امواج گرانشی چیست؟ از پیش‌بینی اینشتین تا شنیدن صدای برخورد سیاهچاله‌ها

تقریباً یک قرن طول کشید تا بشر بتواند یکی از ظریف‌ترین زمزمه‌های کیهان را به گوش بشنود. وقتی در سال ۱۹۱۶، آلبرت اینشتین در نظریه‌ی نسبیت عام خود پیش‌بینی کرد که برخورد اجرام عظیم می‌تواند موج‌هایی در بافت فضا-زمان ایجاد کند، کسی نمی‌دانست که این بحث ممکن است برای صد سال فقط به طور نظری در معادلات باقی بماند. اما در سپتامبر سال ۲۰۱۵، برای نخستین‌بار، انسان با استفاده از ابزارهایی باورنکردنی توانست این امواج را به‌صورت مستقیم ثبت کند.

جهان ما همیشه پر از صدا بوده، اما تا همین چند سال پیش، ما تنها بخشی از آن را می‌شنیدیم. تصور کنید میلیاردها سال پیش، دو سیاهچاله‌ی غول‌پیکر در دل تاریکی با هم برخورد کردند، و موجی از انرژی را در بافت خود فضا و زمان به راه انداختند—موجی که بی‌صدا از کهکشان‌ها گذشت، از ستاره‌ها عبور کرد و سرانجام به زمین رسید. این صدای بی‌صدا، امواج گرانشی نام دارد. اما امواج گرانشی دقیقاً چه هستند؟ چگونه می‌توان چیزی را شنید که دیده نمی‌شود؟ و چرا این کشف، یکی از انقلابی‌ترین لحظات در تاریخ علم به شمار می‌رود؟ در این مقاله، با هم به سفری شگفت‌انگیز در دل کیهان می‌رویم تا پاسخ این پرسش‌ها را بیابیم.

امواج گرانشی چیستند؟

تصور کنید سنگی را درون یک دریاچه‌ی آرام می‌اندازید. موج‌هایی که روی سطح آب پخش می‌شوند، انرژی برخورد را به اطراف منتقل می‌کنند. حالا تصور کنید که دو سیاهچاله‌ی عظیم در کیهان با هم برخورد کنند. چنین رویدادی موج‌هایی در بافت فضا و زمان ایجاد می‌کند که به آن‌ها امواج گرانشی می‌گوییم. برخلاف صدا یا نور، این موج‌ها از درون خود فضا عبور می‌کنند و آن را کش می‌آورند یا فشرده می‌کنند.

موج‌هایی از کیهان: چگونه کار می‌کنند؟

امواج گرانشی، برهم‌کنش‌هایی در فضازمان هستند؛ شبکه‌ی نامرئی‌ای که فضا و زمان را به هم پیوند می‌دهد. این موج‌ها با سرعت نور حرکت می‌کنند و حامل اطلاعاتی درباره‌ی پرانرژی‌ترین رویدادهای جهان هستند. اما این امواج بسیار ضعیف‌اند؛ حتی قوی‌ترین آن‌ها نیز فضا را در ابعادی به کوچکی قطر یک اتم، در مقیاس زمین، تغییر می‌دهند!

 ایده‌ی بزرگ اینشتین

بیش از صد سال پیش، آلبرت اینشتین در نظریه‌ی نسبیت عام خود پیش‌بینی کرد که چنین موج‌هایی وجود دارند. او نشان داد که گرانش صرفاً یک نیرو نیست، بلکه نتیجه‌ی خم شدن فضازمان توسط جرم‌های بزرگ است. زمانی که این اجرام شتاب زیادی می‌گیرند یا با هم برخورد می‌کنند، این خمیدگی به صورت موج منتشر می‌شود. خود اینشتین شک داشت که ما روزی بتوانیم این امواج را تشخیص دهیم—چون بسیار ضعیف‌اند. ولی علم راهی برای شنیدن آن‌ها پیدا کرد.

چگونه آن‌ها را شناسایی می‌کنیم؟

اینجاست که لایگو (LIGO) وارد می‌شود؛ رصدخانه‌ای غول‌پیکر در آمریکا که از لیزر و آینه‌هایی در تونل‌هایی طولانی استفاده می‌کند تا کوچک‌ترین تغییرات در فاصله‌ها را که ناشی از عبور امواج گرانشی هستند، اندازه‌گیری کند. رصدخانه‌ی مشابهی به نام ویرگو (VIRGO) در اروپا فعالیت می‌کند. این ابزارها آن‌قدر حساس‌اند که می‌توانند تغییری هزاران بار کوچک‌تر از قطر یک پروتون را ثبت کنند! این دقت، معادل شناسایی تغییر فاصله‌ای بین زمین تا نزدیک‌ترین ستاره است، به اندازه‌ی کمتر از عرض یک تار مو.

نخستین باری که صدای جهان را شنیدیم

در ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵، تاریخ‌ساز شدیم. لیگو برای نخستین بار موفق شد امواج گرانشی را ثبت کند. این امواج از برخورد دو سیاهچاله در فاصله‌ی ۱.۳ میلیارد سال نوری از زمین آمده بودند. این کشف، تأییدی بر پیش‌بینی اینشتین بود و آغاز عصری نوین در مشاهده‌ی کیهان محسوب می‌شود—نه فقط با نور، بلکه با شنیدن «صدای» جهان.

چه چیزهایی آن‌ها را ایجاد می‌کنند؟

امواج گرانشی از رویدادهای عظیم و پرتکان کیهانی پدید می‌آیند، از جمله:

·         برخورد سیاهچاله‌ها

·         برخورد ستاره‌های نوترونی

·         انفجارهای ابرنواختری

·         و حتی آغاز خود جهان!

هر یک از این رویدادها امضای منحصر به‌فردی در امواج گرانشی دارند، که به ما می‌گویند چه چیزی اتفاق افتاده، اجرام چقدر بزرگ بوده‌اند و چقدر از ما فاصله داشته‌اند.

چرا باید برایمان مهم باشد؟

امواج گرانشی به ما امکان می‌دهند تا ناپیدا را ببینیم. آن‌ها می‌توانند از دل گرد و غبار، گاز یا تاریکی مطلق عبور کنند—جاهایی که نور نمی‌تواند به آن‌ها برسد. این امواج ابزاری نو برای کشف سیاهچاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و لحظات اولیه‌ی شکل‌گیری کیهان به دست ما می‌دهند. با آن‌ها می‌توانیم به پرسش‌هایی بنیادین پاسخ دهیم: فضا از چه ساخته شده؟ سیاهچاله چگونه شکل می‌گیرد؟ درست پس از مه‌بانگ چه اتفاقی افتاد؟

 از سکوت تا صدا: تبدیل داده به کشف

سیگنال‌هایی که توسط لیگو و ویرگو ثبت می‌شوند، صدا به معنای معمول نیستند—اما دانشمندان می‌توانند داده‌ها را به صدا تبدیل کنند. زمانی که صدای «چیپ» حاصل از برخورد دو سیاهچاله را می‌شنوید، در واقع دارید صدای تغییر در فضا را می‌شنوید. این صداها عجیب، زیبا و شگفت‌انگیزند.

 آینده‌ی علم امواج گرانشی

این فقط آغاز راه است. رصدخانه‌های جدیدی در سراسر جهان در دست ساخت‌اند: تلسکوپ اینشتین در اروپا، لایگو هند، و مأموریت فضایی لیزا (LISA) از جمله آن‌ها هستند. این ابزارها به ما کمک می‌کنند تا به ژرفای بیشتر کیهان نگاه کنیم و شاید به رمز و رازهایی مانند ماده‌ی تاریک، گرانش کوانتومی و پیدایش جهان دست یابیم.

