محاسبه متریک گرانشی سیاه‌چاله (جرم نوترونی)
نسبیت عام و سیاه‌چاله‌ها:
یکی از نخستین حل‌های معادله میدان انیشتین را فیزیک‌دان منجمی به نام
کارل شوارتس‌شیلد به دست آورد. شوارتس‌شیلد متریک اطراف یک کره، مثلاً
اطراف یک ستاره را به دست آورد. این متریک که امروزه متریک شوارتس‌شیلد
نام دارد، خاصیت بسیار عجیبی دارد، اگر شعاع ستاره از حدی کوچک‌تر شود،
دیگر حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد. در این حالت ستاره به شیء
عجیبی تبدیل می‌شود که سیاه‌چاله نام دارد. درک فیزیک سیاه‌چاله‌ها یکی
از چالش‌هایی است که فیزیک‌دانان بیش از نیم‌قرن است با آن دست‌وپنجه
نرم می‌کنند. امروزه تقریباً اکثر فیزیک‌دانان فعال اعتقاد دارند که در
دنیا، از جمله در مرکز کهکشان راه شیری سیاه‌چاله وجود دارد.
تاریخچه سیاه‌چاله‌ها:
پس از آنکه مکانیک
نیوتنی تحت عنوان مکانیک آسمانی در شناخت جهان مورداستفاده قرار گرفت،
یکی از موارد موردتوجه سیاه‌چاله‌ها بود. نخستین‌بار در سال ۱۷۸۴ جان
میشل طی یک مقاله سرعت فرار را با اطلاعات آن روز محاسبه کرد و اظهار
داشت که اگر گرانش چنان قوی باشد که سرعت فرار در آنجا بیش از سرعت نور
باشد؛ نور نمی‌تواند از آنجا بگریزد. البته در آن زمان به طور تقریبی
سرعت نور را می‌دانستند؛ ولی حد سرعت، سرعت نور نبود. زیرا در مکانیک
نیوتنی سرعت نامتناهی قابل‌قبول بود. در سال ۱۷۹۶ لاپلاس همان نظریه
جان میشل را دوباره مطرح کرد. در اواخر قرن نوزدهم سرعت نور کاملاً
معلوم و اندازه‌گیری شده بود. در سال ۱۹۱۵ انیشتین نظریه نسبیت عام را
مطرح کرد و نشان داد که گرانش روی نور اثر دارد. چند ماه بعد کارل
شوارتس‌شیلد با حل معادله میدان انیشتین برای یک جرم نقطه‌ای، اظهار
داشت که از دیدگاه نظری، سیاه‌چاله‌ها وجود دارند. شعاعی که نور
نمی‌تواند از آنجا خارج شود به نام شعاع شوارتس‌شیلد شناخته می‌شود.
چند ماه بعد از شوارتس‌شیلد، یکی از دانشجویان لورنتس به نام ژوهانس
دروست، به همان نتایج شوارتس‌شیلد رسید. در ۱۹۲۰ چاندرازخار که از
شاگردان ادینگتون بود، نشان داد که اگر سرعت فرار بخواهد بیش از سرعت
نور باشد، جرم جسم باید حداقل ۱.۴۴ برابر جرم خورشید باشد. این عدد
امروزه به‌عنوان حد چاندرازخار شناخته می‌شود. ادینگتون با دست آورد وی
مخالف کرد و آن را نادرست خواند. در ۱۹۳۹ اپنهایمر به‌اتفاق شاگرد خود
اسنایدر پیش‌بینی کردند که یک ستاره پر جرم در اثر گرانش فرومی‌ریزد و
به سیاه‌چاله تبدیل می‌شود. هم زمان با آغاز جنگ جهانی دوم، مسئله
سیاه‌چاله‌ها به فراموشی سپرده شد. در دهه ۱۹۶۰ دوباره نظریه
سیاه‌چاله‌ها و راه‌حل شوارتس‌شیلد و فروپاشی گرانشی موردتوجه
فیزیک‌دانان قرار گرفت.
شعاع شوارتس‌شیلد:
شعاع شوارتس‌شیلد را می‌توان با استفاده از رابطه سرعت فرار به دست
آورد. توضیحات کاملی در مورد سرعت فرار در مبحث
نظریه انفجار بزرگ محال
است ارائه شده و روابط آن از قرار زیر است: اگر انرژی پتانسیل
گرانشی یک دستگاه شامل دو جسم در فاصله بی‌نهایت را برابر صفر در نظر
بگیریم به‌راحتی می‌توان اثبات کرد که:
که دراین‌رابطه U انرژی پتانسیل، M جرم زمین، m جرم گلوله، G ثابت
جهانی گرانش و r فاصله مرکز زمین تا مرکز گلوله است. باتوجه‌به
مطالب گفته شده در بالا می‌توان گفت که:
K
انرژی جنبشی و Vesc سرعت فرار گلوله است. برای‌آنکه نور نتواند از سطح
یک جسم بگریزد، باید در رابطه فوق سرعت فرار در آنجا برابر سرعت نور
شود. چنین جسمی که مانع فرار نور می‌شود، قابل رویت نیست و آن را
سیاه‌چاله می‌نامند. شوارتس‌شیلد با استفاده از نسبیت عام، شعاع یک
سیاه‌چاله را محاسبه کرد و به‌صورت زیر ارائه داد:
که
در آن r شعاع شوارتس‌شیلد و c سرعت نور است. سیاه‌چاله‌ها مثل گرداب
عمل می‌کنند. هر جرم یا انرژی که به یک سیاه‌چاله نزدیک شود، در داخل
فاصله معینی که افق رویداد آن خوانده می‌شود، به طور مقاومت‌ناپذیری به
درون سیاه‌چاله کشیده می‌شود. سیاه‌چاله ماده را به سمت خود می‌کشد و
منقبض می‌کند، تا آنکه ماده به‌کلی تجزیه و جز پیکره سیاه‌چاله شود.
نوری که از اطراف یک سیاه‌چاله عبور می‌کند، اگر به افق رویداد نرسد،
روی مسیری منحنی‌شکل از کنار آن می‌گذرد. اگر به افق رویداد برسد، در
سیاه‌چاله سقوط می‌کند و سیاه‌چاله را سیاه و بنابراین نامرئی می‌کند.
موج یا امواج گرانشی:
گرانش یکی از چهار نیروی اساسی طبیعت فرض می‌شود که ماهیت عمل آن نظیر
سایر نیروهاست، با این تفاوت که بسیار ضعیف‌تر از آنهاست. نخستین
نیرویی که به‌طورجدی موردتوجه قرار گرفت گرانش است. طبق قانون جهانی
گرانش که نیوتن کاشف آن است، هرگاه دو جسم در فاصله‌ای از یکدیگر قرار
گیرند، نیرویی بر هم وارد می‌کنند که با حاصل‌ضرب جرم دو جسم متناسب و
با مجذور فاصله نسبت عکس دارد. این نیرو خاصیت ذاتی ماده است و تجربه
نشان داده مستقل از خواص فیزیکی، شیمیایی و محیطی همواره اعمال
می‌گردد. برد این نیرو بی‌نهایت است. بسیاری از فیزیک‌دانان از جمله
فارادی و پلانک اعتقاد داشتند که نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی
تشابه بسیار زیادی به یکدیگر دارند و احتمالاً رابطه مشابهی نظیر آنچه
که بین نیروهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، بین گرانش و نیروی
الکترومغناطیسی نیز وجود دارد. آلبرت انیشتین نیز تلاش بسیار کرد که
این دو نیرو را در یک نیروی اولیه خلاصه کند، اما موفق نشد. البته در
زمان انیشتین نیروهای مهم و مطرح همین دو نیروی گرانشی و
الکترومغناطیسی بود. نظریه نسبیت عام که گرانش را به منزله انحنای فضا
- زمان چهاربعدی مطرح می‌کند، انواعی از پدیده‌های غیرعادی را پیش‌بینی
می‌کند. بنابر نسبیت عام هر جسمی که جرم داشته باشد موجب می‌گردد که
فضای اطراف آن خمیده شود. هر زمان که این جسم حرکت کند، این انحنا با
صورت‌بندی جدید ماده، متناسب می‌گردد. این تنظیم فضا - زمان با وضعیت
متغیر مکانی ماده موجب می‌شود که امواج گرانشی با سرعت نور در فضا
منتشر شود. در نتیجه هر جسم متحرکی از خود تشعشعات گرانشی منتشر
می‌کند.
امواج گرانشی نسبت به سایر نیروها فوق‌العاده ضعیف است. برای مشاهده
ضعیف‌بودن امواج گرانشی نسبت به امواج الکترومغناطیسی کافی است قانون
گرانش و قانون کولن را برای دو الکترون بکار برید. خواهید دید که امواج
الکترومغناطیسی تقریباً ده بتوان چهل مرتبه از امواج گرانشی قوی‌تر
است. وقتی امواج الکترومغناطیسی به ماده برخورد می‌کنند، فقط ذرات
باردار را تکان می‌دهند . ولی امواج گرانشی موجب می‌شوند که تمام ذرات
ماده تحت‌تأثیر قرار گیرند. همچنین به دلیل آنکه امواج الکترومغناطیسی
بسیار قوی‌تر از امواج گرانشی است (تقریباً ده بتوان چهل بار) هنگام
عبور امواج به همین نسبت نیز ذراتی که در مسیر آنها هستند تحت‌تأثیر
قرار می‌گیرند. در دهه ۱۹۶۰ ژوزف وبر از دانشگاه مریلند ترتیبی داد تا
امواج گرانشی را آشکار سازد. آنتنی که وبر برای آشکارساختن امواج
گرانشی ساخت استوانه‌ای آلومینیمی بود به قطر ۶۰ سانتیمتر و طول ۱.۵
متر که وزن آن بیش از یک تن بود. این استوانه توسط سیمی که در وسط آن
به‌دور استوانه پیچیده شده بود در یک محفظه خلأ به طور معلق قرار داشت.
