|  درخواست عضويت  |  رمز خود را فراموش کرده ايد؟  |  ورود اعضا [Sign in]
جستجوي پيشرفته مطالب   |  
 جستجو:  
روزنامه شرق 96/7/20: لرزه هايي از جهان زيرين
magiran.com  > روزنامه شرق  >  فهرست مطالب شماره
مشخصات نشريه
آخرين شماره
آرشيو شماره هاي گذشته
جستجوي مطالب
سايت اختصاصي
تماس با نشريه
شماره جديد اين نشريه
شماره 2990
پنجشنبه بيست و هفتم مهرماه 1396



خدمات سايت




 
MGID2387
magiran.com > روزنامه شرق > شماره 2984 20/7/96 > صفحه 10 (علم) > متن
 
      


لرزه هايي از جهان زيرين
درباره دستاوردهاي برندگان نوبل فيزيك ٢٠١٧


از زمان اعلام کشف نخستين موج گرانشي در ۲۲ بهمن ۱۳۹۴، حدس مي زدند که جايزه نوبل ۲۰۱۶ به ايده پردازان و مجريان طرح «تداخل سنج ليزري تشخيص امواج گرانشي» (اختصارا «لايگو/LIGO») اختصاص يابد، اما چنين نشد. در اين بين، با کشف دو منبع ديگر از اين امواج و همچنين افتتاح همتاي ايتاليايي لايگو (تداخل سنج «ويرگو») که در يکي از اين دو کشف شراکت داشت، آمار امواج يافت شده، درمجموع به چهار مورد افزايش يافت تا سرانجام اين جايزه در سال جاري مشترکا به «راينر وايس»، «بَري باريش» و «کيپ تورن» به نمايندگي از هزاران دانشمند اين دو پروژه از ١٦ کشور جهان تعلق گيرد.
     اولين سينگال دريافتي از يک موج گرانشي، درواقع چند روز پيش از افتتاح رسمي فاز دوم فعاليت لايگو، در ساعت ٢:٢١ روز ۲۳ شهريور ۹۴ به وقت تهران دريافت شد؛ اتفاقي چنان غيرمنتظره که تقريبا همه ناظران سيگنال، ابتدا بر اين گمان بودند که يک تست ازپيش اعلام نشده در جريان است. تا تاييد منشا طبيعي سيگنال، اين ناظران به مدت تقريبا پنج ماه از بازگويي هرگونه جزئياتي راجع به اين يافته منع شده بودند؛ حتي به اعضاي خانواده شان.
     موج گرانشي موسوم به GW١٥٠٩١٤ سفر خود را يک ميلياردو ۳۰۰ ميليون سال پيش از جايي در آسمان نيمكره جنوبي شروع کرده بود؛ زماني که اجداد تک سلولي ما در شرف تکامل به موجوداتي چندسلولي بودند. دو سياه چاله به اجرام تقريبي ۲۹ و ۳۶ برابر جرم خورشيد به يکديگر برخورد کردند و سياه چاله اي با جرم مجموع ۶۲ برابر خورشيد را از خود به جا نهادند. در اين بين، جرمي معادل سه برابر جرم خورشيد به انرژي مبدل شد که در مدتي کوتاه تر از يک ثانيه، اين رقص مرگ کيهاني را به پرانرژي ترين رويداد عالم مبدل کرد.
     صد سال پيش از رسيدن سيگنال به زمين، «آلبرت اينشتين» در چارچوب نظريه نسبيت عام خود، به امکان وجود پديده هايي پي برده بود که باور به آنها، حتي براي خود اينشتين نيز دشوار بود. سياه چاله ها از زمره همين پديده ها بودند: هرچند هنوز هيچ گونه درک دقيقي از فرايند تحول و مرگ ستارگان وجود نداشت، اين پديده ها به عنوان مناطقي از فضا-زمان معرفي شدند که سرعت فرار از ميدان جاذبه شان، از بيشترين سرعت ممکن يک جسم در فضا (سرعت نور) نيز بيشتر است. معلوم شد که تنها در صورت مرگ ستارگان سنگين وزن، امکان تشکيل چنين اجرامي در محل هسته شان وجود خواهد داشت.
     اما جسورانه ترين پيش بيني «اينشتين»، از وجود سياه چاله ها هم عجيب تر بود: امواج گرانشي. اين ايده در ضمن بحثي راجع به «سرعت» جاذبه، به ذهن «اينشتين» خطور کرده بود. اگر الساعه خورشيد را از مرکز منظومه شمسي حذف کنيم، آيا زمين نيز الساعه از مدار خود خارج خواهد شد، يا هشت دقيقه بعد؟ (معادل مدت زماني که طول مي کشد تا نور مسافت بين دو جرم را طي کند). اگرچه تدارک آزموني براي پاسخ به اين پرسش تقريبا غيرممکن است، «اينشتين» باور داشت که هيچ پديده اي (حتي جاذبه) با سرعتي بيش از سرعت نور در جهان منتشر نمي شود. اين بدين معنا بود که چنانچه دو ميدان گرانشي تحت تاثير هم به سمت يکديگر کشيده شوند (مثلا دو سياه چاله)، اختلاف سرعتي را که در نتيجه نزديک ترشدن شان به يکديگر در هر بار چرخشش شان به دور هم ايجاد مي شود، مي توان به صورت حبابي از يک افت وخيز گرانشي با مرکزيت آن دو جرم تشخيص داد که با سرعت نور از آنها دور مي شود و اين يعني يک موج گرانشي.
     وجود اين امواج در ابتدا چنان بعيد مي نمود که «آرتور ادينگتون»، اخترشناس بريتانيايي، که خود نخستين شواهد تجربي پشتيبان نسبيت عام را در جريان خورشيدگرفتگي کلي سال ۱۹۱۹ فراهم کرده بود، امواج گرانشي «اينشتين» را امواجي دانست که فقط با «سرعت تخيل» منتشر مي شوند. با اين همه، در صورت وجود اين امواج، تنها چرخش دو سياه چاله به دور يکديگر مي توانست تاثيري محسوس و آزمون پذير را بر پيوستار فضا-زمان به جا بگذارد. اين در حالي بود که امکان وجود حتي يک سياه چاله در جهان نيز تا شش دهه بعد و کشف منظومه «دجاجه ايکس-۱» محرز نشد.
