امواج گرانشی می‌توانند دیگر بعد‌های کیهان را آشکار کنند

* بُعدهای پنهان جهان هستی که به طور معمول بر چهار بعدی که ما درک می‌کنیم اثر نمی‌گذارند، می‌توانند با تغییر دادن امواج گرانشی، دگرگونی‌هایی در واقعیت پدید آورند- و دیدن چنین نشانه‌هایی از بعدهای اضافی می‌تواند در حل برخی از بزرگ‌ترین رازهای کیهان به ما کمک کند.
بعدهای دیگرِ کیهان اینجا پنهان شده‌اند- برداشت هنری از ادغام دو سیاهچاله
فیزیکدانان مدت‌ها در این فکر بوده‌اند که چرا گرانش در مقایسه با دیگر نیروهای بنیادی طبیعت تا این اندازه ضعیف است. شاید دلیلش این باشد که بخشی از آن دارد به درون بعدهای اضافی فراتر از سه #بعد فضایی که ما درک می‌کنیم تراوش می‌کند.

برخی از نظریه‌هایی که برای توضیح چگونگی ارتباط اثرهای گرانشی و کوانتومی پیشنهاد شده، از جمله نظریه‌ی ریسمان، نیاز به بعدهای اضافی که اغلب، گرانش در آنها منتشر می‌شود دارند. بنابراین یافتن شواهد چنین بعدهای بیگانه‌ای می‌تواند به توصیف گرانش، یا یافتن راهی برای یکی کردن (اتحاد) گرانش و مکانیک کوانتومی کمک کند- این شواهد همچنین می‌توانند ما را برای توضیح چرایی شتابدار بودن گسترش کیهان راهنمایی کنند.

ولی شناسایی بعدهای بیشتر یک چالش است. اگر چنین چیزی وجود داشته باشد، می‌بایست به اندازه‌ای کوچک باشد که اثر آشکاری بر زندگی روزمره نگذارد. امیدهای بسیاری می‌رفت (و هنوز می‌رود) که این بعدها خود را در برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ نشان دهند، ولی هنوز چیزی که نشانی از فیزیک فراتر از چهار بعد باشد دیده نشده.

ولی در دو سال گذشته امید تازه‌ای پیدا شده. امواج گرانشی، چین و شکن‌هایی در بافت فضازمان که در اثر حرکت اجرام بزرگ پدید می‌آیند، برای نخستین بار در سال ۲۰۱۵ شناسایی شدند. از آنجایی که به احتمال بسیار، گرانش همه‌ی بعدهای موجود را پر می‌کند، امواج آن یک راه نویدبخش ویژه برای دیدن هر بعد دیگر فراتر از آنهایی که می‌شناسیم هستند.

گوستاوو لوسنا گومز از بنیاد ماکس پلانک برای فیزیک گرانشی در پوتسدام آلمان می‌گوید: «اگر بعدهای بیشتری در کیهان وجود داشته باشد، پس امواج گرانشی می‌توانند در هر بعد پیش بروند، حتی در آن بعدهای دیگر.»

گومز و همکارش دیوید اندریو چگونگی تاثیر احتمالی بعدهای بیشتر بر امواج گرانشی که می‌توانیم را ببینیم را محاسبه کردند. آنها دو اثر شگفت‌انگیز یافتند: پدید آمدن امواج اضافی با بسامدهای بالا، و تغییر در شیوه‌ی کش آمدن فضا توسط امواج گرانشی.

آنها پی بردند که امواج گرانشی با انتشار در یک بعد پنجم کوچک، می بایست یک "برج" از امواج گرانشی اضافی با بسامدهایی بالا پدید بیاورند که به طور منظم توزیع می‌شود.

ولی رصدخانه‌های کنونی نمی‌توانند بسامدهایی به این بالایی را ببینند، و بیشتر رصدخانه‌هایی که برای آینده برنامه‌ریزی شده‌اند هم ویژه‌ی بسامدهای پایین‌ترند. پس با این که این موج‌های گرانشی اضافی می‌توانند همه جا باشند، ولی دیدنشان کار دشواریست.

اثر دوم بعدهای بیشتر را شاید آسان‌تر بتوان آشکار کرد، زیرا این اثر امواج گرانشی‌ "معمولی" که می‌توانیم ببینیم را تغییر می‌دهد نه این که سیگنالی اضافه پدید آورد.

گومز می‌گوید: «اگر بعدهای بیشتری در جهان هستی وجود داشته باشد، می‌بایست بافت فضازمان را به شیوه‌ای متفاوت کش بیاورند یا تنگ کنند، شیوه‌ای که امواج گرانشی استاندارد هرگز نمی‌توانند.»

امواج گرانشی با پیشروی در کیهان، فضا را به شیوه‌ی بسیار ویژه‌ای کش و قوس می‌دهند. این مانند کشیدن یک حلقه‌ی لاستیکی است: بیضی‌ای که از حلقه‌ی لاستیکی درست می‌شود در یک جهت بلندتر شده و در جهت دیگر کوتاه‌تر می‌شود، و با رها کردن آن، به شکل آغازین بر می‌گردد [تنش و کرنش فضا].

ولی بعدهای دیگر باعث می‌شوند امواج گرانشی شکل فضا را به شیوه‌ای دیگر تغییر دهند: شیوه‌ای به نام حالت تنفس (breathing mode). آنها نه تنها فضا را دچار تَنش و کُرنش می‌کنند، بلکه به روشی مانند شش‌ها در زمان دم و بازدم، آن را گسترده (منبسط) و فشرده (منقبض) هم می‌کنند.

گومز می‌گوید: «با به کار بردن آشکارسازهای بیشتر توانایی آن را خواهیم داشت که ببینیم آیا این حالت تنفس رخ می‌دهد یا نه.»

امیلیان دوداس از پلی‌تکنیک پاریس در فرانسه می‌گوید: «دیرزمانیست که بعدهای بیشتر از دیدگاه‌های گوناگون مورد گفتگو و بررسی بوده‌اند.»«امواج گرانشی می‌توانند راهی تازه برای جستجوی بعدهای دیگر کیهان باشند.»

ولی اینجا یک بده‌بستان وجود دارد: دیدن برجی از امواج گرانشی بسامد بالا می‌تواند نشانه‌ی قاطعی از بعدهای دیگر باشد، و دیدن یک حالت تنفس هم می‌تواند با شماری از نظریه‌های گرانشی نااستاندارد توضیح داده شود.

دوداس می‌گوید: «این شاید یک نشانه‌ی ویژه و یگانه‌ نباشد، ولی چیز بسیار هیجان‌انگیزیست.»

پژوهشنامه‌ی این دانشمندان زیر عنوان "پژواک‌های بعدهای بیشتر" در مجله به چاپ رسیده. نگارش برخط آن در arXiv در دسترس است.

--------------------------------------------
به کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:

واژه نامه:
extra dimensions - space-time - gravitational wave - gravity - fundamental force - quantum mechanics - Large Hadron Collider - Gustavo Lucena GÓmez - Max Planck Institute for Gravitational Physics - Potsdam - Germany - David Andriot - frequency - rubber band - ellipse - breathing mode - Emilian Dudas - école Polytechnique - France - trade-off - Echoes of extra dimensions

منبع: newscientist

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه