کشف امواج گرانشی به چه معناست
متن سخنرانی :
۱/۳ میلیارد سال پیش، در کهکشانی دوردست، دو سیاه چالهدر یک چرخش مارپیچی گیر افتادند، و بطور اجتناب‌ناپذیری به طرف هم کشیده شده و با هم برخورد کردند، و موادی به ارزش سه برابر خورشید را تبدیل به انرژی خالص در ظرف یک دهم ثانیه کردند. این لحظه کوتاه، درخشش آنها روشن‌تر از همه ستاره‌ها در تمامی کهکشان‌هایی در تمامی گیتی‌های شناخته شده بود. انفجاری بسیار بزرگ رخ داد. بیگ‌بنگ (مهبانگ)اما انرژیشان را بصورت نور آزاد نکردند. منظورم این هست، آنها سیاه‌چاله بودند. همه این انرژیبه گستره فضا و زمان خودش پمپ شد، و باعث انفجار گیتی در امواج گرانشی شد.
بگذارید به شما حسی ازمقیاس زمانی کار در اینجا بدهم. ۱/۳ میلیارد سال پیش، زمین تنها به تکامل زندگیچند سلولی موفق شده بود. از آن زمان، زمین مرجان‌ها، ماهی‌ها گیاهان، دایناسورها، و انسان را تکامل دادهو ساخته و حتی خدا در پناه خدا- اینترنت. و حدود ۲۵ سال پیش، مجموعه ای از فراد خاص بی پروا --- «ری ویس» از موسسه تکنولوژی ماساچوستو دنالد درور از موسسه فناوری کالیفرنیا-- تصمیم گرفتند کار شایسته‌ای خواهد بود که یک دیتکتور( یابنده) لیزریغول‌پیکر ساخته شود برای جستجو در مورد امواج گرانشی از چیزهایی مانند برخورد سیاه‌چاله‌ها.
بیشتر مردم فکر می‌کردد آنها دیوانه‌اند. اما به اندازه کافی افرادی بودند که تشخیص دهند که آنها نخبگانِ دیوانه هستند و بنیاد علوم ملی ایالات متحده تصمیمبه تامین مالی این ایده دیوانه گرفت. پس از یک دو دهه توسعه آن، ساخت و ابتکارات، و یک کار سخت نفس‌گیر، آنها یک دیتکتور به نام لایگو ساختند: رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری.
در چند سال گذشته، لایگو گسترش بزرگی در دقت کار، بهبود فوق العاده‌ای در توانایی تشخیص کار کرد. به همین دلیل حالا آن را لایگو پیشرفته می‌نامند.
در اوایل سپتامبر ۲۰۱۵، لایگو برای آزمایش نهایی روشن شد در حالی که آنها جزئیاتطولانی را آماده کردند. و در ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵، درست یک روز قبل از اینکهدیتکتور شروع به فعالیت کند، امواج گرانشی این سیاه‌چاله ها از زمین عبور کردند. و آنها از درون من و شما عبور کردند. و ازداخل دیتکتورعبور کردند.
( صدا) اسکات هیوز:دو لحظه در زندگی من هست که بیش از همه عاطفی‌است. لحظه تولد دخترم. و دیگری هنگامی که باید با پدرم وقتی دچاربیماری علاج ناپذیری بود خداحافظی می‌کردم. می دانید، این اساسا حاصل تخصص من بود. هر چیزی که من روی آنها کار کردم--دیگر داستانهای تخیلی علمی نیستند!( خنده)
آلن آدام: خُب این دوست خوب من و همکارماسکات هیوز، نظریه پرداز فیزیک درموسسه تکنولوژی ماساچوست هست، که امواج گرانشی سیاه‌چاله‌هاو سیگناال‌هایی که می‌توانند از گیرنده‌هایی مانند لایگو استخراج شوند را برای ۲۳ سل گذشته مطالعه می‌کند.
خب کمی به من وقت بدهید تا بهشما بگویم امواج گرانشی چیست. یک موج گرانشی یک حرکت موجی شکل از زمان و فضا هست. همانطور که موج حرکت می‌کند، این فضا و همه چیز درون آن را در یک جهت بسط و کشیدگی می‌یابد، و جهت دیگر را به هم می فشرده می شود. این امر منجر به تعداد بیشماریهدایت کننده‌ی نسبیت عام حرکات دیوانه‌واری برای نشان دادنسطح‌شان در نسبیت عام کنند. « کشیدگی و فشردگی،کشیدگی و فشردگی.»
