مقاله دانشکده فیزیک درباره روشی نو برای یافتن امواج گرانشی

عینکی جدید برای مطالعه کیهان

یادداشت پیش رو به بهانه انتشار مقاله‌ای مهم از سوی چند تن از اعضای دانشکده فیزیک درباره امواج گرانشی نوشته شده‌ است.

آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ مقاله معرفی نسبیت عام را به عنوان تئوری جدید گرانش منتشر کرد. بر مبنای این تئوری، نیروی‌ گرانشِ شناخته‌شده منشأی جز انحنای فضازمان ندارد؛ اجرام سنگین‌تر موجب انحنای بیشتری می‌شوند و در نتیجه بقیه اجرام نیروی گرانش بیشتری از سمت آن‌ها احساس می‌کنند. چنین نگاه متفاوتی به نیرویی که از زمان نیوتن شناخته‌شده فرض می‌شد، باعث ایجاد مسیر جدیدی در بحث‌های علمی مربوط و همچنین طراحی آزمایش‌های متعدد برای بررسی آن شد.

نظریه جدید اینشتین پیش‌بینی‌های جدید فراوانی را در خود نهفته داشت. این پیش‌بینی‌ها طی چندین سال تلاش‌های مستمر خود او و تعداد زیادی فیزیک‌دان و ریاضی‌دان مورد بررسی‌های نظری و تجربی قرار گرفت و استخراج شد. هم‌اکنون نیز گروه‌ها و افراد متعددی در سراسر دنیا ادامه کنکاش را برعهده گرفته‌اند. اکنون بعد از حدود یک قرن، نظریه نسبیت عام از جمله موفق‌ترین نظریات فیزیکی موجود است که آزمون‌های تجربی بسیاری را با موفقیت پشت سر قرار گذاشته و سربلند بیرون آمده. از جمله پیش‌بینی‌های این نظریه وجود امواج گرانشی‌ست. در ساختار دینامیکی این نظریه می‌توان نشان داد که دسته خاصی از خمیدگی‌های فضا-زمان قدرت منتشر شدن دارند. به زبان ساده‌تر می‌توان گفت همان‌گونه که بار الکتریکی توانایی ساطع کردن تابش الکترومغناطیس را دارد، اجرام سنگین نیز می‌توانند امواج گرانشی ساطع کنند.

امواج گرانشی به زبان ساده چیزی نیستند مگر انقباض و انبساط فضا-زمان در مسیر حرکتِ موجِ منتشرشونده. به دلیل ضعیف بودن این سیگنال برای اجرام معمولی، سال‌های زیادی طول کشید تا فیزیک‌دان‌ها راه‌های عملی برای مشاهده این پدیده را پیدا کنند. در سال ۱۹۸۱ مشاهده نرخ افت دوره تناوب چرخش یک ستاره پالسار در سیستم دوتایی -که منطبق با پیش‌بینی‌ نرخ از دست دادن انرژی از طریق انتشار موج گرانشی بود- شاهدی غیرمستقیم برای این پدیده اعلام شد و جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۹۳ را برای کاشفان آن سیستم دوتایی (تیلور و هالس) به‌ همراه داشت. این مشاهده جویندگان امواج گرانشی به صورت مستقیم را مصمم‌تر نمود. نخستین تلاش‌ها در این راستا از سوی جو وِبِر در دانشگاه مریلند انجام شد. او دو روشِ استفاده از آشکارسازهای تشدیدی و تداخل‌سنج‌های نوری را پیشنهاد داد. به دلایل کمبود مالی و گستردگی پروژه دوم، او راه نخست را انتخاب کرد و با استفاده از دو آشکارساز در دانشگاه مریلند و آزمایشگاه ملی آرگون در شیکاگو، نخستین مشاهده امواج گرانشی را گزارش کرد (سال ۱۹۶۹) اما در نهایت به‌دلیل عدم مشاهده مجدد و وجود برخی ناسازگاری‌ها در تحلیل‌ داده، این مشاهده به عنوان مشاهده موج گرانشی مورد تأیید قرار نگرفت.

بعد از تلاش‌های وبر، راینر ویس از دانشگاه MIT پروژه آشکارسازی از طریق تداخل‌سنج‌های نوری را پیش گرفت. مطالعات او و همکارانش پایه‌ای شد برای طراحی و ساخت آشکارسازهای LIGO در هنفورد و لیوینگستن. این آشکارسازها بعد از سال‌ها طراحی و توسعه با همکاری تعداد زیادی فیزیک‌دان، مهندس و متخصصان حوزه‌های مرتبط دیگر، موفق شدند نخستین رویداد موج گرانشی را در سال ۲۰۱۵م گزارش کنند. این رویداد حاصل ادغام دو سیاهچاله در یک سیستم دوتایی بود. از زمان گزارش اولین رویداد تا امروز حدود ۱۰ رویداد دیگر از سوی این گروه گزارش شده است. این مشاهداتِ بسیار جایزه نوبل فیزیک خود را در سال ۲۰۱۷ به دنبال داشت.

فیزیک‌پیشه‌ها که قرن‌هاست در چهارچوب علم تجربی با استفاده از ابزار مختلف به مطالعه طبیعت پرداخته‌اند، هم‌اکنون در آستانه به دست آوردن توانایی بهره‌گیری از ابزار جدیدی قرار دارند. چند تن از دانشجوها و استادان دانشکده فیزیک با ارائه روش‌های نوآورانه قدم‌هایی در راستای عمیق‌تر کردن فهم جامعه فیزیک از امواج گرانشی برداشته‌اند و نوید ارائه نتایج فراتر را در آینده داده‌اند. علی‌محمدی، آخشی، باغرام، راهوار، رحیمی‌تبار و ارفعی در یک همکاریِ ارزشمندِ بین‌گروهی توانسته‌اند روشی مستقل و نو برای یافتن رویداد‌های امواج گرانشی ارائه دهند. آنها در مقاله اخیر خود این روش را معرفی کرده‌ و توانایی آن در یافتن رویداد‌هایِ گزارش‌شده از سوی گروه لایگو را نشان داده‌اند. از جمله ویژگی‌ّهای بارز این روش، استفاده نکردن از تابع‌های ازپیش‌تولیدشده در محاسبات عددی نسبیت عام است. این در حالی‌ست که تحلیل داده‌ گروه لایگو مبتنی بر این تابع‌های ازپیش‌تولیدشده بوده. روشِ داده‌محورِ ارائه‌شده توانایی پیدا کردن رویدادهای موج گرانشی بدون فرض پیشینی برای تابع حالت‌ آن‌ها را دارد. بنا بر ادای نویسندگان، این روش علاوه بر کاربرد ارائه‌شده برای امواج گرانشی، می‌تواند در بسیاری از حوزه‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار بگیرد.

امواج گرانشی بعد از بیش از یک قرن مطالعه در آستانه ایجاد تحولی در مطالعات نجومی،‌ اخترفیزیکی و کیهان‌شناختی قرار دارند و سوالات پاسخ‌داده‌نشده فراوانی، از فیزیک سیاهچاله‌ گرفته تا فیزیک کیهان اولیه منتظر پاسخ‌هایی از جنس موج گرانشی هستند.

توسط رضا عبادی

شاید بپسندید مطالب بیشتر از نویسنده

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.