     در آن مقطع، «کيپ تورن» و «استيون هاوکينگ» بر سر سياه چاله بودن يا نبودن دجاجه ايکس-۱ شرط بسته بودند. اين منبع پرتو ايکس، از نزديکي يک ستاره غول سرخ دريافت مي شود. غول سرخ به وضعيتي از مراحل پاياني عمر يک ستاره اطلاق مي شود که با تورم جو ستاره و قرمزشدگي نور آن همراه است. فرض بر اين بود که اين غول سرخ به اتفاق يک سياه چاله، منظومه اي دوتايي شکل داده اند. سياه چاله گازهاي جو متورم همسايه اش را مي دزدد و چندي مانده به سقوط اين گازها در سياه چاله، افزايش دماي شديد آنها به گسيل پرتوهاي ايکس مي انجامد. تورن با اين فرض موافق بود و گذشت زمان و مشاهدات دقيق تر نيز ورق را به سود او برگرداند.
     «تورن» همچنين نسبت به کشف امواج گرانشي نيز خوش بين بود. اگر ستارگان يک منظومه دوتايي پس از مرگ شان هر دو به سياه چاله بدل شوند (که درخصوص منظومه دجاجه ايکس-۱، يک عضو منظومه چنين شده)، اين دو سياه چاله به مرور زمان به يکديگر نزديک و نزديک تر مي شوند تا در نهايت به هم برخورد کنند و سياه چاله اي بزرگ تر پديد آورند. از آنجا که بالغ بر ٨٠ درصد ستارگان آسمان در منظومه هاي دو يا چندتايي به سر مي برند، احتمال وقوع چنين برخوردي (که با گسيل امواج شديد گرانشي همراه خواهد بود)، نسبتا بالاست.
     در آغاز راه جست وجوها پي امواج گرانشي، تلاش هاي «جوزف وبر»، فيزيک دان دانشگاه مريلند در دهه ۶۰ ميلادي براي تشخيص اين امواج از طريق نوسان هاي سازه غول آسايي شبيه به يک دياپازون، نتيجه اي نداد. اما چندي بعد، فيزيک داناني از دو سوي آتلانتيک به فکر طراحي سازه اي نويدبخش تر براي تشخيص اين امواج افتادند. «راينر وايس» در انستيتو فناوري ماساچوست و رونالد دِره ور در دانشگاه گلاسکوي اسکاتلند، هر دو مشغول طراحي پيش نيازهاي احداث يک «تداخل سنج» براي امواج گرانشي شدند؛ ايده اي که درنهايت با حضور «تورن» و امکان سنجي اجراي آن رفته رفته رنگ تحقق به خود گرفت.
     تداخل سنج، ابزاري است Lمانند که در آن يک پرتوي ليزر ابتدا به دو مولفه عمودبرهم تقسيم مي شود. هر يک از اين مولفه ها راه يکي از دو بازوي L را در پيش مي گيرند. در انتهاي هر بازو نيز آينه اي قرار دارد که پرتوي دريافتي را بار ديگر به سمت محل تقسيم پرتوها هدايت مي کند. در آنجا پرتوها بار ديگر تلفيق مي شوند تا يک پرتوي واحد را پديد آورند.
     در شرايط ايده آل، چنانچه طول مسير هر پرتو با دقتي بيش از طول موج ليزر با هم برابر باشد و هيچ عامل بيروني اي بر طول بازوها يا مسير پرتوها تاثير نگذارد، ويژگي هاي فيزيکي پرتوي تلفيقي (اعم از شدت و طول موج آن) بايد با پرتوي اوليه يکسان باشد. اما چنانچه تحت هر شرايطي، طول مسير هر يک از پرتوها با ديگري برابري نکند، قله ها و شکم هاي دو پرتو حين تلفيق بر يکديگر منطبق نخواهند شد و با يکديگر تداخل مي کنند.
     يک موج گرانشي همواره از جهتي مشخص از آسمان دريافت مي شود و بنابراين تاثيري غيريکسان بر طول مسير پرتوهاي متعامد يک تداخل سنج خواهد داشت، ولو اين تاثير از قطر يک اتم نيز کوچک تر باشد. در اين صورت، الگوي تداخل حاصله واضح خواهد بود و نه فقط از عبور يک موج گرانشي خبر خواهد داد، بلکه اطلاعاتي را راجع به شدت و دامنه آن نيز فراهم خواهد کرد. همين اطلاعات است که جرم نسبي سياه چاله هاي برخوردي را بر ما معلوم مي کند.
     طرح «تورن»، «وايس» و «دره ور»، احداث تداخل سنجي با بازوهاي چهارکيلومتري بود؛ ايده اي ساده که درعين حال، پياده سازي آن بالغ بر ٤٠ سال به طول انجاميد. انتظار مي رود با بر هم کنش هر دو جرمي (اعم از گردش يک قمر به دور سياره اش)، امواج گرانشي منتشر شوند، اما فناوري امروز تنها اجازه تشخيص پرانرژي ترين امواج گرانشي را (که محصول برخورد و ادغام دو سياه چاله اند)، به ما مي دهد؛ اتفاقي که وقوع آن در محدوده کهکشان ما بسيار نادر است. پس در طول مدت عمر فيزيک دانان (و چه بسا نوع بشر) تنها مي توان به دريافت امواج گرانشي ِناشي از برخورد دو سياه چاله در ساير کهکشان ها اميد داشت. اما فاصله سرسام آور حتي نزديک ترين کهکشان ها به ما موجب مي شود تا شدت موج دريافتي در زمين فوق العاده ضعيف باشد (چنان که اشاره شد، با طول موجي کوچک تر از قطر يک اتم). حال، آشکارساز چندين کيلومتري اي را تصور کنيد که بايد از دقتي حتي بيش از اين مقدار برخوردار باشد.