خب مشکل با امواج گرانشی این هست که آنها خیلی سست و ضعیف هستند؛آنها غیر طبیعی ضعیف هستند. برای مثال، این امواج که در ۱۴ سپتامبر به ما برخورد کرد-- بله، بر هریک از شما کشیدگی و فشردگی در کنش این امواج ایجاد کرد-- هنگامی این امواج به مردم برخورد می‌کنند،در فردی متوسط معادل یک به ۱۰ به توان ۲۱ کشیدگی ایجاد می‌شود. این عدد اعشار با ۲۰ صفر و یک(۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۱/) به همین دلیل هست که همه فکرکردند که افرادیکه در لایکو کار می‌کنند دیوانه هستند. حتی با گیرنده لیزری به طول پنج کیلومتر-این دیوانه کننده هست-- آنها باید طول این دیتکتور را در کمتر از یک هزارم شعاع یک اتم اندازه بگیرند. و این نامعقول بود.
پس در پایان متن کلاسیک گرانشی او، بنیان‌گذار دیگر لایگو، کیپ تورن تصمیم گرفت تا امواج گرانشیبه شکل زیر جستجو کند: و گفت،«برای بردشتن مشکل تکنیکی برای ساخت چنین دیتکتورهای بسیار زیاد هستند. اما فیزیکدان‌ها نابغه اند، و با حمایت گسترده مردمی، تمامی موانع مطمئنن برداشته خواهند شد.» تورن در سال ۱۹۷۳ منتشر شد، ۴۲ سال قبل از او موفق شود.
حالا برگردیم به لایگو، اسکات دوست دارد بگوید که لایگوبیشتر مانند گوش عمل می‌کند تا مانند چشم. می‌خواهم توضیح دهم که این به چه معناست. نور مرئی طول موجی ، اندازه، که خیلی کوچک از چیزهای پیرامون شماست، اجزاء صورت افراد، اندازه تلفن‌همراه تان. این واقعا مفید هست، چونکه اجازه می‌دهد به شما که تصویریا نقشه‌ای از چیزهای پیرامونتان بسازید، با نگاه کردن به نوری که از نقاط مختلف اطراف شما می‌اید.
صدا متفاوت هست. صدای قابل شنیدن طول موجی دارد کهمی‌تواند تا ۱۵ متر بلندی داشته باشد. و این بسیار مشکل خواهد شد-- در حقیقت، در اهداف عملی،غیر ممکن هست که تصویری از چیزی که مورد نظرتان هستاز آن بسیازید. صورت کودک‌تان. به جای آن، ما از صدا برایشنیدن ویژگیهایی مانند نوا و لحن و آهنگ و بلندی صدا برای پی بردن به داستان پشت صدااستفاده می‌کنیم. این آلیس هست که صحبت می‌کند و این باب هست که صحبت را قطع می‌کند. باب احمق.
خبُ این دقیقا در مورد امواج گرانشی هست. ما نمی‌توانیم از آنها برای ساختنیک تصویرساده از گیتی استفاده کنیم. اما با شنیدن به تغییرات در دامنه و تناوب این امواج، می‌توانیم داستانی را که این امواج می‌گویندرا بشنویم. و حداقل برای لایگو، فرکانس‌هایی که می‌تواند شنیده شونددراین باند صدا هستند. بنابراین اگر الگوی موجبه فشار امواج و هوا بر صدا تبدیل کنید، می‌توانید دقیقا بشنوید که گیتیبا ما صحبت می‌کند. برای مثال، شنیدن صدای گرانش،درست از این روش، می‌تواند به ما درباره برخورددو سیاه‌چاله خیلی بگوید، گاهی همکارم اسکات زمان زیادیدرباره این فکر می‌کند.
( صدا) اسکات هیوز: اگر دو سیاه چاله چرخشی نبودند، شما یک برخورد ساده داشتید: بووپ! اگر این دو چرخش بسیار سریعی داشتیند،من همان برخورد ساده را داشتم، اما با نوسان بالای این، این گونه می‌شود: ووی، ووی، ووی این نوعی واژگان حک شده روی این شکل موج هست.
