Share, , Google Plus, Pinterest,

Posted in:

اكتشاف القرن: القصة الكاملة لفجر عصر علم الموجات التثاقلية

لأسابيع طويلة، كانت هناك الكثير من الإشاعات والتغرديات على تويتر بشأن احتمالية اكتشاف مرصد تجربة LIGO لموجات الجاذبية أخيرًا. LIGO أو مرصد الموجات التثاقلية بالتداخل الليزري Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory كان يبحث عن هذه التموجات الكونية لما يزيد عن عقد كامل، وفي سبتمبر 2015، تم ترقيته إلى مرصد ليجو المتطور Advanced-LIGO، وهو نظام أكثر حساسية يمكنه فلترة وتصفية الضوضاء وعزلها بشكل أفضل بكثير، مما يزيد من فرصه في جمع أدلة ملموسة عن موجات الجاذبية (الموجات التثاقلية). ومن ساعتها، انطلق سيل الشائعات والتكهنات بلا حدود!

بدأ الأمر بالفيزيائي المشهور في جامعة ولاية أريزونا (لورانس كراوس) وقد أرسل هذه التغريدة المثيرة على تويتر في 25 سبتمبر 2015: شائعة حول رصد موجة جاذبية في مرصد LIGO. إذا ما صحت سيكون الأمر مدهشًا. سأتابع النشر إذا كان للخبر بقية.

Screen Shot 2016-02-12 at 4.11.33 PM

لكن القوم في تجربة LIGO ظلوا صامتين بلا تأكيد أو نفي لهذه الشائعة، مما أثار الكثير من الجدل وأحيانًا الغضب من تصريحات كراوس في الوسط الفيزيائي حول العالم.

Screen Shot 2016-02-12 at 4.12.02 PM

إلا أن الأخير عادة مرة أخرى في 11 يناير 2016، بتغريدة جريئة للغاية: تغريدتي السابقة عن مرصد ليجو قد تم تأكيدها من مصادر مستقلة. ابقوا على أهبة الاستعداد، قد تكون موجات الجاذبية تم رصدها بالفعل! هذا مثير للغاية!

Screen Shot 2016-02-12 at 4.12.09 PM

وبالطبع ثارت الدنيا وماجت حول هذا النبأ العنيف، ليعود بعدها كراوس مرة أخرى ليصدم العالم بتغريدة غريبة بعد ساعة تقريبًا ويقول أنه قد تم إعلامه أن الأمر لم يكن كما توقع وأنه من المحتمل أن تكون البيانات التي استخدمها LIGO مضللة وغير صحيحة في التجربة، سواء كان هذا عن عمد أو لا!

Screen Shot 2016-02-12 at 4.12.52 PM

لتخمد شعلة الحماسة قليلًا  ولا يتبقى منها إلا جمرات متقدة تحت الرماد تنتظر من ينفخ فيها لتتأجج من جديد. وهو ما حدث البارحة 11 فبراير 2016 ليشتعل العالم بأكمله حماسة وسعادة عندما أعلن الفريق المكون من أكثر من 1000 عالم من 16دولة حول العالم رسميًا أن الموجات التثاقلية موجودة، وقد استطاع مرصد ليجو المتطور رصدها لأول مرة في التاريخ!

figure2

لكن مهلًا، قد يكون العلماء حول العالم في نوبة فرحة جنونية وحماسة أفقدت أكثرهم تحفظًا وقاره، لكن الحديث عن موجات الجاذبية جعل الملايين يهرشون رؤوسهم في حيرة. ما هذه الهزات أو التموجات الكونية؟ ولماذا تسببت في هذه الرجات العنيفة في المجتمعات العلمية؟!

ما هي موجات الجاذبية أو الموجات التثاقلية Gravitational Waves؟

ligo

يمكننا اعتبار الموجات التثاقلية كاضطرابات في نسيج الزمن- المكان أو الزمكان. ها نحن ذا قد بدأنا، ما هو الزمكان أصلًا؟!

