‌امواجِ گرانشی و ساختارِ کیهان

Gravitational Waves and Cosmic Structure

توصیفِ کاملِ جهانِ هستی بدون شناخت کافی از شرایط و مسائل آغازین آن ناممکن است. یکی از بنیادی‎ترین آنها، مسئلهٔ پس‌زمینهُ امواجِ گرانشی، یک نوفهِ (Noise) پس‌زمینه۱، در سراسر گیتی، و نقش آن در ساختارِ کیهان است.   

فشرده  

‌‌بنابر فیزیک نظری. امواجِ گرانشی اولیه، کوتاه زمانی پس از انفجار بزرگ ایجاد شده و نقش تعیین کننده‌ در برهم‌کنش‌های آغازین کیهان و سرعت‌ انبساط آن داشته است. اما، جزئیات این فرایندها، برای مثال فاز تورمی کیهان۲، روشن نیست. سوای این مسائل، کشف امواج گرانشیِ اخترفیزیکی در سال ۲۰۱۵ ما را در آستانه ‌ی عصر جدید با چشم‌انداز بسیار شگفت‌انگیزتر از آنچه تاکنون از طریق امواج الکترومغناطیسی در باره‌ی جهان هستی دریافته‌ایم، قرار داده است.

 امواجِ گرانشی اولیه، برخلاف امواج گرانشیِ اخترفبزبکی، ناشی از آمیختگی (تداخلِ) سیاه‌چاله‌ها یا انفجار ابرستاره‌ها نیست. امواج گرانشی اولیه، بنابر برآوردهای نظریه تورم کیهانی، حدود ۳۴–۱۰ثانیه پس از انفجار بزرگ ایجاد شده‌ و طول موج‌شان‌‌ هم‌سو با انبساط کیهان افزایش یافته و اکنون نوعی پس‌زمینه‌ی (نوفه) کیهانی را تشکیل می‌دهند. کشف و بررسیِ این امواج گرانشی با طول موج‌های بسیار بزرگ نیاز به آشکارسازهایی در ابعاد کیهانی دارد. شواهد نشان می‌دهند که کشف این امواج از طریق آرایه‌‌ زمان‌سنجی تب‌اخترها (Pulsar Timing Array) امکان‌پذیر است.     

در این مقاله می‌خواهیم پس از پیش‌گفتار، به مفهوم‌‌‌‌ امواجِ گرانشی (اخترفیزیکی و پس‌زمینه‌ای) و رابطه‌ی این امواج با فضازمان پرداخته و در ادامه خاستگاه‌های امواج گرانشی، ساختار و شیوه‌ی کار آشکارسازهای مربوطه را توضیح دهیم.   

یادآوری          

۱. در مقالهٔ ’فضازمان کلاسیک‘۳: با یافته‌های ۲۵قرن گذشته در باره‌ٔ فضازمانِ کلاسیک و لزوم اصلاح آنها آشنا شدیم.  ۲. در مقالهٔ ’معمّای فضازمان‘۴: به‌طرح مسئله‌ٔ فضازمان در رابطه با نظریه نسبیت عام و نظریه کوانتومی پرداختیم.   ۳. در مقالهٔ ’محدودینت‌های شناخت فضازمان‘۵: محدودیت‌ها را از جمله اختلاف در ساختارهای نظری ملاحظه کردیم.  

۴. در مقالهٔ ’فضازمان کوانتومی‘۶: به کوانتیزه‌کردن هندسه‌ٔ فضا و لزوم ملاحظه‌ٔ گرانش در اصل عدم قطعیت پرداختیم.  