دانشمندان معروف در حوزه امواج گرانشی

کیپ استفن تورن (Kip Stephen Thorne) فیزیک‌دان نظری آمریکایی متولد ۱۹۴۰ است که بیشتر به‌خاطر پژوهش‌های پیشگامانه‌اش در زمینه‌ی گرانش و اخترفیزیک شناخته می‌شود. او سال‌ها استاد فیزیک در مؤسسه فناوری کلتک (Caltech)  بوده و یکی از مغزهای متفکر پشت پروژه‌ی رصدخانه‌ی موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری () به شمار می‌رود. درک عمیق او از نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، زمینه‌ساز شکل‌گیری مبانی نظری لازم برای آشکارسازی امواج گرانشی شد. تورن نقشی حیاتی در پیوند دادن فیزیک نظری با علم تجربی ایفا کرد و با مهندسان و دانشمندان برای به ثمر رساندن پروژه‌ی لایگو همکاری نزدیکی داشت. در سال ۲۰۱۷، او به‌همراه راینر ویس (Rainer Weiss) و بری بریش (Barry Barish) به‌دلیل نقش تعیین‌کننده‌شان در پروژه‌ی لایگو و نخستین شناسایی امواج گرانشی، موفق به دریافت جایزه‌ی نوبل فیزیک شد.

راینر ویس (Rainer Weiss) فیزیک‌دان آلمانی-آمریکایی متولد ۱۹۳۲ است که به‌خاطر پژوهش‌های پیشگامانه‌اش در فیزیک تجربی و شناسایی امواج گرانشی شهرت جهانی دارد. او استاد فیزیک در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) بود و معمار اصلی طراحی تداخل‌سنج لیزری است که بعدها به هسته‌ی اصلی پروژه‌ی لایگو (LIGO) تبدیل شد. در دهه ۱۹۷۰، ویس پیشنهاد داد که می‌توان از تداخل‌سنجی لیزری برای شناسایی نوسانات بسیار ضعیف در فضا-زمان که در پی رویدادهای کیهانی دوردست ایجاد می‌شوند، استفاده کرد—ایده‌ای که در آن زمان بسیاری آن را غیرعملی می‌دانستند. طراحی نوآورانه‌ی او، که بر اساس اندازه‌گیری تغییرات بسیار جزئی در طول مسیر پرتوهای لیزر در اثر عبور امواج گرانشی بود، به بخش کلیدی موفقیت لایگو تبدیل شد. ویس به‌دلیل این دستاورد بزرگ، همراه با کیپ ثورن و بری بریش، در سال ۲۰۱۷ برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک شد. کارهای او رؤیای شناسایی امواج گرانشی را از سطح نظری به واقعیت تجربی رساند.

بری کلارک بریش (Barry Clark Barish) فیزیک‌دان آمریکایی متولد ۱۹۳۶ است که نقش کلیدی در پیشبرد و نهایی‌سازی پروژه‌ی لایگو (LIGO) ایفا کرد. او تحصیلات خود را در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی (University of Californi, Berkeley) به پایان رساند و پس از آن به عنوان استاد و پژوهشگر در مؤسسه فناوری کلتک (Caltech) فعالیت کرد. بریش در دهه‌ی ۱۹۹۰ رهبری پروژه‌ی لایگو را به‌عهده گرفت و با سازماندهی ساختار علمی و فنی آن، مسیر اجرای یکی از بلندپروازانه‌ترین پروژه‌های علمی قرن را هموار ساخت. او موفق شد پشتیبانی مالی و نهادینه برای ساخت تأسیسات لایگو در ایالات متحده فراهم کند و همچنین جامعه‌ای بین‌المللی از دانشمندان را گرد هم آورد. بری بریش نیز همراه با کیپ تورن  (Kip Thorne) و راینر ویس (Rainer Weiss) در سال ۲۰۱۷ موفق به دریافت جایزه‌ی نوبل فیزیک شد؛ جایزه‌ای که برای نخستین شناسایی تجربی امواج گرانشی اهدا شد.

گابریلا گونزالس (Gabriela González) فیزیک‌دان برجسته‌ی آرژانتینی-آمریکایی متولد ۱۹۶۵ است که سهمی مهم در تحلیل داده‌ها و شناسایی سیگنال‌های امواج گرانشی در پروژه‌ی لایگو (LIGO) دارد. او تحصیلات خود را در دانشگاه کوردوبا (University of Córdoba) در آرژانتین آغاز کرد و سپس دکترای خود را از دانشگاه سیراکوز (Syracuse University) در ایالات متحده دریافت کرد. گونزالس استاد فیزیک در دانشگاه ایالتی لوئیزیانا (Louisiana State University) است و سال‌ها به‌عنوان سخنگوی علمی همکاری لایگو (LIGO Scientific Collaboration) فعالیت کرد. او در توسعه روش‌های پیشرفته برای کاهش نویز و افزایش حساسیت آشکارسازهای لایگو نقش مؤثری ایفا کرده است. گونزالس همچنین یکی از سخنگویان اصلی بود که در فوریه ۲۰۱۶ نخستین اعلام رسمی شناسایی امواج گرانشی را در کنفرانسی جهانی به اطلاع عموم رساند.

سودیپتا سرکار (Sudipta Sarkar) اخترفیزیک‌دان و پژوهشگر برجسته در زمینه امواج گرانشی است که گرچه شهرتی هم‌تراز با نام‌هایی مانند تورن یا ویس ندارد، اما به‌عنوان نماینده‌ای از نسل جدید دانشمندان در این حوزه، نقش مهمی در تحلیل داده‌های کیهانی و پیشبرد علم موج‌نگاری کیهانی ایفا کرده است. او تحصیلات عالی خود را در دانشگاه آکسفورد (Oxford) ادامه داده و در مؤسسات پژوهشی متعددی مانند مرکز اخترفیزیک در مؤسسه ماکس پلانک (Max Planck Institute for Astrophysics) فعالیت داشته است. زمینه‌ی تخصصی او بررسی امواج گرانشی زمینه‌ای (Stochastic Gravitational Wave Background) است؛ امواجی که از رویدادهای کیهانی بسیار قدیمی به‌جای مانده‌اند و کشف آن‌ها می‌تواند پنجره‌ای به نخستین لحظات پس از مهبانگ (Big Bang) بگشاید.

بی‌ اس ساتیاپراکش (B.S. Sathyaprakash) فیزیک‌دان هندی‌الاصل و یکی از پژوهشگران برجسته در حوزه نظری امواج گرانشی است. او تحصیلات خود را در هند آغاز کرد و سپس به انگلستان مهاجرت کرد و در دانشگاه‌های معتبر همچون دانشگاه کاردیف (Cardiff University) و دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا (Pennsylvania State University) به تدریس و پژوهش پرداخت. ساتیاپراکش در توسعه مدل‌های دقیق از امواج گرانشی تولیدشده در هنگام ادغام سیاه‌چاله‌ها و ستارگان نوترونی پیشگام بود. کار او در زمینه‌ی مدل‌سازی سیگنال‌های امواج گرانشی، نقش مهمی در تحلیل داده‌های آشکارسازهای لایگو (LIGO) و ویرگو (Virgo) داشته و به بهبود توانایی دانشمندان در شناسایی منشأ این امواج کمک شایانی کرده است.

آلساندرا بوئونانو (Alessandra Buonanno) فیزیک‌دان نظری ایتالیایی و یکی از چهره‌های کلیدی در مدل‌سازی دقیق برخورد سیاه‌چاله‌ها و تولید امواج گرانشی است. او تحصیلات خود را در دانشگاه پیزا (University of Pisa) و مدرسه عالی نرماله (Scuola Normale Superiore) گذراند و سپس در مؤسسات پژوهشی معتبر در اروپا و آمریکا مشغول به کار شد. بوئونانو از اعضای ارشد مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک گرانشی (Max Planck Institute for Gravitational Physics) در آلمان است. کارهای او در تلفیق نظریه نسبیت عام و روش‌های عددی، به توسعه‌ی الگوریتم‌های کلیدی برای پیش‌بینی شکل دقیق امواج گرانشی کمک کرده و نقش مهمی در موفقیت‌های علمی لایگو و ویرگو داشته است.

بی‌ورلی برگر (Beverly Berger) فیزیک‌دان آمریکایی و یکی از پیشگامان زن در زمینه گرانش و کیهان‌شناسی است. او دکترای خود را از دانشگاه برکلی (University of California, Berkeley) دریافت کرد و مدتی طولانی به تدریس در دانشگاه ایالتی اوکلند (Oakland University) مشغول بود. برگ همچنین از مدیران سابق برنامه امواج گرانشی در بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) بود و نقشی کلیدی در سیاست‌گذاری و حمایت از پروژه لایگو و دیگر طرح‌های مرتبط با امواج گرانشی داشت. افزون بر آن، او به ترویج حضور زنان در فیزیک نظری و پژوهش‌های کیهانی کمک‌های شایانی کرده است. او متعلق به نسلی از دانشمندان امواج گرانشی است که تربیت یافته بری سی باریش (Barry C. Barish) هستند.

نیکولاس یونس (Nicolás Yunes) فیزیک‌دان آرژانتینی-آمریکایی و پژوهشگر برجسته در زمینه آزمون نظریه نسبیت عام از طریق امواج گرانشی است. او تحصیلات خود را در دانشگاه پرینستون (Princeton University) به پایان رساند و سپس در دانشگاه‌های ایلی‌نوی و مونتانا به پژوهش و تدریس پرداخت. یونس تلاش کرده است تا با استفاده از داده‌های حاصل از آشکارسازی امواج گرانشی، صحت یا ضعف نظریه‌های جایگزین گرانش را آزمایش کند. او یکی از چهره‌های علمی مهم در حوزه «گرانش فراتر از نسبیت عام» است و پژوهش‌هایش در مرز بین فیزیک نظری، کیهان‌شناسی و داده‌کاوی امواج گرانشی جای می‌گیرد.

عوامل تولید:

راوی: ستاره مرادی

تدوین، میکس و مسترینگ صوت: نعیمه کرابی

لوگو و کاور گرافیکی: سید محمد حسن زاده علوی‌نژاد، محسن فائز و علیرضا مهاجری

مدیر تولید و ثبت تایم کد: حانیه محبی زاده

نویسنده: الهه رزاقی‌ها

بازنویسی متن و نظارت بر ضبط: محمد وحیدی

تهیه کننده و کارگردان: یاسر نظیفی گیلوان

فایل صوتی را از اینجا دانلود کنید:

به سایر قسمت‌های «ترمینولوژی» گوش کنید:

زمان | قضیه فیثاغورث|  یادگیری عمیق|  هورمون|  میراگر |  عدد پی|  ابررسانایی |  پلانکتون |  ابرشاره

فهرست قطعات موسیقی به کار رفته:

Light Me Up by Adi Goldstein

Achievement by Philip Anderson

معرفی مهمان‌ها:

دکتر قدیر جعفری، هیئت علمی دانشگاه فرهنگیان

دکتر شاهرخ آسیایی، مدیر توسعه

دکتر حیدر شیخ احمدی

متن پیاده شده پادکست:

موسیقی 

جعفری: به خاطر کنجکاوی به آسمان نگاه می‌کنیم که ببینیم دنیایی که توش زندگی می‌کنیم چیه. تا الان ابزار ما نور بوده.

راوی: تا به حال به این فکر کردید که صدا چطوری به گوش ما میرسه؟ یا اطرافمون رو چطوری می‌بینیم؟ تا الان دیدن و شنیدن رو شاید ابزاری برای ارتباط با جهان اطرافمون می‌شناختیم. 

جعفری: فقط نگاه می کردیم و صدای جهان رو نمی شنیدیم ولی الان صدای جهان رو می شنویم.

راوی: اگر بهتون بگم برای ارتباط با کهکشان ها میتونیم صدای اون ها رو بشنویم باورتون میشه؟ همه این اتفاقا با انتشار امواج اتفاق میوفته که هر کدوم فرایند متفاوتی دارن. امروز میخوایم به طور استثنا باهم صدای کهکشان ها رو بشنویم. 

جعفری: تا الان به جهان نگاه می‌کردیم اما الان با امواج گرانشی به جهان گوش هم می‌دهیم. اینکه این موجی که در ساختار فضا منتشر می شه شبیه موج صوتی هست و از جنس نور و الکترومغناطیس نیست. جنس جدیدی هست و بیشتر شبیه صداست. ما می تونیم این آهنگ که از جای جای کیهان می رسه رو گوش بدیم و از اون طریق ابزار جدیدی داریم که در مورد جهان تفحص کنیم و جهان رو بشناسیم و می تونه اطلاعات زیادی در مورد جهان به ما بده.

راوی: همانطور که تا الان متوجه شدید اون ابزار بسیار ارزشمند که ما می‌خواهیم با اون با جهان اطراف و کهکشان‌ها ارتباط برقرار کنیم؛ امواج گرانشی هستند. این امواج، مثل پیامرسان‌های نامرئی هستند که از دل شدیدترین و پرانرژی‌ترین پدیده‌های کیهانی به سمت ما میان و راز هایی رو به ما میگن که نور و امواج الکترومغناطیس هرگز نمیتونن به ما بگن. در واقع امواج گرانشی پنجره ای جدید به سوی ناشناخته های جهان به سوی ما باز میکنن و به ما اجازه میدن به گوشه هایی از کیهان سرک بکشیم. 

راوی: اگر شما هم مثل من کنجکاو شدین که درباره این امواج بیشتر بدونین تا آخر این اپیزود همراه من باشید.

موسیقی

راوی: من ستاره مرادی هستم با یک اپیزود جدید از پادکست ترمینولوژی.

راوی: برای شناخت و درک امواج گرانشی طبق روال پادکست ما این بار هم سراغ سه متخصص در این زمینه رفتیم. 

شیخ احمدی: چیزی که باعث شد من به فیزیک علاقه مند بشم بیشتر به ریاضی علاقه مند شدم. بیشتر به خاطر دایی هام بود که ایشون رشته شون ریاضی بود و یک جورایی به نظرم باهوش و نخبه بودن در این زمینه و خیلی با هم بحث های ریاضی خوبی می کردیم. 

راوی: صدایی که شنیدید صدای دکتر شیخ احمدی هست، اولین مهمان این اپیزود ما.

شیخ احمدی: حیدر شیخ احمدی هستم زاده سنندج استان کردستان ۱۳۶۲. ابتدایی، راهنمایی و دبیرستان رو در خود شهر سنندج بودم و بعد دانشجوی کردستان بودم. تحصیلات تکمیلی زنجان بودم و بعدتر پژوهشگاه دانش‌های بنیادی آی ام پی بودم. آفریقای جنوبی بودم و سفرهای علمی هم در این اثنا داشتم که علاقه ام رو دنبال کنم.

راوی: همچنین بهمون راجع به حوزه تخصصی که کار میکنن هم گفتن. 

شیخ احمدی: من کارهایی که می کنم حوزه تخصصی ام کیهان اولیه هست و نظریه میدان کوانتومی و گرانش و اینها کارهایی که انجام دادم در این راستا بود. کارهایی که تا حدودی بتونه یک سوالی که مطرح بوده در ذهن اندیشمندان حوزه بتونیم بهش پاسخ بدیم و در قالب چند تا پیپر در دسترس دوستان هست می تونه از سی وی دربیاره.

راوی: و اما مهمان بعدی ما دکتر جعفری هستن که الان در دانشگاه فرهنگیان  به عموان هیئت علمی مشغول به کار می‌باشند.

جعفری: از ابتدا در دوره دبیرستان که درس فیزیک را داشتم به این مبحث علاقه مند شدم. در دوره های مختلف لیسانس و فوق لیسانس و دکترا؛ دوره کارشناسی در دانشگاه امیر کبیر قبول شدم و ارشد را در دانشگاه شریف گذراندم و دکترا را در دانشگاه فردوسی مشهد. تماما زمینه کاری فیزیک نظری بوده و دلیلش هم فکر کنم اکثر ما علاقه و کنجکاوی داریم که بفهمیم اینها چی هستن و پدیده های مختلف رو که نگاه می کنیم راجع بهشون سوال به ذهن می رسه. احساس من هم این بود که نزدیک ترین شاخه ای که می تونه جواب بده فیزیک باشه و به خاطر همین فیزیک رو ادامه دادم تا الان.

راوی: علاقه دکتر جعفری به فیزیک از همان دوران دبیرستان شروع شد و در نهایت این علاقه به یک تخصص در حوزه فیزیک نظری تبدیل شد. 

جعفری: زمینه پژوهش هم چه در زمینه دکترا و بعدش فیزیک نظری بود. در دوره دکترا تخصصم و موضوع پژوهشم در مورد نظریه ریسمان بوده و بعد از دوره دکترا در مقاطع پسادکترا گرایش کوانتومی و گرایش نسبیت عام و مبانی نظری کوانتومی و اکثر موضوعات فیزیک نظری رو علاقه داشتم و دنبال کردم.

راوی: اما بیایید ببینیم که نظریه ریسمان چی بوده ک دگتر جعفری هم به طور تخصصی در این زمینه کار کردن؟ 

جعفری: عنوان پایان نامه دکترا پیدا کردن کنش موثر در نظریه ریسمان بود و داستانش این هست که نظریه ریسمان یک نظریه هست که موجودات بنیادی به جای ذرات ریسمان باشن. همین ریسمان ها اگر در فاصله دور به آنها نگاه کنیم، ابعادشان ریزه و از فاصله دور به آنها نگاه می کنیم و اینها ذره به نظر میان و نظریه موثر دنبال اینه که اگر یک تقریب به ریسمان نگاه کنیم چه نظریه معادلی می شه برای اینها نوشت و به  عنوان مثال می شه گفت نظریه نسبیت عام انیشتین یک نظریه موثر در نظریه ریسمان هست. نظریه ریسمان یک تصحیحاتی هم به این نظریه پیدا می کنه و کار من پیدا کردن تصحیحاتی است که توسط نظریه ریسمان به نظریه هایی که عموما در رشته های پائین تر می شنویم، پیدا می کنه.

راوی: سومین مهمان این اپیزود دکتر شاهرخ آسیایی هستن، که ایشون ارشد رو در دانشگاه شیراز گذروندن و دوره دکتری خودشون رو در دانشگاه شهید بهشتی در زمینه فیزیک بنیادی.

آسیایی: خیلی متشکرم از فرصتی که در اختیارم قرار دادید و برای من غنیمته که میتونم در مورد مسائل مورد علاقم فیزیک و ریاضی در خدمتتون باشم در مورد خودم اگه بخوام بگم خب من اون موقعی که متولد تهران هستم سال ۱۳۵۴ و اون دوره‌ای که دوره انتخاب رشته بود به سمت دانشگاه رفتن چون که جزو دانش آموزای خوب بودم اتوماتیک و چشم بسته افتادم توی بحث مهندسی و طبیعتاً مهندسی الکترونیک که اون موقع خیلی حالا رو بورس بود الان نمی‌دونم چطوریه شاید رشته‌های دیگه‌ای اونطوری باشن. پشیمونم نیستم به خاطر اینکه مهندسی به هر حال مخصوصاً مهندسی الکترونیک بسیار پیوند نزدیکی با فیزیک داره فکر می‌کنم تنها رشته مهندسی بود که ما توش کوانتوم و نسبیت می‌خوندیم برای مهندسی‌ها از این تیپ درس‌های نزدیک به فیزیک و ریاضی توشون به این شدت نبود و به هر حال واقعیتش اینه که از بچگی من علاقه زیادی داشتم به فیزیک و ریاضیات. 

راوی: با وجود اینکه در ابتدا وارد رشته مهندسی الکترونیک شدن اما علاقه شدید ایشون به فیزیک در نهایت کار دستشون داد. 

آسیایی: توی یه دوره‌ای دیگه بعد از اینکه حالا سر کار رفتم و اینا دیگه زندگیم یه طوری پیچید که احساس کردم احتیاج دارم که دوباره به زندگی معنی بدم دنبال چیزایی که دوست دارم برم، این شد که حالا واقعیتش اینه که من سال ۷۸ کارشناسی‌مو گرفتم سال ۸۸ ارشدمو گرفتم و سال ۹۸ دکترامو.

راوی: اما این عشق به فیزیک از کجا نشات گرفته؟

آسیایی: واقعیتش اینه که من شاید عجیب باشه ولی کسی که منو ترغیب کرد به سمت فیزیک خوندن در بچگی در خیلی سن کم شاید زیر ۱۰ سال و اینا بودم یک پسر عمه بزرگتر از خودم داشتم که خودش اصلاً دانشگاهم نرفت ولی اون موقع علاقمند بود به کتاب‌های مثلاً مختلف از جمله کتاب‌هایی که در مورد فیزیک نسبیت بودند چون فیزیک نسبیت همیشه یه بحث جذابیه و به محض اینکه مطرح بشه اگه درست مطرح بشه حالا ما تو دبیرستان‌مون یه جوری فیزیک و ریاضی مطرح می‌کنیم که همه فرار کنند ولی اگه واقعاً درست مطرح بشه و حس کنجکاوی انسانو بتونه تحریک کن خیلی جذاب است و مطمئنم باشید که بحث جذابیه چون باهوش‌ترین انسان‌هایی که روی کره زمین زندگی کردند جذب این رشته شدند پس طبیعتاً باید خیلی جذابیت بالایی داشته باشه که اینا این رشته را انتخاب کردن. بله و از اونجا شد که دیگه این تو من کاشته شد که آقا فیزیک مثلاً خیلی شیرین و لذت بخشه 

آسیایی: بی‌نهایت خوشحالم که تونستم بالاخره فرصت کنم تو این زندگیای پیچیده‌ای که الان ما داریم این فرصتو پیدا کنم و این اهتمام به خرج بدم که بتونم برم سمت فیزیک.

راوی: واقعا چقدر جالب بود که یک علاقه ساده به کتاب های فیزیک میتونه مسیر زندگی یک فرد رو تغییر بده و این نشون میده که علم و کنجکاوی فقط محدود به کلاس های درس و دانشگاه نیس، بلکه میتونه از جایی کاملا غیر منتظره شروع بشه. 

راوی: در ادامه دکتر آسیایی به ما می‌گوید که در حال حاضر به چه کاری مشغول هستند. 