همچنین این محفظه به‌وسیله سیستمی از کمک‌فنرها از جهان خارج جدا شده
بود . وقتی یک موج گرانشی از درون استوانه عبور می‌کرد فشارهایی به
وجود می‌آورد . وبر برای آشکارکردن نوسانات حاصل، تعدادی کریستال
پیزوالکتریک بر روی سطح استوانه نصب کرد. این کریستال‌ها نوسانات را به
جریان‌های الکتریکی ضعیفی مبدل می‌کنند. سپس این جریان‌ها تقویت و ثبت
می‌شوند. یک چنین استوانه آلومینیمی به دلیل وجود تأثیرات گرمایی
همواره در حال نوسان خواهد بود. برای غلبه بر این مشکل صافی‌هایی
الکترونیکی در سیستم نصب شده تا تمام نوسانات را به‌استثنای بزرگ‌ترین
آنها حذف کند. علاوه بر این وبر دو عدد از این آنتن‌ها را یکی در
دانشگاه مریلند در نزدیکی واشنگتن و دیگری را در آزمایشگاه ملی ارگون
خارج از شیکاگو نصب کرد. این دو آنتن به‌وسیله خطوط تلفن به نحوی به هم
وصل بودند که نوسانات بزرگ آنی که در هر دو ایستگاه رخ می‌داد، به‌سرعت
ثبت می‌کردند. در سال ۱۹۶۹ وبر با اعلام این خبر که امواج گرانشی را به
طور موفقیت‌آمیزی آشکار کرده فیزیک‌دانان را متحیر کرد. هر روزه حداقل
یک نوسان بزرگ ثبت می‌شد و نشان می‌داد که یک موج گرانشی به زمین
برخورد می‌کند. بااین‌وجود بسیاری از دانشمندان نسبت به‌درستی نتایج
آزمایش وبر مشکوک هستند. هرچند که هیچ‌کس نتوانسته نشان دهد که کدام
قسمت از نتایج آزمایش وبر نادرست است.
نحوه عملکرد امواج گرانشی بر ذرات باردار و
بدون بار چنین به نظر می‌رسد: زمانی که یک موج گرانشی از یک جسم عبور
می‌کند، ممکن است جهت نوسان ذرات عمود بر جهت انتشار موج گرانشی باشد،
ولی در این حالت ذرات نسبت به یکدیگر حرکت نسبی دارند و ذرات به طور
یکسان و یکپارچه و باهم ارتعاش نمی‌کنند. به طور مثال اگر امواج گرانشی
از یک لوله استوانه‌ای عبور کنند و ما سطح مقطع دایره‌ای آن را ناظر
باشیم، مشاهده خواهیم کرد که ذرات سمت چپ و راست از مرکز دایره دور
می‌شوند و در همان لحظه ذرات بالا و پائین به مرکز دایره نزدیک می‌شوند
و لحظه‌ای بعد، این وضعیت بر عکس می‌شود. نمونه کیهانی این تحولات
گرانشی، لحظه انفجار ستارگان بسیار عظیم است که جرمشان هزاران مرتبه از
خورشید ما بزرگ‌تر است و امواج گرانشی حاصل از انفجار، بهنگام عبور از
منظومه شمسی، موجب نوسان ماه و زمین به عقب و جلو می‌شوند.
اقْتَرَبَتِ السَّاعَةُ وَانْشَقَّ الْقَمَرُ ﴿۱﴾
قمر
اشکالات
امواج گرانشی در نسبیت عام:
۱- همچنان که می‌دانیم در نسبیت عام، گرانش اثر هندسی ماده بر فضا -
زمان اطرافش است و آن را انحنای فضا - زمان می‌نامند که کمیتی پیوسته
است. با حرکت جسم میزان انحنای فضا - زمان نیز تغییر می‌کند. اگر فرض
کنیم که امواج گرانشی نیز کمیتی پیوسته است آنگاه با مکانیک کوانتوم
ناسازگار خواهد بود. یعنی از چهار نیروی اساسی سه تای آنها کوانتومی و
یکی پیوسته است. اگر فرض کنیم که امواج گرانشی نیز کوانتومی است که در
این صورت فضا - زمان با امواج گرانشی که نسبیت خود بانی است ناسازگار
خواهد بود.
"
اخترشناسان به‌تازگی از پیشرفت‌های رصدی و نظری درباره فاجعه‌بارترین
واقعه در عالم، پس از مهبانگ، خبر دادند یعنی: ادغام سیاه‌چاله‌های ابر
پر جرم. این برخوردهای عظیم باید در مدت کوتاهی، ۲۳^۱۰ برابر خورشید
انرژی آزاد کنند که همه این انرژی به شکل امواج نامرئی گرانشی است؛
امواجی در انحنای فضا - زمان که در نسبیت عام انیشتین هم پیش‌بینی‌شده،
اما هنوز به‌طورقطع شناخته نشده‌اند. اخترشناسان سال‌هاست که می‌دانند
ابر سیاه‌چاله‌ها، با جرمی معادل چند میلیون تا چند میلیارد برابر جرم
خورشید، در مرکز کهکشان‌هایی بزرگ مخفی شده‌اند. این هیولاها به تحول
کهکشان‌ها نظم می‌بخشند . وقتی دو کهکشان با هم ادغام می‌شوند،
سیاه‌چاله‌های ابر پر جرم باید در عرض چند صد میلیون سال در مداری به
گرد هم قفل شوند. این جفت‌چرخان به‌دور هم ستاره‌های نزدیک را پراکنده
می‌کنند. به این فرایند که آنها را نزدیک‌تر به هم می‌کشاند، اصطکاک
دینامیکی می‌گویند. اگر این دو به فاصله یک هزارم سال نوری از هم برسند
آن‌چنان با حرکت خود ساختار فضا - زمان را در هم می‌پیچند که با گسیل
امواج گرانشی و ازدست‌رفتن انرژی، مطابق اصل بقای تکانه انرژی، امواج
گرانشی قدرتمندی را ساطع می‌کنند. مدارهایشان جمع‌تر می‌شود و سرانجام
آن‌قدر به‌دور هم می‌گردند تا تبدیل به یک سیاه‌چاله واحد شوند. اما
چنین رخدادی چقدر معمول است؟ اخترشناسان، برای یافتن پاسخ این پرسش،
باید سیاه‌چاله‌های دوتایی با جدایی کم را پیدا کنند. اخترشناسان
دانشگاه نیومکزیکو در گزارش اخیر خود خبر کشف احتمالی به هم
چسبیده‌ترین جفت سیاه‌چاله‌ها را اعلام کردند. این دو سیاه‌چاله، دو
منبع رادیویی درخشان در نزدیکی مرکز کهکشان ۰۴۰۲+۳۷۹ در صورت فلکی
برساوش‌اند. در آینده نشان خواهیم داد که نیازی نیست که در مرکز هر
کهکشانی سیاه‌چاله ابر جرمی وجود داشته باشد.
