در سال ۱۹۶۹، جوزف وبِر فیزیکدان دانشگاه مریلند اعلام کرد که توانسته امواج گرانشی را تفکیک کند، اما دانشمندان دیگر نتوانستند نتایج او را تکرار کنند. نزدیک‌ترین شاهدی که تا قبل از آن از وجود این امواج به دست آورده بودیم به سال ۱۹۷۸ برمی‌گردد. در آن سال، دو ستاره‌شناس به نام‌های جوزف تیلر و راسل هولس، که در آن زمان در دانشگاه ماساچوست در امهرست حضور داشتند، توانستند یک زوج ستاره‌ی نوترونی را پیدا کنند. ستاره‌های نوترونی بازمانده‌های فوق‌العاده چگال ستاره‌های پُرجرم‌اند. این دو ستاره‌ی نوترونی در مداری به‌دور هم می‌چرخیدند و یکی از آن‌ها تَپ‌اَختری بود که به‌طور منظم و متناوب پرتوهایی از تابش‌های الکترومغناطیس را در فضا پراکنده می‌کرد. با اندازه‌گیری و رصد دقیق این دو ستاره، ستاره‌شناسان موفق شدند به این نتیجه برسند که این دو ستاره درحال ازدست‌دادن انرژی و نزدیک‌شدن به هم‌اند و نکته‌ی مهم این بود که این آهنگ ازدست‌دادنِ انرژی، که در این منظومه رخ می‌داد، دقیقاً با پیش‌بینی مقدار انرژی‌ای که در صورت تابش امواج گرانشیْ این دو باید از دست می‌دادند برابر بود. این بهترین شاهد ما از این امواج بود تا امروز که نتیجه‌ی فعالیت دانشمندان پروژه‌ی لایگو و همکاران علمی آن‌ها در ژورنال فیزیکال ریویوو لِتِرز منتشر شد. مقاله‌ای که نام هزار نفر در مقام نویسنده و مشارکت‌کننده در آن ثبت شده است.

حالا با اطمینان بیشتری می‌توانیم بگوییم اینشتین درست پیش‌بینی کرده بود، اما خلاصه‌کردن این کشف به اینشتین کمی کم‌لطفی به انبوه دانشمندانی است که در چنین طرح عظیمی مشارکت داشته‌اند. این یافته حاصل یکی از همکاری‌های عظیم در علم معاصر بوده و دروازه‌های جدیدی را به روی ما باز کرده است.
@interstellar_page

سه پیشگام

در بین افرادی که در این کشف نقش داشتند سه نفر جایگاه ویژه‌ای دارند . کیپ تورن، کیهان‌شناس برجسته‌ی کلتِک (مؤسسه فناوری کالیفرنیا) و متخصص امواج گرانشی و سیاهچاله‌ها، که یکی از طراحان و پشتیبان‌های لایگو بود و حدود بیست سال از عمر خود را صرف این پروژه کرد. نام کیپ تورن در یکی دو سال اخیر به‌واسطه‌ی مشارکتش در ساخت فیلم میان‌ستاره‌ای، به کارگردانی کریستوفر نولان، بیشتر بین مردم عادی شناخته شده است. نکته‌ی جالب اینکه در سناریوی داستان میان‌ستاره‌ای و در نسخه‌ی اولیه‌ی آنْ بخش مهمی به امواج گرانشی و طرح لایگو اختصاص داشت که بعدتر به علت فشردگی موضوعات از فیلم حذف شد. در این ایده‌ی اولیه، نخستین نشانه‌ها از وجود کرم‌چاله در همسایگی ما را لایگو کشف می‌کند. داستان و توصیف کیپ تورن از مشارکتش در طرح لایگو و همچنین تأثیر امواج گرانشی در داستان فیلم میان‌ستاره‌ای و همچنین اندکی توضیح به زبان نسبتاً ساده درباره‌ی این امواج را می‌توانید در کتاب او با عنوان «میان‌ستاره‌ای به روایت علم»، که به زبان فارسی نیز منتشر شده، مطالعه کنید. راینر وایس از MIT و رانلد درِوِر از مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا (کَلتِک) دو نفر دیگری‌اند که عمر خود را بر سر تأیید این پیش‌بینی اینشتین سپری کردند و امروز قطعاً برای آن‌ها روزی فراموش‌نشدنی خواهد بود.
@interstellar_page

چپ به راست: کیپ ثورن، فرانس کوردوا، رینر وایس، گابریلا گنزالس
@interstellar_page

اما برای تفکیک چنین امواجیْ ابزاری ویژه نیاز بود و مانند هر پروژه‌ی علمی دیگری، که قرار باشد تا این حد به ماهیت طبیعت نفوذ کند، چنین آزمایشگاهی نه ارزان بود و نه ساده.

