اینشتین راست می‌گفت!

Polarization Pattern

طرحی از پولاریزیشن در نقشه‌ی تابش زمینه‌ی کیهانی – امتیاز تصویر: مرکز اخترفیزیک موسسه‌ی هاروارد اسمیتسونی

تقریباً ۱۰۰ سال از دورانی که نظریه‌ی نسبیت و کوانتوم مطرح شدند می‌گذرد و بسیاری سال‌های نخست قرن ۲۰اُم را دوران طلایی فیزیک می‌دانند. پس از آن سال‌ها تاکنون با این‌که نظریه‌های بسیاری مطرح و کشف‌های بسیاری انجام شده است  اما شاید هیچ‌کدام از آن‌ها واقعاً نتوانسته‌اند دوباره آن دوران طلایی را تکرار کنند.

سال گذشته با خبر تأیید کشف بوزون هیگز دنیای فیزیک تحول بسیار بزرگی پیدا کرد. امروز خبر کشف و آشکارسازی امواج گرانشی و تأیید نظریه‌ی تورم غوغایی میان منجمان و فیزیک‌دانان به‌پا کرده و دنیای نجوم و فیزیک را دوباره وارد دوران طلایی دیگری کرده است. این خبر شاید حتی از کشف بوزون هیگز هم هیجان‌انگیزتر باشد و سرآغاز تحولات چشم‌گیری در زمینه‌ی شناخت ما از عالم خواهد بود. به عقیده‌ی بسیاری از دانشمندان از امروز به بعد فیزیک جدیدی تعریف خواهد شد و دنیایی را خواهیم شناخت که پیش از این هرگز از آن شناختی نداشتیم.

ماجرا چیست؟

دانشمندان آشکارساز BICEP2 در قطب جنوب طرحی از تابش زمینه‌ی کیهانی یافته‌اند که به  primordial B-mode polarization معروف است. این طرح انحنا و تغییرات نوری را نشان می‌دهد که از چند لحظه پس از انفجاربزرگ به ما رسیده است.  نکته‌ی جالب این ماجرا این است که فقط امواج گرانشی ناشی از دوران تورم می‌توانند چنین انحنایی ایجاد کنند. این یافته آن‌قدر هیجان‌انگیز بود که دانشمندان ابتدا نمی‌توانستند آن را باور کنند پس خبر این کشف را منتشر نکردند. دانشمندان بیش از یک سال به بررسی و تحقیق بیشتر درباره‌ی هر توضیح ممکن و جایگزینی برای طرحی که یافته بودند، پرداختند. اما هنگامی‌که آشکارسازهای آرایه‌ی کِک (Keck Array) هم به همین نتیجه دست یافتند، طرح به‌دست آمده پذیرفته شد و خبر منتشر شد.

BICEP 2

ابزار BICEP 2 (پیش‌زمینه‌ی تصویر) در قطب جنوب که برای نخستین بار امواج گرانشی را شکار کرد. امتیاز و حق نشر تصویر: Steffen Richter/Harvard University

علاوه بر امواج گرانشیِ دوران تورم، ما می‌توانیم امواج ناشی از برخورد دو جسم پرجرم مانند دو سیاه‌چاله را هم مستقیماً آشکار کنیم. اگرچه با همه‌ی تلاش‌های انجام‌شده در این زمینه، کشف امواج ناشی از چنین برخوردی فقط در حد نظری باقی‌مانده است و تا‌به‌حال هیچ‌ اثری از آن ثبت نشده است.