پیش‌گفتار

تصور می‌شود کوتاه زمانی پس از انفجار بزرگ (؟) عصر تورم آغاز شده و کیهان در این دوران با سرعت بالایی، در طول ۳۳–۱۰  تا ۳۰–۱۰ ثانیه با ضریبی برابر با ۱۰۳۰ الی ۱۰۵۰، انبساط یافته است. این اندازهها نشان می‌دهند که سرعت انبساط کیهان در عصر تورم بیشتر از ’سرعت نور‘ بوده است! البته، این گفته به‌معنای آن نیست که سرعت انبساط کیهان در آن دوران با نظریهی نسبیت که حداکثر سرعت در طبیعت را ’سرعت نور‘ می‌داند، در تضاد است. چراکه بنابر نظریه نسبیت، ’سرعت نور c‘ یک حالت معمولی از حرکت در فضا نیست، بلکه توصیف قانون طبیعت است که فضا و زمان را به‌هم پیوند می‌زند. در حالی‌که، منظور از سرعت انبساط کیهان، سرعت انبساط خودِ کیهان است. 

بزرگیِ بخش قابل مشاهده‌ی‌ِ کنونی کیهان در آغاز عصر تورم کوچکتر از شعاع یک ذره پروتون ( ۱۵–۱۰ • ۰٫۸۴ متر) بوده که در طول تورم تا نزدیک به ۱۰سانتی‌متر انبساط مییابد. جزئیات این دوران و علت پایان یافتن آن روشن نیست. 

امواج گرانشی اولیه (امواج گرانشی پس‌زمینه) یا نوفه پس‌زمینه‌ به میدانی از امواج گرانشی از دوران آغازین کیهان گفته می‌شود. این امواج جهت مشخصی در آسمان ندارند و سرعت انتشار آنها برابر است با سرعت نور، حدود سیصدهزارکیلومتر در ثانیه. طولِ موجِ امواج گرانشی اولیه هم‌سو با انبساط کیهان افزایش، بسامدشان کاهش، یافته است، یعنی اکنون طول موج بسیار بزرگی دارند. از این‌رو، کشف آنها به‌مراتب دشوارتر از امواج گرانشیِ اخترفیزیکی است. 

شناخت از شرایط و مسائل آغازین کیهان (کیهانِ کوانتومی) نیازمند کوانتیزه‌کردن گرانش۷ است. برای این منظور بیشتر دو ایده مطرح است: ۱. کوانتیزه کردن نظریه نسبیت عام که در حال حاضر بیشتر در شکل گرانش کوانتومی حلقوی۷ مطرح است. ۲. نظریه ریسمان‌ها: کسب گرانش کوانتومی از طریق جایگزینی ذرات "نقطه‌ای" با رشته‌های انرژی کوچک و در حال لرزش به نام "ریسمان‌ها". در این نظریه‌ صحبت از۱۰‌بُعد و یا بیشتر است. ناگفته نماند که از زمان طرح این نظریه در نبمه.دوم قرن گذشته تاکنون نتیجه فیزیکی خاصی کسب نشده است.۸و۹ 

با توجه به نکات ذکر شده، سعی می‌کنیم در زیر، پس از معرفی مفهومِ‌ امواجِ گرانشی اخترفیزیکی و مفهوم امواج گرانشی پس‌زمینه‌‌ و شیوه‌ی سنجش و واکاوی این امواج به رابطه‌ آنها با فضازمان (کیهان) بپردازیم. 

