Αν το μήκους 8 χιλιομέτρων Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Συμβολομετρίας Λέιζερ (LIGO) μπορέσει να τα ανιχνεύσει, οι αστρονόμοι θα δουν για πρώτη φορά τον ουρανό έτσι όπως δεν τον έχουν ξαναδεί ποτέ. Οι φυσικοί ίσως μπορέσουν να πάρουν μια ματιά του μακρινού παρελθόντος του σύμπαντος και η ιδιοφυία του Αϊνστάιν να θριαμβεύσει για άλλη μια φορά. Αλλά πριν απ' αυτό, οι επιστήμονες του LIGO θα πρέπει να βρουν λύσεις σε εξαιρετικά δύσκολα τεχνικά προβλήματα, που πάντα συσσωρεύονται, όταν τεράστιες μηχανές κυνηγούν πολύ μικρά «θηράματα».

Η βασική θεωρία που βρίσκεται πίσω από τη λειτουργία του LIGO περιγράφεται στη γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία εξηγεί πώς η βαρύτητα αλληλεπιδρά με την ύλη, το χώρο και το χρόνο. Ο Αϊνστάιν θεωρούσε ότι η ύλη παραμορφώνει το χώρο γύρω της, όπως μια σιδερένια μπάλα παραμορφώνει την επιφάνεια ενός τραμπολίνο. Τα πολύ βαριά και πυκνά αντικείμενα, όπως οι μαύρες τρύπες πραγματικά στρεβλώνουν το χώρο και αν βρίσκονται σε γρήγορη κίνηση, τότε προκαλούν ταλαντώσεις, κύματα που τεντώνουν και συμπιέζουν το χώρο καθώς ταξιδεύουν μέσα στο σύμπαν. Ο Αϊνστάιν συμπέρανε ότι τα βαρυτικά κύματα θα διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός, προερχόμενα από κατακλυσμικά γεγονότα όπως η σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών ή οι εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων.

Οι φυσικοί γνωρίζουν εδώ και πολύ καιρό πώς να ανιχνεύσουν τα βαρυτικά κύματα, τουλάχιστον θεωρητικά. Στην πράξη, τα πράγματα δυσκολεύουν από το γεγονός ότι τα βαρυτικά κύματα είναι πολύ ασθενή. Οι κοσμικές καταστροφές που δημιουργούν τα ισχυρότερα από αυτά συμβαίνουν πολύ μακριά από τη Γη (ευτυχώς!!!). Οπως ο κυματισμός από το πέταγμα πέτρας σε μια ήσυχη λίμνη εξαφανίζεται μερικές δεκάδες μέτρα πιο πέρα, έτσι και τα βαρυτικά κύματα εξασθενίζουν καθώς απομακρύνονται από την πηγή τους. Οταν φτάνουν στη Γη, έχοντας διανύσει εκατοντάδες έτη φωτός, διαταράσσουν την τοπική γεωμετρία μόνο κατά ένα μέρος στο ένα δισεκατομμύριο τρισεκατομμύρια, δηλαδή πολύ λιγότερο από τη διάμετρο του πυρήνα ενός ατόμου!

Το παρατηρητήριο στη Λουιζιάνα χρησιμοποιεί σαν μέθοδο μέτρησης των παραμορφώσεων τις απειροελάχιστες διακυμάνσεις που μπορεί να παρουσιαστούν στις ακτίνες φωτός λέιζερ μεταξύ δύο μακρινών σημείων. Το φως από ένα λέιζερ υπέρυθρου διαχωρίζεται σε δύο ακτίνες και στέλνεται προς δύο θαλάμους κενού μήκους 4 χιλιομέτρων ο καθένας, που έρχονται στο ένα άκρο τους σε επαφή υπό ορθή γωνία. Στο άλλο άκρο κάθε σκέλους υπάρχει ένας τέλεια γυαλισμένος καθρέφτης που αιωρείται από ένα λεπτεπίλεπτο σύρμα. Οι ακτίνες ανακλώνται στον καθρέφτη και ξαναγυρίζουν στο σημείο επαφής, όπου ανασυνδυάζονται, δημιουργώντας ένα σχέδιο ανάλογα με την απόσταση των καθρεφτών. Επειδή οι κορυφές και οι κοιλάδες των εισερχόμενων κυμάτων φωτός παρεμβάλλονται η μια με την άλλη, η τεχνική ονομάζεται συμβολομετρία.

