موجات الجاذبية عندما رصدنا الثواني الاخيرة من مليار سنة تذبل . دعكم من رواية الساعة الخامسة والعشرين للروائي قسطنطين جورجيو فالتاريخ اعلاه يصلح لان تكتب به رواية القرن انه تاريخ عظيم 11-2-2016 تم فيه اكتشاف تموجات الجاذبية فيه في مرصد ليغو في امريكا وهي اثبات مهم لنسبية انيشتاين وعين جديدة تم فتحها باتجاه الكون بعد ان كنا نرى بعين واحدة حيث تنفتح الاحتمالات على مصراعيها لامكانية اكتشاف ثقوب سوداء او فحص ادق لبداية الكون عبر رصد موجات الجاذبية للاحداث الكبرى في الكون.
اول رواية روسية من الخيال العلمي ذكرت في احداثها جهازا يرصد موجات الجاذبية هي رواية Space Apprentice في سنة 1962 والغريب انه في نفس السنة قدم العالمان الروسيان ميخائيل و وفلاديسلاف ورقة عملها الخاصة بجهاز مقترح لاستخدام التداخل الليزري للكشف عن موجة الجاذبية.
حينما صاغ انيشتاين نظرية النسبية العامة استطاع عبر رياضياتها الى ان يتوصل الى ان الاجسام في حالات خاصة وليست عامة ( الانظمة التي يكون فيها الجسم المتحرك يمتلك تسارعا شريطة ان لا تكون الاجسام ذات تماثل كروي كمثال كرة تنضغط او كرة تتوسع باتجاه احد محاورها او مثل ما يعرف بال Dumbbell على شريطة ان يكونان متقابلين وليسا على محور واحد عندها فقط يمكن ان يشع الجسم طاقة على شكل تموجات للجاذبية.
تحت هذه الشروط فان هنالك قدرا من الطاقة يتم فقدانها تتسرب كاضطراب عبر نسيج الزمكان ونتيجة لهذا الفقدان بالطاقة يبدا الجسمان تدريجيا بالاقتراب من بعضهما شيئا فشيئا. تنتشر تلك الموجات عبر نسيج الزمكان لتسبب تموجا بالطول والعرض للاجسام يمكن رصده اذا ماكانت طاقة ذلك الاضطراب عالية داخل نسيج الزمكان.
كمثال على هذا فان الارض تدور حول الشمس وتبعد بمسافة تقدر بحوالي 149.6 مليون كم (وحدة فلكية واحدة)، ومن خلال استخدام قوانين كيبلر والنسبية العامة ومعرفة كتلة جسم الارض والشمس ونصف قطريهما فستكون الطاقة التي تذهب هاربة منهما على شكل اضطراب وينتقل بشكل تموجات حوالي 200 watts كل ثانية تذهب سابحة عبر نسيج الزمكان هذا الفقدان بالطاقة يسبب تقليص المسافة بين الجسمين شيئا فشيئا ومن خلال اجراء الحسابات ويمكن حسابيا تقدير الوقت الزمني لسقوط الارض نحو الشمس من خلال معادلات النسبية.
نعم الارض تسقط نحو الشمس لان جزء من طاقتها يتم فقده على شكل تموجات الجاذبية . فالشمس تروم ابتلاعنا او نحن وهي نقترب من بعضنا . لكن لا تخافوا فالطاقة الكلية للارض تساوي الطاقة الحركية + الطاقة الكامنة وتقدر بحوالي 1.14×10^36 جول بمعنى ان الارض والشمس يقتربان بمقدار 1×10−15 اي حوالي قطر البروتون كل يوم وهي مسافة قليلة جدا جدا لا يمكن تخيلها لذا فانكم في مامن من السقوط على المدى البعيد لان هذا يحتاج زمنا طويلا جدا باضعاف مضاعفه من عمر الكون الحالي.