آسیایی: از حال حاضرم شما در حال حاضر در یک بله خب من حقیقتش اینه که به هر حال توی رشته‌های فیزیک نظری من کیهان شناسی و ذرات بنیادی و نسبیت اینا هستم توی رشته‌های فیزیک نظری اگر شما استاد دانشگاه نباشید،  تو ایران مخصوصاً حالا جای دیگه در حالت پژوهشی و اینا ممکنه باز باشه اگر استاد دانشگاه نخواهید باشید تقریبا دیگه کار دیگه‌ای نیست که بخواید انجام بدید و خب چون برای من میسر نشد با توجه به فشردگی حالا شرایطی که وجود داره و اینکه از سمت جایی ساپورت نمی‌شدم برای استخدام شدن نهایتاً من از همون مهندسی یعنی از همون لیسانسم بیشتر شاید ۸۰ درصد دارم از لیسانسم استفاده می‌کنم ۲۰ درصدم از حالا داشته‌های فیزیکم دانش فیزیک هم استفاده می‌کنم و توی شرکتی به عنوان مدیر توسعه اون شرکت آرندی دارم کار می‌کنم. 

راوی: خب حالا که با مهمانان این اپیزود آشنا شدیم، الان وقتشه که برگردیم سر بحث اصلی خودمان یعنی امواج گرانشی. بریم ببینیم که امواج گرانشی اصلا چه هستند؟ 

راوی: اول از همه بگذارید با مفهوم موج شروع کنیم. موج چیست و چطور کار می‌کند؟

جعفری: دو کلمه امواج و گرانش هست. اول موج چیه و بعد ارتباطش با گرانش چی می تونه باشه. موج گرانشی چی هست. موج کمابیش با مفهومش آشنا هستید. اگر یک سنگی رو داخل یک حوضچه بندازیم، حلقه هایی تشکیل می شن و پراکنده می شن و به اونها می گیم موج.

راوی: اما اگر از دید فیزیکی بخوایم به این موضوع نگاه کنیم، وقتی موج ایجاد میشه چه اتفاقی می افته؟ 

جعفری: حالا با دید فیزیک نگاه کنیم که چه اتفاقی می افتد. جایی که سنگ می افتد و ما چوبی را داخل آب می اندازیم و تکان می‌دهیم. اونجا مولکول های آب رو حرکت می دیم و این حرکت مولکول های آب باعث می شن که حرکت مولکول های کناری برخورد می کنه و حرکتشون منتقل می شه به مولکول های کناری و همین طور منتقل می شه تا اب منتشر می شه. در هر نقطه هم به صورت نوسانی هست. یعنی مولکول های آب بالا و پائین می رن. این یک مثال ساده از موجه.

راوی: غیر از موج آب دیگه چه مثال هایی برای موج داریم؟

جعفری: وقتی طناب رو تکون بدیم می بینیم که یک شکل موجی توش منتشر می شه. نمونه دیگه موج همین حرف زدن ماست. وقتی حرف می زنم در یک جایی مولکول های هوا رو از طریق حنجره و زبان و دهان امواج به وجود میارم که چگالی مولکول های هوا در جایی کم و زیاد می شه و دقیقا مثل موج توی آب به هم برخورد می کنن و به گوش شما می رسه و باعث می شه پرده گوش تکون بخوره و مغز اون رو به مفاهیم آشنا تبدیل می کنه.

راوی: اما موج فقط محدود به آب یا هوا نیست. در دنیای فیزیک موج میتونه در فضا-زمان هم ایجاد بشه، چیزی که بهش میگیم امواج گرانشی. 

راوی: اما به طور کلی ۴ نیرو در طبیعت داریم.

شیخ احمدی: ما ۴ تا نیرو توی طبیعت داریم که شاید در دسترس ترینش نیروی گرانش هست. همین که در صندلی قرار گرفتیم و همین که اکثر اشیایی که در اتاق هست و در اطرافمون می بینیم همه سر جای خودشون هستن. اینها در واقع تحت تأثیر نیروی گرانش هستن.

راوی: اما بجز گرانش یک نیروی در دسترس دیگه هم وجود داره.

شیخ احمدی: نیروی دیگه که مهمه نیروی الکترومغناطیس هست. همین الان که شما رو می بینم و شما منو می بینید به واسطه فوتون هایی هست که امواج الکترومغناطیسی اینو به چشم ما می تابونه و ما می تونیم با اون وهمدیگه رو ببینیم. 

راوی: و اما دو نیروی دیگه ای که کمتر به اون ها فکر می‌کنیم.

شیخ احمدی: نیروهای دیگه که بحث و موضوع امروز نخواهد بود نیروی هسته ای قوی و نیروی هسته ای ضعیف هست. یعنی الکترونی که به دور پروتون می چرخه و داخل نیروی هسته ای ضعیف هست و الکترون و پروتون هایی که درون هسته به هم قفل می شن و تو بدنه پروتون که کوارک ها هستن تحت تأثیر نیروی هسته ای قوی هستن. یکی از چهار نیرو، نیروی گرانش هست.  

راوی: پس به طور کلی در طبیعت ۴ نیرو وجود داره: گرانش، الکترومغناطیس، نیروی هسته ای قوی و نیروی هسته ای ضعیف.  برای درک بهتر امواج گرانشی و اینکه بفهمیم دانشمندا چطور به وجود این امواج پی بردن بهتره که اول با امواج الکترومغناطیسی آشنا بشیم، پدیده ای که هر روز باهاش سر و کار داریم؛ از نور خورشید گرفته تا امواج رادیویی.

راوی: اول از همه بگذارید با این سوال شروع کنیم، چطوری میتونیم بینیم و بشنویم. در کل مکانیزم دیدن و شنیدن چطوریه؟ 

جعفری: در حقیقت نگاه کردن و دیدن ما مکانیزم شبیه شنیدن دارد. یعنی یک موجی وجود دارد که از یک جسم منتشر می شه و به جسم ما می رسه. اما اون دیگه نوسان مولکول های هوا نیست بلکه نوسان یک کمیاتی به نام میدان الکتریکی و مغناطیسی هستن. 

راوی: پس نور دقیقا چیه اگر نوسان مولکول های هوا نیست؟

جعفری: به همین دلیل نور موج الکترومغناطیس هست ولی مکانیزمش شبیه بحث صداست. به این ترتیب که یک جایی، یک عاملی این میدان های الکتریکی و مغناطیسی رو به نوسان درمیاره و نوسان اینها باعث می شه یک نقطه کناری نوسان کنه و همینطور منتشر می شه تا اینکه به چشم ما می رسه و وقتی نور به چشم ما می رسه باعث می شه که چشم دوباره توش موجوداتی با بار الکتریکی حرکت کنن و اونجا ذهن ما دوباره ترجمه می کنه به مفاهیم و یا تصاویر.

راوی: نکته ای که وجود داره اینه که، امواج الکترومغناطیس میتونن در خلا هم منتشر بشن.

جعفری: دلیلش اینه که موجودی به نام میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی وجود داره حتی توی خلاء. این ما رو نزدیک می کنه به بحث امواج گرانشی. گفتم میدان های الکتریکی و مغناطیسی. این موضوع جالبیه که برای اولین بار توسط ماکسول فرمول بندی شد و اون ارتباط این چیزی که ما وسیله دیدنمون هست و ما بهش می گیم نور با خاصیت الکتریکی و مغناطیسی؛ خاصیت های الکترومغناطیسی. 

راوی: این که میدان های الکتریکی و مغناطیسی در خلا وجود دارن چیزیه که ماکسول به زیبایی در معادلاتش فرمول بندی کرده. این معادلات نه تنها پایه امواج الکترومغناطیسی هستن بلکه ما رو به درک امواج گرانشی نزدیک تر میکنه. چون درست همانطور که امواج الکترومغناطیسی از نوسان میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد میشه، امواج گرانشی هم از نوسان خود فضا-زمان به وجود میاد.

راوی: اما آیا نیروی گرانشی شبیه به نیروی الکتریکی هست؟

جعفری: پس نیروی الکتریکی شبیه نیروی گرانشی هست و خیلی طبیعی بود که دانشمندان به ذهنشون برسه نکنه مثل همون طور که نیروی الکتریکی واسطه اش میدان الکتریکی است و با موج الکترومغناطیس ارتباط داره مشابه برای گرانش هم وجود داشته باشه. یعنی اون چیزی که باعث نیروی گرانش هست مشابهش چیزی است که به صورت گرانشی منتقل می شه.

