امواج گرانشی چه کمکی می توانند به ما بکنند
امواج گرانشی می تواند به ما در رسیدن به دست نیافتنی ترین رشته های کیهان کمک کند بسیاری از نظریه های جهان اولیه پیش بینی می کنند که کیهان باید در فضازمان شکاف داشته باشد.برای مطالعه کامل مقاله تا انتها با مجله آندرومدا مگ همراه باشید.
که به آن رشته های کیهانی نامیده می شود ، اما هنوز هیچ رشته کیهانی کشف نشده است. اکنون ، یک پیشنهاد جدید نشان می دهد که شاید لازم باشد آنها را نه از طریق نجوم سنتی ، بلکه از طریق امضای گرانش آنها جستجو کنیم، که ممکن است مدتها پس از ناپدید شدن رشته کیهانی در زمان باقی بماند.
وقتی جهان حتی یک سال دوم نبود ، تحت رادیکال ترین و دگرگون کننده ترین مرحله انتقال از هستی خود قرار گرفت شاهکاری که حتی تا به امروز، میلیاردها سال بعد تکرار نشده است. این انتقال فاز در حالی که نیروی متحد (فرضی) در نیروهای بنیادی جداگانه منشعب شد، جهان را کاملاً سازماندهی مجدد کرد: گرانش ، نیروی هسته ای قوی ، نیروی هسته ای ضعیف و الکترومغناطیس جز این موارد هستند.
با جدا شدن نیروها ، انرژی اساسی خلا کوانتومی فضا-زمان برای پشتیبانی از نیروهای جدید دوباره خود را تنظیم کرد. اما این تجدید آرایش نیرویی کامل نبود. به آب درون سینی مکعب یخ فکر کنید که در یک مایع یخ منجمد می شود. همانطور که انتقال فاز اتفاق می افتد ، مناطق مختلف آب می توانند کریستالهای یخ تشکیل دهند که از طرق مختلف جهت گیری شده است. در بعضی از قسمتهای یخ، مولکولهای آب در یک جهت به صف می آیند و یک بلور تشکیل می دهند. در قسمتهای دیگر یخ ، مولکولهای آب در جهت دیگری به صف می شوند. فرقی نمی کند ، وقتی آب به اندازه کافی سرد شود ، همه آب به یخ تبدیل می شود ، اما نقص می تواند بین حوزه های مختلف آرایش کریستال ظاهر شود.
می توانید این نقص ها را به صورت ترک و نقص در این تکه های یخ مشاهده کنید. اما برای دیدن شکاف ها و نقص هایی که در فضا-زمان ایجاد شده اند ، باید از سخت ترین موانع عبور کنیم. نقصی که در حین انتقال فاز اولیه جهان ظاهر شد، می تواند در ابعاد مختلفی وجود داشته باشد ، اما شایع ترین آن احتمالاً یک شکاف یک بعدی است که به عنوان یک رشته کیهانی شناخته می شود (که با ابر رشته های تئوری رشته ارتباطی ندارد).
ایجاد موج
رویارویی با یک رشته کیهانی یک منظره ترسناک است. عرض آن از یک پروتون بیشتر نیست، اما در کمتر از یک مایل جرم کل زمین را جمع می کند. به دلیل روشی که یک رشته کیهانی بر روی پارچه فضا-زمان می کشد، شما می توانید یک دور دایره کامل ایجاد کنید بدون اینکه 360 درجه کامل را طی کنید. رشته های کیهانی نیز نوری را که از اشیا پس زمینه می آید شکافته و باعث می شود دو برابر شوند. رشته های کیهانی بسته به نحوه تعامل آنها با سایر ذرات و نیروها ممکن است با تابش شدید و ذرات با انرژی بالا بدرخشند. آنها همچنین احتمالاً در کل جهان گسترش می یابند.
بهترین راه برای جستجوی یک رشته کیهانی جستجوی رشته نیست، بلکه برای زمانی است که آنها موفق می شوند با خود یا دیگران درگیر شوند. وقتی این اتفاق می افتد ، حلقه هایی از رشته ها می توانند تشکیل شوند. این حلقه ها فوق العاده ناپایدار هستند و مانند دیوانه ها مرتعش می شوند تا زمانی که انرژی کافی ساطع کنند و از بین بروند.