مفهومِ امواجِ گرانشی اخترفیزیکی     

در سال ۱۹۱۵ آلبرت اینشتین، نظریه نسبیت عام را که بیان از رابطه میانِ هندسهِ فضازمان با انرژی ـ تکانه دارد، ارایه نمود و در سال ۱۹۱۶، امواج گرانشی با سرعت نور را پیش‌بینی کرد. اثبات درستی این پیش‌بینی، به‌خاطر بسامد بسیار پائین‌ این امواج و نبود ابزار لازم برای سنجش و اندازه‌گیری آنها، یک قرن به‌طول انجامید. در ۱۴ سپتامبر  ۲۰۱۵ ساعت ۹و۵۰ دقیقه و ۴۵ ثانیه به وقت گرینویچ، امواج گرانشی (سیگنال GW150914) کشف شد و نتیجه پس از بررسی بافته‌‌ها به‌طور رسمی در ۱۱ فوریه ۲۰۱۶ اعلام گردید. امواج گرانشی کشف شده، حاصل از برخورد دو سیاه‌چاله با جرم‌هایی حدود ۲۹ و ۳۶ جرم خورشید بود. انرژی منتشر شده به فضا از این "تصادم" معادل سه برابر جرم خورشید، یعنی ۵۰ برابر کل انرژی الکترومغناطیسی منتشر شده از جهانِ قابل رؤیت بود. طنین این رخداد ۲۵ صدم ثانیهای پس از حدود ۱٫۴ میلیارد سال به زمین رسید. طولِ موج نوسانِ مشاهده شده برابر بود با یک هزارم قطر یک ذره پروتون. این کشف بزرگ، نه تنها صحه بر پیش‌بینی یک قرن پیش آلبرت اینشتین ‌گذاشت بلکه تحولی بزرگ در تاریخ علم کیهان‌شناسی بشمار می‌آید. 

کشف امواج گرانشی در تاسیسات لایگو LIGO (Interferometer Gravitational-Wave Observatory Laser، رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری) و در دو مکان دور از هم ـ یکی در شرق و دیگری در غرب ایالات متحده امریکا ـ انجام شد. کشف ابن امواج به‌معنای گشودن پنجرهای تازه به کیهان و آغاز عصر جدید در تاریخ بشر است. به‌ویژه به این خاطر که امواج گرانشی امکان بررسی ۹۹درصد کیهان را می‌‌دهد. در حالی‌که امواج الکترومغناطیسی بررسی تنها حدود ۵ درصد کیهان را امکان‌پذیر می‌کند.

"به‌نظرم آن‌‌چه به احتمال از این پس از طریق امواج گرانشی کشف خواهند شد بسیار متفاوت و شگفت‌انگیزتر از هرآن‌چه تاکنون یافتهایم خواهد بود. از این‌رو، لازم است خود را برای خدشهدارشدن چندمین بارهی ”عقل سلیم“‌مان آماده کنیم."۹ 

بنابر نظریه نسبیت عام، گرانش یک نیرو محسوب نمی‌شود، بلکه بیان از رابطه‌ی هندسه‌ی فضازمان با انرژی ـ تکانه دارد. هرچه جرم و انرژی یک جسم بیشتر و فشرده‌تر باشد، به‌همان نسبت نیز انحنای فضازمان اطراف آن بیشتر است. 

باز بنابر نظریه نسبیت عام، شدت امواج گرانشی اخترفیزیکی، به‌معنای تغییرات موجی‌شکل فضارمان حاصل از تداخل دو سیاه‌چاله‌ و یا انفجار ابرستاره‌ها، تابع جرم‌های اجسام مربوطه است. تصویر۲، طیفِ این‌ نوع امواج گرانشی را نشان می‌دهد. طول موج این امواج، هم‌سو با مسافت‌های طی نموده،‌ بیشتر و بسامدشان کمتر‌ می‌شود. البته هم‌زمان، انبساط کیهان نیز به نوبه خود سبب افزایش طول موج آنها می‌گردد. 

تصویر۲: طیف امواج گرانشی، منابع و آشکارسازها۱۰ 

برای مثال: محدوده‌ی بسامدِ آرایه‌های زمان‌سنجی تب‌اختر ۱۰-۱۰× ۳ تا ۷-۱۰ در ثانیه و طول موج‌‌ ۱۰۱۵ × ۳ تا ۱۰۱۸ متر!

مفهومِ امواج گرانشی پس‌زمینه    

در پیش‌گفتار گفتیم: امواج گرانشی پس‌زمینه‌ به میدانی از امواج گرانشی بدون جهت مشخص در آسمان گفته می‌شود. و اضافه کردیم، این امواج گرانشی اولیه به‌صورت یک نوفهِ (Noise) پس‌زمینه، گسترده در سراسر گیتی، تصور می‌شود.