     ارتقاي دقت تداخل سنج تا سطحي که بتوان سيگنال دال بر وجود يک موج گرانشي را از بين تمامي منابع نويز تشخيص داد، بزرگ ترين چالش پيش ِروي ايده پردازان و مجريان طرح لايگو بود. تضمين ثبات طول موج و فرکانس پرتوهاي ليزر در طول مدت جست وجو، حفظ دقت اجزاي اپتيکي آشکارساز و مسير هدايت پرتوها، پيشگيري از تاثير لرزش هايي حتي در حد افتادن برگي از درختان پيرامون و عبور اتومبيلي از يک جاده دوردست بر ادوات آشکارساز، شناورسازي آينه ها در محيطي از خلا مطلق و بي اثرسازي تحرکات گرمايي مولکول هاي سطح آينه ها و تاثيرات کوانتومي وارده بر پرتوي ليزر، تنها چند مورد از اهم ضروريات اجراي چنين طرحي به شمار مي رفت. ايده آل هايي چنين جاه طلبانه، فناوري هاي جديدي را نيز براي توليد ليزر مطلوب، مصالحي جديد براي ساخت سازه هاي اپتيکي و همچنين محفظه هايي عظيم از خلا مطلق و تاسيساتي فوق دقيق براي بي اثرسازي ارتعاشات زمين مي طلبيد که اينها همه خود مستلزم سرمايه گذاري هنگفت و گردآوري يک نيروي کار مستعد و گسترده بود.
     در اين مرحله، با پيوستن «بري باريش» به تيم ايده پردازان تداخل سنج و به لطف سرمايه گذاري بنياد ملي علوم ايالات متحده (NSF)، روياي تحقق چنين طرحي دست يافتني تر شد. «باريش» در کسوت مدير جديد طرح لايگو، تيم ٤٠نفره فيزيک دانان و مهندسان اين تداخل سنج را به تيمي از هزاران مشارکت کننده بين المللي مبدل کرد؛ متخصصاني که وجود تک تک آنها براي به ثمرنشستن ايده اوليه ضرورت داشت.
     در نهايت، تداخل سنج لايگو در قالب دو نسخه (يکي در ليوينگستون لوييزيانا و ديگري در محوطه هسته اي هانفورد واشنگتن، با فاصله ۳۸۶۰ کيلومتر)، طي دو فاز آزمايشي و اجرائي به بهره برداري رسيد. تنها طي فاز دوم پروژه و از ابتداي سال ۲۰۱۵ بود که تداخل سنج لايگو از بخت تشخيص يک موج از شديدترين شکل امواج گرانشي در جهان امروز (يعني برخورد دو سياه چاله) برخوردار مي شد، چراکه با ارتقاي دقت آشکارساز، هم اينک محدوده جست وجوي آن از دايره اي به ميزباني تنها صد کهکشان، به دايره اي با ميزباني از ٣٠٠ هزار کهکشان بسط پيدا کرده بود.
     حال، ايده پردازان طرح لايگو در دهه هشتم عمرشان بودند و بخش اعظم کار را فيزيک دانان جواني راهبري مي کردند که با تکيه بر اسلاف شان و ايفاي نقش تعيين کننده خود در ثبت نخستين سيگنال هاي حاکي از وجود امواج گرانشي، به چهره هاي الهام بخش نسل آتي فيزيک دانان بدل شدند. در ابتداي سال ميلادي جاري، «دره ور» که از بيماري زوال عقل رنج مي برد، تنها چند ماه پس از ثبت سيگنالW١٥٠٩١٤ از دنيا رفت.
     درحال حاضر، با افتتاح تداخل سنج ويرگو در ايتاليا، امکان مکان يابي دقيق منبع يک موج گرانشي از شيوه هاي مثلثاتي فراهم آمده است. (براي تعيين دقيق مکان اين پديده، به وجود دست کم سه تداخل سنج نياز است). همچنين کشورهاي هند و ژاپن نيز در حال احداث تداخل سنج هايي براي پيوستن به شبکه آشکارسازهاي امواج گرانشي اند. اما گام بلند بعدي، استقرار آشکارسازهايي مشابه در فضا خواهد بود که طرح امکان سنجي آن با پرتاب ماموريت «رهياب ليسا»، وابسته به سازمان فضايي اروپا در سال ۲۰۱۵ آغاز شد. ماموريت اين فضاپيما تست فناوري هاي لازم براي اجرائي سازي طرح جاه طلبانه «آنتن فضايي تداخل سنج ليزري» (LISA) در دهه ۲۰۳۰ بود. در طرح «آنتن فضايي تداخل سنج ليزري»، سه آشکارساز به فاصله ٢،٥ ميليون کيلومتر از يکديگر در فضا مستقر خواهند شد و دقت تشخيص امواج گرانشي را به مراتب افزايش خواهند داد.
     امواج گرانشي در کنار نوترينوها، دو دريچه مشاهداتي اي هستند که در کنار امواج الکترومغناطيسي به درک بهتر پديده هاي کيهاني کمک خواهند کرد. زماني که جايزه نوبل فيزيک ۲۰۱۵ براي چهارمين بار به پژوهش هاي مرتبط به نوترينوها تعلق گرفت، هنوز خبر تشخيص نخستين موج گرانشي علني نشده بود. حال، خبر تشخيص يک موج گرانشي به تيتر چندم خبرگزاري هاي علمي مبدل شده است و نويد آينده اي متفاوت را براي تحقيقات کيهان شناختي مي دهد؛ آينده اي که در آن حتي سياه چاله ها نيز در تيررس مشاهدات اخترشناسان قرار خواهند داشت.
    
    اتاق کنترل آشکارساز لايگو در هانفورد / عکس از کيم فترو
     داخل تصوير: دجاجه ايکس-۱ از ديد چهار ابزار مستقر بر تلسکوپ فضايي پرتو ايکس اينتگرال. نماهاي اول، دوم و چهارم (به ترتيب از چپ به راست)، در پرتو ايکس و نماي سوم در نور مرئي به ثبت رسيده است. مقايسه نماي سوم و چهارم مشخص مي کند از بين اجرامي که در اين محدوده از آسمان در نور مرئي ديده مي شوند، تنها يک جرم از خود امواج قوي ايکس ساطع مي کند. اين جرم، همدم مخوف ستاره HDE ٢٢٦٨٦٨، موسوم به سياه چاله دجاجه ايکس-۱ است. اين دو جرم هر پنج، شش روز يک بار به دور يکديگر مي چرخند. طرحي از مکانيسم تابش پرتوهاي ايکس از قرص گاز پيرامون سياه چاله نيز در پس زمينه تصوير ديده مي شود. سياه چاله با مکيدن گازهاي جو متورم ستاره همدم خود، آنها را به صورت يک قرص چرخان در اطراف خود درمي آورد؛ قرصي از گاز که دماي آن به بالغ بر ۳۱ هزار درجه سانتي گراد مي رسد. اين دما براي تابش شديد پرتوهاي ايکس کفايت مي کند.
    منبع: سازمان فضايي اروپالرزه هايي از جهان زيرين / درباره دستاوردهاي برندگان نوبل فيزيک ٢٠١٧
    


