منجمان BICEP2 اعلام کردند که ردپایی از امواج گرانشی اولیه را یافته‌اند؛ امواجی که در مهبانگ  شکل گرفته‌اند یعنی حدود ۱۳.۸ میلیارد سال زمانی که جهان در حال پیدایش بود. این کشف نقطه عطفی در علم به شمار می‌رود اما مفاهیم آن برای بسیاری از افراد ناملموس است. در اینجا بعضی از سؤالات و پاسخ‌ آن‌ها را درباره امواج گرانشی ارایه می‌کنیم.

اهمیت این کشف در چیست؟

سال‌ها طول می‌کشد تا دانشمندان از نتایج این کشف مهم، پرده بردارند اما بعضی از نتایج اصلی این کشف عبارتند از:

• آلبرت اینشتین در حدود ۱۰۰ سال پیش وجود «امواج گرانشی» را پیش‌بینی کرد اما محاسباتش نشان داد که این امواج بسیار ضعیف هستند بنابراین گمان کرد هیچ‌گاه نمی‌توان این امواج را آشکار کرد. BICEP مجموعه‌ای از آزمایش‌هاست که برای رصد تابش زمینه کیهان طراحی شده‌اند. یافته‌های BICEP2 قانع‌کننده‌ترین مدرک هستند که امواج گرانشی واقعاً وجود دارند. اگرچه هنوز مشاهده مستقیمی از امواج گرانشی صورت نگرفته است.
• تایید امواج گرانشی یعنی تاییدی نظریه متداول کیهانشناسی یا نظریه استاندارد کیهانشناسی؛ این نظریه که تورم نامیده می‌شود می‌گوید که طی لحظات اولیه جهان، دوره سریعی از تورم (انبساط) سپری شده است.
• در طول تورم، دمای جهان و بنابراین انرژی که ذرات کسب کردند، میلیاردها برابر بیشتر از انرژی است که می‌توان در آزمایشگاه‌های زمینی (حتی LHC) تولید کرد.
• تورم یک پدیده کوانتومی است اما امواج گرانشی در محدوده فیزیک کلاسیک هستند، بنابراین امواج گرانشی پلی میان فیزیک کلاسیک و کوانتوم هستند و به همین خاطر می‌توانند گواهی باشند که گرانش درست مانند دیگر نیروهای طبیعت سرشتی کوانتومی دارد.

امواج گرانشی چیستند؟

طبق نظریه نسبیت عام، گرانش یعنی این که جرم، چگونه شکل فضا را تغییر می‌دهد: نزدیک هر جسم جرمدار بافت یا ساختار فضازمان خمیده می‌شود. اما این خمش همیشه در نزدیکی جسم باقی نمی‌ماند. اینشتین دریافت که امواج گرانشی درست مانند امواج لرزه در پوسته زمین منتشر می‌شوند اما برخلاف‌ آن‌ها، امواج گرانشی می‌توانند در فضای خالی و با سرعت نور حرکت کنند.  

اگر بتوانید به موج گرانشی که به سمت شما می‌آید، نگاه کنید خواهید دید که فضا در جهات بالا-پایین و چپ-راست کشیده و فشرده می‌شود.

آیا تورم تنها چیزی است که می‌تواند امواج گرانشی تولید کند؟

خیر. هر جسم جرمدار و با شتاب زیاد موج گرانشی تولید می‌کند اما در عمل تنها امواج گرانشی را می‌توان مستقیما اندازه‌گیری کرد که از رویدادهای عظیم ناشی شود مانند برخورد دو سیاهچاله و ترکیب آن‌ها. رصدخانه‌های متعددی در سراسر جهان مشغول تلاش ضبط علایم ادغام سیاهچاله‌ای هستند.  

چرا امواج گرانشی را نمی‌توان مستقیم اندازه‌گیری کرد؟

امواج گرانشی که طی تورم شکل گرفته‌اند، هنوز هم در سراسر کیهان حضور دارند اما احتمالا الان بسیار ضعیف شده‌اند و اندازه‌گیری مستقیم آن‌ها بسیار دشوار است. در عوض، دانشمندان به دنبال رد این امواج در سوپ ذرات بنیادی هستند که جهان را 380 هزار سال بعد از مهبانگ فراگرفته بود یعنی قصد دارند امواج گرانشی را از طریق «تابش زمینه کیهانی» مشاهده کنند. مشاهدات تابش زمینه کیهان با استفاده از تلکسوپ‌هایی انجام می‌شود که امواج رادیویی را رصد می‌کنند و بنابراین امواج زمینه‌ای ایجاد شده توسط امواج گرانشی تنها با یک رادیوتلسکوپ قابل تشخیص هستند.

چرا این کشف در قطب جنوب انجام شد؟

ایستگاه آموندسن-اسکت قطب جنوب که میزبان BICEP2 است بر روی صفحه یخی قطب جنوب در ارتفاع 2800 متری از سطح دریا واقع است بنابراین جو رقیقی دارد. مزیت دیگر خشکی بسیار بالای هواست زیرا بخار آب امواج مایکروویو را سد می‌کند. همچنین، قطب جنوب تقریبا بدون سکنه است بنابراین تداخل گوشی‌های تلفن همراه، برج‌های پخش تلویزیونی و لوازم متعلقات الکترونیکی وجود ندارد.

منبع

http://www.nature.com/news/all-you-need-to-know-about-gravitational-waves-1.14886