اخترشناسان با استفاده از آرایه با خط مبنای بسیار بلند (VLBA) -
شبکه‌ای از ۱۰ تلسکوپ رادیویی که در خطی به طول ۸۰۰۰ کیلومتر از هاوایی
تا شرقی‌ترین جزایر دریایی کارائیب گسترده‌اند، جدایی زاویه‌ای این زوج
را فقط ۶.۹ میلی‌ثانیه قوس به دست آوردند که باتوجه‌به فاصله ۷۵۰
میلیون سال نوری این جفت از ما، فاصله آن دو از هم ۲۴ سال نوری به دست
می‌آید. این عدد ۱۰۰ بار کمتر از جدایی بین جفت سیاه‌چاله‌هایی است که
پیش‌ازاین کشف شده بود. طیف‌هایی با تفکیک کم که به کمک تلسکوپ هابی -
ابرلی در تگزاس گرفته شده است که گردش آنها به‌دور هم را نشان می‌دهد و
جرم مجموعشان را دست‌کم ۱۵۰ میلیون برابر جرم خورشید به دست می‌دهد.
احتمالاً ً دوره‌گردش آنها به‌دور هم ۱۵۰ هزار سال طول می‌کشد تا آن دو
در هم ادغام شوند. ممکن است جدایی بین دو سیاه‌چاله بیشتر از این باشد،
اگر یکی از آنها بسیار جلوتر از دیگری، نسبت به زمین باشد و از دید ما
کنار هم به نظر برسند که البته احتمالش بسیار کم است. بر اساس
بررسی‌های نظری وقتی کهکشان‌ها ادغام می‌شوند، اصطکاک دینامیکی به‌سرعت
دو سیاه‌چاله را به هم نزدیک می‌کند تا فاصله‌شان به ۳۰ سال نوری برسد.
سپس مهاجرت به‌سوی هم کند می‌شود، پیش‌ازاین که بر همکنش با گاز،
دسته‌ای ستاره، یا سیاه‌چاله سومی سبب ادغام دو ابر سیاه‌چاله شود.
فیزیک‌دانان همچنین مایل‌اند ردپای امواج گرانشی را در انحنای فضا -
زمان شناسایی کنند؛ آثاری که حاصل ادغام سیاه‌چاله‌های غول‌پیکرند.
مطابق نسبیت عام انیشتین انحنای فضا در اطراف جرم شکل می‌گیرد و جرم
زیاد و بی‌اندازه چگال سیاه‌چاله انحنای فوق‌العاده‌ای را در فضا -
زمان ایجاد می‌کند و با حرکت دو سیاه‌چاله به‌دور هم خمیدگی فضا - زمان
نیز جابه‌جا می‌شود و موجی از انحنای فضا - زمان را منتشر می‌کند که
موج گرانشی نام دارد. اخترشناسان مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا در
گزارشی اعلام کردند که شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی ابررایانه‌ها نشان می‌دهد
در جریان فرایند ادغام، امواج به‌سوی بیرون حرکت می‌کنند. آنها معادلات
انیشتین را به زبان رایانه ترجمه کردند. شبیه‌سازی مشخص کرد که اگر
سیاه‌چاله‌های ابر پر جرم در هر کهکشان در فاصله چند میلیارد سال نوری
از زمین با هم ادغام شوند، آشکارسازهای امواج گرانشی باید به دنبال چه
نشانه‌هایی بگردند. چندین شبیه‌سازی انجام شده و حالا دانشمندان
مطمئن‌اند که شبیه‌سازی‌ها بیشترین شباهت را با واقعیت دارند. آنها
دریافتند که ۴ درصد جرم سیاه‌چاله‌ها به امواج گرانشی تبدیل می‌شود.
بسامد و شدت امواج با نزدیک‌تر شدن سیاه‌چاله‌ها به هم‌افزایش می‌یابد.