هذه الطاقة التي تذهب على شكل تموجات في الجاذبية يمكن ملاحظة تاثيرها على نسيج الزمكان بمعنى انها تقوم بعمل تموج في طول وعرض الاشياء اثناء مرورها في الاجسام.
موجات الجاذبية الصادرة ذات طاقة منخفضة جدا فطاقة موجات الجاذبية تقارب 200 واط تذهب كاضطراب في نسيج الزمكان وهي طاقة منخفضة جدا لا تحدث تموجا في نسيج الزمكان يمكن رصده لكونها تنتج استقطاب h+ = 10^- 25 وهذا ما لا تستطيع اي اجهزة رصد حساسة رصده لهذا فان انيشتاين قلل من احتمالية اكتشافنا لتلك التموجات نظرا للنتائج والحسابات التي تبدو مستحيلة على الرصد من قبلنا حتى نحن في وقتنا الحالي بادق مراصدنا لايمكننا رصدها.
لكن مهلا ماذا لو كان الجسمين اكثر كتلة واقرب مسافة ويدوران حول بعضهما البعض كما لو ان ثقبان اسودان يدوران حول بعضيهما بسرع عالية وب كتل عظيمة بشكل كبير ومسافات قريبة جدا.
نعم في مثل هكذا حالات يمكن ان يتم ملاحظة هذه التموجات ولكنها تحتاج الى اجهزة قياس دقيقة جدا.
يمكن للمراصد ان ترصد مثل هكذا انظمة ثنائية من نجوم نيوترونية ذات كتل كبيرة يدوران حول بعضهما او ثقبين اسودين ذنصف قطر صغير نسبيا.
هنالك مصادر لموجات الجاذبية القوية تسمى (بالانظمة الثنائية القصيرة العمر) وهي انظمة ثقوب سوداء او نجوم نيترونية قليلة جدا في كوننا ومن النادر ملاحظتها لكنها تعتبر مصدر جيد للكشف عن موجات الجاذبية هذه الانظمة نادرة جدا اذ يمكن ملاحظة واحد كل عشرة او عشرين سنة.
تخيل معي ان مرصدا ينتظر عشرات السنين فقط ليرصد ثانية او ثانيتين من حدث معين.
مرصد ليغو مخصص للكشف عن تلك المصادر القوية لموجات الجاذبية اي انه يقوم برصد انظمة ثنائية لنجوم نيوترونية او ثقوب سوداء ثنائية بمدارات صغيرة وكتل عظيمة يدوروان حول بعضهما بسرع كبيرة.
ومن خلال نسبية انيشتاين يمكن حساب الزمن اللازم لاندماج النجمين او الثقبين مع بعضهما من خلال خسارة طاقتيهما شيئا فشيئا على شكل موجات جاذبية وسقوط احدهما في الاخر وهذا الالتحام بينهما يحدث بسرعة كبيرة جدا والذي يستغرق زمن قصير نسبيا وعندما يكون المدار بين النجمين اقصرما يمكن اي لحظة ما قبل الاندماج وهي ثواني معدودة تصدر من النجمين او الثقبين موجات جاذبية بتردادات عالية يمكن رصدها عبر مرصد ليغو.
تخيل معي نظام ثنائي عمره اكثر من مليار سنة ننتظره فقط لاخر ثواني من عمره فقط لكي نرصد موجات الجاذبية.
كم نحتاج من الحظ لنصادف مثل هكذا نظام في الثواني الاخيرة من حياته التي تمتد لبلايين السنين فقط لكي نسجل اشارات معدودة ويصدف اننا موجودون على كوكب اسمه الارض واخترع فيه جنس بشري مرصد اسمه ليغو ليكتشف موجات الجاذبية التي تنبعث في الثواني الاخيرة من حياته وهذا الحدث لا يتكرر لعشرات السنين كل مرة.
مصادر:
http://www.dpf99.library.ucla.edu/session14/barish1412.pdf
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102
http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=137628
http://einstein-annalen.mpiwg-berlin.mpg.de/related_texts/sitzungsberichte
