اوایل سال ۲۰۱۲ ناسا اعلام کرد رصدخانه چاندرا سیاهچاله ای را (به طور غیرمستقیم) رصد کرده که در کمال ناباوری به مرکز کهکشان دیگری حمله ور شده و به سیاهچاله مرکز آن کهکشان برخورد می کند، اما به جای این که بر اثر این برخورد یک ابر سیاهچاله تشکیل شود، سیاهچاله مهاجم که جرمی معادل چند میلیون خورشید دارد، با سرعت و نیروی باورنکردنی به بیرون از کهکشان میزبان پرتاب می شود.
تا پیش از آن دانشمندان فکرش را هم نمی کردند که نیرویی بتواند یک سیاهچاله پرجرم را حرکت دهد، چه رسد به این که بتواند آن را پرتاب کند. به هر حال هیچ توجیهی برای این مشاهده یافت نشد مگر وجود امواج گرانشی.
وجود این امواج توسط اینشتین سال ۱۹۱۶ پیش بینی شده بود ولی تا چندی قبل هیچ گاه به طور مستقیم آشکارسازی نشده بود. اخیرا مرکز اخترشناسی اسمیتسونین هاروارد اعلام کرد توانسته است برای اولین بار به صورت مستقیم امواج گرانشی را در تابش پس زمینه کیهانی آشکارسازی کند. به نظر می رسد آخرین پیش بینی اثبات نشده اینشتین هم از آزمایشات دقیق علمی سربلند بیرون آمده است، ولی موج گرانشی چیست و چرا آشکارسازی آن تا ۶۰ سال بعد از مرگ اینشتین به تأخیر افتاد؟
گرانش اینشتین در مقابل گرانش نیوتن
دیدگاه اینشتین از گرانش، تفاوت های زیربنایی با دیدگاه نیوتن دارد و این دیدگاه آن قدر عجیب بود که وقتی اینشتین آن را ارائه کرد چارلز لین گفت: «احساس من از این نظریه این است که دارم با آلیس در سرزمین عجایب راه می روم.» از دید اینشتین گرانش، یک انحنا یا چین خوردگی در فضا ـ زمان است و از این نظر با نیروهای دیگر مانند الکترومغناطیس و هسته ای که منشأ آنها اثر ذرات زیر اتمی یا کوانتومی است، متفاوت است.
همین نظریه پیش بینی می کند اگر جرمی بزرگ با حرکت شتابدار در این انحنا حرکت کند تکانه هایی موج مانند ایجاد می کند که با سرعت نور حرکت می کنند. شدت این امواج بسیار ضعیف است و فقط زمانی می توان به آشکارسازی آنها امید داشت که پای جرم های بسیار بزرگ در میان باشد. یکی از این موارد سیستم های دوتایی است؛ ترکیبی دوتایی از سیاهچاله ها، ستاره های نوترونی، تپ اخترها و کوتوله های سفید که همگی جرم زیادی دارند. دو عضو این گونه سیستم ها دور یکدیگر در گردش هستند و امواج گرانشی ساطع می کنند.
دانشمندان پیش بینی کردند اگر این نظریه درست باشد با گذشت زمان از جرم اعضا کاسته و در نتیجه مدار گردش آنها به دور یکدیگر کوچک تر می شود. راسل هالس و جو تیلور نشان دادند این اتفاق واقعا می افتد و نوبل فیزیک ۱۹۹۳ را از آن خود کردند. البته منشأ امواجی که مرکز اخترشناسی اسمیتسونین هاروارد موفق به آشکارسازی آن شد سیستم های دوتایی نبود. آنها این امواج را در تابش پس زمینه کیهانی به دام انداختند.
تابش پس زمینه کیهانی چیست؟
جهان ۳۸۰ هزار سال پس از انفجار بزرگ کدر بود؛ چراکه الکترون ها آزادانه حرکت و نور را پراکنده می کردند ولی در این زمان دما به ۳۰۰۰ درجه کلوین کاهش یافت و الکترون ها توانستند بدون این که به دلیل گرما از هم پاشیده شوند اطراف هسته اتم ها جای بگیرند. حالا فوتون ها می توانستند آزادانه حرکت کنند و جهان به یکباره روشن و شفاف شد.
این فوتون های آزاد همان امواج پس زمینه کیهانی است که تا امروز در عالم هستی در حرکتند. با استفاده از این امواج الکترومغناطیسی فقط می توان از ۳۸۰ هزار سالگی به بعد عالم را مورد مطالعه قرار داد. ولی امواج گرانشی خواهند توانست اطلاعات کاملی از اولین لحظات پس از انفجار بزرگ در اختیارمان بگذارند؛ چراکه این امواج، توانایی عبور از فضاهایی را دارند که نور نمی تواند از آن عبور کند، مانند قلب سیاهچاله ها.
