اثر امواج گرانشی در "حافظه" کیهان می‌ماند

کیهان احتمالا می‌تواند امواج گرانشی را دیرزمانی پس از گذشتن‌شان "به یاد بیاورد". این پیش‌فرض یک مقاله‌ی نظری است که در شماره‌ی ۲۵ آوریل نشریه‌ی "فیزیکال ریویو دی" منتشر شده.

امواج گرانشی ممکن ات خاطره‌ای از خود در حافظه‌ی کیهان بگذارند

امواج گرانشی موج‌هایی ظریف در بافت فضا و زمانند که چند سالی بیشتر نیست انسان‌ها توانسته‌اند شکارشان کنند. این امواج بسیار سریع [با سرعت نور-م] می‌گذرند ولی نویسندگان این پژوهشنامه نشان داده‌اند که آنها پس از گذشتن، احتمالا منطقه‌ای که اندکی تغییر کرده را بر جا می‌گذارند- گونه‌ای یاد و خاطره که از گذر آنها در حافظه‌ی کیهان بر جا می‌ماند.

این تغییرات، که پژوهشگران آنها را "جلوه‌های دیداری (نمای-ظاهرِ) ماندگار امواج گرانشی" خوانده‌اند از خودِ امواج گرانشی هم محوترند، ولی اثرهایشان مدت بیشتری می‌پاید: با گذشتن امواج گرانشی از نقطه‌ای، اجرام می‌توانند کمی از جای خود جابجا شوند. جایگاه ذرات در فضا می‌تواند تغییر کند. حتی خود زمان هم کمی از تنظیم خارج می‌شود و در جاهای گوناگونی از زمین با رعت اندکی متفاوت می‌گذرد.

این تغییرات به اندازه‌ای کوچکند که دانشمندان به سختی می‌توانند آشکارشان کنند. پژوهشگران در مقاله‌ی خود نوشته‌اند ساده‌ترین راهکار برای دیدن این اثرها روشی‌ست که در آن، دو نفر، هر کدام "یک آشکارساز موج گرانشی را با خود حمل کنند"- این چیزی مانند یک جوک است زیرا این آشکارسازها بسیار بزرگند.

ولی راه‌های دیگری برای دیدن احتمالی این خاطره‌ها هست. یکی از بدیهی‌ترین آنها اینست: جستجو برای یافتن جابجایی‌هایی در آینه‌های آشکارساز‌های امواج گرانشیِ موجود [آشکارسازهای لایگو و ویرگو-م].

امروزه دانشمندان برای آشکارسازی امواج گرانشی رصدخانه‌هایی را می‌سازند که در آنها، باریکه‌های بسیار آرام و پایداری از لیزر تا مسافت‌های بسیار بلند شلیک می‌شود. اگر این باریکه‌ها اندکی تکان بخورند، نشانه‌ی اینست که یک موج گرانشی گذشته. فیزیکدانان با بررسی این تکان‌ها می‌توانند این امواج را اندازه بگیرند. نخستین نمونه از چنین آشکارسازی‌هایی در سال ۲۰۱۵ انجام شد، و از آن هنگام، فناوری به گونه‌ای پیشرفت کرده که اغلب هفته‌ای یک بار امواج گرانشی در این رصدخانه‌ها شکار می‌شود.

این امواج از رویدادهایی سهمگین در فضای بسیار دوردست، مانند برخورد سیاهچاله‌ها و ستارگان نوترونی سرچشمه می‌گیرند. ولی هنگامی که این امواج به زمین می‌رسند چندان چشمگیر نیستند و به سختی آشکار می‌شوند. اثرهای بلندمدتشان از این هم کمتر پیداست.

ولی این آینه‌ها پیوسته با چنان دقتی اندازه‌گیری می‌شوند که با گذشت زمان، جابجایی‌های احتمالی که در اثر گذشتنِ امواج گرانشی روی آنها رخ می‌دهد می‌تواند به اندازه‌ای شدید شود که پژوهشگران می‌توانند آنها را ببینند. این دانشمندان یک مدل ریاضی پدید آوردند که پیش‌بینی می‌کند آینه‌ها در درازنای زمان، در اثر هر موج گرانشی چقدر باید جابجا شوند.

روش دیگر برای دیدن این اثرهای بلندمدت، به کار بردن ساعت‌های اتمی و ذرات چرخان (spinning particle) است. [فراموش نکنید که موج گرانشی در بافت فضازمان موج می‌اندازد و بنابراین اثرش را روی هر دوی آنها می‌گذارد-م]

ساعت‌های اتمی‌ای که در فاصله‌های دور از هم گذاشته شده باشند می‌توانند یک موج گرانشی را به روشی متفاوت تجربه کنند، از جمله از راه اثرهای درنگ (تاخیر) زمانی: برای یکی از ساعت‌ها، زمان می‌تواند کندتر از ساعت دیگر شود [در اثر گذشتن موج گرانشی] و بنابراین تغییرات کوچکی که در خوانشِ زمان توسط آنها دیده می‌شود نمونه‌ای از یاد امواج گرانشی در حافظه‌ی کیهان محلی خواهد بود.

در پایان، یک ذره‌ی چرخان کوچک می‌تواند رفتارش پیش و پس از گذشتن یک موج گرانشی با هم تفاوت پیدا کند. آن را در محفظه‌ای در یک ازمایشگاه رها کنید و نرخ و جهت اسپینِ آن را اندازه بگیرید؛ سپس دوباره، پس از گذشتن موج گرانشی هم این نرخ و جهت را اندازه بگیرید. تفاوت در رفتار این ذره می‌تواند گونه‌ی دیگری از خاطره‌های موج گرانشی در یاد کیهان را نشان دهد.

این پژوهشنامه‌ی نظری، هیچ هم که نباشد دستکم به دانشمندان روش فریبنده‌ی تازه‌ای برای ساختن آزمایشگاه‌های بررسی امواج گرانشی می‌دهد.

--------------------------------------------

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه نامه:

Physical Review D - gravitational wave - Earth - laser beam - black holes - neutron star - spinning particle - atomic clock - spin

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان