به دلیل ادغام دو سیاهچاله که بیش از یک میلیارد سال پیش اتفاق افتاده؛ اکنون خمیدن و کِش‌آمدن خفیف تار و پود کیهان را حس می‌کنیم، و این براستی حیرت‌انگیز است. این بحث به واقعه مزبور؛ همچنین به کشف جدید - آشکارشدن امواج جاذبه - که لحظه‌ای مهم در تاریخ علم است می پردازد.
(سیاهچاله؛ در ساده‌ترین بیان، ناحیه‌ای از فضا-زمان است که جرم در آن فشرده شدهاست)
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
میدان و امواج گرانشی
میدان گرانشی Gravitational field یک مدل برای توضیح نفوذی است که یک جرم سنگین در اطراف خود می‌گسترد، و این نیرو بر جرم سنگین دیگری اِعمال می‌شود...
میدان گرانشی کمیتی فیزیکی است و می‌تواند با استفاده قانون جاذبه(گرانش) نیوتن تعریف شود. گرانش در مفهوم اصلی خود، یک نیروی قرار گرفته میان نقاط وجود اجرام است.
...
امواج گرانشی Gravitational waves که توسط میدان گرانشی تولید می‌شود؛ چین‌های ریزی در تارو پود هستی است و مثل امواجی که اقیانوس را درمی‌نوردند، انرژی را در کیهان جابجا می‌کنند و از ۳۸۰ هزار سال بعد از از مهبانگ در پس‌زمینه کیهان در ترنم بوده‌اند.
امواج گرانشی که تعیین‌کننده ساختار گیتی است می‌توانند فضا را تغییر داده و فاصله‌ها را دور یا نزدیک سازند.
اگر جهان هستی را دریایی بیکران تصور کنیم، امواج گرانشی - که با سرعت نور حرکت می‌کنند - می‌توانند بر سطح آب این دریا دیده شوند، مثل وقتی‌که ریگی را در حوض آبی می‌اندازیم و موج‌ها آشکار می‌شوند.
...
وجود امواج گرانشی (همچنین سیاه چاله‌ها) توسط آلبرت آینشتاین در سال ۱۹۱۶ از طریق نظریهٔ نسبیت عام به طور نظری پیش‌بینی شده بود و دقایق پیش اعلام شد به طور تجربی هم مشاهده شدهاست.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
امواج گرانشی به تور افتاده‌اند!
بعد از چندین دهه کار و تحقیق؛ سپتامبر سال گذشته (۲۰۱۵)؛ کاشف به عمل آمد که نظریه وجود امواج گرانشی (که انیشتین به آن اشاره داشت)، اثبات شده و امواج مزبور به تور افتاده یا بهتر بگویم شناسایی (آشکار) شده‌اند.
البته این کشف بزرگ؛ امروز پنج شنبه ۱۱ فوریه ۲۰۱۶، توسط «فیزیکال رویو لترز» Physical Review Letters، یکی از معتبرترین مجلات علمی جهان، رسماً اعلام شد.
اینکه امواج گرانشی (و سیاهچاله‌ها) به طور مستقیم ردیابی می‌شوند خبر کوچکی نیست.
همانطور که گفتم آلبرت آینشتاین، وجود «امواج گرانشی» را پیش‌بینی کرده بود.
وی در توضیحات خودش از جمله به موارد زیر اشاره می‌کرد:
نیروی گرانش نتیجه خمیدگی فضا-زمان (و نه فضا و زمان) است. بعبارت دیگر؛ فضا- زمان (که خاصیت سیال و دینامیک دارد و شکلش ثابت نمی‌ماند) باعث جاذبه می‌شود.
گرانش؛ درواقع، جز پیچ و تاب و انحنا در بافت فضا-زمان نیست.
اگر فضا آن‌قدر انعطاف‌پذیر است که پیچ و تاب داشته باشد، پس باید بتواند چین و شکن بردارد، ارتعاش کند، و موج بردارد.
اگر چیزی بتواند بافت فضا-زمان را تکان بدهد، می‌باید چین و شکن‌هایی (امواج گرانشی) درون بافت فضا هم بفرستد.
