نظریه اینشتین پس از یک قرن بالاخره تایید شد؛ امواج گرانشی حقیقت دارند

98 سال پیش، آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عام خود، به امواج گرانشی اشاره کرد، موج هایی که در بعد فضا-زمان حرکت می کنند. اما حالا پس از یک قرن، دانشمندان موفق شدند تا وجود چنین موجی را در دنیای پیرامون تایید کنند. به جرات، این اتفاق، یکی از بزرگ ترین یافته های چندین دهه ی اخیر دنیای علم و دانش است.

رصدخانه LIGO و دانشمندانی که روی این پروژه کار می کردند، مسئولیت اکتشاف این امواج را به عهده دارند. رصدخانه LIGO، دو ساختار L مانند دارد که در واشنگتن و لوییزیانا واقع شده اند و به وسیله سنسورهای آن، دانشمندان توانسته اند امواج را رصد نمایند.

این موج ها زمانی ایجاد می شوند که دو سیاه چاله، دو ستاره نوترونی یا یک ستاره نوترونی و یک سیاه چاله، با یکدیگر برخورد کنند. در این حالت، آن ها سبب خمیدگی در بعد فضا-زمان شده و آن را به فضای پیرامون خود منتقل می سازند. این چنین است که انسان ها در زمین هم تاثیر آن را حس خواهند کرد.

نظریه نسبیت عام، دو مسئله کاملا متفاوت را با یکدیگر ترکیب می کند تا شیوه کارکرد دنیا را توصیف نماید. نسبیت اینشتین نشان داد که چگونه جرم و انرژی با یکدیگر در ارتباط هستند و از سوی دیگر، قانون جاذبه نیوتن هم توضیح می دهد که چگونه اشیاء در دنیا به یکدیگر متصل باقی مانده اند.

پس از اینکه اینشتین نظریه نسبیت عام را مطرح کرد، وی فرض را بر این گذاشت، امواج گرانشی زمانی ایجاد می شوند که دو جسم بزرگ با یکدیگر برخورد کنند. و حالا این مسئله رسما تایید شده. حق با اینشتین بود و یک قرن طول کشید تا حرف او به اثبات رسد.

با این حال، دانشمندان دست از بررسی و تحقیق در رابطه با امواج گرانشی نخواهند کشید. آن ها هنوز نمی دانند که نظریه کوانتوم را چگونه با نظریه نسبیت تطبیق دهند. پس هنوز هم این احتمال وجود دارد که بخش هایی از نظریه اینشتین مورد تایید قرار نگیرد، صرفا باید منتظر ماند.

فضا-زمان را همانند یک صفحه ی کشیده شده و محکم در نظر بگیرید، مثل صفحه پلاستیکی ترامپولین. وقتی شی بزرگی مثل یک ستاره یا سیاهچاله روی آن قرار بگیرد، صفحه ی فضا-زمان دچار کشیدگی شده و ما این کشیدگی را به شکل جاذبه حس می کنیم.

کیتی مک، اخترفیزیکدان آمریکایی که البته با LIGO همکاری نداشته در مصاحبه ای می گوید فضا-زمان مثل یک چیز نرم و قابل انعطاف است. می تواند کشیده یا فشرده شود و در همین حال، امواج از آن عبور می کنند. بنابراین، هر آنچه که در این دنیا رخ می دهد، از تابش نور تا جا به جایی یک جسم، درون فضا-زمان رخ می دهد. روی آن اثر می گذارد و از آن اثر می پذیرد.

فضا-زمان پیرامون هر جسمی، ممکن است تحت تاثیر دیگر اشیاء فضایی پیرامونش دچار تغییر شود. همانطور که خورشید چرخش سیارات و فاصله شان را توسط نیروی جاذبه اش کنترل می کند. در مورد برخورد سیاه چاله ها و ستاره های نوترونی نیز همین مسئله صادق است.

مادامیکه دو جسم به یکدیگر نزدیک تر می شوند، شدت موج ها نیز افزایش یافته و وقتی هر دو با هم ترکیب می شوند، موجی با فرکانس بالا ایجاد می شود. برخی دانشمندان حتی توانسته اند که این موج ها را به صدا هم تبدیل کنند تا قابل فهم تر شوند.

اگرچه این امواج سهمگین در سرتاسر دنیا پخش شده اند اما انسان ها با حساس ترین ابزارها فقط می توانند آن ها را احساس کنند. در سال 1979، برای اولین بار تحقیقاتی در این ارتباط منتشر شد که به اثبات کلی نرسیدند. لازم به ذکر است که ابزارها در آن دوران به اندازه کافی دقت نداشتند.

در سال 2014 نیز، یک بار دیگر دانشمندان تصور کردند که موفق به پیدا کردن امواج گرانشی شده اند که باز هم گزارش های پس از آن، غلط بودن ماجرا را تایید نمود. اما حالا پس از جستجوهای فراوان، گویا نتایج به دست آمده از LIGO کاملا غیر قابل انکار هستند.

LIGO یک رصدخانه ی بسیار بزرگ بوده که دارای دو بازی 4 کیلومتری و L مانند است. لیزرهای قدرتمندی در طول این 4 کیلومتر جریان دارند و امواج گرانشی را ثبت می کنند. وقتی نور لیزر از یک سر بازو، به انتهای دیگر می رسد، یک آینه آن را به تقاطع L باز می گرداند. از آنجایی که هر دو نیمه، با یکدیگر مساوی هستند و نور لیزرها هم با سرعت نور درون آن ها حرکت می کند، ذرات همزمان به نقطه تقاطع رسیده و باز می گردند.

بنابراین اگر در هر لحظه، موج گرانشی از میان آن ها گذر کند، تساوی بر هم خورده و نورها همزمان به نقطه ی تقاطع نمی رسند. اینگونه می توان به میزان و شدت امواج نیز پی برد. اگر یک موج گرانشی بسیار اندک باشد، در حد 1 هزارم قطر پروتون، و تغییر در بازوها ایجاد کند، دو نور هیچگاه همزمان با یکدیگر برخورد نخواهند داشت.

دانشمندان برای بررسی وضعیت امواج، حتما به دو بازو در رصدخانه نیازمندند. تا تاثیر یکی، بر دیگری را متوجه شوند. LIGO به این علت دقت بالایی دارد که با سرعت نور کار می کند و هیچ چیز بهتر از سرعت نور برای سنجش امواج گرانشی نیست.

این دو بازو در سال 1999 ساخته شدند و از سال های 2002 تا 2010 کار خود را آغاز کردند. سپس برای مدتی دستگاه ها خاموش شد و ارتقا یافتند که آن ها را سه برابر قوی تر و حساس تر از قبل نمود.

دست آخر، امروز، 11 فوریه سال 2016، دانشمندان با قطعیت تمام توانستند وجود امواج گرانشی را اثبات کرده و بخشی از نظریه نسبیت عام اینشتین را تایید نمایند.