درواقع بیش از ۴۰ سال تلاش لازم بود و دست‌کم بودجه‌ای معادل ۱٫۱ میلیارد دلار که این طرح به نتیجه برسد. داستان ساخت لایگو به سال ۱۹۷۵ و ملاقات تورن و وایس در واشنگتن برمی‌گردد. از آن زمان، راهی طولانی طی شد تا اینکه نسخه‌ی ابتدایی لایگو در سال ۲۰۰۰ آغاز به کار کرد و ۱۰ سالی به فعالیت خود ادامه داد. درواقع هدف این مرحله از طرح لایگو به‌دام‌انداختن امواج گرانشی نبود، بلکه ساختن مدلی کوچک‌تر از آشکارساز بود که ثابت کند می‌توان این کار را انجام داد. در پنج سال گذشته و وقتی معلوم شد فناوری ما به حدی رسیده که این ابزار را در مقیاس اصلی بسازیم و بتوانیم نشانه‌های امواج گرانشی را به دام بیندازیم، کارِ به‌روزرسانی این تجهیزات آغاز شد و پنج سال به طول انجامید.
@interstellar_page

لایگو (LIGO)

لایگو درواقع از دو دریافت‌کننده‌ی مستقل تشکیل شده است. هریک از این آنتن‌ها ساختاری L-شکل دارند و از دو تونل عمودبرهم شکل گرفته‌اند که طول هریک از بازوها حدود ۴ کیلومتر است. درون هریک از این بازوها لوله‌های اصلی ابزار قرار دارد که داخل آنْ یکی از بهترین خلأهای قابل‌دستیابی روی زمین برقرار است؛ دو لوله به‌طول ۴ کیلومتر که درون خود چیزی جز بافتار فضازمان ندارند. در انتهای هر تونلْ آینه‌های تفکیک‌گر با کمک بست‌ها و رشته‌های شیشه‌ای معلق شده‌اند و هریک از آن‌ها پرتو لیزری را، که درون این تونل جریان دارد، بازتاب می‌دهد.
@interstellar_page

اساس کار این ابزار بر مبنای تداخل‌سنجی است. زمانی که ابزارها باهم هماهنگ باشند، طول‌موجی که دو پرتو لیزر می‌سازند باهم تطابق دارد. حال تصور کنید موجی گرانشی از زمین عبور کند. گذشتن این موج باعث می‌شود زمین در یک راستا منقبض و در راستای دیگر منبسط شود. همراه با زمین، ما و البته بازوهای این ابزار نیز منقبض و منبسط می‌شوند. بنابراین به‌طور متناوب و به مقدار بسیار اندکی طول تونل‌هایی که پرتوهای لیزر در آن قرار دارند کم‌وزیاد می‌شود. این تغییر در طول فوق‌العاده اندک است، اما فناوری لایگو می‌تواند تغییر طول این بازوها را، به‌اندازه‌ی یک‌ده‌هزارم قطر پروتون، اندازه‌گیری کند؛ عددی بی‌نهایت کوچک.
@interstellar_page

امواج گرانشی: خبر از حادثه‌ای مهیب در عالم

حتی با چنین حساسیتی، فقط قوی‌ترین منابع تولیدکننده‌ی امواج گرانشی ممکن است خود را آشکار کنند. دو ستاره‌ی نوترونی پُرجرم یا دو سیاهچاله‌ای که درحال ادغام درون هم‌اند؛ اتفاقی که جایی در فاصله‌ی ۱٫۳ میلیارد سال نوری از زمین رخ داده و امواج تولیدشده توسط آن را لایگو امروز رصد کرده است.
@interstellar_page

