توانایی LIGO در تولید امواج گرانشی

حدود یک سال پیش بود که رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری (LIGO) بزرگ‌ترین دستاورد علمی سال ۲۰۱۶ را اعلام کرد.با این‌که اولین امواج گرانشی در سپتامبر سال ۲۰۱۵ کشف شدند؛ اما بعد از بررسی‌هایی بیشتری که انجام شد، دانشمندان در ماه ژوئن سال ۲۰۱۶ اعلام کردند که امواج گرانشی وجود دارند. به این ترتیب درستی بزرگ‌ترین پیش‌بینی آلبرت انیشتین در نظریه‌ی نسبیت نشان داده شد.

اکنون مشخص شده است که حساس‌ترین آشکارساز امواج فضا-زمان در جهان (LIGO)، بهترین تولیدکننده‌ی امواج گرانشی نیز هست. طبق گزارشی از ژورنال Science، بلیندا پانگ، فیزیکدان انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا (Caltech) می‌گوید:

وقتی ما LIGO را برای تشخیص امواج گرانشی آماده می‌کنیم، به‌طور خودبه‌خود آن را برای انتشار امواج گرانشی نیز بهینه می‌کنیم.

پانگ این سخن را در نشست جامعه‌ی فیزیک آمریکا که مدتی پیش برگزار شد، گفته است. امواج گرانشی نوعی از امواج هستند که وقتی اجرام بزرگ فضایی باعث پیچش فضا-زمان می‌شوند، به وجود می‌آیند. امواج گرانشی در حقیقت باعث کشیدگی فضا می‌شوند و آن‌طور که آلبرت انیشتین پیش‌بینی کرده است، توسط اشکال مشخصی از اجرام چرخان به وجود می‌آیند. با استفاده از آشکارساز‌های دوقلوی فوق حساس در هانفورد واشنگتن و لیوینگ‌استون در لوئیزیانا، ‌LIGO قادر است، کشیدگی‌های ایجادشده در فضا را ردیابی کند.

زمانی که فیزیک‌دانان موفق به کشف امواج گرانشی شدند، این فرضیه را مطرح کردند که حساسیت بالای آشکارساز‌های آن‌ها می‌تواند باعث تولید این امواج نیز بشود. فیزیک‌دان فن ژانگ از دانشگاه Normal پکن می‌گوید:

نکته‌ی اساسی در مورد این آشکارسازها این است که جفتی از امواج گرانشی را تولید می‌کنند. وقتی شما اثر کوپلینگ دارید، این اثر در دو جهت به وجود می‌آید.

تیم دانشمندان LIGO با استفاده از مدل ریاضی کوانتومی به بررسی داده‌های خود پرداختند و نشان دادند که نظریه‌ی آن‌ها درست بوده است: آشکارسازهای آن‌ها در واقع موج‌های فضا-زمان کوچکِ بهینه و مؤثری تولید می‌کنند.

طبق نظریه‌های مکانیک کوانتومی، اشیاء کوچکی همچون الکترون، در آنِ واحد قادرند در دو مکان حضور داشته باشند و برخی فیزیک‌دانان معتقد هستند که اشیاء میکروسکوپی را می‌توان وارد شرایط مشابه حرکت کوانتومی کرد. پانگ معتقد است آشکارساز LIGO و امواج گرانشی تولیدشده، ابزار مناسبی برای انجام این کار هستند.

با این‌که باقی ماندن در موقعیت‌های حساس و زودگذر برای مدت‌زمان طولانی ممکن نیست، اما هر مقدار زمان سپری‌شده در این موقعیت‌ها می‌تواند فهم ما را از مکانیک کوانتوم بیشتر کند. در این صورت ما می‌توانیم مدت‌زمان لازم برای اتفاق افتادن واهمدوسی (decoherence) را اندازه‌گیری کنیم یا ببینیم گرانش در به وجود آمدن وضعیت‌های کوانتومی اشیاء میکروسکوپی چه نقشی دارد.

ییگوئی ما ، یکی از فیزیک‌دانان فعال در Caltech و از همکاران پانگ این‌گونه توضیح می‌دهد:

این ایده‌ی بسیار جالبی است. اما انجام آن از لحاظ تجربی بسیار دشوار است. اما ما می‌گوییم که اگر شما قصد انجام این کار را دارید، LIGO بهترین مکان برای انجام آن است.

شناخت بیشتر ما از فعالیت‌های کوانتومی نه‌تنها به ما کمک می‌کند که رایانه‌های کوانتومی بهتری بسازیم، بلکه ممکن است درک ما از جهان فیزیکی را به‌طور کامل دگرگون کند. آشکارساز LIGO در حال دریافت آپگرید‌های جدید است که آن را قادر خواهد کرد امواج گرانشی ضعیف‌تر را ردیابی کند و در نهایت هدف دانشمندان ساخت آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری پیشرفته (Elisa) است؛ یک رصدخانه‌ی فضایی امواج گرانشی.

در دهه‌های آینده نه‌تنها LIGO به‌طور مستمر به ردیابی و آشکارسازی امواج گرانشی خواهد پرداخت، بلکه می‌تواند روش‌های پیشرفته‌تری برای تولید آن‌ها بیابد و در نتیجه درک ما از جهان کوانتومی را به شکل غیرقابل تصوری بهبود ببخشد.