بررسی امواج گرانشیِ اولیه از جمله به این خاطر مورد توجه است که ‌به احتمال اطلاعاتی را از منشاء کیهان دربردارد. اما، این امواج به دو دلیل تاکنون کشف نشده‌‌اند: ۱. برهم‌کنش آنها با ماده بسیار صعیف است. ۲. بسامدِ آنها با گذشت زمان، در رابطهِ با انبساط کیهان، یسیار کاهش پافته است. با این همه، شاید بتوان این امواج را به‌عنوان مثال با سنجش تاثیراتشان بر قطبش تابشِ پس‌زمینه کیهانی، شناسایی کرد. بی‌شک در اینجا نیز، هم‌چون در مورد ذره هیگز، تعیین محدوده‌ی کنونی امواج گرانشی اولیه برای جستجوی سیگنال‌های اوسیلون (Oscillons، پدیده‌های موجی موضعی و طولانی‌زمان) از اهمیت بالایی برخوردار است. در عین حال، روشن است که  سنجش و اندازه‌گیری چنان امواجِ خفیفی بسیار دشوار است. برای این منظور نیاز به آشکارسازهای نامتعارف در ابعاد کیهانی می‌باشد! 

آشکارسازهای امواج گرانشی  

۱.آشکارساز امواج گرانشیِ اخترفیزیکی

تصویر۲ نشان می‌دهد که امواج گرانشی با بسامدهای کمتر از حدود ۱۰هرتز (Hz) در.سامانه لایگو (تصویر۳) قابل اندازه‌گیری نیستند. علت این امر به حضور انواع اختلال‌های مکانبکی و الکترومغناطیسی برمی‌گردد. به‌عنوان مثال، اندازه‌ی اختلال‌های ناشی از حرکت‌های زمین و یا نویزهای دستگاه‌های الکتربکی ثبت کننده، بیشتر از اندازه‌ی کمیت‌های قابل سنجش و اندازه‌گیری هستند. اما، برای بسامدهای بزرگتر از طیف ذکر شده، سامانه‌ای مانند لایگو توان ردیابی امواج گرانشی اخترفیزیکی و اندازه‌گیری آنها را دارد. تصویر۴ نتیجه‌ی نخستین شناسایی امواج گرانشی GW150914 توسط لایگو را نشان می‌دهد. 

تصویر۳: ساختار ساده شده از آشکارساز (تداخل سنج لیزری) لایگو۱۱            تصویر۴: نخستین شناسایی امواج گرانشی GW150914 توسط لایگو۱۲

امواج گرانشی کشف شده از نوع امواج گرانشی اخترفیزیکی هستند. این امواج برای زمانِ بسیار کوتاهی در رصدخانه قابل شناسایی می‌باشند. برای مثال، امواج گرانشی ناشی از برخورد دو سیاه‌چاله در فاصله‌ی حدود ۱٫۴میلیار سال نوری از زمین که در سال ۲۰۱۵ توسط تداخل‌سنج لیزریِ تاسیسات لایگو (LIGO) ثبت گردید، تنها ۲۵ صدم ثانیه دوام داشت. 

طرز کار این رصدخانه تقریبن مشابه سامانه‌ی آزمایش آلبرت مایکلسون و ادوارد مورلی در سال ۱۸۸۷ است. این دو توانستند از طریق سنجش تداخل نور نشان دهند که نظریه اِتر صحت ندارد. یعنی، روشن شد که برای انتقال نور نیازی به اِتر نیست. هم‌چنین روشن شد که سرعت نور، مستقل از حرکت زمین، در همه جهات ثابت و یکسان است.

