بشر سالها است که با نور و جاذبه آشنا است.

جیمز ماکسول
جیمز ماکسول

 نور مریی از سالیان دور شناخته شده بوده و در صده هفده و هجده میلادی با کارهای دانشمندانی چون ویلیام هرشل (کشف امواج فروسرخ در ۱۸۰۰) ، یوهان ویلهلم ریتر (کشف امواج فرا بنفش در ۱۸۰۱) و مایکل فارادی (کشف رابطه امواج با میدان مغناطیسی در ۱۸۴۵) این آشنایی کاملتر شد

و سرانجام با ارایه قوانین تئوری جیمز ماکسول در ۱۸۶۰ (چهار معادله با مشتقات جزیی مربوط به میدان های مغناطیسی) مشخص شد که همه اینها قسمت های مختلف طیف امواج الکتورمغناطیس بوده اند.

تيوری ماکسول راه را برای اکتشاف سایر قسمت های طیف هموار کرد و در سالهای بعد امواج رادیویی (هاینریش هرتز ۱۸۸۶)، امواج X (ویلیام رونتگن) و امواج گاما (توسط پايول اولریش ویلار، ویلیام هنری براگ، ارنست رادرفورد و ادوارد آندراده در فاصله ۱۹۰۰ تا ۱۹۱۴) کشف شدند.

و به فاصله کوتاهی این اکتشافات منجر به اختراع وسایل کاربردی بسیاری در پزشکی، ارتباطات و سایر علوم گشتند (رادیو، ابزارهای عکس برداری های پزشکی، لامپ روشنایی، بیسیم و غیره ..)

به طوریکه امروزه تصور زندگی بدون ابزارهایی که با استفاده از امواج الکترو مغناطیس کار میکنند تقریبا غیر ممکن است!

 

 

نمودار طیف الکترومغناطیسی که نشان دهنده خواص مختلف امواج الکترومغناطیس در طیف وسیعی از فرکانس و طول موج است
نمودار طیف الکترومغناطیسی که نشان دهنده خواص مختلف امواج الکترومغناطیس در طیف وسیعی از فرکانس و طول موج است

 

 

آلبرت انیشتن
آلبرت انیشتن

 

کشف نیروی جاذبه را به نیوتن و داستان افتادن سیب نسبت میدهند، اما بشر سالهاست که نیروی گرانش را میشناسد.

اما وجود امواج گرانشی در ۱۹۱۶ توسط آلبرت انیشتن به عنوان قسمتی از تیوری نسبیت عام پیش‌بینی شد. امواج گرانشی انرژی را به صورت تشعشع گرانشی انتقال میدهند.

در فیزیک نیوتنی یا کلاسیک تعامل بین اجسام بلافاصله یا با سرعت بی نهایت اتفاق می‌افتد در حالی که در فیزیک نسبیتی نامساوی لورنتز حکم میکند که تعامل بین اجسام دارای سرعت محدودی باشد در نتیجه درحالی که در فیزیک نیوتنی امواج گرانشی وجود ندارد در فیزیک نسبیتی این امواج به عنوان نتیجه نامساوی لورنتز پیش‌بینی می شوند.

 

در نظریه نسبیت عام اینشتین، گرانش به عنوان یک پدیده ناشی از خمش فضازمان محسوب می شود. این خمش به علت جرم ایجاد می شود. به طور کلی، هر چه جرم بیشتری در یک حجم معین از فضا موجود باشد، خمش فضازمان در مرز این فضا بیشتر خواهد بود.

نمایش دو بعدی از امواج گرانشی تولید شده توسط دو ستاره نوترونی در حال چرخش به دور یکدیگر
امواج گرانشی ناشی از دو ستاره نوترونی در حال چرخش به دور یکدیگر

 

همانطور که اشیاء دارای جرم در اطراف در فضا-زمان حرکت میکنند، این انحنای در مرز فضا نیز تغییر میکند تا منعکس کننده تغییر مکان اجرام باشد.

در شرایط خاص، اشیایی که شتاب میگیرند تغییراتی در این انحنا ایجاد میکنند، که با سرعت نور و به شیوه ای موج مانند به بیرون منتشر می شود. این پدیده انتشار به عنوان امواج گرانشی شناخته می شود.

وقتی یک موج گرانشی از یک ناظر دور می گذرد، ناظر به واسطه کرنش ایجاد شده تغییرات انحنای فضا-زمان را حس خواهد کرد. با عبور موج گرانشی فاصله بین اشیاء آزاد به صورت منظم و متناوب و با فرکانس موج عبوری افزایش و کاهش خواهد یافت.

