(11 فبراير 2016) في التاريخ الأول ، تم اكتشاف موجات الجاذبية لأينشتاين مباشرة

ملاحظة المحرر في 3 أكتوبر 2017: عالم الفيزياء الفلكية كيب ثورن وباري باريش من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، وراينر فايس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حصل على جائزة نوبل في الفيزياء من أجل الكشف الأول عن موجات الجاذبية. فيما يلي تغطيتنا لهذا الاكتشاف التاريخي.





تم اكتشاف موجات الجاذبية ، التموجات الكونية التي تشوه الزمكان نفسه ، مباشرة لأول مرة.

في إعلان متوقع للغاية اليوم (11 فبراير) ، أبلغ باحثون تابعون لمرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) عن اكتشاف موجات الجاذبية. ال التقطها LIGO قال علماء إن تصادم ثقبين أسودين تم اكتشافهما في 14 سبتمبر 2015 بواسطة كاشفين توأمين تابعين لليجو في ليفينجستون ولويزيانا وهانفورد بواشنطن.

أرسل هذا الانهيار الكوني موجات جاذبية تتدفق إلى الخارج بسرعة الضوء ، مما تسبب في تموجات في نسيج الزمكان ، على غرار الطريقة التي تسبب بها سقوط حصاة في إزعاج بركة ساكنة. قال الباحثون إن الاصطدام وقع قبل 1.3 مليار سنة بين الثقوب السوداء التي كانت أكبر بنحو 29 و 36 مرة من الشمس ، على التوالي. وأضافوا أنه أثناء الانهيار ، تم تحويل حوالي ثلاثة أضعاف كتلة الشمس إلى موجات جاذبية في أقل من ثانية ، مما أدى إلى توليد طاقة ذروة تبلغ حوالي 50 ضعفًا للكون المرئي بأكمله.



موجات الجاذبية التي اكتشفها ليجو: تغطية كاملة

يظهر الموقع المحتمل لتصادم الثقب الأسود الذي أدى إلى ظهور موجات الجاذبية التي اكتشفها مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية في هذه الصورة الثابتة من المؤتمر الصحفي لمؤسسة العلوم الوطنية في واشنطن العاصمة في 11 فبراير 2016. حدث التصادم 1.3 مليار سنة في منطقة من الفضاء فوق الأرض

يظهر الموقع المحتمل لتصادم الثقب الأسود الذي أدى إلى ظهور موجات الجاذبية التي اكتشفها مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية في هذه الصورة الثابتة من المؤتمر الصحفي لمؤسسة العلوم الوطنية في واشنطن العاصمة في 11 فبراير 2016. حدث التصادم 1.3 مليار سنة في منطقة فضائية فوق نصف الكرة الجنوبي للأرض ، كما يقول العلماء.(رصيد الصورة: مؤسسة العلوم الوطنية)



قال المدير التنفيذي لمختبر ليجو: 'إن ملاحظتنا لموجات الجاذبية تحقق هدفًا طموحًا تم تحديده منذ أكثر من خمسة عقود للكشف المباشر عن هذه الظاهرة المراوغة وفهم الكون بشكل أفضل ، وإرث أينشتاين في الذكرى المئوية لنظريته العامة في النسبية'. ديفيد ريتزي ، مدير معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، في بيان.

باستخدام أشعة الليزر ، اكتشف العلماء التشوهات الفيزيائية الناتجة عن تمرير موجات الجاذبية.

باستخدام أشعة الليزر ، اكتشف العلماء التشوهات الفيزيائية الناتجة عن تمرير موجات الجاذبية.(رصيد الصورة: بقلم كارل تيت ، فنان الرسوم البيانية)



يعد الاكتشاف لحظة فارقة في علم الفلك والفيزياء الفلكية. على عكس موجات الضوء ، لا تتشوه موجات الجاذبية أو تتغير بالتفاعلات مع المادة أثناء تسابقها عبر الفضاء ؛ وبالتالي ، فإنهم يحملون معلومات 'نقية' حول الأشياء والأحداث التي خلقتها ، وفقًا لباحثي LIGO.

من خلال هذه الطريقة الجديدة تمامًا لفحص الأجسام والظواهر الفيزيائية الفلكية ، ستفتح موجات الجاذبية حقًا نافذة جديدة على الكون ، مما يوفر لعلماء الفلك وغيرهم من العلماء لمحاتهم الأولى عن عجائب لم يسبق لها مثيل وغير مرئية من قبل ، وتضيف إلى حد كبير فهمنا للطبيعة من المكان والزمان نفسه ، ' كتب أعضاء فريق LIGO في وصف المشروع عبر الإنترنت.

تنبأ ألبرت أينشتاين بموجات الجاذبية لأول مرة في بحثه الشهير عام 1916 عن النسبية العامة. من أغرب المعتقدات المركزية للنسبية العامة أن المكان والزمان ليسا أشياء منفصلة بل مرتبطان معًا في نسيج واحد: الزمكان. الأجسام الضخمة ، مثل النجوم ، تمد هذا النسيج وتنحنيه ، نوعًا ما يشبه كيف تشوه كرة البولينج ورقة مطاطية. تتسبب هذه الانخفاضات في قيام أجسام مثل الكواكب ، وحتى الضوء ، باتخاذ مسار منحني حول تلك الأجسام الأكثر ضخامة.

تؤثر موجات الجاذبية على هذا النسيج أيضًا ، مما يتسبب في حدوث تشوهات تشبه التموجات. أكدت الدراسات السابقة وجود موجات الجاذبية - الناتجة عن تسارع (أو تباطؤ) الأجسام الضخمة - من خلال طرق غير مباشرة ، لكن اكتشاف LIGO هو أول اكتشاف مباشر لهذه الظاهرة الغامضة.