Ενα περαστικό κύμα βαρύτητας θα άλλαζε τις θέσεις των καθρεφτών καθώς θα συμπίεζε και θα τέντωνε το χώρο ανάμεσα σ' αυτούς και το σημείο επαφής. Ετσι θα μετέβαλλε το σχέδιο παρεμβολής που θα δημιουργούσαν οι ανακλώμενες ακτίνες. Το μήκος των δύο σκελών του LIGO περιορίζει ως ένα βαθμό τις συχνότητες βαρυτικών κυμάτων που μπορεί να παρατηρήσει (100 ως 3.000 χερτζ). Αλλά σ' αυτό το φάσμα συχνοτήτων, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να παρατηρήσουν στρεβλώσεις μικρότερες από ένα χιλιοστό της διαμέτρου του πυρήνα ενός ατόμου!

Δυστυχώς, τα όργανα του παρατηρητηρίου είναι ευαίσθητα και στο γήινο θόρυβο που ταλαντώνει τους καθρέφτες πολύ περισσότερο απ' ό,τι θα το έκανε ένα κύμα βαρύτητας. Για να ελαχιστοποιηθεί αυτό το τρέμουλο, οι οπτικές συσκευές του LIGO κρέμονται από στοίβες εναλλασσόμενων φύλλων ατσαλιού και λάστιχου, που λειτουργούν σαν αμορτισέρ. Η όλη συσκευή τοποθετείται σε ένα θάλαμο κενού που εξαλείφει τον ακουστικό θόρυβο, τη σκόνη και τα θερμικά φαινόμενα.

Το πρόβλημα είναι τώρα στη ρύθμιση. Οι φυσικοί και οι μηχανικοί προσπαθούν να κατασκευάσουν ένα περίτεχνο σύστημα ηλεκτρονικών αισθητήρων και αναδραστικών μηχανισμών ελέγχου (σερβομηχανισμών), που θα ελέγχουν τη θέση των καθρεφτών, ώστε να αντισταθμίζουν τις κινήσεις της Γης. Οταν αυτοί οι μηχανισμοί λειτουργήσουν σωστά, το σχέδιο παρεμβολής θα είναι συνεχώς σταθερό έτσι που οποιαδήποτε αλλαγή του να σημαίνει το πέρασμα βαρυτικού κύματος. Για να είναι σίγουρο ότι το σήμα δεν είναι αποτέλεσμα κάποιου τοπικού θορύβου, ένα άλλο πανομοιότυπο παρατηρητήριο θα κατασκευαστεί 3.000 χιλιόμετρα πιο μακριά, στο Χάνφορντ της Ουάσιγκτον, ώστε να επιβεβαιώνει τη μέτρηση. Και τα δύο παρατηρητήρια αναμένεται να είναι έτοιμα να λειτουργήσουν τον ερχόμενο Ιανουάριο.

Πολλοί φυσικοί που δε σχετίζονται με τα δύο έργα πιστεύουν ότι είναι άσκοπη σπατάλη χρημάτων, γιατί τα οπτικά συστήματα δεν έχουν αρκετή ακρίβεια, ώστε να δώσουν αδιαμφισβήτητες μετρήσεις. Ωστόσο, ανάλογα παρατηρητήρια κατασκευάζονται ήδη στην Ιαπωνία, την Ιταλία και τη Γερμανία, ενώ ένας ανιχνευτής αυτού του είδους αναμένεται να τεθεί σε τροχιά ως το 2010. Οι αστρονόμοι, προεκτείνοντας τις νοητές γραμμές που θα προκύπτουν από τις μετρήσεις, θα βρίσκουν τις αναμενόμενες πηγές βαρυτικών κυμάτων, μαύρες τρύπες, γρήγορα περιστρεφόμενους αστέρες νετρονίων κτλ. Μερικοί απ' αυτούς, όμως, δελεάζονται περισσότερο από τις πηγές που δεν είναι αναμενόμενες, όπως η λεγόμενη σκοτεινή ύλη, που σύμφωνα με κάποιους πρέπει να αποτελεί το 95% του σύμπαντος. Η ελπίδα τους στηρίζεται στο γεγονός ότι συχνά στην ιστορία της αστρονομίας όποτε κατασκευαζόταν ένα καινούριο και ισχυρότερο όργανο, ανακαλύπτονταν ουράνια σώματα και φαινόμενα που κανείς δεν περίμενε να δει.