برای اولین‌بار در تاریخ، محققان امواجی را در ساختار بُعد چهارم یعنی زمان-فضا مشاهده کرده‌اند که در اصطلاح علمیِ آن، امواج گرانشی نامیده می‌شوند. این امواج در رویدادی عظیم که در جهان پهناور ما در حال وقوع است تولید شده و در نهایت به زمین رسیده است. این مشاهدات می‌توانند مُهر تاییدی باشند بر فرضیه آلبرت انیشتین که در سال 1915 میلادی و در قالب تئوری نسبیت منتشر شد و صد البته که پنجره بی‌نظیری را در برابر دید ما از جهان هستی گشود. امواج گرانشی حاوی اطلاعاتی درباره طبیعت گرانش هستند و از هیچ منبع دیگری قابل استحصال نیستند. فیزیکدانان معتقدند این امواج گرانشی ثبت شده توسط رصدخانه LIGO، در زمان برخورد دو سیاه‌چاله و فرایندی که به یکی شدن آن‌ها منجر خواهد شد، تولید شده است. تلاقی اینگونه سیاه چاله‌ها پیش از این نیز پیش‌بینی شده بود اما هیچ‌گاه مشاهده و ثبت نشده بود. با این مقدمه در ادامه قصد داریم نگاهی عمیق‌تر به آنچه کشف شده و نتایج آن داشته باشیم.
تعریف عملی امواج گرانشی
برای درک مفهوم امواج گرانشی نباید به دنبال تعریف ساده‌ای بگردید زیرا این مفهوم به خودی خود ساختاری پیچیده دارد. با این وجود می‌توانید امواج و نوسان‌هایی را در بُعد چهارم یا همان فضا-زمان تصور کنید که با سرعت نور منتشر و پراکنده می‌شوند. در سطح فضایی می‌توانید وجود دو سیاه‌چاله که با هم برخورد می‌کنند را تصور کنید که در قالب آن، امواج گرانشی ایجاد شده نه‌تنها در تمامی کهکشان بلکه در تمامی ابعاد زمان-فضا منتشر می‌شوند. با استناد به نظریه نسبیت انیشتین، گرانش در قالب تغییری که جرم در فضا ایجاد می‌کند تعریف شدنی است. در واقع با حرکت هر جسم جرم‌دار در فضا، ساختار فضا-زمان، دستخوش تغییر می‌شود و یا به اصطلاح، خمیده می‌شود. انیشتین معتقد بود امواج گرانشی می‌توانند در فضای خالی و با سرعت نور حرکت کنند.
آیا این امواج به‌طور کامل کشف شده‌اند؟
بله. در کنفرانسی که در روز پنجشبه هفته گذشته برگزار شد، فیزیکدانان رصدخانه تداخل‌سنجی لیزری امواج گرانشی یا به اختصار LIGO به‌طور رسمی از شناسایی این امواج خبر دادند.
فرضیه وجود این امواج از کجا شکل گرفت؟
همان‌طور که عنوان شد فرضیه وجود چنین امواجی در حدود 100 سال قبل و توسط آلبرت انیشتین مطرح شده بود. تقریبا تمامی المان‌های موجود در تئوری مطرح شده توسط انیشتین، به‌جز امواج گرانشی تایید شده بودند.
چرا در طول این 100 سال چنین تحقیقاتی انجام نشده بود؟
در سال 2014، فیزیکدانانی که پروژه تحقیقاتی را با تلسکوپ BICEP-2 در قطب جنوب انجام می‌دادند شواهدی از کشف امواج گرانشی ارائه دادند اما در ادامه عنوان شد احتمال اینکه اثرات ایجاد شده توسط گرد و غبار از فضای دوردست به چشم آن‌ها آمده باشد وجود دارد. در سال 1993 نیز دو فیزیکدان به خاطر مطالعاتی که در زمینه ستاره‌های نوترونی چرخان یا همان تپ اخترها (که رفتارشان با استناد به پیش‌بینی انیشتین توجیه‌پذیر بود) انجام دادند جایزه نوبل را کسب کردند. امواج گرانشی می‌توانستند انرژی چرخشی این دو ساختار غول‌پیکر را تخلیه کنند تا حرکت چرخشی در فاصله نزدیک‌تری ادامه یابد اما این بررسی نیز به عنوان یک نتیجه استنتاجی و نه یک مدرک قطعی درنظر گرفته شد.