آشکارساز امواج گرانشی لایگو، همان‌گونه که تصویر۳ نشان می‌دهد، از دو بازو که در حالت عادی هر یک طولی برابر با ۴ کیلومتر دارند و از یک ساعت اتمی بسیار دقیق و نور لیزرِ پُرقدرت بهره‌ گرفته شده است. در صورت عبور امواج گرانشی از سامانه لایگو طول بازوها اندکی تغییر می‌کنند. به این علت که تاثیر امواج مربوطه بر هر یک از آن دو بازو متفاوت است. در نتیجه، نور لیزر نمی‌تواند طول‌های نابرابر را در زمانِ برابر طی نماید. طول نوسان مشاهده شده در تاسیسات لایگو در سال ۲۰۱۵ برابر بود با یک هزارم قطر یک ذره پروتون (قطر ذره پروتون ۱۵–۱۰ • ۱٫۷ـ ۱٫۶متر)! در مقایسه: یک تار موی انسان ده‌هاهزار بار ضخیم‌تر از قطر یک ذره پروتون است. در نتیجه، روشن است که اجرای یک چنان آزمایش دقیق و حساسی، لازم بود مسایل بسیاری درنظرگرفته و مشکلات و موانع فراوانی برطرف ‌می‌شدند. اجرای این پروژه از سال ۱۹۹۲ شروع و تا دستیابی به نتیجه در سال ۱۶/۲۰۱۵ با صرف بودجه حدود ۶۰۰ میلیون دلار ممکن گردید. پژوهشگران این آزمایش سترگ، جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۷ را از آن خود کردند: ۳ فیزیکدان آمریکایی به اسامی بری سی. بریش Barry C. Barish متولد ۱۹۳۶، کیپ اس. تورن Kip S. Thone متولد ۱۹۴۰و راینر ویس Rainer Weiss (۲۰۲۵ـ۱۹۳۲). نام فامیلی راینر متولد برلین در زبان آلمانی وایس تلفظ می‌شود.

۲. آشکارسازِ امواجِ گرانشی اولیه        

آشکارسازی امواج گرانشی اولیه با منشاء کیهانی موضوع پژوهش روز است. طول موج‌ این امواج از زمان ایجاد آنها در ۱۳٫۸میلیارد سال پیش هم‌سو با انبساط کیهان گسترش یافته است. بی‌تردید، کشف این امواج، تحولاتی بزرگی را در دانش فلسفه، غلم فیزیک و نگاه انسان به جهان هستی رقم خواهد زد. اما، در حال حاضر اجرای آن با مسایل و دشواری‌های فراوانی مواجه است و به آسانی امکان‌پذیر نیست. برای مثال، خواهان ابزاری در ابعاد کیهانی است. تصویر۲، طیف امواج گرانشی اولیه، با طول موج‌های چند سال نوری تا ده‌ها سال نوری (۱۰۱۷ متر به بالا)، را نشان می‌دهد. تصور می‌شود که این امواج اکنون به‌صورت نوفهِ (Noise) پس‌زمینه در سراسر گیتی گسترده باشند. 

برای کشف و سنجش امواج گرانشی اولیه از روش ’آرایه‌‌ زمان‌سنجی تب‌اخترها‘ (Pulsar Timing Array) بهره‌جسته می‌‌‌شود. روشی که در آن از آشکارسازهایی در ابعاد کیهانی استفاده می‌شود (تصویر۵):       

"نتایج امیدوار کننده در راستای کشف امواج گرانشی اولیه‌ را اخترشناسان در تابستان سال ۲۰۲۳ ارایه کردند. آنها در جستجوی نوفه (نویز)ِ این امواج در کهکشان م از آرایه‌های‌‌ زمان‌سنجی تب‌اخترها استفاده کردند. آخرین داده‌های آرایه‌های زمان‌سنجی تب‌اخترها، نشانه‌ روشنی از وجودِ چنان نویزی دارند."۱ 