این دو سیاهچاله جرم‌هایی معادل ۳۶ و ۲۹ برابر جرم خورشید ما دارند و با سرعتی معادل نصف سرعت نور در هر ثانیه ۲۵۰ بار همدیگر را دور می‌زنند. این دو در زمانی کوتاه به دام هم افتاده و در هم ترکیب شده‌اند و حاصلْ سیاهچاله‌ای واحد به جرم ۶۲ برابر جرم خورشید ما بوده است. اگر ۲۹ و ۳۶ را باهم جمع کنیم، به عدد ۶۵ برابر جرم خورشید می‌رسیم. در این‌ بین جرمی معادل سه برابر جرم خورشید گم شده است. این سه برابر جرم خورشید مقدار ماده‌ای است که در این ترکیب خشن و ناآرام کیهانی به انرژی بدل شده و در قالب امواج گرانشیْ بافتار فضا و زمان را به لرزه درآورده است. برای اینکه درکی از مهیب‌بودن این رویداد داشته باشید، در نظر بگیرید که انرژی‌ای که در این رویداد به‌تنهایی و در کسری از ثانیه آزاد شده معادل انرژی‌ای است که خورشید ما طی ۱۵ تریلیون سال آزاد می‌کند. این دو سیاهچاله با گردش به‌دور هم شروع به تولید امواج گرانشی کرده‌اند و با نزدیک‌ترشدن به هم فرکانس آن‌ها بالاتر رفته و امواج قوی‌تر و سریع‌تری گسیل کرده‌اند تا اینکه درنهایت در اوج رویدادی عظیم باهم یکی شده‌اند.
@interstellar_page

بدین‌ترتیب لایگو توانست، بر پایه‌ی نظریه‌ای که ۱۰۰ سال پیش آلبرت اینشتین بنای آن را نهاده بود، بر مبنای کار هزاران دانشمند در طول این یک قرن و با سرمایه‌گذاری طولانی و هدفمند در علم، گامی عظیم در رشد درک ما از عالم بردارد و دروازه‌ای جدید به‌سوی عالم برایمان باز کند. و این تازه آغاز راه است. نه‌تنها رصدهای بعدی، که بازهم لایگو انجامشان خواهد داد، باید این نتایج را در مورد رویدادهای دیگر تأیید کنند بلکه از همین‌حالا گام‌های بعدی برای ثبت امواج گرانشیِ ضعیف‌تر برداشته ‌شده است. لایگو رهیاب مأموریتی فضایی است که با اصول مشابهی کار می‌کند و سال گذشته به فضا فرستاده ‌شده تا با آزمودن شرایط موجود زمینه را برای مأموریت eLISA فراهم کند. روزهای مهم و پرخبری پیش روی ما است.
@interstellar_page

آغاز عصر جدید

این کشف اما از زوایای متفاوتی اهمیت تاریخی دارد. یکی از محققان این طرح امروز گفت: «این رصد دست‌کم از سه نظر سنگ شاخصی برای علم و فیزیک به‌شمار می‌رود. نه‌تنها نخستین ثبت مستقیم امواج گرانشی بود، بلکه نخستین تفکیک مستقیم یک سامانه‌ی دوتاییِ سیاهچاله به‌شمار می‌رفت، و تاکنون قابل‌دفاع‌ترین شاهد بوده است بر اینکه سیاهچاله‌های موجود در طبیعت همان‌هایی‌اند که نظریه‌ی اینشتین پیش‌بینی می‌کرده.»

اما مهم‌تر از آن، این آغاز عصری جدی است.

تا امروز تنها ابزار ما برای کشف عالم و درک آن وابسته به رصد امواج الکترومغناطیسی بود که درون فضازمان منتقل می‌شدند و به ما می‌رسیدند. ما هیچ پیام‌آور دیگری برای رصد و درک عالم در اختیار نداشتیم. حالا این فرصت را به دست آورده‌ایم که جهان را به‌واسطه‌ی رخداد کاملاً متفاوتی بررسی کنیم. به‌واسطه‌ی امواجی که در خود بافتار فضازمان رخ می‌دهند. به‌گفته‌ی کیپ تورن، «امواج گرانشی ابزاری برای مطالعه‌ی سوی خمیده‌ی عالم‌اند.» و از امروز دنیای ستاره‌شناسی حوزه‌ای عملی برای بررسی این‌سوی خمیده‌ی عالم و کشف رازهای آن در اختیار دارد.

روزهایی مانند امروز بهانه‌ای است که به انسان‌بودن و زیستن در این زمانه خوش‌بین باشیم.
@interstellar_page

منبع:

http://pourianazemi.com

چپ به راست: کیپ ثورن؛ فرانس کوردوا؛ رینر وایز؛ دیوید ریتز و گابریلا گنزالس

توضیحات برایان گرین درباره امواج گرانشی 👇👇👇👇👇

زیرنویس فارسی از پیج بیگ بنگ

🎥 توضیحات برایان گرین در خصوص مشاهده ی مستقیم امواج گرانشی را در این ویدئو مشاهده کنید.

📝ترجمه زیرنویس: حمید شکری/ سایت بیگ بنگ

🆔 @big_bangpage