كجزء من نظريته العامة للنسبية ، تنبأ أينشتاين بأن الكتلة يجب أن تبعث موجات الجاذبية. ستكون ضعيفة ، على الرغم من ذلك ، سوف يتطلب الأمر أجسامًا ضخمة جدًا لإنتاج موجات يمكن اكتشافها هنا على الأرض. إحدى التجارب التي تعمل على اكتشافها هي مرصد موجات الجاذبية بالليزر (أو LIGO). يجب أن يكون قادرًا على اكتشاف أقوى موجات الجاذبية أثناء مرورها عبر الأرض. ويجب أن يكون المرصد الفضائي المخطط إطلاقه في عام 2015 والمسمى LISA أقوى.
العلماء قريبون من رؤية موجات الجاذبية. رصيد الصورة: ناسا
الجاذبية قوة مألوفة. إنه سبب الخوف من المرتفعات. إنه يحمل القمر على الأرض والأرض للشمس. يمنع البيرة من الطفو خارج أكوابنا.
ولكن كيف؟ هل الأرض ترسل رسائل سرية إلى القمر؟
حسنًا ، نعم - نوعًا ما.
كرس Eanna Flanagan ، الأستاذ المساعد في كورنيل للفيزياء وعلم الفلك ، حياته لفهم الجاذبية منذ أن كان طالبًا في University College Dublin في مسقط رأسه أيرلندا. الآن ، بعد ما يقرب من عقدين من مغادرته أيرلندا للدراسة للحصول على الدكتوراه تحت إشراف عالم النسبية الشهير كيب ثورن في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، يركز عمله على التنبؤ بحجم وشكل موجات الجاذبية - وهي ظاهرة مراوغة تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين عام 1916. ولكن لم يتم اكتشافها بشكل مباشر.
في عام 1974 ، قام علماء الفلك في جامعة برينستون ، راسل هولس وجوزيف إتش تايلور جونيور ، بقياس تأثير موجات الجاذبية على النجوم النيوترونية التي تدور حول نفسها ، وهو اكتشاف أكسبهما 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 الفراغ. يتطلب وسيطًا ، مثل الهواء أو الماء ، لإيصال رسالته من خلاله. وبالمثل ، لا يمكن للجاذبية أن توجد في العدم. وهي أيضًا بحاجة إلى وسيط يمكن من خلاله إيصال رسالتها. افترض أينشتاين أن هذا الوسط هو المكان والزمان ، أو 'نسيج الزمكان'.
التغييرات في الضغط - ضربة على الطبلة ، وتذبذب الحبل الصوتي - ينتج عنها موجات صوتية ، وتموجات في الهواء. وفقًا لنظرية أينشتاين ، فإن التغيرات في الكتلة - اصطدام نجمين ، وهبوط الغبار على رف الكتب - تنتج موجات الجاذبية ، وتموجات في الزمكان.
نظرًا لأن معظم الأشياء اليومية لها كتلة ، يجب أن تكون موجات الجاذبية في كل مكان حولنا. فلماذا لا نجد أي منها؟
أوضح فلاناغان أن 'أقوى موجات الجاذبية ستسبب اضطرابات قابلة للقياس على الأرض أصغر بألف مرة من نواة الذرة'. 'اكتشافها يمثل تحديًا تقنيًا كبيرًا.'
كان الرد على هذا التحدي هو LIGO ، مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية ، وهي تجربة هائلة تضم أكثر من 300 عالم.
يتكون LIGO من منشأتين تفصل بينهما مسافة 2000 ميل تقريبًا - واحدة في هانفورد ، واشنطن ، وواحدة في ليفينغستون ، لوس أنجلوس. كل منشأة على شكل حرف 'L' العملاق ، مع ذراعين يبلغ طولهما 2.5 ميل ومصنوعان من قطر 4 أقدام أنابيب مفرغة مغلفة بالخرسانة. تعبر أشعة الليزر فائقة الثبات الأنابيب ، وترتد بين المرايا في نهاية كل ذراع. يتوقع العلماء أن تمد موجة جاذبية عابرة إحدى ذراعيها وتضغط على الأخرى ، مما يتسبب في انتقال الليزرين لمسافات مختلفة قليلاً.
يمكن بعد ذلك قياس الاختلاف عن طريق 'التداخل' مع الليزر حيث تتقاطع الذراعين. إنه مشابه لسيارتين مسرعة بشكل عمودي نحو مفترق طرق. إذا سافروا بنفس السرعة والمسافة ، فسوف يصطدمون دائمًا. ولكن إذا كانت المسافات مختلفة ، فقد تفوتهم. يأمل فلاناغان وزملاؤه في تفويت.
علاوة على ذلك ، فإن مقدار ما تصطدم به أشعة الليزر أو يفوتها سيوفر معلومات حول خصائص وأصل موجة الجاذبية. يتمثل دور Flanagan في توقع هذه الخصائص حتى يعرف زملاؤه في LIGO ما الذي يبحثون عنه.
نظرًا للقيود التكنولوجية ، فإن ليجو قادر فقط على استشعار موجات الجاذبية بترددات معينة من مصادر قوية ، بما في ذلك انفجارات السوبرنوفا في مجرة درب التبانة والنجوم النيوترونية التي تدور بسرعة أو تدور حول نفسها في مجرة درب التبانة أو المجرات البعيدة.
لتوسيع المصادر المحتملة ، تخطط وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية بالفعل لخلافة LIGO ، LISA ، هوائي الفضاء لمقياس التداخل الليزري. تشبه LISA في مفهومها LIGO ، باستثناء أن أشعة الليزر سترتد بين ثلاثة أقمار صناعية تفصل بينها مسافة 3 ملايين ميل عن الأرض في مدار حول الشمس. نتيجة لذلك ، ستكون LISA قادرة على اكتشاف الموجات ذات الترددات الأقل من LIGO ، مثل تلك الناتجة عن اصطدام نجم نيوتروني بثقب أسود أو اصطدام ثقبين أسودين. من المقرر إطلاق LISA في عام 2015.
قام فلاناغان ومساعدوه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مؤخرًا بفك رموز توقيع موجة الجاذبية التي تنتج عندما يبتلع ثقب أسود هائل نجمًا نيوترونيًا بحجم الشمس. إنه توقيع سيكون من المهم أن تتعرف عليه ليزا.
وأشار فلاناغان إلى أنه 'عندما تطير ليزا ، يجب أن نرى المئات من هذه الأشياء'. 'سنكون قادرين على قياس كيفية تشوه الزمان والمكان ، وكيف من المفترض أن يلتف الثقب الأسود حول الفضاء. نرى الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ونعتقد أنه ثقب أسود على الأرجح - لكن هذا أبعد ما وصلنا إليه. سيكون من المثير للغاية أن نرى أخيرًا أن النسبية تعمل بالفعل '.
لكنه حذر ، 'قد لا ينجح. يلاحظ علماء الفلك أن تمدد الكون يتسارع. أحد التفسيرات هو أن النسبية العامة بحاجة إلى تعديل: كان أينشتاين محقًا في الغالب ، لكن في بعض الأنظمة يمكن أن تعمل الأشياء بشكل مختلف. '
توماس أوبيرست كاتب علوم متدرب في خدمة أخبار كورنيل.
المصدر الأصلي: جامعة كورنيل