هر موجود میکروسکوپی در فاصله چند واحد نجومی از این رخداد به سبب
امواج گرانشی تکه‌تکه خواهد شد. اما زمانی که این امواج میلیون‌ها یا
میلیاردها سال نوری سفر کنند و به زمین برسند، اثر کشیده‌شدن یا
فشرده‌شدن حاصل از عبور موج گرانشی بر موجودات زمین بسیار کمتر از
اندازه هسته یک اتم است. به سبب بسامد کم و ضعیف‌بودن این امواج،
دانشمندان برای آشکارساختن آنها به آرایه‌ای از فضاپیماها نیاز دارند.
ناسا و اسا در حال تدارک این مأموریت‌اند؛ آنتن فضایی تداخل سنجی لیزری
(لیزا). البته لیزا هم یکی از مأموریت‌های ناسا در فهرست ابهام است؛
زیرا کاهش بودجه ناسا بسیاری از مأموریت‌های آینده را لغو کرده است.
منبع : مجله نجوم
160
ــ
شماره دهم تيرماه 1385
http://www.nojum.ir
"
"
آشکارسازهایی که امروزه برای جستجوی امواج گرانشی به کار می‌روند، گرچه
تلسکوپ امواج گرانشی نیز نام دارند؛ اما در عمل هیچ شباهتی به تلسکوپ
نوری ندارند. اساس کار این آشکارسازها، پدیده‌ای به نام تداخل‌سنج است.
در این روش دو باریکه هم فاز نور در دو مسیر عمود بر هم حرکت می‌کنند،
در انتهای مسیرها بازتابنده‌ای قرار دارد که نور را به مبدأ باز
می‌تاباند. دو باریکه نور وارد یک تلسکوپ می‌شوند و یک طرح تداخلی
می‌سازند. در آنجا می‌توان فهمید که در طول مسیر آیا اتفاقی برای یکی
از پرتوها روی داده است یا خیر؟ اگر پدیده‌ای باعث تغییر یکی از
باریکه‌ها شود آنگاه دو پرتو با هم اختلاف‌فاز پیدا می‌کنند و وقتی با
یکدیگر ترکیب شوند طرح تداخلی آنها تغییر خواهد کرد و دیگر همان شکل
قبلی را نخواهد داشت. با مشاهده این تغییر می‌توان فهمید که چه اتفاقی
افتاده است. اگر این پدیده موج گرانشی باشد، موج گرانشی در راستای عمود
بر انتشار خود، فضا - زمان را دچار تغییر خواهد کرد. به عبارتی مسیر
نور در اثر عبور موج گرانشی تغییر می‌کند. فرض کنیم در راستای یکی از
بازوها عبور می‌کند، طبق خاصیت موج گرانشی، طول بازو برای مسیر نور
تغییر می‌کند. درست مثل وقتی که نور در هوا وارد آب یا شیشه می‌شود و
سرعت آن تغییر می‌کند؛ بنابراین نور در مدت‌زمان متفاوتی این مسیر را
طی می‌کند و به همین دلیل نسبت به حالات قبل اختلاف‌فاز پیدا می‌کند.
اختلاف‌فاز این پرتو موجب می‌شود که دیگر پرتوها یکدیگر را خنثی نکنند
و در نتیجه یک جرقه را لحظه‌ای با شکل خاص مشاهده می‌کنیم. پس مشاهده
یک درخش نمایانگر عبور موج گرانشی است؛ اما ممکن است عوامل دیگری مثل
زمین‌لرزه باعث ایجاد چنین تغییراتی شود. به همین خاطر در مجاورت یکی
از آشکارسازها، آشکارساز کوچک‌تری با همین خصوصیات ولی با طول بازوی ۲
کیلومتر ساخته می‌شود. اگر موج گرانشی عبور کند، اثر آن بر آشکارساز
کوچک، نصف آشکارساز بزرگ است. از جمله آشکارسازهای روی زمین آشکارساز
لیگو است. لیگو باوجودآنکه در حال حاضر بزرگ‌ترین آشکارساز امواج
گرانشی روی زمین است؛ ولی مشکلات و محدودیت‌های بزرگ نیز دارد که
مهم‌ترین آنها حساسیت نسبتاً پایین به امواج گرانشی است. لیگو می‌تواند
منظومه دوتایی ستاره‌های نوترونی را تنها در چند صدم ثانیه‌ای که این
دو با هم برخورد می‌کنند آشکار کند. در چنین لحظه‌ای امواج گرانشی در
حوالی منظومه بسیار قوی است. یک راه دیگر برای آگاهی از امواج گرانشی و
آنچه در پیرامون ما در فضا اتفاق می‌افتد شبیه‌سازی رایانه‌ای است. در
این کار وضعیت فیزیکی خاصی را در نظر می‌گیرند و با کمک معادلات
توصیف‌کننده آن وضعیت، رفتار بعدی آن را شبیه‌سازی می‌کنند، هر چند که
معادلات ریاضی بسیار پیچیده‌ای دارند. بررسی امواج اجرام مختلف به ما
کمک می‌کند تا اطلاعات بیشتری در مورد ساختار آنها کسب کنیم. با مشاهده
انفجار یک ابرنواختر می‌توان سرعت امواج الکترومغناطیس و سرعت موج
گرانشی را مقایسه کرد. دریافت موج گرانشی از یک ستاره نوترونی می‌تواند
اطلاعات دقیق‌تری در مورد شعاع و جرم آنها به ما دهد. طرحی به نام لیزا
Lisa در دست است که از سه ماهواره تشکیل شده در فضا به شکل یک مثلث
متساوی‌الاضلاع با طول هر ضلع ۵ کیلومتر قرار دارد. ماهواره‌های لیزا
در فاصله ۵۰ میلیون‌کیلومتری زمین به‌دور خورشید قرار خواهند گرفت. یکی
از ماهواره‌ها، هم به‌صورت منبع تابنده لیزر و هم به‌صورت دریافت‌کننده
پرتوهای بازتابنده عمل می‌کند و دو ماهواره دیگر در نقش بازتابنده (از
قطعات مکعبی شکل ساخته شده است) استفاده می‌کنند که آزادانه در فضای
درون ماهواره حرکت می‌کند ................