آلن آدامز: خُب در ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵، تاریخی که بدون شک همیشه در ذهن من زنده خواهد بود. لایگو این را شنید:
[ وژژژژژ]
خب اگر بدانید که چگونه بشنوید،این صدای-
( صدا) اسکات هیوز:... دو سایه‌چاله،هر کدام حدود ۳۰ جرم خورشیدی، که با سرعتی قابل مقایسه باچرخش مخلوط کن شما می‌چرخیدند.
آلن آدامز: ارزش این را دارد کهلحظه‌ای مکث کنیم و ببینیم به معناست. دو سیاه‌چاله، که جرمآنها به اندازه این گیتی است، یکی با جرمی برابر ۲۹ خورشید و دیگر با جرمی برای ۳۶ خورشید، صد بار در ثانیه به دور هم می‌چرخند قبل از اینکه به هم برخورد کنند. تنها قدرت آن را تصور کنید. بی‌نظیر‌است. و ما این را می دانیم چونکه آن را شنیدیم.
و برای این ماندگاری لایگو اهمیت دارد. این روش کاملا نوی برای مشاهده گیتی است که تاکنون هرگز این روش را نداشتیم. این روشی است که به ما اجازه می دهد که گیتی را بشنویم و نامرئی‌ها را بشنویم.
و موارد بسیار زیادی را خواهیم شنید-- در عمل و یا حتی در اساس. برای مثال، اَبرنواخترها: من عاشق این هستم که بدانم که چراستارگان در اَبرنواخترها منفجر می‌شوند. آنها بسیار مفید هستند؛ ما درباره گیتی از آنها بسیار یاد گرفته‌ایم. مشکل این است که همه چیزهای جالبدر فیزیک در یک هسته صورت می‌گیرد، و این هسته در پشت هزاران کیلومتر از آهن و کربن و سیلیکون پنهان شده است. ما هرگز نخواهیم وارد آن شویم، برای نور هم مات و کدر هست.( نور به آن وارد نمی‌شود) امواج گرانشی می‌توانستند وارد آهن شونداگر شیشه‌ای بودند-- و کاملا شفاف بودند. مهبانگ: من عاشق این هستم که نخستین لحظات این گیتی را کاوش کنم، اما هرگز آنها را نخواهیم دید، زیرا مهبانگ هنوز در پشتپسامد فروزش خود پنهان هست. با امواج گرانشی، شاید بتوانیم همه راه را تا به ابتدا عقب‌گرد کنیم. شاید مهمتر از همه، من نظر مثبتی دارم که چیزی بیرون اینجاست که ما هرگز آن را ندیده ایم که شاید هرگز نتوانیم آن را ببینیم و حتی نتوانیم تصور کنیم-- چیزهایی که تنها با شنیدن کشف می‌کنیم.
و در حقیقت، حتی دراولین حادثه، لایگو چیزی را یافتکه انتظارش را نداشتیم. در اینجا همکار من و یکی از اعضای کلیدی همکاران لایگو مت ایونز، همکارم درموسسه تکنولوژی ماساچوستکه این را دقیقا آن را توضیح می‌دهند:
( صدا) مت لیونز: نوعی از ستاره‌هاکه سیاه‌چاله‌ها را بوجود میآورند و ما در اینجا مشاهد می‌کنیم دایناسورهای گیتی هستند. آنها چیزهای عظیمی هستند،قدیمی و از دوران ماقبل تاریخ‌اند، و سیاه‌چاله‌ها چیزی شبیهاستخوان‌های دایناسورها هستند با آنها ما باستان‌شناسی می‌کنیم. خب درواقع به ما اجازه می‌دهند تمامی دیگر زوایایی که خارج از این گیتی هستند را دریابیم و اینکه چگونه ستاره ها بوجود میایند،و پایان می‌پذیرند، و البته، بفهمیم چگونه از اینبه هم ریختگی بوجود آمدیم.
آلان آدامز: چالش امروز ما شنیدن هر چه بیشتر است. به لطف لایگو، می‌دانیم چگونهشناسه‌گرهای نفیسی را بسازیم که بتوان صدای گیتی را با آنها شنید، همه خش‌خش‌ها و جیرجیرهای جهان هستی. کار ما رویاپردازی و ساخترصدخانه‌های نوست-- یک مجموعه نو و کامل از رصدخانه‌ها -- بر روی زمین، در فضا. منظورم این هست، که چه چیزی می‌تواند از شنیدن صدای مهبانگ باشکوه‌تر باشد؟ کار ما اکنون رویا پردازیست. با ما هم رویا شوید.
سپاسگزارم.
( تشویق)