تصویر۵: آرایه‌‌ زمان‌سنجی تب‌اخترها (Pulsar Timing Array)۱ 

"آرایه زمان‌سنجی تب‌اخترها (PTA)، یک زمان‌سنج (ساعت) کهکشانی با دقت بسیار بالاست که در آن تپش (ضربان) یک هزارم ثانیه‌ای تب‌اخترها یک ریتم منظم ایجاد می‌کنند. امواج گرانشی اولیه، این ریتم منظم را مختل می‌کنند و همین باعث ایجاد الگو‌ی ویژه برای شناسایی آنها می‌شود (تصویر۵)."۱ 

خاستگاه‌های امواج گرانشی         

۱. خاستگاه امواج گرانشی اخترفیزیکی  

خاستگاه امواج گرانشیِ اخترفبزبکی، اجسام گوناگون آسمانی در سراسر کیهان هستند، مانندِ سیاه‌چاله‌های دوتایی و درهم‌آمیزی (ادغام) آنها، انفجار ابرستاره‌ها، حرکت شتابدار اجسام پُرجرمی مانند تپ‌اخترها، یعنی ستاره‌هایی پُرجرم با حرکت‌های دورانی نامتقارن. 

رصدخانه‌هایی مانند لایگو توانسته‌اند تعدادی از تک رویدادهای امواج گرانشی ناشی از درهم‌آمیزی سیاه‌چاله‌ها در فاصله‌های میلیاردها سال نوری از زمین را شناسایی کنند. اما، تعداد زیادی از آنها تاکنون، به‌خاطر بسامد پایین‌، قابل شناسایی، تفکیک از هم و ثبت نیستند. با این حال، امواج گرانشی آنها نوعی نویز تصادفی در آشکارسازها ایجاد می‌کنند. در لینک https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave، ویدیوای حدود یک دقیقه‌، می‌توان شکل‌گیری امواج گرانشی براثر نزدیک شدن و درهم‌آمیزی دو سیاه‌چاله با بسامد بیشینه (ماکسیموم) در حین "برخورد" را مشاهده کرد

۲. خاستگاه امواج گرانشی اولیه  

همان‌گونه که پیشتر ذکر کردیم، تصور می‌شود که امواج گرانشی اولیه، نه چون امواج گرانشی اخترفیزیکی، در لحظات آغازین کیهان ایجاد شدند، یعنی منشاء کیهانی‌ دارند. به عبارت دیگر، این امواج در دورانی به وجود آمدند که رویدادهای سرنوشت سازی برای کل توسعه‌ی آتی کیهان در جریان بود، مانند تورم کیهانی. از این‌رو، امواج گرانشی اولیه به‌طور بنیادی متفاوت از امواج گرانشی اخترفیزیکی هستند. به‌نظر، کشف این امواج و راستی آزمایی آنها با یاری شواهدی از تاریخ کیهان، می‌تواند در کسب اطلاع  از شرایط اولیه پیدایش کیهان راه‌گشا باشد. 

طول موجِ امواج گرانشیِ اولیه از زمان شکل‌گیری تا حال حاضر، یعنی در طول نزدیک به ۱۴میلیارد سال گذشته، براثر انبساط کیهان، مدام افزایش (بسامدشان کاهش) یافته است. این وضعیت، کشف آنها را سخت دشوار می‌کند. به این معنا که خواهان آشکارسازهایی نامنعارف در ابعاد کیهانی، توضیح داده شده در بالا، است.  

یکی دیگر از راه‌های قابل تصور برای کشف و سنجش امواج گرانشی اولیه، ردیابی این امواج در تابش پس‌زمینه کیهانی از طریق بررسی اثرات‌ این امواج بر قطبش تابش پس‌زمینه کیهانی است. 

