امواج گرانشی وجود دارند؛ داستان یکی از بزرگترین کشف‌های فیزیک (قسمت اول)

دو سیاه‌چاله همانند سنگی که در آب بیفتد در کسری از ثانیه با یکدیگر ادغام می‌شوند. با این برخورد امواجی با انرژی صدها برابر بیشتر از کل ستارگان جهان منتشر می‌شوند و سیاه‌چاله‌ای با جرم ۶۲ برابر خورشید را در فضایی تقریباً برابر با استان سمنان به وجود می‌آورند. همراه با شکل کروی گرفتن، آخرین ترکش‌‌های انرژی از افق سیاه‌چاله فرار کرده سپس سکوت، فضا و زمان را دوباره فرا می‌گیرد. اما امواج حاصل از برخورد همچنان در تمام جهات منتشر شده، ولی با گذر زمان تضعیف می‌شوند. در این مدت دایناسورها به وجود آمده، تکامل می‌یابند و منقرض می‌شوند تا در حدود ۵۰ هزار سال پیش امواج به کهکشان راه شیری میرسند؛ زمانی که موفقیت انسان‌های هوشمند در گرفتن جایگاه گونه‌ی برتر از عموزاده‌های نئاندرتال شروع شده است. چرخ تکامل بر روی زمین می‌چرخد تا صد سال پیش یکی از کامل‌ترین‌های گونه‌ی انسان، آلبرت اینیشتین در نظریه‌ای فراتر از زمان وجود این امواج را پیش‌بینی می‌کند. این نظریه الهام‌بخش سال‌ها حدس و گمان و جستجوی بی‌ثمر است تا بیست و دوسال پیش عملیات ساخت آشکار‌سازی عظیم آغاز می‌شود؛ رصدخانه‌ی امواج گرانشی تداخل‌سنجی لیزری ((Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). و سرانجام در چهاردهم سپتامبر سال ۲۰۱۵ میلادی، درست کمی پیش از ساعت ۱۱ صبح به وقت مرکز اروپا امواج گرانشی پس از سفری چند میلیارد ساله به زمین می‌رسند.

برخورد دو سیاه‌چاله چه صدایی ایجاد می‌کند؟ هنگامی که دراگو سیگنال را بر روی مانیتورش دید مبهوت مانده بود؛ هنوز درک نکرده بود که چه اتفاقی افتاده است. دراگو به همکارش می‌گوید که چه چیزی را مشاهده کرده و او با دفتر لیگو در لیوینگستون لوئیزیانا تماس می‌گیرد. این خبر به سرعت منتشر می‌شود و به زودی هزاران دانشمندان درگیر در این پروژه از آن مطلع می‌شوند. در کالیفرنیا دیوید ریتزه مدیر اجرایی آزمایشگاه LIGO مثل هر روز پس از رساندن دخترش به مدرسه به دفترش می‌رود که با انبوهی از پیام‌ها مواجه می‌شود:

لعنتی، این چیه؟

ویکی کالوگرا استاد فیزیک و نجوم از دانشگاه نورث وسترن تمام طول آن روز را در جلسه بوده و تا زمان شام اخبار را نمی‌شنود.

همسرم از من خواست تا میز را بچینم اما صدای او را نمی‌شنیدم، در میان ایمیل‌های عجیب می‌گشتم و فکر می‌کردم که چه اتفاقی افتاده است؟

رینر وِیز فیزیکدان ۸۳ ساله که در سال ۱۹۷۲ ساخت رصدخانه‌ی لیگو را پیشنهاد داده بود در تعطیلات به سر می‌برد. پروفسور وارد اکانت کامپیوتر خود شده و سیگنال را می‌بیند؛ ناگهان فریاد می‌زند خدای من! از این فریاد همسر و پسرش وحشت‌زده می‌آیند تا ببینند چه اتفاقی افتاده است.

همکاران پروژه داده‌ها را برای بار دوم، سوم و چهارم بررسی می‌کنند؛ دقت اندازه‌گیری تا یک هزارم قطر پروتون افزایش پیدا می‌کند. چگونه دو سیاه‌چاله در بیشتر از یک میلیارد سال پیش با یکدیگر ادغام شده‌اند؟ این یک سؤال فوق‌العاده است که احتیاج به مدارک فوق‌العاده‌ای هم دارد. دانشمندان لیگو قسم خوره‌اند که اطلاعات محرمانه بماند اما شایعات از اواخر ماه سپتامبر گسترش می‌یابد؛ هیجان رسانه‌ای بالا می‌رود و تب جایزه‌ی نوبل حساسیت‌ها را افزایش می‌دهد. دانشمندان حتی به خانواده‌ی خود نیز گفته‌اند که هنوز مرحله‌ی تجزیه و تحلیل اطلاعات تمام نشده است و نمی‌توانند نظری بدهند.

لیگو متشکل از دو سازه جدا از یکدیگر است؛ آن‌ها حدود ۳۰۰۰ کیلومتر از یکدیگر فاصله دارند. طی این مسیر برای یک جت مسافربری بیشتر از سه ساعت و برای امواج گرانشی کمتر از ده هزارم ثانیه طول می‌کشد. آشکار‌ساز مستقر در لیوینگستون لوئیزیانا در شرق زمین‌های باتلاقی باتون روژ، در میان جنگل‌های کاج احاطه شده‌است. آشکار‌ساز دیگر در هنفور و بر لبه‌ی جنوب غربی واشنگتن میان سایت هسته‌ای بازنشسته و دامنه‌ی صحرا قرار گرفته است. در هر دو سازه لوله‌های سیمانی به قطر حدود ۳.۵ متر به سمت راست تا حدود ۴ کیلومتر کشیده شده‌اند. برای صاف نگه داشتن آن‌ها بر روی زمین ناهموار از پایه‌هایی استفاده شده است.

این مقاله ادامه دارد...