راوی: اما نیروی گرانشی چطور پیش بینی شد؟ 

جعفری: این رو اسمش رو گذاشتن موج گرانشی؛ ولی اینکه چطور این فرمول بندی شد و به صورت دقیق دراومد اولین بار توسط انیشتین بود که نظریه نسبیت عام رو فرمول بندی کرد و یک فرمول بندی دقیق از نیروی گرانش مشابه با همون تصویری که از الکترومغناطیس و ارتباط با موج الکترومغناطیس بود مشابه انیشتین بود. یعنی نشون داد که میدان گرانشی که در فضا منتشر می شه چی هست و پیش بینی کرد که موج گرانشی هم می تونیم داشته باشیم. 

راوی: پس اینشتین بود که با بیان نظریه نسبیت برای اولین بار گف که امواج گرانشی باید وجود داشته باشن و همچنین بیان کرد که این نوع امواج چطور کار می‌کنند. 

راوی: خب، اول از همه بذارید با نظریه های نسبیت خاص و عام شروع کنیم. این که این نظریه ها چطور به وجود اومدن و چه پیش بینی هایی داشتن؟

آسیایی: در واقع تئوری نسبیت خاص اول تو ۲۶ سالگی ۱۹۰۵ و نسبیت عام که فرمول‌بندی نهاییش ۱۹۱۵ انجام شد و هست خودشم از بعضی از این دستاوردهایی که این نظریه پیش‌بینی‌هایی که نظریه می‌کرد شگفت زده می‌شد و به شک می‌افتاد.

راوی: امواج گرانشی چطور با نظریه نسبیت عام مرتبط میشن؟ 

آسیایی: امواج گرانشی چی رو میگه. امواج گرانشی میگه همونجور که نسبیت داره میگه ما توی فضا و زمان به شکل شما فضا-زمان به شکل یک مربا مثلاً یک سیال غلیظ در نظر باید بگیرید فضازمان واقعا اینطوریه وقتی شما توش حرکت می‌کنید تاثیر می‌ذارید تو فضای زمان اینطوری نیست که فضا زمین یه چیز مطلقی باشه مثل مثلاً یه کاغذ که یه خط داره روش کشیده میشه. نه، شما فضا-زمان ممکنه با خودتون بکشید ممکنه خمیدش کنید ممکنه زمانو کند کنید زمانو تند کنید و اون چیزی هم که فضا و زمان رو تحت تاثیر قرار میده جرم و انرژی است. حالا انرژی به خاطر اینکه پخش میشه شاید اونقدر شما تاثیرشو نبینید ولی اون چیزی که به عنوان جاذبه مطرح میشه در واقع جرم باعث شده که فضازمان به نحوی خمیده بشه که شما اونو به عنوان جاذبه حس کنید. 

راوی: حالا چطور گرانش به عنوان خمیدگی فضا – زمان توصیف میشه؟   

جعفری: یک تصویر دقیق تر اینکه چطور نیروی گرانش چطور به صورت خمیدگی در فضا زمان هست اینه که ما وقتی می گیم دو تا جسم با هم نیرو وارد می کنن و به صورت یک نقطه رها کنیم تا به صورت موازی حرکت کنن. اگر نیرویی بینشون وجود نداشته باشه فاصله شون تغییر نمی کنه و به این ترتیب مسیرهای موازی رو ادامه می دن. پس دو تن ذره ای که به هم نیرو وارد نمی کنن شبیه دو خط موازی هستن. روی این سطح صاف اگر دو خط موازی بکشیم همیشه موازی می مونه. 

راوی: حالا برای اینکه بتونیم مفهوم خمیدگی فضا - زمان رو درک کنیم با یک مثال ساده این موضوع رو روشن میکنیم. 

جعفری: فرض کنید دو خط موازی بدون اینکه در یک سطح صاف بکشیم روی یک توپ در دو نقطه نزدیک به هم بکشید. اگر اون دو خط رو بکشید و در یک نقطه ادامه بدید در یک نقطه همدیگه رو قطع می کنن و به هم می رسن. با وجودی که موازی کشیدید اما موازی نیستند. چون سطح خمیده است. گرانش هم به صورت نظریه مشابه این رو توضیح می ده. میگه اون چیزی که ما فکر می کنیم به صورت نیرو هست و اجسام رو به هم نزدیک می کنه در حقیقت نیرویی وجود نداره و در حقیقت فضاست که خمیده است. مثل دو تا خط که روی توپ کشیدیم. اینها به خاطر اینکه روی توپ کشیدیم به همدیگه نزدیک شدن.

راوی: پس به طور کلی نظریه نسبیت عم به ما نشون داد که گرانش درواقع خمیدگی فضا – زمانه و امواج گرانشی هم از همین خمیدگی ناشی می‌شه. 

راوی: اما این حس همیشگی ما، این که به سمت زمین کشیده میشیم، چطور در نظریه اینشتین توضیح داده میشه؟ آیا این واقعا یک نیرو هست؟

آسیایی: مثلاً چیزی که الان من به شما میگم و شما خب طبیعتاً شاید اولین باره می‌شنوید اینکه دلیل اینکه شما احساس می‌کنید که به سمت زمین دارید کشیده میشید هیچ نیرویی نیست از دید انیشتین که البته تئوری پذیرفته شده‌ای است و هرگز هم شکی تا الان بهش وارد نشده هیچ نیرویی نیست بلکه دلیلش اینه که زمان در نقطه‌ای که پای شما قرار داره کندتر می‌گذره از نقطه‌ای سرتون قرار داره این اختلاف زمان باعث میشه شما همش حس کنید به سمت پایین دارید کشیده و این چیزیه که انیشتین میگه یعنی گرانش را از دایره نیروها خارج می‌کنه و تبدیلش میکنه به خمیدگی فضا و زمان فضازمان درهم تنیده. 

جعفری: یعنی در حقیقت نیروی گرانش چیزی جز خمیدگی فضا و زمان نیست و اون چیزی که نیروی گرانش را منتقل می کنه اینه که فضا و زمان مون به صورت یک موجود خمیده است. 

راوی: پس درواقع چیزی که اینشتین به ما نشون اینه که گرانش در واقع خمیدگی فضا – زمانه و این خمیدگی باعث میشه که ما حس کنیم به سمت زمین در حال کشیده شدنیم. 

راوی: اما اینشتین فقط امواج گرانشی رو پیش بینی کرده بود، سوالی که ایجاد میشه اینه که دانشمندا چطوری این امواج رو شناسایی کردن؟ آیا قبل از کشف مستقیم، نشونه هایی از وجود اونها در کیهان دیده شده بود؟ 

آسیایی: بله البته این داستان شناسایی امواج گرانشی خیلی به گذشته برمیگرده خیلیا سعی کردن که این امواج را از راه های دیگه‌ای شناسایی کنند حتی یه دانشمند یه مدتی ادعا کرد که این امواج رو خیلی قبل ادعا کرد که امواج شناسایی کرده آقای وبر نه اون وبر معروفی که واحد میدان الکترومغناطیسی به اسمش نامگذاری شده یه فیزیکدانی آمریکایی بعد از ایشون ادعا میکرد که شناسایی کرده که نه مثلاً معلوم شد که اون اشتباه کرده ولی واقعیت اینه که امواج گرانشی که انیشتین پیش بینی کرده بود قبل از اینکه قرن بیست و یکم بخواد شروع بشه هم تونسته بود یک تایید خیلی قوی به دست بیاره.