با پذیرفته شدن استدلالات انیشتین پرسش‌های جدیدی مانند دلیل پایداری کهکشان‌ها آغاز می‌شود
دلیل ادامه تلاش‌ها چه بود؟
یک دلیل ساده برای ادامه تلاش محققان به‌منظور کشف امواج گرانشی وجود داشت و آن شواهدی بود که همگی دال بر امکان وجود چنین امواجی بود. شواهدی که از پنجاه سال پیش و در قالب تلاش جوزف وبر برای آویزان کردن شمش‌های فلزی به‌منظور شناسایی جنبش‌های ثبت‌شده آغاز شد و با ارسال گرانش‌سنج به ماه در قالب ماموریت ناسا در سال 1972 ادامه یافت. در دهه 1990 میلادی تلاش‌های محققان آلمانی و بریتانیایی در قالب پروژه‌ای مشترک در هانوفر آلمان و یا پس از آن، آزمایش‌های محققان ایتالیایی و ژاپنی بیش از پیش امید به کشف این امواج را تقویت می‌کرد. ساختار شناسایی امواج گرانشی در قالب پروژه LIGO بر پایه یک شناساگر L شکل در کنار استفاده از لیزر و آینه‌های ویژه از سال 2002 میلادی آغاز شد اما دقت سنجش، امری حیاتی و مهم در این آزمایش است. امواجی که در میلیون‌ها سال نوری فاصله از ما قراردارند توانایی انحراف پرتو لیزری چهارکیلومتری را تنها به اندازه یک هزارم قطر هسته یک اتم داشتند و همین امر شناسایی آن‌ها را دشوار کرده است.
در حال حاضر از کشف صورت‌گرفته در قالب پروژه LIGO چه می‌دانیم؟
LIGO اولین مشاهده رسمی از امواج گرانشی که از فضا به زمین می‌رسند و اولین شناسایی ویژه از برخورد دو سیاه‌چاله را ثبت کرده است. سیگنال‌های امواج گرانشی ابتدا در لیوینگستون و چیزی در حدود هفت میلی‌ثانیه بعد توسط ابزارهای شناسایی رصدخانه LIGO در هانفورد کشف شدند. از این کشف، می‌توانیم داده‌های بیشتری در خصوص بُعد چهارم یا همان زمان-فضا بدست آوریم که با استفاده از هیچ راهکار و روند دیگری امکان‌پذیر نبود.
از کجا بدانیم آنچه روی داده، برخورد دو سیاه‌چاله بوده است؟
محققان مشاهدات خود را با پیش‌بینی‌های انیشتین مطابقت دادند و در نهایت به این نتیجه رسیدند که سیاه‌چاله‌ها این امواج گرانشی را تولید کرده‌اند. فاصله آن‌ها، بزرگی آن‌ها و وجود آن‌ها با بررسی انرژی ساطع‌شده از آن‌ها به اثبات رسیده است.
چرا کشف امواج گرانشی تا این حد اهمیت دارد؟
به این دلیل که امواج گرانشی می‌توانند پرسش‌های موجود در خصوص زمان آغاز خلقت را تا حدودی پاسخ دهند. ستاره‌شناسان علاوه بر آنکه به فضا چشم می‌دوزند، نگاه ویژه‌ای هم به تاریخ و زمان دارند. برای مشاهده فاصله 14 میلیارد ساله، می‌توان نوری که حرکت خود را 13 میلیارد سال پیش شروع کرده را دنبال کرد اما هرچقدر هم که تلسکوپ‌های مورد استفاده ما قدرتمند باشند نمی‌توانیم 400 هزار سال اول عمر کهکشان خود را مورد بررسی قراردهیم و دلیل آن، تراکم بالایی است که حتی نور را هم محدود خواهد کرد. اینجاست که امواج گرانشی می‌توانند حرف‌های زیادی برای گفتن داشته باشند زیرا این احتمال وجود دارد که از ابتدای خلقت، این امواج نیز وجود خود را به ثبت رسانده باشند.
با کشف امواج گرانشی به پایان فیزیک رسیدیم؟
خیر! هنوز پرسش‌های بیشماری در ذهن بشر وجود دارد زیرا براساس علم محدود ما، چیزی در حدود 96 درصد از جهان هستی هنوز کشف نشده است. قسمتی که هنوز با الفاظ و عناوینی مانند ماده سیاه و یا انرژی سیاه رازآلود از آن‌ها یاد می‌کنیم هنوز برای بشر ناشناخته مانده است. پرسش‌هایی مانند دلیل پایداری کهکشان و سیاره‌ها و یا حتی تعداد کهکشان‌ها پرسش‌هایی هستند که با پایان استدلالات مرتبط با نظریه انیشتین، تازه آغاز می‌شوند.
منبع : آی تی ایران
