كجزء من نظريته النسبية العامة ، توقع أينشتاين أن الكتلة يجب أن تنبعث منها موجات الجاذبية. يجب أن يكون قادرًا على اكتشاف أقوى موجات الجاذبية أثناء مرورها عبر الأرض. وينبغي أن يكون المرصد الفضائي المخطط لإطلاقه في عام 2015 والمسمى LISA أقوى.
العلماء قريبون من رؤية موجات الجاذبية. حقوق الصورة: ناسا
الجاذبية هي قوة مألوفة. إنه سبب الخوف من المرتفعات. يحمل القمر إلى الأرض ، والأرض إلى الشمس. يمنع الجعة من الطفو خارج كؤوسنا.
ولكن كيف؟ هل ترسل الأرض رسائل سرية إلى القمر؟
حسنًا ، نعم - نوعًا ما.
كرس Eanna Flanagan ، أستاذ مشارك في الفيزياء وعلم الفلك في كورنيل ، حياته لفهم الجاذبية منذ أن كان طالبًا في University College Dublin في بلده الأصلي أيرلندا. الآن ، بعد ما يقرب من عقدين من مغادرة أيرلندا للدراسة للحصول على الدكتوراه تحت إشراف النسبية الشهيرة كيب ثورن في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، يركز عمله على التنبؤ بحجم وشكل موجات الجاذبية - وهي ظاهرة مراوغة توقعتها نظرية النسبية العامة لأينشتاين عام 1916 ولكن لم يتم اكتشافها بشكل مباشر.
في عام 1974 ، قام علماء الفلك بجامعة برينستون راسل هولس وجوزيف إتش تايلور جونيور بقياس تأثير موجات الجاذبية بشكل غير مباشر على النجوم النيوترونية التي تدور في المدار ، وهو اكتشاف أكسبهم جائزة نوبل في الفيزياء عام 1993. بفضل العمل الأخير الذي قام به فلاناغان وزملاؤه ، أصبح العلماء الآن على وشك رؤية موجات الجاذبية الأولى مباشرة.
لا يمكن أن يوجد الصوت في فراغ. إنها تتطلب وسيطًا ، مثل الهواء أو الماء ، يتم من خلاله توصيل رسالتها. وبالمثل ، لا يمكن أن توجد الجاذبية في العدم. وهي أيضاً بحاجة إلى وسيط لتوصيل رسالتها. افترض أينشتاين أن تلك الوسيلة هي المكان والزمان ، أو "نسيج الزمكان".
التغييرات في الضغط - صوت طبل ، وسلك صوتي اهتزازي - تنتج موجات صوتية ، وتموجات في الهواء. وفقًا لنظرية آينشتاين ، فإن التغيرات في الكتلة - اصطدام نجمين ، الغبار المتساقط على رف الكتب - تنتج موجات الجاذبية ، تموجات في الزمكان.
لأن معظم الأشياء اليومية لها كتلة ، يجب أن تكون موجات الجاذبية حولنا. فلماذا لا نجد أي شيء؟
وأوضح فلاناغان: "ستسبب أقوى موجات الجاذبية اضطرابات يمكن قياسها على الأرض أصغر 1000 مرة من النواة الذرية". "الكشف عنهم يمثل تحديا تقنيا كبيرا."
الرد على هذا التحدي هو LIGO ، مرصد موجات التداخل بالليزر ، تجربة هائلة تنطوي على تعاون أكثر من 300 عالم.
يتكون LIGO من منشأتين على بعد 2000 ميل تقريبًا - أحدهما في هانفورد ، واشنطن ، والآخر في ليفينغستون ، لوس أنجليس. أنابيب فراغ مغطاة بالخرسانة. تعبر أشعة الليزر فائقة الاستقرار الأنابيب ، وترتد بين المرايا في نهاية كل ذراع. يتوقع العلماء وجود موجة جاذبية عابرة لتمتد ذراعًا وتضغط على الأخرى ، مما يتسبب في انتقال الليزر على مسافات مختلفة قليلاً.
يمكن بعد ذلك قياس الفرق عن طريق "التدخل" في الليزر حيث تتقاطع الذراعين. يمكن مقارنته بسيارتين تسيران بشكل متعامد نحو مفترق طرق. إذا سافروا بنفس السرعة والمسافة ، فسوف يتحطمون دائمًا. ولكن إذا كانت المسافات مختلفة ، فقد تفوت. يأمل Flanagan وزملاؤه في تفويت.
علاوة على ذلك ، فإن مقدار ضرب الليزر أو تفويته سيوفر بالضبط معلومات حول خصائص وأصل موجة الجاذبية. يتمثل دور Flanagan في التنبؤ بهذه الخصائص حتى يعرف زملاؤه في LIGO ما الذي يبحثون عنه.
نظرًا للقيود التكنولوجية ، فإن LIGO قادرة فقط على استشعار موجات الجاذبية بترددات معينة من مصادر قوية ، بما في ذلك انفجارات المستعر الأعظم في درب التبانة ودوران النجوم النيوترونية أو مشاركتها في المدار في إما درب التبانة أو المجرات البعيدة.
لتوسيع المصادر المحتملة ، تخطط وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية بالفعل لخليفة LIGO ، LISA ، هوائي فضاء مقياس التداخل بالليزر. LISA مشابه في المفهوم لـ LIGO ، باستثناء أن الليزر سوف يرتد بين ثلاثة أقمار صناعية على مسافة 3 ملايين ميل متبوعة عن الأرض في مدار حول الشمس. ونتيجة لذلك ، ستكون LISA قادرة على اكتشاف الموجات بترددات أقل من LIGO ، مثل تلك الناتجة عن اصطدام نجم نيوتروني بثقب أسود أو اصطدام اثنين من الثقوب السوداء. من المقرر إطلاق ليزا في عام 2015.
قام Flanagan والمتعاونون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مؤخرًا بفك شفرة توقيع موجة الجاذبية التي تنتج عندما يبتلع ثقب أسود فائق الكتلة نجمًا نيوترونيًا بحجم الشمس. إنه توقيع سيكون مهمًا بالنسبة لـ LISA للتعرف عليه.
وأشار فلاناغان: "عندما تطير ليزا ، يجب أن نرى المئات من هذه الأشياء". سنكون قادرين على قياس كيفية انحراف المكان والزمان ، وكيف يفترض أن يلتوي الفضاء بواسطة ثقب أسود. نرى الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ونعتقد أنه ربما يكون ثقبًا أسود - ولكن هذا يصل إلى أبعد حد وصلنا إليه. سيكون من المثير للغاية أن نرى أخيرًا أن النسبية تعمل بالفعل ".
لكنه حذر: "قد لا تعمل. لاحظ علماء الفلك أن تمدد الكون يتسارع. أحد التفسيرات هو أن النسبية العامة تحتاج إلى تعديل: كان أينشتاين في الغالب على حق ، ولكن في بعض الأنظمة يمكن أن تعمل الأشياء بشكل مختلف.
توماس أوبرست هو كاتب علوم متدرب في خدمة أخبار كورنيل.
المصدر الأصلي: جامعة كورنيل