 روزنامه شرق ، شماره 2984 به تاريخ 20/7/96، صفحه 10 (علم)

لينک کوتاه به اين مطلب:   
 


    دفعات مطالعه اين مطلب: 6 بار
    

 

 
 
چاپ مطلب
ارسال مطلب به دوستان

معرفی سايت به ديگران
گزارش اشکال در اطلاعات
اشتراک نشريات ديگر
 جستجوی مطالب
کلمه مورد نظر خود را وارد کنيد

جستجو در:
همه مجلات عضو
مجلات علمی مصوب
آرشيو اين روزنامه
متن روزنامه های عضو
    
جستجوی پيشرفته



 

اعتماد
ايران
جام جم
دنياي اقتصاد
رسالت
شرق
كيهان
 پيشخوان
دو فصلنامه مطالعات برنامه ريزي آموزشي
متن مطالب شماره 10، پاييز و زمستان 1395را در magiran بخوانيد.

 

 

سايت را به دوستان خود معرفی کنيد    
 1396-1380 کليه حقوق متعلق به سايت بانک اطلاعات نشريات کشور است.
اطلاعات مندرج در اين پايگاه فقط جهت مطالعه کاربران با رعايت شرايط اعلام شده است.  کپی برداري و بازنشر اطلاعات به هر روش و با هر هدفی ممنوع و پيگيرد قانوني دارد.
 

پشتيبانی سايت magiran.com (در ساعات اداری): 77512642  021
تهران، صندوق پستی 111-15655
فقط در مورد خدمات سايت با ما تماس بگيريد. در مورد محتوای اخبار و مطالب منتشر شده در مجلات و روزنامه ها اطلاعی نداريم!
 


توجه:
magiran.com پايگاهی مرجع است که با هدف اطلاع رسانی و دسترسی به همه مجلات کشور توسط بخش خصوصی و به صورت مستقل اداره می شود. همکاری نشريات عضو تنها مشارکت در تکميل و توسعه سايت است و مسئوليت چگونگی ارايه خدمات سايت بر عهده ايشان نمی باشد.



تمامي خدمات پایگاه magiran.com ، حسب مورد داراي مجوزهاي لازم از مراجع مربوطه مي‌باشند و فعاليت‌هاي اين سايت تابع قوانين و مقررات جمهوري اسلامي ايران است