حسنًأ، سيحتاج هذا إلى مقال مفصل وأكبر من مقالنا الحالي في الأساس! لكن بشكل مبسط، فالزمكان (الزمان -مكان) هو مصطلح في الفيزياء Spacetime يعبر عن الفضاء رباعي الأبعاد الذي أدخلته النظرية النسبية ليكون بديلًا  عن المكان المطلق الفارغ في الميكانيكا الكلاسيكية ونظرية الكم. وفي هذا الفضاء الرباعي الأبعاد تميز كل نقطة برباعية (س، ع، ص، ز) حيث ترمز س، ع، ص إلى الإحداثيات المكانية (المكان) ويرمز ز إلى الإحداثي الزمني (الزمن). أي أن هنا يتم المزج بين الزمان والمكان في إطار واحد بحيث لا يتم الفصل بينهما عند إجراء الحسابات الفيزيائية. وبهذه الفرضية التي طرحها آينشتاين للمرة الأولى في نظرية النسبية الخاصة، يتم تحديد مكان جسم ما في الفضاء الشاسع بطريقة أكثر تحديدا بالاعتماد على عنصر الزمان بدلا من الاعتماد على الثلاثة محاور للمكان فقط.

Image converted using ifftoany

نعود مرة أخرى إلى الموجات التثاقلية! كنا نقول أنها اضطرابات في نسيج الزمكان، أي أنها تؤثر على الإحداثيات الأربعة لأي جسم في الفضاء. وفي المثال الذي قتلناه استخدامًا، إذا ما لمست سطح ماء بإصبعك أو ألقيت حجرًا في بركة، ستلاحظ أن هناك تموجات قد نشأت من مركز التلامس وتتوسع إلى الخارج عبر سطح الماء. هذه التشوهات أو الاضطرابات هي المسبب الحقيقي للتجاذب التثاقلي. أحد الأمثلة المفيدة هنا لتخيل الأمر بشكل أفضل هو أن تحضر قطعة قماش كبيرة ومشدودة وتضع جسمًا ثقيلًا  في منتصفها، وكنتيجة سيتسبب ثقل الجسم في غوصه في القماشة وانحناء نسيج القماشة نفسها حوله. والآن إذا وضعت جسمًا أصغر على مقربة من الجسم الأول الأكبر، سيسقط الجسم الأصغر ناحيته، وهي الطريقة نفسها التي يجذب بها أي نجم الكواكب والأجسام الفضائية القريبة.

يمكنك مشاهدة هذه التجربة دون عناء تحضير الخامات السابقة في مقطع الفيديو التالي…

وعلى الرغم من أن تجربة القماش المطاطي بالأعلى ليست عرضًا دقيقًا لما يحدث في الزمكان، إلا أنها توضح لنا مفهومنا الحالي عن الفراغ عندما نتصوره كمادة تفاعلية ليست خاملة. بهذا المفهوم، أي جسم متسارع في الفضاء جدير بخلق تموجات أو حلقات موجية في هذا الفراغ، لكن التموجات الصغيرة والضعيفة ستتلاشى سريعًا وبشكل لن يمكننا رصده.

فقط الأجسام مهولة الحجم، مثل النجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء، يمكنها تخليف موجات جاذبية كبيرة وقوية بما يكفي كي تنتشر وتتقدم لتصل إلى الأرض ويتم رصدها!

كيف يمكننا رصد تلك الموجات المخادعة إذن؟

هناك أربع تجارب مختلفة تعمل حاليًا في البحث عن الموجات التثاقلية ورصدها وكل منها يعمل بطريقة مختلفة عن الأخرى. وبالطبع، أشهرها حاليًا هي تجربة LIGO التي هدفت لرصد موجات الجاذبية بتتبع ومراقبة الطريقة الني تؤثر بها على الزمكان. فعندما تمر موجة تثاقلية بالفراغ، فإنها تمط أو توسع الفضاء في جهة، وتتسبب في انكماشه في اتجاه عمودي؛ وهي التغيرات التي يهدف مرصد LIGO لرصده وتحديده باستخدام آلة تسمى مقياس التداخل Interferometer. يقوم هذا الجهاز بشق أو فصل شعاع ليزر وحيد إلى شعاعين ويرسلهما معًا بشكل متعامد بالنسبة لكل منهما. إذا ما ارتحل كلا الشعاعين لمسافات متساوية، ثم انعكسا عن المرايا وعادا مرة أخرى إلى المصدر، فإن الموجات التي يتكونان منها يجب أن تكون متوافقة عند عودتهما. لكن المرور بموجة تثاقلية كفيل بتغيير طول كل شعاع، وهو ما ينتج عنه اختلاف المسافة التي يقطعها أحد الشعاعين عن الآخر. ساعتها، وعندما يعود الشعاعان إلى مصدر الإنطلاق، سيستطيع العلماء رصد هذا الاختلاف أو الاضطراب.

