دکتر حسن بلوری،
برلین، ۲۰۲۶٫۰۸٫۰۶
Gravitational Waves and Cosmic Structure
******
توصیفِ کاملِ جهانِ هستی بدون شناخت کافی از شرایط و مسائل آغازین آن ناممکن است. یکی از بنیادیترین آنها، مسئلهٔ پسزمینهُ امواجِ گرانشی، یک نوفهِ (Noise) پسزمینه، در سراسر گیتی، و نقش آن در ساختارِ کیهان است.
فشرده
بنابر فیزیک نظری. امواجِ گرانشی اولیه، کوتاه زمانی پس از انفجار بزرگ ایجاد شده و نقش تعیین کننده در برهمکنشهای آغازین کیهان و سرعت انبساط آن داشته است. اما، جزئیات این فرایندها، برای مثال فاز تورمی کیهان۲، روشن نیست. سوای این مسائل، کشف امواج گرانشیِ اخترفیزیکی در سال ۲۰۱۵ ما را در آستانه ی عصر جدید با چشمانداز بسیار شگفتانگیزتر از آنچه تاکنون از طریق امواج الکترومغناطیسی در بارهی جهان هستی دریافتهایم، قرار داده است.
امواجِ گرانشی اولیه، برخلاف امواج گرانشیِ اخترفبزبکی، ناشی از آمیختگی (تداخلِ) سیاهچالهها یا انفجار ابرستارهها نیست. امواج گرانشی اولیه، بنابر برآوردهای نظریه تورم کیهانی، حدود ۳۴–۱۰ثانیه پس از انفجار بزرگ ایجاد شده و طول موجشان همسو با انبساط کیهان افزایش یافته و اکنون نوعی پسزمینهی (نوفه) کیهانی را تشکیل میدهند. کشف و بررسیِ این امواج گرانشی با طول موجهای بسیار بزرگ نیاز به آشکارسازهایی در ابعاد کیهانی دارد. شواهد نشان میدهند که کشف این امواج از طریق آرایه زمانسنجی تباخترها (Pulsar Timing Array) امکانپذیر است.
در این مقاله میخواهیم پس از پیشگفتار، به مفهوم امواجِ گرانشی (اخترفیزیکی و پسزمینهای) و رابطهی این امواج با فضازمان پرداخته و در ادامه خاستگاههای امواج گرانشی، ساختار و شیوهی کار آشکارسازهای مربوطه را توضیح دهیم.
یادآوری
۱. در مقالهٔ ’فضازمان کلاسیک‘۳: با یافتههای ۲۵قرن گذشته در بارهٔ فضازمانِ کلاسیک و لزوم اصلاح آنها آشنا شدیم. ۲. در مقالهٔ ’معمّای فضازمان‘۴: بهطرح مسئلهٔ فضازمان در رابطه با نظریه نسبیت عام و نظریه کوانتومی پرداختیم. ۳. در مقالهٔ ’محدودینتهای شناخت فضازمان‘۵: محدودیتها را از جمله اختلاف در ساختارهای نظری ملاحظه کردیم.
۴. در مقالهٔ ’فضازمان کوانتومی‘۶: به کوانتیزهکردن هندسهٔ فضا و لزوم ملاحظهٔ گرانش در اصل عدم قطعیت پرداختیم.
پیشگفتار
تصور میشود کوتاه زمانی پس از انفجار بزرگ (؟) عصر تورم آغاز شده و کیهان در این دوران با سرعت بالایی، در طول ۳۳–۱۰ تا ۳۰–۱۰ ثانیه با ضریبی برابر با ۱۰۳۰ الی ۱۰۵۰، انبساط یافته است. این اندازهها نشان میدهند که سرعت انبساط کیهان در عصر تورم بیشتر از ’سرعت نور‘ بوده است! البته، این گفته بهمعنای آن نیست که سرعت انبساط کیهان در آن دوران با نظریهی نسبیت که حداکثر سرعت در طبیعت را ’سرعت نور‘ میداند، در تضاد است. چراکه بنابر نظریه نسبیت، ’سرعت نور c‘ یک حالت معمولی از حرکت در فضا نیست، بلکه توصیف قانون طبیعت است که فضا و زمان را بههم پیوند میزند. در حالیکه، منظور از سرعت انبساط کیهان، سرعت انبساط خودِ کیهان است.
بزرگیِ بخش قابل مشاهدهیِ کنونی کیهان در آغاز عصر تورم کوچکتر از شعاع یک ذره پروتون ( ۱۵–۱۰ • ۰٫۸۴ متر) بوده که در طول تورم تا نزدیک به ۱۰سانتیمتر انبساط مییابد. جزئیات این دوران و علت پایان یافتن آن روشن نیست.
امواج گرانشی اولیه (امواج گرانشی پسزمینه) یا نوفه پسزمینه به میدانی از امواج گرانشی از دوران آغازین کیهان گفته میشود. این امواج جهت مشخصی در آسمان ندارند و سرعت انتشار آنها برابر است با سرعت نور، حدود سیصدهزارکیلومتر در ثانیه. طولِ موجِ امواج گرانشی اولیه همسو با انبساط کیهان افزایش، بسامدشان کاهش، یافته است، یعنی اکنون طول موج بسیار بزرگی دارند. از اینرو، کشف آنها بهمراتب دشوارتر از امواج گرانشیِ اخترفیزیکی است.
شناخت از شرایط و مسائل آغازین کیهان (کیهانِ کوانتومی) نیازمند کوانتیزهکردن گرانش۷ است. برای این منظور بیشتر دو ایده مطرح است: ۱. کوانتیزه کردن نظریه نسبیت عام که در حال حاضر بیشتر در شکل گرانش کوانتومی حلقوی۷ مطرح است. ۲. نظریه ریسمانها: کسب گرانش کوانتومی از طریق جایگزینی ذرات “نقطهای” با رشتههای انرژی کوچک و در حال لرزش به نام “ریسمانها”. در این نظریه صحبت از۱۰بُعد و یا بیشتر است. ناگفته نماند که از زمان طرح این نظریه در نبمه.دوم قرن گذشته تاکنون نتیجه فیزیکی خاصی کسب نشده است.۸و۹
با توجه به نکات ذکر شده، سعی میکنیم در زیر، پس از معرفی مفهومِ امواجِ گرانشی اخترفیزیکی و مفهوم امواج گرانشی پسزمینه و شیوهی سنجش و واکاوی این امواج به رابطه آنها با فضازمان (کیهان) بپردازیم.
برای مطالعه متن کامل نوشته با فرمت پی دی اف لطفا اینجا کلیک کنید
******
به کانال تلگرام سایت ملیون ایران بپیوندید