http://hamidoroud.blogfa.com/post-38.aspx "
۲-
اگر سرعت امواج گرانشی برابر سرعت نور باشد؛ این امواج نمی‌توانند از
افق رویداد یا شعاع شوارتس‌شیلد اجرام نوترونی فرار و به‌طرف پیرامون
منتشر و حتی آشکار شوند، برای اینکه طبق نظریات جدید، میدان گرانش هر
جسمی تشکیل شده است از امواج گرانشی خود آن جسم که مربوط به ذرات زیر
کوانتومی فرضی به نام گراویتون می‌شود و علت آن این است که اتم‌ها ساکن
نبوده؛ بلکه با نوسانات زیادی در حال جنبش هستند که مسلماً امواج
گرانشی تولید خواهند کرد، یعنی چیزی شبیه امواج الکترومغناطیسی پیرامون
اجسام باردار یا مواد باریونی که مربوط به ذراتی به نام فوتون می‌شود.
در صورت درست بودن نظریات فعلی هیچ میدان گرانشی نمی‌تواند پیرامون
سیاه‌چاله‌ها پدیدار شود و این در حالی است که میدان گرانش قوی پیرامون
اجرام نوترونی شناسایی شده است و باید گفت که این امواج گرانشی در بر
همکنش سیاه‌چاله‌ها با یکدیگر در یک سیستم (منظومه) دوتایی شناسایی و
ردیابی شده و جالب است که این پدیده شناخته شده یکی از شواهد اثبات
نظریه نسبیت تلقی می‌شود. اگر طبق نظریات مکانیک کوانتومی ذره زیر
کوانتومی وجود داشته باشد و آن حامل نیروی گرانش باشد، سرعت این ذرات
می‌بایست به‌مراتب بیشتر از سرعت نور یا فوتون‌ها باشد تا بتوانند خارج
از افق روی داد یک سیاه‌چاله گسترش و انتشار یابند.
http://www.mehrnews.ir/NewsPrint.aspx?NewsID=732981 "
امروزه سرنخ‌هایی از این سرعت‌های
بسیار بالا به‌دست‌آمده است:
"
سرعت نور شکسته شد
محققان دانشگاهی در سوئیس
سیگنالی را ردیابی کردند که سرعتی بالاتر از سرعت نور دارد. به گزارش
خبرگزاری مهر، محققان دانشگاه ژنو در سوئیس موفق به کشف سیگنالی شدند
که سرعت حرکت آن از سرعت نور بیشتر است. در دنیای خارق‌العاده کوانتوم
و مکانیک کوانتومی، پدیده‌ای به نام درگیری ذرات با یکدیگر وجود دارد
به این معنی که اگر دو ذره که به‌شدت با هم در ارتباط‌اند را از یکدیگر
جدا کرده و در فاصله طولانی از هم نگه داریم، علی‌رغم فاصله‌ای که بین
آنها وجود دارد، در صورت بروز تغییر در یکی از ذره‌ها دیگری نیز دچار
تغییر خواهد شد. این پدیده توسط دکتر دانیل سالارت و همکارانش در
دانشگاه ژنو مورد بررسی قرار گرفت . وی دو فوتون نور مرتبط و درگیر به
هم را در آزمایشگاه به فاصله ۱۸ کیلومتر از یکدیگر دور کرد و با بررسی
خصوصیات هر یک از آنها دریافت که با تغییر در هر کدام دیگری نیز متحول
می‌شود . وی این آزمایش را بر روی جفت‌های زیادی از فوتون‌ها انجام داد
که نتایج به‌دست‌آمده مشابه نتیجه اولیه بود. با مشاهده این نتایج
محققان به این نتیجه رسیدند که بین این دو ذره سیگنالی در حال حرکت است
که خصوصیات یکی را به دیگری منتقل می‌کند. بر اساس گزارش NewScientist،
محققان بر این باورند که این سیگنال باید سرعتی ۱۰۰۰۰ بار بیشتر از
سرعت نور داشته باشد تا بتواند خصوصیت یک فوتون را به دیگری منتقل کند.
نظریه دیگری که این تیم ارائه داد مبنی بر این است که سنجش خصوصیات یک
فوتون به‌سرعت بر روی فوتون‌های دیگر نیز تأثیر می‌گذارد."