پیشنهاد ویژه : کارگاه آموزش نظریه نسبیت انیشتین به صورت جامع
بسیاری از نظریه های جهان اولیه پیش بینی می کنند که رشته های کیهانی باید در همه جا فراگیر شوند. در واقع ، کیهان شناسان زمانی فکر می کردند که رشته ها آنقدر مشترک هستند که اسکلت بزرگترین سازه های کیهان را تشکیل می دهند. اما بررسی پس از بررسی هیچ چیزی را پیدا نکرده است – هیچ تصویری دوگانه از کهکشان های دور ، و هیچ گونه تابش تابش در هنگام لرزش حلقه ها تا مرگ وجود ندارد.
بنابراین مقاله جدیدی که اخیراً در پایگاه داده پیش چاپ arXiv.org ارسال شده است ، رویکرد جدیدی را پیشنهاد می کند: به جای جستجوی نشانه های مستقیم رشته های کیهانی ، باید نشانه های غیرمستقیم را جستجو کنیم ، مانند اثری که آنها در خود فضا-زمان باقی می گذارند.
ساختن یک خاطره
حلقه های رشته های کیهانی فوق العاده عظیم و بسیار ناپایدار هستند. این یک ترکیب ترکیبی قوی است که می تواند مقادیر سالمی از امواج گرانشی را ایجاد کند ، که امواج موجی در پارامتر فضا-زمان است. اما حلقه های جداگانه کمک چندانی نخواهند کرد. ابزارهای کنونی حساسیتی برای تشخیص یک حلقه لرزشی ندارند به همان روشی نیز می توانند سیاه چاله ها را تشخیص دهند.
اما امواج گرانشی دقیقاً مانند امواج آب یا امواج صوتی نیستند. آنها فقط از فضا-زمان عبور نمی کنند. آنها می توانند فضا-زمان را به طور دائمی تغییر شکل دهند و پس زمینه “حافظه” از عبور خود را ایجاد کنند. تصور کنید هر صدایی هرجا که می رود صدای همهمه ای کوچک و دائمی تولید می کند – این همان کاری است که امواج گرانشی می توانند انجام دهند.
در مطالعه اخیر ، فیزیکدانان نجومی ماهیت حافظه موج گرانشی را که در اثر حلقه های رشته کیهانی ارتعاشی باقی مانده است ، کشف کردند. آنها دریافتند که قوی ترین امواج هنگام تشکیل لبه ها و گره ها در حلقه ها تولید می شوند و همچنین حافظه آنها قوی ترین است.
از آنجا که ستاره شناسان هنوز نتوانسته اند شواهدی در مورد هر رشته کیهانی پیدا کنند ، نظریه پردازان مدت ها است که آیا رشته های کیهانی مدتها قبل پراکنده شده اند یا نه ، هیچ مدرکی را پشت سر نمی گذارند. اما اگر به جای آن حافظه موج گرانشی آنها را جستجو کنیم ، می توانیم رد رشته های کیهانی را تشخیص دهیم حتی اگر آنها دیگر وجود نداشته باشند.
اما یک سوال اساسی باقی مانده است: آیا می توانیم این خاطرات را تشخیص دهیم؟ متأسفانه ، گفتن آن کمی زود است. روشهای معمول درک گرانش در محیط بسیار قوی نزدیک به حلقه رشته ای تجزیه می شوند ، بنابراین دقیقاً مطمئن نیستیم که این اثرات ممکن است بر فضا-زمان اطراف تأثیر بگذارد.
یک احتمال این است که انرژی گرانشی آزاد شده توسط برجستگی ها بلافاصله سیاهچاله های کوچکی را تشکیل می دهد. در این صورت ، حافظه موج گرانشی کمی باقی خواهد ماند ، زیرا بیشتر انرژی به تشکیل سیاهچاله هدایت می شود. با این حال ، اگر تمام انرژی به سمت تشکیل امواج گرانشی برود ، در آن صورت حافظه آنها با نسل بعدی ردیاب ها ، مانند آنتن فضایی تداخل سنج لیزری ، قابل شناسایی است.
حافظه موج گرانشی پیش بینی اصلی نسبیت عام است و ستاره شناسان به آرامی در حال توسعه فناوری لازم برای دیدن این امضاها هستند. یافتن خاطرات رشته های کیهانی یک پاداش مضاعف خواهد بود تأییدی بر نظریه نسبیت عام انیشتین و اولین بقایای باقی مانده از ثانیه اول جهان نیز می باشد.