امواج گرانشیِ اخترفیزیکی و فضازمان    

بنابر نظریه نسبیت عام، گرانش بیان از رابطه‌ی بین انرژی ـ تکانه و هندسه‌ی فضازمان دارد. این رابطه، بافت فضازمان را متناسب با جرم و حرکت اجسام آسمانی، مانند حرکت تب‌اخترها، چرخش نامتقارن اجسام پُرجرم، برخورد ستاره‌های نوترونی و یا تداخل سیاه‌چاله‌ها تغییر می‌دهند. تغییراتِ ساختار فضازمان در شکل موج‌هایی به نام امواج گرانشی نمایان می‌شوند. این امواج با سرعت نور انتشار می‌یابند. لازم به تاکید است که امواج گرانشی اخترفیزیکی، امواجی مانند امواج الکترومغناطیسی نیستند که در فضازمان موجود منتشر ‌شوند، بلکه تغییراتِ هندسه‌ی خود فضازمان، در شکل کشیده و فشرده شدن، می‌باشد.  

گفتیم که بسامد امواج گرانشی هم‌سو با مسافت‌های طی نموده‌ کاهش می‌یابد. به‌همین جهت، آشکارسازی امواج گرانشی، ایجاد شد، به‌عنوان مثال از تداخل دو سیاه‌چاله در فاصله ۱٫۴میلیارد سال نوری از زمین، در رصدخانه لایگو در سال ۱۶/ ۲۰۱۵ بدون ابزار لازم از جمله و به‌ویژه نور لیزرِ قوی و زمان‌سنجِ دقیقِ اتمی، عملی نبود. ابزاری که یک قرن پیشتر، یعنی زمانی که اینشتین در سال ۱۹۱۶ امواج گرانشی را پیش‌بینی کرد، نه وجود داشتند و نه اجرای آن قابل تصور بود. ناگفته نماند که رصد امواج گرانشی اخترفیزیکی بیان از اَبرسیّال۱۳ بودن فضازمان نیز دارد.                   

امواج گرانشیِ اولیه و فضازمان     

با توجه به آن‌چه پیش‌تر در باره‌ی امواج گرانشی اولیه گفتیم، می‌دانیم که طول موج این امواج از همان زمانِ پیدایش کیهان هم‌سو با انبساط کیهان گسترش و بسامدشان کاهش یافته است. تصور می‌شود این امواج اکنون به‌صورت یک نوفهِ (Noise) پس‌زمینه، گسترده در سراسر گیتی، حضور دارند. کشف این پس‌زمینه به‌معنای گشودن پنجره‌ای برای درک از شرایط و مسائل لحظات آغازین کیهان و هم‌چنین بافت فضازمان و نوسانات ریز "اتم‌های فضازمان"می‌باشد. اما، کشف امواج گرانشی اولیه به‌ دلیل طول موج‌های بسیار بزرگشان (با بسامد بسیار اندک)‌ سخت دشوار است، به‌مراتب دشوارتر از امواج گرانشی اخترفیزیکی. با این حال، خارج از تصور نیست که امواج گرانشی اولیه ردپایی از خود در قطبش تابش پس‌زمینه کیهانی گذاشته باشند. از این‌رو، جستجو در این حوزه یکی از امکانات دیگر است که می‌تواند به کشف امواج گرانشی اولیه منجر شود. 

جمع‌بندی

انسان از دبرباز تا اوایل قرن حاضر تنها یک امکان و یک شیوه را برای کسب اطلاع از رویدادهای کیهانی می‌شناخت. و آن استفاده از امواج الکترومغناطیسی بود. اما، این امواج در بهترین حالت امکان شناسایی کمتر از ۵‌درصدِ کیهان را می‌دهند.با کشف امواج گرانشی اخترفیزیکی در سال ۲۰۱۵ روش جدیدی شکل گرفته است که می‌توان توسط آن تا ۹۹‌درصد کیهان را شناسایی کرد! در امکان اول، از شیوه به اصطلاح "بینایی"، مانند مشاهده‌ی اجسام آسمانی۹، اما در امکان دوم از روش به اصطلاح "شنیداری"، مانند "شنیدن صدای" تداخل سیاه‌چاله‌ها بهره‌جسته می‌شود. از زمان کشف

اولین امواج گرانشی اخترفیزیکی، در نتیجه‌ی تداخل دو سیاه‌چاله‌ی ذکر شده در بالا، تاکنون صدها رویداد مشابه کشف شدند. در حال حاضر کشف این نوع رویدادها به امری سراسر (کاملاً) طبیعی و روزمره تبدیل شده است. به این معنا که از این پس کشف هرچه بیشتر چنان رویدادهایی و هم‌چنین رویدادهایی مانند تصادم ستاره‌های نوترونی و یا حرکت هر ابژکت کیهانی پُرجرم شتابدار نامتقارن دیگری که فضازمان را متاثر از حرکت خود می‌کند، قابل تصور است.  