امواج گرانشی در بُعد فضا-زمان حرکت می‌کنند و می‌توانند فاصله‌ها را دور یا نزدیک سازند.
گرانش به ذرات نیرو وارد نمی‌کند و درواقع هندسه؛ یا شکلی از فضا- زمان است.
اگر جاذبه در یک ناحیه ناگهان تغییر کند امواج انرژی گرانشی با سرعت نور در کیهان منتشر خواهد شد و باعث می‌شود فضا تاب بردارد یا کِش بیاید.(هرچند این اثر خیلی خیلی خفیف است)
جدا از آلبرت آینشتاین؛ سال ۱۹۶۵، آرنو آلان پنزیاس Arno Allan Penzias و رابرت آر ویلسون Robert Rathbun Wilson اشاراتی به امواج گرانشی داشتند. همچنین سال ۲۰۱۴ دانشمندان مرکز اخترفیزیک هاروارد؛ وجود امواج گرانشی را (به طور غیرمسقیم)، ثابت کرده بودند. آنچه اکنون از آن صحبت می‌شود این است که وجود این امواج مستقیماً رصد شده و بطور کامل اثبات می‌شود.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
لایگو LIGO مو را از ماست می‌کِشد!
لایگو چیست؟ لایگو رصدخانه ویژه‌ای است. رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری.
LIGO: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory
درواقع؛ امواج گرانشی و حرکت ذرات را رصد می‌کند. ذراتی به کوچکی یک میلیاردم اتم.
لایگو؛ دقیق‌ترین وسیله اندازه گیری است که تا الآن ساخته شدهاست. ریزترین ارتعاشات امواج گرانشی را (با دستگاههای ویژه در لوئیزیانا و واشنگتن) ردیابی می‌کند.
کار لایگو؛ از جمله آزمایش بزرگ فیزیکی با هدف آشکارسازی مستقیم امواج گرانشی بود که از عهده آن برآمد. البته بخش اعظم تحقیقات و توسعه برای دستگاههای ردیاب در آمریکا (واشنگتن و لوئیزیانا) در تداخل‌سنج کوچک‌تر اروپایی در هانوفر آلمان انجام شد.
هر یک از آشکارسازهای لیگو دو بازوی عمودی به شکل یک L غول پیکر دارد که هر کدام تا حدود ۴ کیلومتر درازا دارند. بازوها در دو انتهایشان آینه‌هایی دارند که باریکه‌ای از پرتوی لیزر را به بطور مداوم به پس و پیش می‌تابانند.
اگر یک موج گرانشی بخواهد از درون زمین بگذرد؛ یک آشفتگی کوچک در فضا-زمان پدید می‌آورد و باعث تغییر فاصله میان دو آینه ی یکی یا هر دو بازو می‌شود، و این البته بستگی به جهت آن موج دارد. دانشمندان با اندازه‌گیری تفاوت کوچکی که در زمان پیمودن درازای یک بازو نسبت به بازوی دیگر توسط باریکه ی لیزر ایجاد می‌شود، این تغییر فاصله را محاسبه می‌کنند.
...
کاری که این آشکارسازها، انجام دادند این بود که پرتوهای لیزر را در طول دو تونل تخلیه‌شده‌ی چهار کیلومتری پرتاب کردند و هنگامی که نور باز-آمیخته شد، الگوی ویژه‌ای را که ساخت پی گرفتند.(الگوی تداخل)
همانطور که پروفسور برایان گرین Brian Greene از واضعین نظریه ریسمان و نویسنده کتاب «جهان زیبا» گفته است:
چنانچه قرار بود موج گرانشی به پیش برود، می‌بایست بازوهای آشکارساز را فشرده و کشیده می‌کرد، و این تاثیری قابل اندازه‌گیری بر روی همان الگوی تداخل می‌گذاشت، و موجب جابه‌جایی آن می‌شد.
ردیابی امواج گرانشی علاوه بر آنکه بر نسبّیت عام انشتین صحّه گذاشت، فرضیه موسوم به «تورم کیهانی» را هم که در دهه هشتاد میلادی مطرح گردید، در معرض داوری گذاشت.
...