آغاز ماجرا

آغاز این کشف درواقع به حدود ۱۰۰ سال پیش برمی‌گردد؛ زمانی‌که اینشتین پس از ارائه‌ی نسبیت عام به بررسی نتایج آن پرداخت و به سرعت متوجه‌ پدیده‌ای شد که ما آن را با نام «امواج گرانشی» می‌شناسیم. براساس نظریه‌ی گرانش نیوتن اثرات برهم‌کنش گرانشی میان دو جسم در آن واحد خود را نشان می‌دهد. اما  گرانش نسبیت عام عکس این موضوع را بیان می‌کند، یعنی مدتی طول می‌کشد تا اثر گرانشی جسمی بر جسم دیگر آشکار شود. تقریباً ۱۰ سال پیش از تدوین نسبیت عام، اینشتین در نسبیت خاص نشان داده بود که سرعت نور بالاترین سرعت ممکن در جهان است. اما سرعت نور چه حد و مرزی برای گرانش ایجاد می‌کند؟ منظومه‌ی خورشید و زمین و انحنایی که در فضا به‌‌علت وجود این دو جسم و جرم آن‌ها ایجاد می‌شود، را در نظر بگیرید. فرض کنیم هم اکنون به‌طرزی جادویی خورشید ناپدید شود ما روی زمین دقیقاً در لحظه‌ی ناپدید شدن متوجه‌ی اثرات گرانشی این رخداد نمی‌شویم. اثر این تغییرات به مرکزیت خورشید است (یا جایی که درواقع خورشید قبلاً بوده است) و شعاع آن با سرعت نور حرکت می‌کند. هرچیزی به محض این‌که در این شعاع قرار بگیرد این اثر را احساس می‌کند، پس ما ۸ دقیقه‌ بعد ازغیب شدن خورشید تازه می‌فهمیم که چه اتفاقی روی داده است. می‌توان این اثر را تاحدودی مانند حرکت امواج روی آب درنظر گرفت.

طبق نسبیت عام، هر جسم پرجرمی فضا را خم می‌کند و با چرخش به دور خود و ایجاد انحنا در فضا امواج گرانشی گسیل می‌کند. و این امواج با حرکت خود مقداری از انرژی جسم تولیدکننده را هم با خود انتقال می‌دهند.

مقاله‌ی اینشتین درباره‌ی امواج گرانشی در سال ۱۹۱۶ منتشر شد و از آن‌جایی‌که خود او می‌دانست که تا چه حد این امواج ضعیف‌اند از یافتن آن‌ها به‌کل ناامید بود و گمان می‌کرد که هرگز کشف نخواهند شد. تا سال‌ها پس از ارائه‌ی این مقاله دانشمندان دیگر هم چندان روی خوشی به امواج گرانشی نشان ندادند.

Alan Guth

آلن گوث٬ فیزیکدانی که نظریه‌ی «تورم» را پیشنهاد داده است- امتیاز و حق نشر تصویر: ریچارد فریدمن٬ نیویورک‌تایمز

تقریباً ۶۳ سال بعد، در سال ۱۹۷۹/۱۳۵۸، «آلن گوث، Alan Guth» نظریه‌ی تورم را مطرح کرد تا توزیع ناهمگن مواد در عالم و این‌که چرا عالم تخت به‌نظر می‌رسد را توضیح دهد. بر اساس نظریه‌ی تورم، جهان فقط چند لحظه پس از به‌وجود آمدن (۱۰ به توان منفی ۳۸ ثانیه) دچار تورم و انبساطی به شدت سریع و ناگهانی شده است. دقیقاً پس از آغاز دوره‌‌ی تورم چهار نیروی اصلی طبیعت که با هم یکی بودند از هم جدا شده و هر کدام راه خود را در عالم رو به گسترش در پیش گرفتند. اما نظریه‌ی تورم که جنسی کوانتومی دارد چه ارتباطی می‌تواند با امواج گرانشی داشته باشد؟

