بنابر اعلام ناسا؛

برخورد دو جرم بزرگ در فضا موجب اختلال در بعد چهارم شد + تصاویر

ناسا سه عکس حیرت انگیز از اختلالاتی که به واسطه برخورد دو جرم آسمانی در بعد چهارم یعنی همان "فضا زمان" به وجود آمده را به اشتراک گذاشته است.

کد خبر: ۷۲۳۵۱۴

دوشنبه - ۲۱ آبان ۱۳۹۷ / November 12, 2018

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، هنگامی که دو یا چند توده پرشتاب در فضا با یکدیگر تعامل می‌کنند، باعث ایجاد اختلالاتی در فضازمان (spacetime) می‌شوند.

این اعوجاج‌ها به شکل امواج از منبع خارج شده و به عنوان "امواج گرانشی" شناخته می‌شوند.

با توجه به پیش‌بینی انیشتین در نظریه نسبیت عام، امواج گرانشی با سرعت نور حرکت می‌کنند و معمولا نتیجه برخورد ستاره‌های نوترونی یا ادغام ابرسیاه‌چاله‌ها یا همان سایه‌چاله‌های کلان‌جرم هستند.

اگر چه این رویداد‌ها شامل مقادیر باور نکردنی از تبدیل جرم و انرژی هستند، اما هنوز هم تشخیص موج‌هایی که این اتفاق در فضازمان ایجاد می‌کند، بسیار دشوار است.

به عنوان مثال، زمانی که "رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری" (LIGO) برای اولین بار موج‌های ایجاد شده توسط ادغام سیاه‌چاله‌ها را شناسایی کرد، موج ایجاد شده در فضازمان، طول یک بازوی تداخل سنج چهار کیلومتری را با عرض یک هزارم پروتون تغییر داد.

دلیل بسیار کوچک بودن این اعوجاج، فاصله‌های نجومی است که آشکارساز‌های ما را از این وقایع جدا می‌کند.

فرمول دامنه (ارتفاع) امواج گرانشی نشان می‌دهد که دامنه با فاصله رابطه معکوس دارد، به این معنا که با افزایش فاصله، دامنه بسیار کوچک می‌شود.

از آنجایی که این وقایع معمولا در فاصله بیش از یک میلیارد سال نوری اتفاق می‌افتند، دامنه آن‌ها به قدری کم است که تشخیص آن بسیار دشوار است.

فضازمان

در دانش فیزیک، فضازمان عبارت است از یک مدل ریاضی که زمان و فضا را به صورت درهم‌تنیده و به عنوان یک کمیت پیوسته با یکدیگر ترکیب می‌کند.

بر اساس فرضیات مفهوم فضای اقلیدسی، جهان سه بعد مکانی و یک بعد زمانی مستقل از هم دارد. در فضازمان، سه بعد فضا و یک بعد زمان درهم ادغام می‌شوند و یک محیط پیوسته چهار بعدی را ایجاد می‌کنند.

با ترکیب فضا و زمان و ایجاد یک محیط خمیده واحد، فیزیکدان‌ها توانسته‌اند تئوری‌های فیزیک را هم در سطح کیهانی و هم در بعد اتمی ساده‌سازی کنند.

بهتر است که در مکانیک کلاسیک، هنگامی که زمان به عنوان یک معیار ثابت و جهانی، مستقل از حالت حرکت مشاهده‌گر درنظر گرفته می‌شود، از دستگاه اقلیدسی به جای فضازمان استفاده کنیم.

با این حال در فیزیک نسبیتی، زمان نمی‌تواند جدا از سه بعد فضا باشد. بر اساس نسبیت خاص، نرخ گذر زمان برای جسمی که مشاهده می‌شود بستگی به نسبت سرعت جسم و سرعت مشاهده‌گر دارد. اما بر اساس نسبیت عام، شدت میدان گرانشی نرخ گذر زمان را کاهش می‌دهد.

موج گرانشی

در فیزیک، موج گرانشی موجی است که توسط میدان گرانشی تولید می‌شود. وجود این نوع از امواج توسط آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ از طریق نظریه نسبیت عام به‌طور نظری پیش‌بینی شد و صدسال بعد، در سال ۲۰۱۶ به کمک تاسیسات LIGO به‌طور تجربی مشاهده شده و در سال ۲۰۱۷ سه دانشمند به‌طورمشترک جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۷ را به دلیل تلاش‌های خود در زمینه آشکارسازی مشاهده امواج گرانشی دریافت کردند.

موج گرانشی به‌طور نظری انرژی تابش گرانشی را منتقل می‌کند. منابع موج‌های گرانشی قابل آشکارسازی شامل سیستم‌های ستاره دوتایی است که یکی از اعضای آن کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا سیاه‌چاله است.

وجود موج گرانشی یکی از عوارض ناوردایی لورنتز در نسبیت عام است. همچنین این باعث می‌شود که سرعت برهمکنش‌های گرانشی محدود باشد، اما در فیزیک کلاسیک این‌گونه نیست.

ردیابی امواج گرانشی در واقع دو نظریه مهم فیزیک و کیهان‌شناسی را ثابت کرده است، فرضیه نسبیت عام انیشتین که حدود صد سال پیش (۱۹۱۶) ارائه شد و نظریه دیگری به نام نظریه تورم کیهانی که در دهه هشتاد میلادی مطرح شد.

امواج گرانشی چین‌های ریزی در تار و پود هستی هستند، مثل امواجی که اقیانوس را درمی‌نوردند. این امواج گرانشی ازلی، انرژی را در کیهان جابه‌جا می‌کنند. این امواج از ۳۸۰ هزار سال پس از مهبانگ در پس‌زمینه کیهان در ترنم بوده‌اند، اما در طول این زمان طولانی از پلاسمایی بسیار داغ به امواجی بسیار سرد (سه درجه بالای صفر مطلق یعنی حدود منفی ۲۷۰ درجه سانتی گراد) سرد و ضعیف شده‌اند.

این امواج کاملا همگون نیستند و مثل نور در هم‌کنش با الکترون‌ها و اتم‌ها پلاریزه (قطبی) می‌شوند.