مقر تجربة LIGO
مقر تجربة LIGO

التحدي هنا كان أن الموجات التثاقلية تغير طول أشعة الليزر الناتجة عن جهاز مقياس التداخل بمقدار صغير بشكل لا يصدق: 1/10,000 من عرض نواة الذرة! ولالتقاط ورصد مثل هذا التغير الدقيق للغاية، يجب أن يقوم مرصد LIGO بتصفية وفلترة كل مصادر الضوضاء والمؤثراتن مثل تلك الناتجة عن الزلازل والمواصلات القريبة وما شابه. وعلى الرغم من أن مرصد LIGO قد فشل لعقد كامل من الزمان في رصد أي موجة تثاقلية، إلا أن ترقيته إلى ليجو المطور Advanced-LIGO قد صنع الفارق المنشود أخيرًا.

بعدما صار اسمه حاليًأ aLIGO أو ليجو المطور advanced LIGO، بدأ المرصد فائق الحساسية العمل في سبتمبر 2015 بعدما تضاعفت قدراته في كل شيء وصار حساسًا بشكل يمكنه من “رؤية” ورصد النجوم النابضة بينما تتصادم على بعد 260 مليون سنة ضوئية وستتضاعف هذه المسافة عند اكتمال التحديثات إلى 650 مليون سنة ضوئية! هل تتخيوا معي هذه العظمة والقوة؟! للمقارنة فقط، تبعد عنا أقرب مجرة ضخمة منا، أندروميدا، حوالي 2٫5 مليون سنة ضوئية!

ولأن الثقوب السوداء أضخم بكثير من النجوم النابضة، فإنها كذلك “أعلى ضجيجًا”، بما يمكننا من رصدها من مسافات أبعد وأكبر.  وهذا ما حدث مع مرصد LIGO تحديدًا.

كيف دارت العجلة؟

منذ أكثر من مليار سنة مضت، وفي مجرة تبعد عنا أكثر من مليار سنة ضوئية، تقاطع مدارا ثقبين أسودين معًا، ثم تصادما. لا يمكننا في الواقع رؤية هذا التصادم المهول، لكن ألبرت أينشتاين منذ 100 عام مضت تنبأ بالطريقة التي سنرى بها مثل هذا الحدث الكوني الفريد. وبطريقة لم يتخيلها أحد!

ففي عام 1913، طرح آينشتاين فرضية الموجات التثاقلية لأول مرة في عرض تقديمي لزملائه من العلماء قبل عامين كاملين من انتهائه من نظريته العامة للنسبية. فور انتهائه من النظرية، قام بكتابه مقال مطول عن الموجات التثاقلية وتم نشره في عام 1916، أي أن الإعلان عن الموجات التثاقلية للمرة الأولى لم يكن بالأمس، 11 فبراير 2016، وإنما قبلها بمئة عام … بقرن كامل!

هذا ما قاله آينشتاين وقتها، وإن قالها غيره لاتهموه بالجنون! تصادم قوي لكيانين مرعبين مثل الثقوب السوداء سيطلق موجات تثاقلية ستعبر الفضاء وتسافر عبر الكون نفسه، وبضجيج يعلن به عن نفسه، فقط حينها لم يكن هناك “سماعة” حساسة بما يكفي لالتقاط هذا الضجيج أو “الرسالة”. فقط آينشتاين العبقري الخلاب هو من سمعها حينها! ولأنه آينشتاين، تعامل الجميع مع الأمر على أنه حقيقة، وتم صرف ملايين الدولارات على مدار عقود طويلة لتجهيز وبناء وتحسين أجهزة حساسة بما يكفي لرصد هذه الموجات. فقط لأن آينشتاين قال أنها موجودة!

بالطبع كانت هناك مؤشرات أخرى قوية على وجود الموجات التثاقلية، لكنها أتت بعد نبوءة أينشتاين بزمن طويل. أولها كانت عندما لاحظ أحد الطلبة ويدعى راسل هالس وأستاذه جوزيف تايلر تغيرات في سلوك زوج من النجوم النابضة يدوران حول بعضهما. ترسل النجوم النابضة دفقات من الضوء بينما تدور حول نفسها بسرعة مهولة، وهو ما يسمح برصد تلك الأضواء على الأرض، لكن هالس وتايلر لاحظا تغيرات في دفقات الضوء الناتجة عن هذين النجمين، ما يعني أنهما يقتربان من بعضهما أكثر فأكثر وأنهما يفقدان الكثير من الطاقة. ولأن فقد الطاقة هنا يتناسب تمامًا مع تنبؤات آينشاتين الموجودة في نظرية النسبية العامة فقط إذا كان الاثنان يطلقان موجات تثاقلية، فقد نالا سويًا جائزة نوبل في الفيزياء عام 1993 عن هذا الدليل المدهش!