یک تیر و دو نشان

از همان روزهای ابتدایی که نظریه‌ی کوانتوم مطرح شد تا امروز هیچ ایده یا راه‌حلی نتوانسته بین کوانتوم و نسبیت اتحاد و یگانگی ایجاد کند. نظریه‌ی کوانتوم دنیای ریز اتم‌ها و سه نیروی هسته‌ای قوی و ضعیف و الکترومغناطیس را می‌کاود و نسبیت به بررسی گرانش و رفتار بزرگ‌ترین اجرام در عالم می‌پردازد. اما دراین میان پل ارتباطی شگفت‌انگیزی وجود دارد که امروز برای نخستین‌بار وجود آن تأیید شد. به‌طرز شگفت‌انگیزی فقط وجود تورم در ثانیه‌های اولیه‌ی پس از انفجار بزرگ می‌تواند امواج ضعیف گرانشی را آن‌قدر گسترش بدهد که امروز ما، بعد از گذشتن تقریباً ۱۴ میلیارد سال، بتوانیم این امواج را آشکار کنیم. به همین علت است که آشکارسازی امواج گرانشی روزهای نخست عالم مهر تأییدی بر وجود تورم است. این‌جا است که تورم کوانتومی با گرانش نسبیتی ادغام می‌شود و دانشمندان امیدوارند که بتوانند در این میان به گرانشی کوانتومی دست بیابند.

چرا  قطب جنوب؟

Kovac

جان کواک به دنیا اعلام کرد که او و تیم‌اش ردپای امواج گرانشی را پیدا کرده‌اند. امتیاز و حق نشر تصویر: دنیس برکتز

مرکز آماندسن-اسکات در قطب جنوب که میزبان آزمایشگاه‌ BICEP (شامل چهار آزمایشگاه: BICEP1، BICEP2، BICEP3 و آرایه‌ی کِک) است ۲۸۰۰ متر بالاتر از سطح دریا قرار دارد در نتیجه هوای این منطقه بسیار سرد و خشک و شرایط دید بسیار باثبات است. این منطقه مسکونی نیست بنابراین هیچ تداخل امواج ناشی از استفاده تلویزیون، رادیو، تلفن‌های همراه و دیگر ابزاری الکترونیکی در آن‌جا وجود ندارد. آزمایشگاه BICEP2 از بیش از ۲۵۰ آشکارساز بسیار کوچک برای ثبت تغییرات تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی استفاده می‌‌کند و اطلاعات این کشف بین ژانویه‌ی سال ۲۰۱۰ (۱۳۸۹) تا دسامبر ۲۰۱۲ (۱۳۹۱) به‌دست آمده است. مسئولیت تحقیق درباره‌ی امواج گرانشی برعهده‌ی «جان اِم. کُواک، John M.Kovac» از مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین است.

این یافته‌‌های جدید نظریه‌های بسیاری را از اعتبار می‌اندازد همان‌طور که باعث تقویت بسیاری دیگر می‌شود. امواج گرانشی باستانی دقیقاً زمانی ایجاد شده‌اند که گرانش با سه نیروی غالب دیگر در طبیعت متحد بوده است، اگر چیزی باشد که در این میان درباره‌ی چگونگی این اتحاد صحبت کند یقیناً همین امواج گرانشی خواهند بود که امروز خبر کشف‌اشان را شنیدیم. آن‌چه با این کشف پیش‌روی دانشمندان قرار می‌گیرد بسیار جدیدتر و فراتر از هرآن‌چیزی است که تا به‌حال با آن آشنا بوده‌ایم.

 
 
 

درباره نویسنده

166مطلب نوشته است .

  • مهدي

    ۱-ازرصد داده ها ی امواج گرانشی انفجار بزرگ چه نتایجی را میشه گرفت و چگونه فیزیک را متحول میکنه؟
    ۲-آیا تئوری جهان های موازی را از اعتبار ساقط میکنه؟
    ۳-نحوه آشکار سازی این امواج چطوره و دقیقا چه چیز رصد میشه؟
    ۳- چرابا وجودی که این کشف یک جهش فوق العاده علمی به نظر میرسه بازتاب فوق العاده ای  مثل آشکار سازی بوزون هیگز تو رسانه ها نداشته؟
    ممنون

تمام حقوق این سایت برای © 2017 كانوت. محفوظ است.
Powered by Persian Wordpress