قال راينر فايس ، عضو فريق LIGO ، من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT): `` وصف هذه الملاحظة بشكل جميل في نظرية أينشتاين للنسبية العامة التي تمت صياغتها قبل 100 عام وتشتمل على الاختبار الأول للنظرية في الجاذبية القوية ''. بالوضع الحالي. 'كان من الرائع مشاهدة وجه أينشتاين لو كنا قادرين على إخباره'.

تعرض المخططات إشارات موجات الجاذبية المكتشفة بواسطة مراصد ليجو في ليفينجستون ، لويزيانا ، وهانفورد ، واشنطن. تم الإعلان عن اكتشاف موجات الجاذبية بواسطة ليجو في 11 فبراير 2016.

تعرض المخططات إشارات موجات الجاذبية المكتشفة بواسطة مراصد ليجو في ليفينجستون ، لويزيانا ، وهانفورد ، واشنطن. تم الإعلان عن اكتشاف موجات الجاذبية بواسطة ليجو في 11 فبراير 2016.(رصيد الصورة: LIGO)

لا يستطيع LIGO إلا رصد موجات الجاذبية القوية نسبيًا ، والتي تنشأ عن أحداث درامية ، مثل ثقبين أسودين يدوران حول بعضهما البعض ثم يتصادمان ، أو اندماج جثث نجمية فائقة الكثافة تسمى النجوم النيوترونية. قال أعضاء فريق LIGO إن الكاشف يمكنه أيضًا العثور على موجات الجاذبية الناتجة عن انفجار نجم ، يُعرف باسم المستعر الأعظم.

يمثل اكتشاف تموجات الزمكان هذه تحديًا خطيرًا. عندما تمر موجة الجاذبية عبر الأرض ، فإنها تسحق الفضاء في اتجاه واحد وتمدده في اتجاه آخر. يبحث LIGO عن هذا الالتواء في الزمكان باستخدام كاشفين على شكل حرف L ؛ أحدهما في ليفينغستون ، لويزيانا ، والآخر في هانفورد ، واشنطن.

يبلغ طول كل ذراع في كل كاشف 2.48 ميل (4 كيلومترات). بالقرب من نقطة التقاء الذراعين ، يتم إطلاق نبضة من ضوء الليزر أسفل كل ذراع في وقت واحد. تنتقل النبضات إلى أسفل الذراع ، وترتد عن المرآة في النهاية البعيدة وتعود بالقرب من نقطة البداية ، عند صُلب حرف 'L.'

يظهر الاكتشاف التاريخي لموجات الجاذبية بواسطة مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية في هذه المؤامرة خلال مؤتمر صحفي في واشنطن العاصمة في 11 فبراير 2016.

يظهر الاكتشاف التاريخي لموجات الجاذبية بواسطة مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية في هذه المؤامرة خلال مؤتمر صحفي في واشنطن العاصمة في 11 فبراير 2016.(رصيد الصورة: مؤسسة العلوم الوطنية)

إذا مرت موجة جاذبية ، فسوف تضغط على إحدى ذراعي الكاشف وتمدد الأخرى. نتيجة لذلك ، سوف يستغرق شعاع الضوء الذي ينتقل إلى أسفل الذراع الممدودة وقتًا أطول قليلاً للعودة إلى نقطة البداية أكثر من شعاع الضوء الذي ينتقل عبر الذراع المضغوطة. (إذا تم رصد الإشارة نفسها بواسطة كلا الكاشفين ، يمكن للباحثين أن يكونوا واثقين من أن الإشارة حقيقية ، وليست نتيجة الظروف البيئية في أحد الموقعين. كما يسمح تسجيل الإشارة في موقعين مختلفين للعلماء بالعثور على مصدر موجة الجاذبية في السماء بالتثليث.)

يبدو هذا المنطق بسيطًا بما فيه الكفاية ، لكن التغيير في طول كل ذراع أصغر بكثير من عرض نواة الذرة. إذا امتد كاشف LIGO على طول الطريق من الشمس إلى أقرب نجم آخر - Proxima Centauri ، الذي يقع على بعد 24.94 تريليون ميل (40.14 تريليون كيلومتر) - فإن موجة الجاذبية ستقلص الكاشف بمقدار عرض شعرة الإنسان فقط ، ليجو واحد قال عالم.

هذه ليست المرة الأولى التي تظهر فيها موجات الجاذبية في الأخبار. في عام 2014 ، أعلن الباحثون الذين يستخدمون تلسكوب BICEP2 في القارة القطبية الجنوبية أنهم اكتشفوا إشارات لموجات الجاذبية في ضوء الميكروويف المتبقي من الانفجار العظيم (المعروف باسم الخلفية الكونية الميكروية). لكن هذه النتيجة انهارت عندما أظهرت الملاحظات التي أجراها مرصد بلانك الفضائي الأوروبي أن التواقيع المزعومة كانت على الأرجح لا شيء سوى غبار الفضاء .

من المحتمل جدًا أن يخضع ادعاء فريق LIGO بالاكتشاف المباشر لموجات الجاذبية لفحص مكثف قبل أن يقبل المجتمع العلمي النتيجة تمامًا على أنها سليمة. لا توجد تجارب أخرى تقيس نفس النوع من موجات الجاذبية التي يتأثر بها ليجو ، لذلك لا توجد حاليًا طريقة لمقارنة النتائج مباشرةً بتجربة أخرى.

سيتم نشر البحث في عدد قادم من رسائل المراجعة الفيزيائية.

يدير LIGO علماء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وتموله مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية. يضم تعاون LIGO العلمي أكثر من 1000 عضو ، من 83 مؤسسة في 15 دولة.

اتبع كالا كوفيلد تضمين التغريدة . تابعنا على تويتر تضمين التغريدة و على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك .