در سپتامبر سال 2015، سيستم لايگو به لايگوي پيشرفته، سيستمي حساس‌تر با توانايي بالاتري در تجزيه و جداسازي اصوات، ارتقا پيدا كرد. لايگوي پيشرفته از شانس بالاتري براي جمع‌آوري مدارك قطعي درباره امواج گرانشي برخوردار بود. اكنون با كشف اين امواج در لايگو، دانشمندان در گوشه و كنار جهان هيجان‌زده شده‌اند، اما با توجه به اينكه خبر اين كشف در بيشتر رسانه‌هاي خبري منعكس شده‌است، بيشتر مردم با شنيدن نام امواج گرانشي با علامت سوالي بزرگ مواجه مي‌شوند. اين امواج كيهاني چيستند و چرا تا اين حد در جوامع علمي خبرساز شده‌اند؟
- امواج گرانشي چيستند؟
امواج گرانشي آشفتگي‌هايي در تاروپود فضا-زمان هستند. اگر دست خود را در بركه آب راكدي حركت دهيد، متوجه ايجاد موج‌هاي كوچكي در مسير حركت دستتان خواهيد شد كه به سمت خارج از كانون ايجاد حركت پراكنده شده و در سرتاسر بركه پخش مي‌شوند. براساس نظريه آلبرت اينشتين، زماني كه دو جرم سنگين در فضا-زمان با هم برخورد مي‌كنند نيز رويدادي مشابه رخ مي‌دهد.
اما فضا چگونه موجدار مي‌شود؟ براساس نظريه نسبيت اينشتين، فضا-زمان تهي نيست، بلكه از تار و پودي چهاربعدي در هم تنيده شده‌است كه با حركت كردن اجرام در ميان آن رانده يا كشيده خواهد شد. اين اعوجاج‌ها عامل اصلي جذب گرانشي هستند. يكي از رايج‌ترين شيوه‌ها براي مصورسازي اين رويداد بستن صفحه‌اي لاستيكي به يك پايه و قرار دادن جرمي سنگين روي اين صفحه است. سنگيني جرم باعث مي‌شود سطح لاستيكي كه جرم را در برگرفته دچار خميدگي شود. يك ستاره نيز به همين شيوه روي سياره‌ها و ديگر اجرام كيهاني فشار وارد مي‌آورد.
اگرچه مثال صفحه لاستيكي نمايش دقيق عملكرد فضا-زمان نيست، اما نشان مي‌دهد جايي كه ما آن را تهي فرض مي‌كنيم را مي‌توان به شكل سطحي پويا به تصوير كشيد. هر جرم داراي شتابي مي‌تواند در اين سطح ريزموج‌هايي ايجاد كند،اما موج‌هاي كوچك با سرعتي نسبتا بالا ناپديد مي‌شوند. تنها اجرام غول‌پيكر مانند ستاره‌هاي نوتروني يا سياهچاله‌ها قادرند امواج گرانشي ايجاد كنند كه دامنه گستردگي آن مي‌تواند تا زمين امتداد داشته‌باشد.
- چطور امواج گرانشي رديابي مي‌شوند؟
آزمايش‌هاي متعددي براي كشف اين امواج در حال اجرا بودند كه در نهايت لايگو موفقيت بزرگ را به دست آورده و كشف آنها را رسما اعلام كرد. اين مركز به واسطه رديابي اثرات اين امواج در فضا-زمان به جستجوي آن پرداخته‌است: زماني كه موجي عبور مي‌كند، موجب انبساط فضا در يك جهت شده و در جهتي عمودي آن را منقبض مي‌سازد.
لايگو رديابي اين تغييرات را با استفاده از تجهيزاتي به نام تداخل‌سنج انجام داده‌است، اين ابزار يك پرتو ليزري را به دو بخش تقسيم كرده هريك را به صورت عمودي به سمت ديگري شليك مي‌كند. اگر پرتوها مسافت‌هاي يكساني را بپيمايند، به واسطه آينه‌هايي بازتابيده شده و بازگردند، بايد در همان راستايي قرار داشته باشند كه در ابتدا تابيده شده‌اند. اما عبور يك موج كيهاني از اين ميان مي‌تواند مسافتيكه هر پرتو نسبت به پرتو ديگر طي مي‌كند را دچار تغيير سازد و زماني كه پرتوها به منبع خود باز مي‌گردند، دانشمندان مي‌توانند تغييراتي كه در آنها رخ داده را رديابي كنند.
با اين همه امواج گرانشي مي‌توانند بازوهاي ليزري تداخل‌سنج را دچار تغييراتي بسيار كوچك سازند: تغييري به اندازه 1/10000 از عرض يك هسته اتم. براي پي بردن به چنين تغيير كوچكي لايگو بايد مي‌توانست تمامي ديگر منابع ايجاد نويز و پارازيت، از جمله زمين‌لرزه‌ها و ترافيك خيابان‌هاي نزديك به مركز را حذف كند. اگرچه اين مركز براي بيش از يك دهه در كشف امواج گرانشي ناموفق عمل كرد، اما ارتقايي كه در سيستم آن ايجاد شد در نهايت به كشف اين امواج كليدي منتهي شد.
- چرا امواج گرانشي اهميت دارند؟
امواج گرانشي در حقيقت رويكردي جديد براي رصد فضا هستند. براي مثال امكان رديابي امواج ناشي از انفجار بزرگ را فراهم مي‌آورند و مي‌توانند اطلاعات بيشتري درباره چگونگي شكل‌گيري جهان هستي در اختيار دانشمندان قرار دهند. برخورد سياهچاله‌ها، انفجار ابرنواختران و نوسانات ستاره‌هاي نوتروني نيز مي‌توانند عامل ايجاد اين امواج باشند. از اين رو رديابي امواج گرانشي مي‌تواند ديدگاهي جديد از عوامل ايجاد كننده رويداد‌هاي كيهاني خلق كنند. با كمك اين امواج دانش نجوم متفاوت‌تر از هميشه خواهد شد. دانش نجوم با استفاده از اين امواج راهكاري براي رديابي اجرامي مانند سياهچاله‌ها و ستاره‌هاي نوتروني و اجرامي كه شايد هنوز كسي از وجود آنها خبر ندارد، يافته‌است كه از خود نور مرئي ساطع نمي‌كنند، به بياني ديگر مرئي نبوده و با چشم قابل مشاهده نيستند؛ اما با كمك اين امواج، چنين پديده‌هاي نامرئي نيز قابل مطالعه خواهند‌شد.
در نهايت، امواج گرانشي مي‌توانند به فيزيكدانان در درك قوانين بنيادين جهان هستي كمك كند. اين امواج در حقيقت بخشي كليدي از نظريه نسبيت عام اينشتين به شمار مي‌رود، با كشف آنها مداركي بيشتر از حقيقي بودن سياهچاله‌ها در اختيار دانشمندان قرار گرفته‌است، پديده‌هايي كه مدتها است اخترشناسان را دچار سردرگمي كرده‌اند. به بياني ديگر، اين امواج تصويري كاملا متفاوت را از جهان هستي ترسيم خواهند‌كرد. دیوید ریتز از رصدخانه گرانشی-تداخل‌سنجی لیزری،لايگو، مي‌گويد این اولین باری است که جهان از طریق امواج گرانشی با ما سخن میگوید، ما تا به امروز نسبت به این امواج ناشنوا بوده‌ایم.
نظر شما