راوی: اما چطور دانشمندا تونستن به وجود امواج گرانشی پی ببرن؟ 

جعفری: اونجا داستان این بود که توی فضا نگاه می کردن و ستاره های مختلف رو می تونیم با تلسکوپ های دقیق ببینیم. اینها دو  تا ستاره که دور هم می چرخن و ستاره نوترونی رو مشاهده می کردن. اینها ستاره ها رو نگاه می کردن. دو تا ستاره که دور هم می چرخن با فرکانس تابشی که می کنن می تونیم دوره حرکت اینها رو تشخیص بدیم. اینکه چقدر طول می کشه که این دو تا بچرخن. چیزی که فهمیدن اینه که این دوره با زمان کوتاه می شه. اولا اینکه این دو با فاصله نزدیک دارن می چرخن و خیلی سریع دارن می چرخن و بعد چیزی که مشاهده کردن که دوره با زمان کوچیک می شه و اینها دارن به هم نزدیک می شن و مدارشون کوچیک می شه. این عجیب بود که چرا این دو به هم نزدیک می شوند.

راوی: بنابراین دانشمندا با مشاهده دو ستاره نوترونی که به دور هم میچرخن متوجه شدن که دوره چرخش اونها به مرور زمان کم میشه. اما علت این اتفاق چی بود؟ 

جعفری: توضیحی  که وجود داشت و با دقت با مشاهدات می خوند این بود که طبق نظریه نسبیت عام  انیشیتن (مثال آب که اگر چوب در آب بزنم موج تولید می شه) این دو تا ستاره که با سرعت زیاد با هم می چرخن، موج گرانشی تولید می کنن. نکته مهمی که وجود داره اینه که امواج انرژی دارن و انرژی ساطع می شه. انرژی که ساطع می کنن انرژی هاشون کمتر می شه و به هم نزدیک می شن. این محاسبات نسبیت عام با مشاهدات کاملا می خوند. نشون داد که امواج گرانشی دلیل این تغییر فرکانس اینها رو می ده.

راوی: اما در سال ۱۹۷۴ جوزف تیلور و راسل هالس چطوری تونستن امواج گرانشی رو به صورت غیر مستقیم تایید کنند که نتیجه این کارشون به نوبل سال ۱۹۹۳ ختم شد؟

آسیایی:  یک پالسار که دوتا حالا جسم فضایی که فرض کنید دارن دور هم می‌چرخن با هم با دیگران تو سال ۱۹۹۷ اینا تایید کردند که مطابق با نظریه انیشتین اینا دارن انرژی ساطع می‌کنند و این ساطع شدن انرژی باعث میشه که حرکتشون به دور هم تغییر کنه چون انرژی این سیستم داره کم میشه بنابراین سال ۱۹۹۷ در واقع تایید اولی امواج گرانشی انجام شده بود و فقط مونده بود مشاهده مستقیم یعنی غیر مستقیم ما فهمیده بودیم که دو تا جسم که دارن دور هم می‌چرخند و امواج گرانشی ساطع می‌کنند دارن انرژی از دست میدن این انرژی از دست دادن ما فهمیده بودیم ولی خود امواج گرانشی رو نمی‌تونستیم هنوز دیتکت کنیم شناسایی کنیم.

راوی: در نهایت در سال ۲۰۱۵ امواج گرانشی به صورت مستقیم شناسایی شدند. 

شیخ احمدی: شما در یک دریایی از امواج گرانشی دارید زندگی می کنید. همان طور که امواج گرانشی در اطراف ما وجود دارد. فقط کافی است دستگاه‌هایی بسازیم که بتواند اینها را آشکار بکند.

آسیایی: این گذشت تا اینکه آزمایش‌های لیگو و فکر کنم ویرگو انجام شد یعنی دستگاه‌هایی ساخته شد برای اندازه‌گیری اینکه آیا امواج گرانشی واقعا به صورت مستقیم قابل شناسایی هستند یا نه که شناساییشم خیلی جالبه که بدونید که گذشتن امواج گرانشی چون دائم امواج گرانشی تو همه جای دنیا داره پخش میشه گذشتن امواج گرانشی مثلاً از یک جسم می‌تونه باعث بشه طول اون جسم تغییر کنه و از همینم استفاده می‌کنند چون طول تغییر می‌کنه سعی می‌کنن اون طول رو اندازه بگیرن ولی فرض کنید فکر می‌کنم ویرگو که طول بازوهاش ۴ کیلومتره وقتی یه موج گرانشی ازش رد میشه تنها به اندازه مثلاً هزارم یک اتم پروتون طولش تغییر میکنه.

راوی: اما چشمه این امواج شناسایی شده چی بود؟ 

جعفری: بله؛ گفتیم طبق نظریه نسبیت عام انیشتین اگر دو تا ستاره دور هم بچرخن و حتی زمین که دور خورشید می چرخه یک مقدار امواج گرانشی رو تولید می کنه. 

راوی: و اما شرایط لازم برای مشاهده امواج گرانشی.

جعفری: اما برای اینکه امواج گرانشی خیلی قدرتمند باشن و قابل مشاهده باشن لازمه این دو جسم خیلی چگال و سنگین باشن. این جور موجودات که در جهان می شناسیم یکی سیاه چاله ها هستن و بعد از اونها ستاره های نوترونی. اینها چگالی خیلی بالایی دارن و فرض کنید اولین بار که در سال ۲۰۱۵ امواج گرانشی ساطع شد چشمه امواج گرانشی چی بود؟ دو تا سیاه چاله بودن که هر کدوم سی برابر جرم خورشید، جرم داشتن و حول هم می چرخیدن. چون خیلی چگال هستن خمیدگی زیادی و امواج گرانشی شدیدی در ساختار فضا به وجود میارن و این در فضا منتشر می شه.  اینها با ساطع کردن امواج گرانشی انرژی شون کوچیک می شه و در نهایت به هم می کوبن و در نهایت یک ستاره به سیاهچاله تبدیل می شه.

راوی: اما آیا امواج ضعیف تر هم قابل تشخیص هستند؟ 

جعفری: در موارد خیلی شدیدی هستن که می تونیم امواج گرانشی را ببینیم. برای امواج ضعیف‌تر قابل مشاهده نیست و حتی در این حالت هم تکنولوژی بسیار بسیار پیچیده‌ای نیاز است. آن فاصله که بین دو جسم کم و زیاد می‌شود دو تا آئینه هستن که نور بینشون رفت و آمد می کنه و ما از طریق تداخلی که بعد از این نوسان نور به اینها به وجود میاد، فاصله رو کم و زیاد می کنه و کم و زیاد کردن فاصله باعث تداخل مختلف در امواج گرانشی به وجود میاد.

راوی: دانشمندان چه مقدار تغییری را دیدند؟

جعفری: نکته جالب این که فکر می کنید فاصله بین دو آئینه که به فاصله ۱.۴ کیلومتر فاصله دارند، امواج گرانشی چقدر باعث شده این تغییر کنه؟ از مقیاس یک ده هزارم اندازه یک پروتون؛  الان می تونید حدس بزنید که چقدر باید اون ابزار دقیق باشه که بتونه این تغییر فاصله رو اندازه گیری کنه.

