امواج گرانشی در نظریه نسبیت عام

بر اساس تئوری نسبیت عام، تلاقی دو جسم بسیار بزرگ مانند دو سیاه‌چاله می‌تواند باعث ایجاد انحنا در گستره‌ی درهم‌تنیده‌ی فضا-زمان شود. برای درک بهتر این نظریه، فضا-زمان را مانند یک پارچه‌ی کشیده روی سطح نرم تصور کنید. اگر دو توپ بولینگ روی این پارچه به دور یکدیگر بچرخند، پارچه چین می‌خورد. به گفته‌ی اینشتین، برخورد و یکی شدن دو سیاه‌چاله تأثیری مشابه در فضا-زمان خواهد داشت.

ماهیت امواج گرانشی

موج‌های حاصل از تلاقی دو سیاه‌چاله از منبع به سمت خارج حرکت می‌کنند و باعث آشفتگی فضا-زمان در اطراف اجرام فضایی از جمله زمین می‌شوند. به‌صورت تئوری، اگر ابزاری با حساسیت کافی ساخته شود، حتی کوچک‌ترین نشانه‌ی انحنای فضا-زمان در اطراف زمین ثبت خواهد شد و وجود این امواج که اصطلاحاً امواج گرانشی نامیده می‌شوند، اثبات می‌شود.

هیجان علمی پیرامون کشف امواج گرانشی

تا به امروز هیچ‌کس موفق به کشف مستقیم امواج گرانشی نشده بود، اما این حقیقت در حال تغییر است. اخیراً دانشمندانی که با بنیاد ملی علوم (NSF) و رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری (لیگو - LIGO) همکاری می‌کنند، از برگزاری یک اجلاس مطبوعاتی در واشنگتن خبر داده‌اند. صرفاً خبر برگزاری این کنفرانس باعث هیجان زیادی در محافل علمی و شبکه‌های اجتماعی شده است؛ برخی آن را آغاز عصر جدید ستاره‌شناسی توصیف کرده‌اند.

رصدخانه لیگو و نحوه عملکرد آن

رصدخانه لیگو برای کشف انحنای فضا-زمان از دو دستگاه غول‌پیکر استفاده می‌کند؛ یکی در لیوینگستون ایالت لوئیزیانا و دیگری در هنفورد ایالت واشنگتن. این دستگاه‌ها به شکل حرف L و کاملاً قرینه هستند. در هر سیکل، پرتوی لیزر طول دستگاه را طی کرده و در محل خمیدگی به سمت دستگاه دیگر پرتاب می‌شود. محاسبه دقیق فاصله بین دو دستگاه امکان ثبت تغییرات لحظه‌ای در فضا-زمان را فراهم می‌کند.

لزوم استفاده از چند تداخل‌سنج

به نقل از وب‌سایت لیگو، بررسی کنترل‌شده امواج تنها با یک تداخل‌سنج امکان‌پذیر نیست. برای دستیابی به نتایج مطمئن باید از چند تداخل‌سنج استفاده کرد تا علاوه بر افزایش دقت، بخش بیشتری از افق زمین تحت نظر قرار گیرد. اگر در زمان تابش پرتوهای لیزر یک موج گرانشی از میان آنها عبور کند، اختلاف ناچیزی در محاسبه فاصله ایجاد می‌شود که همین اختلاف می‌تواند اثباتی بر وجود امواج گرانشی باشد.

بهینه‌سازی ابزارهای لیگو

ماه گذشته لیگو ابزارهای خود را برای کشف انحنای فضا-زمان به‌روزرسانی کرد. انتظار می‌رود در کنفرانس پیش‌رو مشخص شود که این بهینه‌سازی‌ها تا چه حد در افزایش حساسیت تداخل‌سنج‌ها و آشکارسازی امواج گرانشی پنهان مؤثر بوده‌اند.