البته لازم به ذکر است که سرعت محاسبه شده جدید می‌بایست ۱۵۷۰۷ برابر
سرعت نور باشد؛ زیرا همان‌طور که می‌دانیم محیط دایره تقریباً ۳.۱۴
برابر قطر آن است و چون امواج الکترومغناطیسی به‌صورت کره در فضا گسترش
می‌یابند این ارتباط مابین دو فوتون می‌بایست از طریق محیط
دایره‌ای‌شکل برقرار شود و نه از طرق قطر دایره یا همان خط مستقیم:
(البته اگر در این آزمون از فیبر نوری کلاف شده استفاده نشده باشد)
در رسم فوق مارپیچ، دوران میدان الکتریکی موج الکترومغناطیس، A منبع موج
الکترومغناطیس، B و C مکان حضور دو فوتون بافاصله ۱۸ کیلومتر و منحنی
یا کمان ADC برابر ۲۸.۲۷ کیلومتر است که انتقال اطلاعات می‌بایست از
این طریق انجام شود که سرعت می‌بایست ۱.۵۷ برابر بیشتر شود. اگر سرعت
برقراری (تشکیل) و یا انفصال میادین گرانشی و همچنین انتشار امواج
گرانشی معادل و برابر سرعت نور باشد، این میادین و امواج در پیرامون یک
سیاه‌چاله تقریباً به شکل زیر خواهد بود:
دایره قرمزرنگ شعاع شوارتس‌شیلد و
منحنی‌های مشکی رنگ بیانگر انحنای فضا - زمان نظریه نسبیت یعنی مسیر
برگشت امواج الکترومغناطیسی و گرانشی به‌طرف داخل را نشان می‌دهد که در
کل وضعیت ناهنجاری را برای یک جرم نوترونی به ارمغان خواهد داشت. در
این وضعیت ناهنجار تمام نیروهای گرانشی یا انرژی امواج گرانشی و... در
مرکز جرم نوترونی متمرکز می‌شوند که در این صورت، اجرام نوترونی خیلی
زود می‌بایست منفجر شوند که در واقع چنین نیستند! انفجار آنها تابع
شرایط خاص خود است که در روز قیامت به وقوع خواهد پیوست!
واکنش
هسته‌ای یا کنش کوانتومی از نوع چهارم! یعنی ادغام نوترون‌ها و پایان
هستی و تخریب کیهان (انقلاب دوم ستارگان نوترونی)
در حقیقت سرعت برقراری (تشکیل) و یا انفصال میادین گرانشی و همچنین
انتشار امواج گرانشی خیلی بیشتر از سرعت نور (امواج الکترومغناطیس)
است، این میادین یا امواج گرانشی و بهتر است بگوییم که دوران میادین
گرانشی پیرامون یک جرم نوترونی به شکل زیر خواهد بود:
یعنی
همان اسپیرال لگاریتمی معروف (مارپیچ طلایی فیبوناچی)! توضیحات بیشتر
در مورد شکل اول این‌چنین است که طبق نظریه نسبیت، گرانش تغییر شکل
هندسی فضای پیرامون جرم یا جسم و یا همان انحنای فضا - زمان است و چون
مسیر حرکت نور تابعی از هم بافته فضا - زمان است، پس نور در هنگام گذر
از پیرامون اجرام خمیده می‌شود و مسیر مستقیم پرتو نور به منحنی تبدیل
می‌شود. حال پرتو نوری را فرض کنید که با سرعت اولیه سعی دارد از میدان
گرانش یک سیاه‌چاله فرار کند، سرعت این پرتو نور در جوار شعاع
شوارتس‌شیلد صفر شده و مجبور است به‌طرف مرکز سیاه‌چاله سقوط کند؛ یعنی
شکل زیر:
مارپیچ آبی مسیر رفت و مارپیچ بنفش مسیر برگشت موج الکترومغناطیس را
نشان می‌دهد . ولی امواج گرانشی چنین نیستند، سرعت آنها خیلی بیشتر از
سرعت نور است و توان فرار را دارند منتها در هنگام فرار تاب‌خورده و
تحت‌تأثیر گرانش درهم‌تنیده می‌شوند و همانند یک اسپیرال لگاریتمی
منتشر خواهند شد. پس هرچه قدر جرم و یا سرعت زاویه‌ای سیاه‌چاله بیشتر
شود بَسامد امواج گرانشی افزایش خواهد یافت و برعکس. پس در آینده
می‌توان با شناسایی امواج رادیویی و گرانشی اجرام نوترونی و مقایسه
آنها با یکدیگر به اطلاعات مفیدی دست‌یافت که اشاره به خصوصیات فیزیکی
جرم نوترونی خواهد داشت.
حد جرم نوترونی برای گریز امواج
گرانشی:
اینک ما می‌توانیم متریک گرانشی اطراف یک سیاه چاله را محاسبه و به دست
آوریم. برای این منظور می‌بایست سرعت فرار را برابر سرعت نور بتوان ۲
در نظر بگیریم برای اینکه در مبحث
قیامت در پیش است (انقلاب دوم ستارگان نوترونی) عنوان شد که:
سرعت انتشار تک موج گرانشی:
به نام خداوندِ رحم كنندهِ (
بخشنده ، گذشت كننده ) مهربان (
با شفقت ، با عاطفه )
سوال كرد سوال كننده به عذابي
واقع شدني ( روي دادني ) 1
[بداند] براي كافران [است
كه] نيست برايش دفع
كننده‌اي 2
از [جانب] خداوند داراي بالابرها (
بالا
برنده‌ها ) 3
بالا ميرود ملائكه و روح به سويش در
روزي [كه] باشد مقدارش پنجاه هزار سالي 4
............... سوره معارج
ما همواره باید بدانیم که سرعت حرکت موج به دو عامل کلی بستگی
دارد
۱
- محیط انتشار موج
۲ - جنس و ماهیت خود موج.