در حال حاضر موضوع پژوهش روز، چستجو و کشف امواج گرانشی اولیه با منشاء کیهانی است. این امواج می‌توانند حاوی اطلاعاتی از جمله در باره‌ی شرایط اولیه پیدایش کیهان باشند. کشف امواج گرانشی اولیه می‌تواند هم‌چنین به فهم بهتر ما در باره‌ی بافت فضازمان و درک درست از ساختار فضا در مقیاس پلانک۶، جایی که صحبت از خلاء کوانتومی۱۴ است، یاری رساند. با آگاهی به این امر که خلاء کوانتومی و یا "هیچ" کوانتومی به‌‌معنای "هیچ" (عدم) فلسفی نیست. چراکه خلاء کوانتومی به‌معنای یک حالت کوانتومی با کمترین انرژی ممکن می‌باشد.

دکتر حسن بلوری

 برلین، ۲۰۲۶٫۰۸٫۰۶

مراجع

0. https://www.sciencedaily.com/images/1920/stages-of-universe-evolution-a…

1. Kai Schmitz, Rauschende Raumzeit, In: Physik Journal 7, DPG, Juli 2025, 24. Jahrgang

2. Hassan Bolouri, Classical cosmology

۲. حسن بلوری، ’کیهان‌شناسی کلاسیک‘، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه مارچ سال ۲۰۲۳

3. Hassan Bolouri, Classical spacetime

۳. حسن بلوری، ’فضازمان کلاسیک‘، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه اکتبر سال ۲۰۲۵

4. Hassan Bolouri, The mystery of spacetime, relativity and quantum

۴. حسن بلوری، ’معمّای فضازمان، نسبیت و کوانتوم‘، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه ژوئن سال ۲۰۲۵

5. Hassan Bolouri, The limitations of our knowledge of spacetime

۵. حسن بلوری، ’محدودیت‌های شناخت فضازمان‘ منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه اوت سال ۲۰۲۵

6. Hassan Bolouri, Quantum spacetime

۶. حسن بلوری، ’فضازمان کوانتومی‘، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه دتسامبر سال ۲۰۲۵

7. Hassan Bolouri, Quantum gravity

۷. حسن بلوری، ’گرانش کوانتومی‘، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه می سال ۲۰۲۳ 

8. Hassan Bolouri, Quantum Cosmos: The Origin of the Universe

۸. حسن بلوری، ’کیهان کوانتومی ـ منشاء هستی‘ ، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه ژوئیه سال ۲۰۲۳

9. Hassan Bolouri, The limits of sensory perception

۹. حسن بلوری، ’مرزهای ادراک حسی در شناخت بی‌واسطه‘، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه نوامبر سال ۲۰۲۰ 

10. https://science.gsfc.nasa.gov/663/research/   

11 https://de.wikipedia.org/wiki/LIGO. 

12. https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave

13. Hassan Bolouri, Superfluid Spacetime

۱۳.حسن بلوری، ’فضازمان اَبرسیّال‘، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه می سال ۲۰۲۱ 

14. Hassan Bolouri, Vacuum and its structure – a discussion about “Nothing”

۱۴. حسن بلوری، ’خلاء و ساختار آن ـ بحثی در باره‌ی "هیچ"‘، منتشر شده در سایت‌های پارسی‌زبان، ماه آوریل سال ۲۰۲۳