دانشمندان طی مطالعات خود به شواهدی از وجود امواج گرانشی برخوردند که نشان می دهد عالم هستی در لحظات اولیه پس از آفرینش دچار پدیده ای شگفت انگیز به نام تورم شده است. البته باید توجه داشت این پایان کار است و دیگر نمی توان هیچ امیدی برای نزدیک تر شدن به لحظه انفجار بزرگ داشت، چراکه تورم، همه رد پاهای پیش از خود را پاک می کند و از آنچه در لحظه آفرینش گذشته هیچ سند و مدرکی برای دانشمندان باقی نمی گذارد.
نظریه تورم
سال ۱۹۷۹ آلن گوث آمریکایی مشغول حل یک مسأله حل نشده فیزیک بود که متوجه شد تنها راه حل این است که بپذیریم وقتی عمر جهان یک تریلیونیم یک تریلیونیم یک تریلیونیم یک ثانیه بود، عالم هستی وارد یک فاز تورمی فوق العاده شدید و کوتاه مدت شده است. برای این که تصوری از چگونگی این اتفاق داشته باشید بادکنکی را تصور کنید که در کمتر از یک چشم به هم زدن از کهکشان راه شیری بزرگ تر می شود. در این مورد خاص حتی محدودیت سرعت نور هم مطرح نیست؛ چراکه این محدودیت مختص حرکت در فضاست، حال آن که در ماجرای تورم این خود فضا بود که به وجود می آمد. همین موضوع باعث انتشار امواج گرانشی بسیار شدیدی شد که یافته جدید نشان می دهد اثر آن هنوز در تابش پس زمینه کیهانی قابل مشاهده و اندازه گیری است.
آشکارسازهای امواج گرانشی
آشکارسازهای بسیاری از دهه ۶۰ دست به کار یافتن نشانی از امواج گرانشی بودند. بعد از نسل اولیه آشکارسازها که توسط جوزف وبر و دانشگاه لیدن ساخته شد، نوبت به آشکارسازهایی رسید که براساس تداخل سنجی لیزری و با فناوری فوق العاده پیچیده و هیجان انگیزی کار می کنند. بعضی از این تداخل سنج ها روی سطح زمین قرار دارند. مهم ترین آنها آشکار ساز لایگوست که از دو بازوی چهار کیلومتری عمود بر هم ساخته شده است. در طول هر یک از این بازوها یک لیزر در حال تابش است. اگر یک موج گرانشی به لایگو برخورد کند طول یکی از بازوها به مقدار ناچیزی افزایش و طول دیگری به همان نسبت کاهش می یابد. ویرگو، جی ای اُ ۶۰۰ و تاما ۳۰۰، نمونه های پیشرفته تری از آشکارسازها هستند. ال سی جی تی یا کاگرا نیز نمونه بسیار جدید آشکارساز است که دانشگاه کیوتو امیدوار است سال ۲۰۱۸ ساخت آن را به پایان برساند. لیزا و دکیگو هم دو آشکارساز فوق پیشرفته فضایی در دست ساخت هستند، ولی باید دید کشف صورت گرفته تغییری در روند پرهزینه ساخت این آشکارسازهای قدرتمند به وجود می آورد یا خیر؟
بالا و پایین پریدن ممنوع!
پس از این کشف، استیون هوکینگ در یک برنامه رادیویی اعلام کرد با پروفسور توروک شرط بسته بود که امواج گرانشی آشکارسازی می شوند. توروک این کشف را پنجره ای رو به انفجار بزرگ می داند. در عین حال نسبت به شتاب زدگی در پذیرفتن نتیجه هشدار می دهد و معتقد است تحقیق و بررسی بیشتر در این مورد لازم است. لارنس کراوس هم می گوید: «قبل از بالا و پایین پریدن بهتر است منتظر بمانیم و ببینیم چه می شود.»
البته کلمنت پرایک که یکی از اعضای گروه تحقیق است درصد اطمینان گروه را در مورد این کشف ۹۹.۹۹ درصد می داند و می گوید نتیجه آن قدر شگفت انگیز بوده است که دانشمندان سه سال گذشته را به بررسی های دقیق با حضور آلن گوث و تعدادی دیگر از دانشمندان صرف کرده اند و همواره یکی از دغدغه هایشان هم این بوده که مبادا یک گروه رقیب، زودتر از آنها اعتبار این کشف بزرگ را از آن خود کند.
مسعود توکلی