drjosephtaylor

B3ims7SCYAE6LoX

لكن كما قلنا من قبل، فالثقوب السوداء أعلى ضجيجًا فيما يتعلق بالموجات التثاقلية، لذا ما قام مرصد LIGO برصده كان تصادم ثقبان أسودان تبلغ كتلتهما 36 و29 ضعف كتلة شمسنا الصفراء، وبكثافة أكبر بكثير. تصادم هذان الثقبان معًا منذ 1.3 مليار سنة مضت، وأرسلا سويًا موجات تثاقلية مذهلة بلغت من قوتها أن استطاع مرصد LIGO سماع صوتها ورصدها من هذه المساقة المرعبة.

ما رأيك بسماع صوت الموجات التثاقلية؟

هل يخفق قلبك في إثارة لسمع هذا الصوت الفريد لكيانات تقع على بعد ملايين السنوات الضوئية في الكون السحيق الذي لا نراه؟ لست وحدك!

وفي الواقع، ظل العلماء يجادلون بأنه لا يجب الاعتماد عليها لتبين ورصد الموجات التثاقلية في تجربة LIGO لأن مثل هذه التصادمات بين الثقوب السوداء نادرة للغاية. هكذا يمكننا اعتبار أنفسنا محظوظين بما يكفي كي يصبح مثل هذا التصادم هو أول ما ترصده تجربة LIGO، أو يمكننا القول أن تصادم الثقوب السوداء يحدث بوتيرة أكبر وأكثر شيوعًا مما نعتقد. وكما ترى، كلا الاحتمالين مدهشين للغاية، وسيعمل علماء LIGO على تفنيدهما خلال السنوات القادمة.

كيف حدث الأمر؟

وفقًا للتصادم الذي رصدته تجربة LIGO، دار الثقبان الأسودان الذي ذكرناهما سابقًا حول بعضهما البعض ببطء شديد لملايين أو حتى مليارات السنوات، لكن بينما أخذا في التقارب أكثر وأكثر من بعضهما البعض، تسارعت مداراتهما تدريجيًا حتى صار كل منهما يدور حول الآخر بسرعة تقارب نصف سرعة الضوء، مع إطلاق كميات هائلة من الطاقة على شكل موجات تثاقلية تطوي الزمن طيًا!

ثم اندمج كلا الثقبين معًا، لكن في الثانية الأخيرة قبل حدوث هذا، أطلق الثقبان الأسودان طاقة أكبر من مجموع الطاقة التي يبثها الكون بأكمله بجميع صورها الإشعاعية! وحالما يندمج الثقبان معًا أخيرًا، فإن الثقب الأسود “المخيف” الناتج عن الاندماج يهتز لبعض الوقت قبل أن يهدأ أخيرًا، مطلقًا ما يسمى “الرجة” وهي ما يمكننا أن نتصوره كزفرة أو تنهيدة أخيرة قبل السكون التام!

BBHmerge2

في الواقع، لا يستطيع المرء إلا إطلاق أنفاس مبهورة بينما يحاول تخيل مثل هذه الأحداث! نحن أمام حدث لا يعبث بالمكان والفضاء التقليدي الذي عرفناه طيلة حياتنا، بل بالأبعاد الأربعة… بالزمكان نفسه، وقد أثبتنا هذا لأول مرة ورصدناه!

ماذا بعد؟

لا يمكن لأحد تخيل ما سينتج عن مثل هذا الكشف الرائع للإنسانية. الأمر أشبه بما حدث عن اكتشاف أشعة X للمرة الأولى أو الأشعة دون الحمراء والميكرويف واستخدامها في علم الفلك ومراقبة الكون!

لآلاف السنين، ظل البشر يمارسون الفلك وفق أطوال الموجات المرئية، حيث استطاعوا رؤية النجوم ومراقبة الكواكب  بينما تعبر السماء. ثم أتى الرصد بالأشعة تحت الحمراء وصرنا نرى الكون وقد امتلأ بتجمعات النجوم الساخنة والغبار النجمي التي تولد به النجوم، ثم رأينا الكون من خلال أشعة X وعثرنا على التكوينات النجمية الهامدة، ثم شعرنا بأثار الانفجار الكبير Big Bang الحرارية من خلال الرصد بأشعة الميكروويف. وها هو دور الموجات التثاقلية قد أتى كي تخلق ثورة جديدة في الطريقة التي نمارس بها الفلك ونرصد بها الكون ونرى أشياء جديدة ظلت خفية أو محجوبة عنًا طيلة الوقت!