با وجود اینکه اشیاء آزاد هرگز تحت یک نیروی نامتعادل کننده قرار نگرفته اند این تغییر فاصله رخ می دهد. و بزرگی این اثر با افزایش فاصله از منبع تولید موج کاهش می یابد.

پیش بینی می شود که ستاره های نوترونی دوتایی به هنگام به هم پیوستن، به دلیل شتاب بسیار زیاد جرم آنها هنگامی که در مدار نزدیک به یکدیگر حرکت می‌کنند، یک منبع قدرتمند از امواج گرانشی باشند.

 

یک دیاگرام شماتیک از یک تداخل سنج لیزری
یک دیاگرام شماتیک از یک تداخل سنج لیزری

 

منابع قدرتمند تولید امواج گرانشی ذوج هایی از کوتوله های سفید، ستاره‌های نوترونی و سیاه چاله ها هستند. که احتمال تشخیص امواج قدرتمند حاصل از آن‌ها در دوردست ها وجود دارد.

در حال حاضر انواع مختلفی از سامانه های تشخیص امواج گرانشی وجود دارد و یا در حال ساخت می‌باشد که یکی از آن‌ها سامانه LIGO است که در سپتامبر ۲۰۱۵ شروع به کار کرد.

قبل از مشاهده مستقیم امواج گرانشی نیز شواهد غیر مستقیمی بر وجود آن‌ها در دسترس بود به عنوان مثال مشاهده زوج ستاره‌ نوترونی معروف به دوتایی هولس تیلور تأیید میکرد که امواج گرانشی بیش از یک فرضیه است.

اما در ۱۱ فوریه ۲۰۱۶ تیم پژوهشی LIGO همراه با تیم پژوهشی Virgo اعلام کردند که موفق به کشف مستقیم امواج گرانشی حاصل از یک جفت سیاهچاله ی در حال به هم پیوستن گشته اند.

 

طیف امواج گرانشی با منابع و آشکارسازهای آنها از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا
طیف امواج گرانشی با منابع و آشکارسازهای آنها از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا

 

این کشف ما را در نقطه عطف دیگری از تاریخ علم قرار میدهد، امواج گرانشی که در سال ۱‍۹۱۶ توسط آلبرت انیشتن پیشبینی شده بودند در سال ۲۰۱۶ بلاواسطه تشخیص داده شده‌اند و اکنون باید انتظار کشید تا در سالهای آتی قسمت‌های دیگر این طیف نیز کشف شود.

کاربردهای علمی کشف امواج گرانشی از هم‌اکنون نیز وجود دارند بعنوان مثال بررسی قسمت‌هایی از کهکشان مانند مشاهده سیاه چاله ها که تاکنون توسط امواج الکترومغناطیس مقدور نبوده ممکن خواهد شد.

همچنین واکاوی قسمتهایی از تاریخ آغاز شکل‌گیری جهان قبل از نوترکیبی (recombination) در ۳۸۷ هزار سال پس از انفجار بزرگ (Big Bang) که تاکنون با استفاده از امواج الکترومغناطیس مقدور نبوده ممکن خواهد شد.

 

تاریخ شکلگیری جهان - فرضیه این است که امواج گرانشی ناشی از تورم کیهانی هستند، گسترشی سریع تر از نور درست لحظه ای پس از انفجار بزرگ
تاریخ شکلگیری جهان - فرضیه این است که امواج گرانشی ناشی از تورم کیهانی هستند، گسترشی سریع تر از نور درست لحظه ای پس از انفجار بزرگ

 

اما باید دید در سالهای آتی این کشف مهم چه تغییری در زندگی روزمره ما خواهد گذاشت و همچنان که امروز زندگی ما آکنده از وسایل و ابزارهایی است که با امواج الکترومغناطیس کار میکنند صد سال بعد از این ابزارهایی اینچنین که با امواج گرانشی کار میکنند نیز در زندگی ما حضور خواهند داشت یا نه؟

 

نوشتن دیدگاه


تصویر امنیتی
تصویر امنیتی جدید

 

آموزش های گام به گام

آموزش انسیس ANSYS به زبان فارسی

دومین دوره مسابقات برنامه نویسی دانش آموزی امیرکبیر

دومین دوره مسابقات برنامه نویسی دانش آموزی امیرکبیر

ادامه مطلب...

دومین دوره مسابقات برنامه نویسی دانش آموزی امیرکبیر

دومین دوره مسابقات برنامه نویسی دانش آموزی امیرکبیر

ادامه مطلب...

سمینار پردازش زبان طبیعی

سمینار پردازش زبان طبیعی
سمینار پردازش زبان طبیعی

ادامه مطلب...

سمینار خانه های هوشمند برای دوران پیری

سمینار خانه های هوشمند برای دوران پیری

ادامه مطلب...