حالا برای نخستین بار پژوهشگران در لایگو موفق به مشاهده مستقیم امواج گرانشی شده‌اند. صحبت در اینجا نه بر سر کشف، بلکه آشکارشدن است. آشکارشدن امواج جاذبه؛ که انگار چشم دیگری را در آدمی باز می‌کند و بقول استفان هاپکینز، انقلابی در ستاره‌شناسی و لحظه‌ای مهم در تاریخ علم است.
توجه داشته باشیم که نور همیشه دیده می‌شد ولی تابش گرانشی -تاکنون- هرگز به طور مستقیم دیده نشده بود.
رصد کردن امواج گرانشی یادآور کار گالیله است وقتی تلسکوپ را به سوی آسمان چرخاند و دریچه‌ای نو به سوی رصد آسمان گشود. این کشف همچنین، یادآور ویلهلم رونتگن، و مسلح شدن آدمی به اشعه ایکس است که به مدد آن نادیدنی‌ها دیده شد.
حالا برای اولین‌بار در تاریخ، جهان بوسیله امواج گرانشی با ما حرف می‌زند و ما صدای کیهان را می‌شنویم! البته او پیش از این هم با ما به زبان امواج گرانشی حرف می‌زد اما کر بودیم و آنرا نمی‌شنیدیم. اکنون پیدایش کیهان، روند گسترش ناگهانی آن بعد از مهبانگ و راز سیاهچاله‌ها و... با دید تازه‌ای نگریسته می‌شود.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
پنجره تازه‌ای برای کاوش کائنات
آنچنان که فیزیکدان خوب میهنمان دکتر علی نیری نیز گفته‌اند از این به بعد علاوه بر تلسکوپ‌هایی که از نور و امواج الکترومغناطیسى برای جستجوی اجرام فضائی دور دست استفاده می‌شود؛ بشر قادر است با فناوری تازه تلسکوپ‌هایی بسازد که قادر به رهگیری امواج گرانشى باشد، و به این ترتیب پنجره تازه‌ای برای کاوش جنبه‌هایی از کائنات گشوده شود که تاکنون برای انسان قابل دسترسی نبوده‌است.
...
گفته می‌شود رصد امواج گرانشی یکی از مهم‌ترین تحولات علمی از زمان کشف ذره هیگز و همتراز کشف ساختمان دی ان ای است. این ره‌آورد درهای تازه‌ای را هم در بحث چگونگی پیدایش زمین و اخترشناسی باز خواهد کرد.
اثبات وجود امواج گرانشی بشر را به فهم بهتر و کشف رازهای جهان هستی نزدیک می‌کند. آدمی از این به بعد به ساخت فضاپیماهای جدیدی رو خواهد آورد که می‌توانند امواج گرانشی را شناسایی کنند و از منبع سیگنال‌ها سردرآورند و به کاوش‌های تازه بپردازند.
توانایی ردیابی امواج گرانشی به دانشمندان امکان می‌دهد شروع به کند و کاو در جهان «تاریک» کنند؛ و آن بخشی از کیهان که با نور معمولی قابل رویت نیست اما اکثریت آن را تشکیل می‌دهد، رخ بنماید و دیده بگشاید.
حالا بشر نه تنها خواهد توانست سیاهچاله‌ها و اجرام عجیبی مثل ستاره‌های نوترونی(ستاره‌های عظیمی که پس از فروپاشی به اندازه یک شهر در آمده‌اند) را بررسی کند؛ بلکه همچنین خواهد توانست فضا را در فاصله های دور دور دور، زاغ سیاه بزند و ببیند آن بالا بالاها چه خبر است. این دستاورد ممکن است به آنها امکان دهد در نهایت لحظه مه بانگ را حس کنند.
...
دست آلبرت آینشتاین درد نکند که پیش‌بینی کرده بود چنانچه جاذبه در یک ناحیه ناگهان تغییر کند و حالی‌به‌حالی شود، امواج انرژی گرانشی با سرعت نور در کیهان منتشر خواهد شد و باعث می‌شود فضا تاب بردارد و کِش بیاید و در یک کلام خُل و پیلیچ شود.
(هرچند این اثر خیلی خیلی خفیف است)
حالا با کشف حجاب امواج جاذبه، امکان ردیابی آن فراهم شدهاست. کشف امروز؛ یازدهم فوریه ۲۰۱۶ بررسی همین موضوع است.
