That's a lot of stuff.
C'è un sacco di roba!
You need a laser that can provide one, and exactly one wavelength.
E' necessario un laser che emetta esattamente una sola lunghezza d'onda
You can imagine, if your laser
Puoi immaginare, se la lunghezza d'onda
wavelength is changing and you're trying
del tuo laser cambia, e tu stai cercando
to use interference of light waves to
di usare l'interferenza delle onde di luce
make this measurement it's never going
per fare questa misurazione
to work because it's something like
non funzionerà mai, perché...
trying to measure this distance but your
è come cercare di misurare questa distanza
ruler stick is constantly changing back
ma il tuo righello cambia in continuazione
and forth you can't tell how many inches this is.
e non puoi dire quanto sia lungo.
All this equipment, at least
Tutto questo macchinario
three-quarters of it, all we're trying to
o almeno 3/4 di esso, serve per
do is make the laser more stable, and by
cercare di rendere il laser più stabile
the end of the day what we've achieved
e alla fine ciò che abbiamo ottenuto
is something which has a stability of
è qualcosa che ha una stabilità
one part in 10 to the 20. What does that mean...
di una parte su 10^20. Cosa significa?
That's a hundred billionth of a trillion.
Un centesimo di miliardesimo di un miliardesimo
That's kind of what we end up with.
Questo è ciò che otteniamo.
The best lasers for this purpose have a
I migliori laser utilizzabili per questo scopo
wavelength of 1064 nanometers. That's
hanno una lunghezza d'onda di 1064 nanometri,
infrared light. But this presents a problem.
ovvero raggi a infrarossi. Ma questo è un problema.
How can you measure 10 to the minus 18 with 10 to the minus 6
Come si fa a misurare una distanza di 10^-18 usando 10^-6...
wavelength of light?
come lunghezza d'onda?
Yes, I wish more people would ask this question.
Vorrei che più persone facessero questa domanda!
It's great for this animation
E' comodo in questa animazione
to show such a large shift in the
mostrare uno sfasamento così grande
wavelength but the reality is, it's only
nella lunghezza d'onda, ma la realtà è che...
one trillionth of a wavelength that the
è solamente di un millesimo di miliardesimo della lunghezza d'onda
arms are shifting in length.
che le braccia vengono deformate.
It seems obvious that you can measure half a
Sembra ovvio che possiate misurare uno sfasamento
wavelength because that will cause the
pari a mezza lunghezza d'onda, poiché...
light to interfere with itself.
ciò farà interferire la luce con sé stessa.
Yeah, but that's fully. That will go from
Sì, ma per mezza lunghezza completa,
completely dark to completely bright
che corrisponde a buio totale o luce totale.
So are you looking at, like, slightly darker
Quindi cercate sfumature un po' più scure
and slightly brighter?
e un po' più chiare?
Yeah and the limit here at how good we
Sì, e il nostro limite sulla capacità
can measure this difference between dark
di misurare la differenza fra chiaro e scuro
and bright has to do with the, the fact
ha a che fare con la natura discreta della luce.
that the light is discrete. It comes in
Essa si presenta
discrete chunks which are called photons.
in "pacchetti" finiti chiamati fotoni.
The variation in the number of photons
La variazione nel numero di fotoni
hitting the mirrors at any instant due
che colpiscono gli specchi in ogni istante
this quantum uncertainty is proportional
a causa di questa incertezza quantica è proporzionale
to the square root of the total number
alla radice quadrata del numero totale di fotoni.
of photons. What this means is the more
Questo significa che...
photons you use, the smaller the
più fotoni vengono usati
uncertainty gets, that's a fraction of the total.
più piccola è l'incertezza: solo una frazione del totale.
This is why the laser power in the arms is one megawatt.
Ecco perché il la potenza del laser nelle braccia è di un megawatt
That is enough energy to power a thousand homes, in a light beam.
che sarebbe una potenza sufficiente per mille case, in solo un raggio di luce.
And a megawatt, you know
E un megawatt, capisci...
*snap* boom, they won't even rip your head off.
[schiocco] boom, non ti staccherebbe nemmeno la testa.
Just, vaporized be just a smoking stump.
