إمبارح يعتبر يوم تاريخي في تاريخ الفيزياء و العلم كله، لأن إمبارح أتأكدنا من أخر جزئية في النظرية النسبية لألبرت أينشتاين!
ألا و هي موجات الجاذبية Gravitational waves
خلينا نجيب الموضوع من الأول.
في القرن الـ17 السير إسحاق نيوتن إكتشف قانون الجاذبية واللي بيقرر بوضوح إن أي جسمين في الكون بينهم قوة جذب متناسبة طرديًا مع حاصل ضرب
الكتلتين و متناسبة عكسيا مع مربع المسافة بينهم.
و رغم إن فكرة نيوتن عن الجاذبية كانت منطقية جدًا ونجحت في تفسير حركة الكواكب والأجسام السماوية وأفكار نيوتن بقت “قوانين طبيعية” لكن رغم كدة نيوتن نفسه مكنش عارف إزاي الجاذبية بتشتغل.
يعني إزاي الأرض عارفة إن في جسم ثقيل (الشمس) في نص المجموعة الشمسية رغم إن بينهم فراغ كبير؟!
هل الجاذبية تأثيرها لحظي ولا بياخد وقت ؟!
يعني لو الشمس أختفت هل الأرض هتطير في المجرة كدة في ساعتها ولا هتاخد وقت عقبال ما تاخد بالها إن الشمس إختفت ؟!
لكن القانون حقق نجاح ساحق جدًا لدرجة أن العلماء قدروا من خلاله يتنبئوا بوجود كوكب نبتون قبل ما يتم رصده بالتليسكوب وحتي مواعيد وأماكن ظهور المذنبات زي مذنب هالي.
لكن السؤال ده فضل شاغل بال ألبرت أينشتاين لحد ما في سنة 1916 م طلع بتفسير جديد تمامًا للجاذبية.
أينشتاين فسر الجاذبية بإنها إنحناء في الزمكان.. يعني ايه ؟!
الأول كدة الزمان و المكان مرتبطين ببعض في ما يشبه الشبكة او النسيج (اللي هي الكون)
ثانيًا الزمان ممكن يمر ببطأ لو قريب من مجال الجاذبية او لو الجسم بيمشي بسرعة …بمعني تاني الزمان نسبي و التغيير في المكان بيصحبه تغير في الزمن.
الجاذبية بقي عبارة عن إنحناء في نسيج الكون أو الزمكان.
تخيل إنت لعبة القفز بتاعت الملاهي اللي هي عبارة عن نسيج من المطاط…. لو حطيت في وسطها كرة بولينج هيحصل انحناء بسبب كتلة الكرة… ارمي قريب منها كرة صغيرة..هتلاقي الكرة دي عمالة بتلف حوالين كرة البولينج.
شوف الفيديو ده لو مش متخيل:
النسبية العامة حققت نجاح ساحق في تفسير الظواهر الكونية و في التنبؤ ببعض الظواهر زي الثقوب السوداء أو تمدد الكون وكان فاضل بس الإثبتات العملية للكلام ده.
طيب… ازاي بردو الجاذبية بتنتقل ؟! الجاذبية بتنتقل عن طريق حاجة اسمها موجات الجاذبية..الموجات دي بتنتشر في نسيج الكون بسرعة الضوء زي ما موجات الماء بتنتشر لما ترمي طوبة في بركة راكدة. يعني لو الشمس أختفت الأرض الأرض مش هاتسيب مدارها في لحظتها لا هتقعد تلف حوالين المكان بتاع الشمس لمدة 8 دقائق تقريبًا (الزمن اللي الضوء بيستغرقه عشان يسافر من الشمس للأرض)عقبال ما موجات الجاذبية تنتقل.
العلماء صمموا تجربة كبيرة اسمها LIGO إختصارًا لـ The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observator
التجربة في الولايات المتحدة الأمريكية و MIT و Caltech مشاركين في التجربة بجانب علماء مشهورين من ضمنهم كيب ثورن Kip Thorn اللي كتب فيلم Interstellar .
تجربة LIGO عبارة عن أنبوبين طوال متعامدين …الفكرة أن فيه شعاعين ضوء بيطلعوا مع بعض كل شعاع في أنبوب…
في أخر كل أنبوب فيه مراية بتعكس الضوء….الشعاعين بيفضلوا رايحين جايين حوالي 400 مرة جوة كل أنبوب على حدى وبعد كدة بيتداخلوا مع بعض….. في العادة لو مفيش موجات جاذبية فالمفروض إن الشعاعين دول لما يجي يتداخلوا مع بعض هيعملوا نوع من التداخل إسمه التداخل الهدام…. التداخل ده أشبه بتداخل موجتين في البحر بس قمة الموجة الأولانية تداخل مع قاع الموجة التانية و قاع الموجة الأولانية تداخل مع قمة الموجة التانية فبالتالي لغوا بعض(الجزء اليمين من الصورة).
فيديو توضيحي لتجربة LIGO :
نفس الكلام بيحصل في التداخل الهدام بتاع الضوء و الجهاز المستقبل مش هيستقبل اي ضوء صادر عن التداخل.
لكن لو فيه موجات جاذبية بقي فموجات الجاذبية عبارة عن تموجات في نسيج الكون فبالتالي طول واحد من الانبوبين هيطول و الضوء هيوصل فيه ابطأ من الثاني و بعد مدة معنية الوضع هيتبدل والذراع ده هيقصر و الضوء هيوصل أسرع من التاني .
لما ده يحصل الشعاعين لما يتداخلوا مش هايكوّنوا تداخل هدام بنسبة 100% لكن هايكون فيه بعض الاختلافات لأن طور الموجتين اتغير بعد ما كان 180 درجة بسبب اختلاف المسافة اللي قطعوها كل واحد منهم في الحالة دي الجهاز هيلتقط اشارة ضوئية شدتها هتتغير اثناء مرور موجة الجاذبية بتغير الضوء اللي هاينتج من تأثيرها.
الصورة المتحركة دي بتوضح ناتج مجموع موجتين واحدة ثابتة والتانية متغيرة الطور كمثال للتوضيح : http://sc.egyres.com/o6uBt
تجربة LIGO تقدر تقيس أبسط التغييرات في الزمكان لحد 1/10000 جزء من عرض البروتون!
المهم يعني الموجات دي بتنشأ لما أي جسم بيتحرك في الكون لكنها ضعيفة جدًا فعلشان نقدر نرصدها لازم تكون كبيرة …زي مثلا أندماج ثقوب سوداء أو إنفجار نجوم (سوبر نوفا) او النجوم النيترونية لما تكون في نظام ثنائي و بتلف حوالين بعض.
اللي تم رصده في التجربة كان الموجات الناتجة عن إندماج ثقبين أسودين.
الثقوب السوداء هي منطقة من الزمكان الجاذبية و إنحناء الزمكان فيها عالي جدًا فلما ثقبين أسودين يندمجوا مع بعض ده هينتج موجات جاذبية ممكن لأجهزة LIGO إنها ترصدها.
الحلو في الموضوع إن ده يعتبر أول دليل رصدي مباشر لموجات الجاذبية و يثبت معادلات و كلام أينشتاين اللي قاله قبل 100 سنة غير إنه ممكن نعتبر إنه أول دليل مباشر علي وجود الثقوب السوداء.
إعداد:Alaa Adel
مراجعة :Ahmed Helmy