سيستغرق الأمر بعض الوقت حتى يصبح علم الفلك القائم على الموجات التثاقلية منتشرًا يستخدمه الجميع، لكن ما أن يحدث هذا، فإن الأحداث الكونية الخفية والمحجوبة والتي رجّت وترج أجناب  الفضاء السحيق رجًا إلى الآن ستنتقل من مملكة الحسابات الرياضية والاستنباطات إلى مملكة الملاحظة والرؤية المباشرة!

استعدوا لكيانات وأحداث عظيمة سيزدحم بها كوننا بعدما ظلت غامضة منسية لآلاف السنين!

Comments

comments

Written by محمد فكري طلعت

كاتب، مترجِم، وخبير معتمد ACE من شركة أدوبي سيستمز للرسوميات والتحريك.
أحب القراءة، سماع الموسيقى، النحت والنمذجة الرقمية، وأمقت أكشن سكريبت 3.

Follow

67 posts

13 Comments

Leave a Reply
  1. جزاك الله خيرا على هذه المعلومات المهمة و المبسطه.

  2. لكن داير اقول انو نحن العرب او الاغلبية غير نشمشم في الاخبار م عندنا شي . الغرب يصنع ونحن نراقب فقط، ادعوكم للقراءة عن عالمنا المسلم محجوب عبيد.

  3. توضيحاتك رائعة لهذا الموضوع الذي اذهلني، و يشرفني أن أنتقل هذا الموضوع بإسمك و إسم موقع عالم الإبداع الى مدونتي، التعلم الحر http://www.edlibre.com في سبيل نشر العلم :)

  4. @عبد الله:
    وجزيت مثله عبد الله :)
    أسعدني أن أعجبك المقال وأن أفادك!

    @Hisham Galal:
    صحيح … تمامًا :)

    @أحمد عاكف:
    على الرحب والسعة دومًا أحمد :)
    شكرًا على كلماتك!

    @Ahmed:
    دوام المحال من المحال كما يقولون! إن شاء الله ينتقل هذا الشغف لدينا للعلم من مرحلة التوق إلى مرحلة الممارسة… حتى ولولم يسعفنا الحظ كي نشهد هذا! شكرًا على كلماتك أحمد :)

    @ EDLIBRE:
    يسعدنا هذا ويشرفنا دومًا! اطلعت على المقال المنشور لديكم بالفعل وراقتني طريقة الاقتباس :)
    مرحبًا بك دومًا صاحب الثناء الجميل في أي وقت!

  5. مقالة متميزة استاذ انا طالبة في الصف العاشر اجريت بحث عميق حول ظاهر الثقوب السوداء رغم كل البحث لم اجد الجواب الا في القران الكريم الذي تحدث عنها وكما انني اقول بان نظرية اينشتاين يجب ان ترفض فهو يتكلم عن ماهية الاشيئ والفراغ والعدم فالله تعالى لم يخلق الكون من العدم …….اجد بان بحثي قد تم اكتشافه قبل ان انشره………

    • !!!!؟؟؟؟؟
      وماذا قال القرآن عن الثقوب السوداء !!!!!!!!؟؟؟؟؟؟؟
      اعؤف انه قال ان الارض مسطحة والشهب رجم للشياطين (لاتحطي حالك بمواقف بايخة)
      و هل ببحثك العميق هذا ذهبتي الى LIGO و رصدتي و قمتي بابحاث هذا قصدك ؟ ام من منزلك ؟

  6. انيشتاين مصنوع من الاداره الصهيونيه…وفي كل مجال علماء افسدوه ولهم غرض …الان يخرج علينا عبقري بنظريه المؤامره ويقيم الحجه عليه ولايفهم حقيقه العالم اللذي نعيش…عند عوده الامور لنصابها ستعلمو من هو انيشتاين ومن هو فرويد ومن هو بيكاسو الى جانب العديد والكثير من كل مقومات التزييف وقولبه العقل….ولكن عند ظهور الحقيقه تذكروا حقيقه انفسكم السابقه!

One Ping

  1. Pingback:

اترك رد