Saresti vaporizzato, rimarrebbe un mozzicone fumante.
Even with a perfect laser and one
Anche con un laser perfetto
megawatt of power, anything the light
e un megawatt di potenza, qualsiasi cosa...
hits would interfere with it,
la luce colpisca può interferire con essa
even the air, so all the air in the arms
anche l'aria, quindi tutta l'aria nelle braccia
of the detectors had to be eliminated
del rilevatore ha dovuto essere eliminata
and it took 40 days to pump down to just
e ci sono voluti 40 giorni per ridurre la pressione
a trillionth of atmospheric pressure and
a un bilionesimo di pressione atmosferica
the tubes were heated up to the
e i tubi sono stati scaldati
temperature of the oven to expel any residual gases.
come un forno per espellere i gas residui.
They pumped out enough
E' stata tirata fuori una quantità d'aria
air to fill up two and a half million
sufficiente per riempire 2.5 milioni
footballs, making it the second largest
di palloni da calcio, creando quindi la più grande
vacuum in the world after the Large Hadron Collider.
camera a vuoto nel mondo dopo il Large Hadron Collider.
Now here's something most people don't think about
Ecco una cosa a cui la maggior parte della gente non fa caso...
which is that gravitational waves stretch
ovvero che le onde gravitazionali dilatano
space-time so light traveling through
lo spazio-tempo, quindi la luce che viaggia attraverso...
that space should be stretched as well.
tale spazio dovrebbe essere anch'essa dilatata.
If everything is stretching how do you
Se tutto si dilata... come fai a sapere
know anything is stretching?
se qualcosa si dilata?
How do you know anything is stretching?
Come fai a sapere se qualcosa si dilata?
That's the conundrum.
Questo è il paradosso.
It doesn't make any sense!
Non ha alcun senso!
This whole thing is bogus shut it down!
Tutta questa roba è una scemenza, fatela finita!
I would send a laser beam down this tube
Emetterei un raggio di luce lungo questo tubo...
and then wait for it to come back and
aspetterei il suo ritorno...
then i would say "well nothing happened"
e poi direi "beh, non è successo niente"
because the space got stretched and the
perché lo spazio è stato dilatato
laser wavelength got stretched
e la lunghezza d'onda del laser è stata dilatata.
Its...It looks the same if you got it stretched or not stretched.
Ha lo stesso aspetto, che sia stata dilatata o meno.
It doesn't make any sense
Non ha alcun senso.
well it's sort of a matter of timing is
Quindi il meccanismo si basa su una questione...
how it works.
di tempismo.
So the amount of time it takes for light
Il tempo necessario affinché la luce
to go down this tube and come back is
raggiunga il fondo del tubo e ritorni
very short.
è molto breve.
However the wave... the gravitational wave
Però l'onda gravitazionale,
when it comes through its doing the slow thing like
quando passa attraverso fa quella cosa lenta
*low humming*
[mormorio]
this noise I made, which is low. Its this
questo rumore che ho fatto, che è basso di tonalità.
it's this slow stretching, its only a
E' una dilatazione lenta
hundred times per second. And it's true
è solamente un centinaio di cicli al secondo.
when the wave comes through the light
E quando l'onda passa attraverso la luce
which is in there it actually does get stretched.
che si trova lì, la dilata sul serio.
And... and then that part doesn't...
E questo non ci aiuta...
doesn't do the measurement for us but
con la misurazione, ma...
um.. now that the space is stretched that
ora che lo spazio è dilatato
laser light is like come and gone
quella luce laser è andata e tornata,
it's out of the picture. We're constantly shooting
non fa più parte del gioco. Emettiamo costantemente
the laser back into the system so the
altra luce nel sistema, affinchè
new fresh light now goes through there
la luce "nuova" debba viaggiare su
and has to travel a bigger distance than the light before.
una distanza più lunga della luce precedente.
And so by looking at how this interference changes with time
E quindi osservando come questa interferenza cambia nel tempo
and keeping the laser wavelength from
e mantenendo costante la lunghezza d'onda...
the laser itself fixed, we're able to do the measurement.
del laser, siamo in grado di fare la misurazione.
So what was needed to detect gravitational waves?