نور از جنش امواج الکترومغناطیس است؛ ولی گرانش از نوع موج گرانشی، اگر
ما فضا را برای هر دو موج یکسان در نظر بگیریم، آیا ماهیت این دو موج
یکی است؟ هر چند که مبدأ و منشأ واحدی داشته باشند! متأسفانه بشر فعلاً
توانایی تولید امواج گرانشی را ندارد که سرعت آن را اندازه‌گیری کند؛
ولی به‌احتمال زیاد سرعت امواج گرانشی خیلی‌خیلی... بیشتر از سرعت نور
است، این موج در عرض ۵۰ هزار سال قمری فاصله ۱۳ میلیارد سال نوری را طی
می‌کند، یعنی سرعتی نزدیک به ۲۷۰ هزار برابر سرعت نور و البته این به
بَسامد موج گرانشی نیز مربوط می‌شود. اگر ابعاد کیهان ۱۴.۵۴۷.۹۰۰.۰۰۰
سال نوری باشد این موج در عرض ۴۸.۴۹۳ سال شمسی آن را می‌پیماید و همه
چیز مقابل خود را منهدم می‌کند، پس می‌توان با این شرایط سرعت آن را
۳۰۰.۰۰۰ برابر سرعت نور تخمین زد؛ یعنی سرعت تک موج گرانشی برابر سرعت
امواج الکترومغناطیسی به توان دو است، یعنی سرعت موج گرانشی برابر C²
است. برای این محاسبه از فرمول کلاسیک سرعت فرار استفاده می‌کنیم:
R
متریک گرانشی اطراف یک سیاه چاله و M جرم آن است. اینک با دانستن فرمول
حجم کره و جرم حجمی نوترون متراکم، می‌توانیم حد جرم سیاه چاله و متریک
گرانشی آن را محاسبه کنیم. برای این منظور از دستگاه معادلات (دو
معادله دو مجهول) استفاده می‌کنیم.
این اعداد به چه معنی است؟
اگر حد جرم نوترونی (سیاه چاله)
به‌دست‌آمده را تقسیم بر جرم خورشید (۳۰^۱۰*۱.۹۹) کنیم، عدد ۲۶^۱۰*۱.۱۶
به دست می‌آید. طبق رصدهای انجام شده چنین برآورد می‌شود که در کیهان
تقریباً ۱۰۰ میلیارد کهکشان وجود دارد و به طور متوسط هر کدام حاوی ۱۰۰
میلیارد ستاره است. یعنی کیهان حاوی ۲۲^۱۰ ستاره است که اگر تمام اینها
به‌علاوه سایر اجرام سماوی و مواد باریونی، تشکیل جرم نوترونی
(سیاه‌چاله‌ای) را دهند که مسلماً شعاع آن کمتر از متریک گرانشی
به‌دست‌آمده خواهد بود، و هرگز نمی‌تواند جلوی فرار و انتشار امواج
پرقدرت و پر نفوذ گرانشی را بگیرد، یعنی هیچ مانعی جلودار امواج و
میادین گرانشی نخواهد بود.
واضح گفته باشیم اگر نور (امواج عرضی)
نتوانند از این تکینگی (گره کور) خارج شده و فرار کنند، امواج گرانشی
(موج طولی) به‌راحتی از آن خارج شده و فرار می‌کند و به دنبال آن کیهان
تخریب شده و در هم فرومی‌ریزد و این فرایند ادامه دارد تا ماده باریونی
کلاً به حالت اول خود برگشته و بازیافت شود و آماده برای خلقت دیگری
شود.
اگر
۱۰ به توان ۱۵ عدد کهکشان مشابه کهکشان راه شیری هم تبدیل به یک
سیاه‌چاله و تکینگی شوند، باز نمی‌توانند مانع خروج، فرار و انتشار
امواج پر قدرت گرانش شوند. یعنی هیچ مانعی برای گشوده شدن سیاه‌چاله و
اجرام نوترونی وجود ندارد همچنین هیچ نوع محدودیتی. کیهان محکوم به فنا
و نابودی است.
وَلَهُ الْجَوَارِ
الْمُنْشَآتُ فِي الْبَحْرِ كَالْأَعْلَامِ ﴿۲۴﴾
فَبِأَيِّ آلَاءِ
رَبِّكُمَا تُكَذِّبَانِ ﴿۲۵﴾
كُلُّ مَنْ عَلَيْهَا فَانٍ ﴿۲۶﴾
وَيَبْقَى وَجْهُ
رَبِّكَ ذُو الْجَلَالِ وَالْإِكْرَامِ ﴿۲۷﴾ رحمن
محمدرضا طباطبايي 12/6/87
http://www.ki2100.com