پانویس
Spacetime فضا زمان
در فیزیک و ریاضی، فضا-زمان Spacetime (و نه فضا و زمان) به هر‌گونه مدل ریاضی گفته می‌شود که زمان و مکان را به صورت ساختاری واحد و درهم‌پیوسته با یکدیگر ترکیب کند. بر اساس فرضیات مفهوم فضای اقلیدسی، جهان، سه بعد مکانی و یک بعد زمانی مستقل از هم دارد. در فضا-زمان سه بعد فضا و یک بعد زمان درهم ادغام می‌شوند و یک محیط پیوستهٔ چهار بعدی را ایجاد می‌کنند. با ترکیب فضا و زمان و ایجاد یک محیط خمیدهٔ واحد، فیزیکدان‌ها توانسته‌اند تئوری‌های فیزیک را هم در سطح کیهانی و هم در بعد اتمی ساده‌سازی کنند. در فیزیک مدرن بعد چهارم بصورت فضا-زمان تعریف می‌شود.
ــــــــــــــــــــــــــــــ
یاداشت استیون هاوکینگ
کشف امواج گرانشی همانند کشف ذرّه هیگز اهمیت دارد...
My congratulations to the LIGO team on their discovery of gravitational waves. It is a result that is at least as important as the discovery of the Higgs Boson. It includes the first observation of gravitational waves, and of two black holes colliding and merging. With LIGO's increased sensitivity, we can expect many more detections, all improving our knowledge about how the universe works.
These experimental observations are consistent with my theoretical work on black holes in the 1970s. As a theoretical physicist, I have spent my life contributing to our understanding of the universe. It is thrilling to see predictions I made over 40 years ago such as the black hole area and uniqueness theorems being observed within my lifetime.
http://www.independent.co.uk/news/science/stephen-hawking-congratulates-gravitational-waves-discovery-and-says-we-can-expect-many-more-a6868151.html
...
Gravitational waves provide a completely new way at looking at the Universe. The ability to detect them has the potential to revolutionise astronomy. This discovery is the first detection of a black hole binary system and the first observation of black holes merging.
https://www.theguardian.com/science/2016/feb/11/gravitational-waves-discovery-i-was-right-says-stephen-hawking
A history of the search for gravitational waves
1915 - Albert Einstein publishes general theory of relativity, explains gravity as the warping of spacetime by mass or energy
1916 - Einstein predicts massive objects whirling in certain ways will cause spacetime ripples—gravitational waves
1936 - Einstein has second thoughts and argues in a manuscript that the waves don't exist—until reviewer points out a mistake
1962 - Russian physicists M. E. Gertsenshtein and V. I. Pustovoit publish paper sketch optical method for detecting gravitational
waves—to no notice
1969 - Physicist Joseph Weber claims gravitational wave detection using massive aluminum cylinders—replication efforts fail
1972 - Rainer Weiss of the Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge independently proposes optical method for detecting waves
1974 - Astronomers discover pulsar orbiting a neutron star that appears to be slowing down due to gravitational radiation—work that later earns them a Nobel Prize
1979 - National Science Foundation (NSF) funds California Institute of Technology in Pasadena and MIT to develop design for LIGO
1990 - NSF agrees to fund $250 million LIGO experiment
1992 - Sites in Washington and Louisiana selected for LIGO facilities; construction starts 2 years later
1995 - Construction starts on GEO600 gravitational wave detector in Germany, which partners with LIGO and starts taking data in 2002
1996 - Construction starts on VIRGO gravitational wave detector in Italy, which starts taking data in 2007
2002–2010 - Runs of initial LIGO—no detection of gravitational waves
2007 - LIGO and VIRGO teams agree to share data, forming a single global network of gravitational wave detectors
2010–2015 - $205 million upgrade of LIGO detectors
2015 - Advanced LIGO begins initial detection runs in September
2016 - On 11 February, NSF and LIGO team announce successful detection of
gravitational waves
http://www.sciencemag.org/news/2016/02/gravitational-waves-einstein-s-ripples-spacetime-spotted-first-time