Quindi cosa è stato necessario per rilevare le onde gravitazionali?
Well, a megawatt of laser power to
Beh, un laser della potenza di un megawatt per
minimize shot noise of exactly one wavelength
minimizzare il rumore granulare di esattamente una lunghezza d'onda
because we're trying to measure just a trillionth of that wavelength,
perchè stiamo cercando di misurare solamente un bilionesimo di quella lunghezza
continually inserted to replace older light
emessa in continuazione per rimpiazzare la luce "vecchia"
that's been stretched and squished,
che è stata dilatata e compressa
in the world's second-largest vacuum chamber at just a
nella seconda più grande camera a vuoto del mondo
trillionth of atmospheric pressure,
con solamente un bilionesimo di pressione atmosferica
hitting the smoothest mirrors ever created,
che colpisce gli specchi più lisci mai creati
suspended by silica threads,
sospesi da filamenti di silice
at two distant sites to eliminate noise,
in due siti distanti per eliminare il rumore
with four kilometer long arms to
con braccia lunghe 4 km
increase the magnitude of gravitational
per aumentare la grandezza delle onde gravitazionali
waves to just a thousand of the width of a proton.
di solamente un millesimo della larghezza di un protone.
You know what we already do
Sai, quello che facciamo già qui
daily in here is what I would have said
quotidianamente è qualcosa che avrei ritenuto
is impossible if you asked me about it 20 years ago.
impossibile se me lo avessi chiesto 20 anni fa.
One of the things that was
Una delle cose più interessanti
most interesting for me to learn was
da capire per me è stata
what is limiting the sensitivity of the
cosa limita la sensibilità
detectors today, and it turns out it is
degli interferometri al giorno d'oggi: è una questione di
quantum mechanics and essentially you can think of it
meccanica quantistica, e essenzialmente si può pensare ad essa
like a Heisenberg uncertainty principle, we've got two
come al principio di indeterminazione di Heisenberg... ci sono due cose
things and together their uncertainty
da considerare assieme e la loro incertezza
has to be bigger than a certain value.
deve essere più grande di un certo valore.
Luckily for us we are only trying to
Fortunatamente, noi stiamo solamente cercando
measure one thing here, we're not trying
di misurare una sola cosa qui, non stiamo
to measure two things at the same time.
cercando di misurare due cose allo stesso tempo.
All we want to know is how much more
Tutto ciò che vogliamo sapere è di quanto
this arm get stretched from that arm
questo braccio viene dilatato rispetto all'altro
and that's... that's the key point which people
e questo è il punto fondamentale che la gente
did not understand until recently.
non aveva capito fin ora.
The way to build these systems is such that
Questi sistemi sono costruiti in modo
they're extremely good in measuring one
da essere estremamente precisi nel misurare
thing and that all of the uncertainty
una cosa, e tutta l'incertezza
which comes from quantum mechanics is
che deriva dalla meccanica quantistica
completely crammed into this other thing
è completamente relegata a quest'altra cosa
that we don't care about.
di cui non ci importa nulla.
I feel like we're getting down to these levels of
Ho la sensazione che stiamo ispezionando la natura
nature where it seems like nature
ad un livello di dettaglio in cui la natura stessa
doesn't want you to go any further.
non voglia farci andare oltre.
But, through our ingenuity we're figuring out
Ma grazie al nostro ingegno stiamo trovando
ways to engineer quantum noise, I think
modi per trattare il rumore quantico.
that's such a remarkable concept
Credo sia una cosa davvero notevole
and I look forward to the results
e non vedo l'ora di scoprire quali risultati
that it's going to bring.
saremo in grado di ottenere.
I think the next logical step is to go from
Credo che il prossimo passo logico da fare sia passare
two signals to detecting all the black holes
dalla rilevazione di due segnali alla rilevazione
in the universe all the time.
di tutti i buchi neri di tutto l'universo tutto il tempo.
It's not like an alien civilization level of
Non è richiesto un livello di tecnologia alieno
technology it's just... we have to do a lot better
ma... dobbiamo fare molto meglio
than what we're doing now but it's
di quello che facciamo ora.
I see it sort of within... within our grasp
Ma credo che sia alla nostra portata.
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