دانشمندان سرانجام موفق به اندازه‌گیری دقیق سرعت گرانش شدند

شاید در نگاه نخست و در سایه‌ی اخبار جدید در مورد غرش‌های منحرف‌کننده‌ی فضای دو ستاره‌ی نوترونی در حال برخورد، صحبت از اندازه‌گیری‌های مربوط به ادغام دو سیاه‌چاله اندکی قدیمی باشد.

این شاید نگاه ما به‌عنوان علاقه‌مندان به علم باشد؛ اما پژوهشگران هنوز از داده‌های جمع‌آوری‌شده مربوط به رویداد شگفت‌انگیز ادغام سیاه‌چاله‌ها استفاده می‌کنند. در حال حاضر، دو گروه از فیزیکدانان با استفاد از انواع مختلف امواج گرانشی، برای انجام برآوردهای محدودی از سرعت حرکت گرانش تلاش کرده‌اند. با اینکه نتیجه‌ی تلاش‌های آن‌ها چندان هم دور از انتظار نیست؛ اما به‌طرز عجیبی آرامش‌بخش است.

چند قرن پیش، آیزاک نیوتن چنین تصور کرده بود که تکه‌تکه شدن گرانش، به‌صورت لحظه‌ای بوده است؛ این ادعایی بود بعدها آلبرت انیشتین با ارائه‌ی استدلال خود مبتنی بر انتقال نیرو با سرعت نور، به مخالفت با آن برخاست.

بر اساس محاسبات انیشتین، فضا صرفا یک حالت تهی برای حرکت ماده نیست؛ بلکه خودش نیز به‌عنوان یک عامل و باز‌یگر اصلی در این معادلات حضور دارد. جرم و ماده به‌تعبیری، پارچه‌ی فضا را می‌کِشند و با این کار، زمان و مسافت را به گونه‌ای تنظیم می‌کنند که اشیاء بتوانند به سمت یکدیگر شتاب بگیرند.

همان‌گونه که سرعت یک ذره‌ی بی‌جرم نور در خلأ، توسط محدوده‌ی سرعت جهان هستی محدود می‌شود، اعوجاج‌های (پیچ‌وتاب) فضازمان نیز در سرعت‌های بالا به‌صورت انرژی جلوه خواهد کرد. اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم، گرانش با سرعت ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه حرکت می‌کند؛ نرخی که ما از آن با عنوان c یاد می‌کنیم.

مسلما مخالفت کلی با قانون نسبیت عام، کاری ساده‌لوحانه است؛ اما رویه‌ی صحیح در دنیای علم به ما می‌گوید که حتی نوابغ هم باید در برابر حقیقت سنجیده شوند. با اینکه گرانش را به‌عنوان بخشی لاینفک از سیاره‌ی زمین می‌شناسیم؛ اما اندازه‌گیری آن برای دانشمندان کار واقعا دشواری است. نیل کورنیش، فیزیکدان از دانشگاه ایالتی مونتانا، می‌گوید:

 ما تا زمان ظهور نجوم امواج گرانشی، هیچ راهی برای اندازه‌گیری مستقیم سرعت جاذبه نداشتیم.

 اعداد بسیار دیوانه‌وار هستند

هنگامی که اجرامی ده‌ها برابر بزرگ‌تر از خورشید در مسافت‌های دور و در فواصل چندین هزار سال نوری از ما، در مدارهایی گردش می‌کنند؛ با ایجاد موج‌هایی در فضا، انرژی از دست می‌دهند. مقدار این انرژی در آن لحظه‌ی پایانی و قبل از برخورد نهایی، گاهی تا ۱۰ برابر انرژی موجود در هر ستاره‌ای در جهان هستی می‌رسد.

آیا شما هم از این رقم متعجب شدید؟ با گذشت زمان و با نزدیک‌تر شدن این امواج دوردست به ما، هر موج به‌ میزان ۱۰ هزار برابر کوچک‌تر از یک پروتون می‌شود و فقط به‌مدت یک پنجم ثانیه جریان می‌یابد. ما از یک شبکه‌‌ی ۴ کیلومتری پرتوهای طولانیِ  آراسته با زاویه‌های قائم برای ردیابی این انحراف‌ها استفاده می‌کنیم.

این کار ممکن است در عمل ساده به‌ نظر برسد؛ اما تکنولوژی به‌کاررفته در آشکارسازها (که ارزش یک جایزه‌ی نوبل را دارند) بسیار پیشتازانه هستند. مخزن روبه‌رشد داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط این آشکارسازها، زمینه را برای دانشمندان در همه‌ی دنیا فراهم می‌کند تا بتوانند شواهد موجود از ابعاد پنهان خواص پایه‌ای فضا را بهتر و بیشتر شناسایی کنند. کورنیش می‌گوید:

سرعت گرانش، مانند سرعت نور، یکی از پایه‌های اساسی جهان هستی است.

پژوهشگران می‌توانند با مقایسه‌ی زمان‌ دقیقی که امواج گرانشی در امتداد رصدخانه‌های مختلف در سراسر جهان قرار می‌گیرند، به‌ مقدار سرعت کلی این امواج پی ببرند.

تیم پژوهشگران کورنیش، زمان‌بندی‌های به‌دست‌آمده از سه تشخیص اولیه را برای محدود کردن سرعت امواج به۵۵ تا ۱۴۲ درصد از میزان c (سرعت نور) یکپارچه‌سازی کردند. اگر آشکارسازها به میزان کافی در حال کار باقی بمانند، این روش می‌تواند برای محاسبه‌ی این رقم با حدود یک درصد از مقدار c، استفاده شود.

باید اشاره کنیم که گروه دیگری از فیزیکدانان هم از شلیک‌های پی‌درپی پرتوهای گامای به‌دست‌آمده از برخورد ستاره‌های نوترونی در زمان‌های گذشته، برای ارائه‌ی برآورد خودشان از همین مقادیر استفاده کرده‌اند. روش آن‌ها کمی دقیق‌تر از روش مبتنی گرانش بوده است. در واقع اگر بخواهیم صادقانه‌تر بگوییم، روش گروه دوم بسیار دقیق‌تر است.

آن‌ها دریافتند که تفاوت بین شلیک پرتوی گاما و شدت امواج گرانشی بسیار اندک است؛ چیزی در حدود سرعت نور ضرب در ^۱۵-۱۰×۳- و ^۱۶-۱۰×۷. این فاصله به‌قدری نزدیک است که بتوانیم آن‌ها را مساوی با یکدیگر قلمداد کنیم.

البته باید در نظر داشته باشیم که گروه پژوهشی قبلی قادر به پیش‌بینی برخورد ستاره‌های نوترونی نبود. داشتن روش‌های متعددی که به‌ نتایج مشابه می‌رسند، اعتمادبه‌نفس لازم برای ادامه‌ی مسیر را به دانشمندان می‌دهد و این موضوع بسیار ارزشمند است.