راوی: اما خب چرا انقدر تغییرات کمه و تشخیصشون انقدر سخته؟

جعفری: به خاطر امواج گرانشی که از فاصله دور به ما می رسن، ضعیف می شن و تغییر فاصله بسیار کوچیکی به وجود میارن. اون دو تا سیاه چاله که گفتم که هر کدوم ۳۰ برابر جرم خورشید و یکی ۳۶ برابر جرم خورشید جرم دارن، اینها توی فاصله ۱.۴ میلیارد سال نوری از ما قرار دارن به هم برخورد کردن و یک موج گرانشی خیلی شدیدی رو به وجود اومده و این موج شدید گرانشی ۱.۴ میلیارد سال طول کشیده که به ما برسه و ما اینها رو اینجا کشف کردیم و به خاطر همین تکنولوژی پیشرفته ای نیاز داره. ما باید دو تا آئینه ای که داشتیم تا بخوایم فاصله رو اندازه گیری کنیم باید کاملا از محیط و نویز محیط در محیط تعلیق باشن و نویز محیط رو کم کنیم و بعد خیلی خیلی کار تحلیل داده پیشرفته ای داره و بعد نویزهای موجود رو حذف کنیم و بعد اینها رو در دو رصدخانه به صورت مستقل اندازه گیری کنیم که اینها رو تحلیل کنیم و مکان رو مشخص کنیم. خیلی داستان مفصلی داره که در نهایت بتونیم بگیم که تونستیم یک موج گرانشی رو مشاهده کنیم.

راوی: آیا بجز ستاره های نوترونی و سیاهچاله ها ممکنه که امواج گرانشی منشا دیگه ای داشته باشن؟ 

شیخ احمدی: همونطور که گفتم موج گرانشی می تونه چند منشأ داشته باشه. یکی کیهان اولیه است. وقتی بیگ بنگ اولیه رخ می ده و عالم متورم می شه و تحت اینفلیشن قرار می گیره یک سری موج گرانشی که ما بهش می گیم موج های گرانشی تصادفی به وجود میاد. که این بعدتر میاد طی فرآیندهایی که اشاره خواهم کرد، اندازه گیری می شه.

راوی: خب طبق صحبت هایی که تا الان داشتیم بنظر میرسه که یکی از چالش های اساسی در تشخیص امواج گرانشی، حساسیت فوق العاده بالای دستگاه هایی هست که میسازیم برای اندازه گیری های بی نهایت کوچیک. دکتر شیخ احمدی در این باره برامون بیشتر توضیح میدن. 

شیخ احمدی: به نظرم یکی از چالش های اساسی حساسیت دستگاه هایی هست که می سازیم. مثلا شما نگاه کنید یک کامیون (یکی توی ایالت واشنگتن هست که با شهر واشنگتن که در آمریکا و شمال غربی آمریکا هست فرق می کنه و یکی هم توی جنوب شرقی آمریکا هست اینها ما دو تا پروژه لایگو داریم که در فاصله هزار و سی کیلومتری همدیگه هستن. وقتی موج گرانشی از اینها رد می شه هر دو می تونن با هم دیگه طول موج هاشون رو مقایسه کنن و اون بازوهای 4 کیلومتری که دارن و لیزر میاد و میره و به آئینه ها برمی خوره و اون جابجایی که آئینه ها به جا می زارن و اون دیکوهرنسی که رخ می ده. (کوهرنس یعنی هم دوست و دی کوهرنس یعنی ناهم دوست) اینها ناهم دوست می شن و از این جابجایی ها ما می فهمیم که بله یک اتفاقی می افته.

راوی: بذاریم براتون بهتر توضیح بدم که راحت تر متوجه کارکرد رصدخونه لایگو (LIGO) بشید. اول از همه اینکه لایگو مخفف (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) هست. این پروژه از دو آشکارساز استفاده می‌کنه که یکی از اونها در ایالت واشنگتن و اون یکی در لوئیزیانا قرار گرفته. هر آشکار ساز به شکل یک ال (L) بسیار بزرگه که طول هر بازوی اون به ۴ کیلومتر میرسه. مکانیزم کارکردنش به این صورته که یک پرتو لیزر در دو بازو تقسیم میشه و در امتداد اونها حرکت میکنه. آینه هایی که در انتهای بازو ها نور رو بازتاب میکنن و اون رو به یک آشکارساز برمیگردونن. در حالت عادی، دو پرتو نور وقتی که باهم ترکیب میشن خنثی میشن اما اگر موج گرانشی از زمین عبور کنه باعث تغییر طول بازو ها میشه و این تعادل رو به هم میزنه. این تغییرات خیلی خیلی کوچک توسط تجهیزات فوق حساس لایگو ثبت می‌شوند. 

راوی: همونطور که شنیدید ساخت همچین سیستمی خیلی زیاد پیشرفته و حساسه. اما این حساسیت بالای این سیستم چه محدودیت هایی رو برای دانشمندا ایجاد میکنه؟ 

شیخ احمدی: یک محدودیت داریم اینجا. فرض کن یک کامیون داره از اینجا رد می شه این کامیون که رد می شه اینقدر اثرش حساس و حیاتیه که ممکنه توی آزمایش ما اثرخطاگونه بزاره. روی آزمایش ما عبور یک کامیون از فاصله ۱۰ کیلومتری این محل آزمایش می تونه ما رو به خطا بندازه. یعنی اینقدر حساسه و اینقدر های تکه و چیز عجیب و غریبی است.

راوی: پس یه چلش بسیار مهم تو این زمینه اینه که باید مطمئن بشیم هر تغییری که اندازه گیری میشه ناشی از امواج گرانشیه نه چیز دیگه ای. مطمئنن همچین پروژه های تِکی به بودجه بسیار زیادی هم نیاز داره. 

شیخ احمدی: هم از لحاظ تکنیکی و هم از لحاظ ابزارهایی که می سازیم و هم از لحاظ بودجه. الان بودجه جیمز وب ۱۰ بیلیون دلار یعنی ۱۰ میلیارد دلار براش هزینه شده. این یک پروژه عجیب و غریبه. یا لایگو ، ویرگو و کانگرا که توی ژاپنه و ویرگوایندیا که توی هنده و ایتالیاست داره کلی هزینه می شه. یعنی برای ساینس و برای علم ...

راوی: پس علاوه بر چالش های زیادی که داره این پروژه یک تلاش جهانی هم محسوب میشه. یعنی  نه تنها از نظر علمی بلکه از نظر همکاری جهانی نیز اهمیت بسیار زیادی دارد.  

راوی: اما سوالی که ایجاد میشه اینه که چرا دانشمندا این همه تلاش میکنن تا بر این چالش ها غلبه کنن و امواج گرانشی رو شناسایی کنن؟ درواقع چه چیزی این کشف رو انقدر ارزشمند میکنه؟

جعفری: امواج گرانشی ابزار جدیدی هستن برای بررسی جهان؛ گفتیم تا الان در مورد نوسان امواج گرانشی و دو تایی سیاه چاله و دو تایی ستاره نوترونی رو تونستیم کشف کنیم. ولی همین ستاره های نوترونی یک ساختاری دارن. این که برخورد اینها چه جور موج گرانشی رو ایجاد می کنه می تونه راجع به ساختار اینها اطلاعات بده. 

راوی: اما این موضوع چطور به زندگی روزمره ما مربوط میشه؟ 

جعفری: مثلا یک مثال جالب که به زندگی روزمره مون ربط داره، فلز طلا؛ عنصر طلا منشأ اش کجاست؟ عناصر توسط فرآیندهای هسته ای به وجود میان. اینها تحت شرایط خیلی پیچیده به وجود میان. ستاره های نوترونی و ابرنواخترها. اینکه اینها کجا به وجود اومدن واضح نبود. کشف امواج گرانشی ستاره های نوترونی یک سرنخ هایی به دانشمندان داد که عمده عنصر طلا که در جهان وجود داره از ستاره های نوترونی به وجود میاد.

راوی: واقعا جالبه! پس امواج گرانشی نه تنها به ما کمک میکنه تا سیاه چاله ها و ستاره های نوترونی رو مطالعه کنیم، بلکه حتی به ما در درک منشا عناصر هم کمک می‌کنه. 

راوی: اما چیزی که برای من خیلی جالب تره اینه که فکر میکنم بتونیم امواج گرانشی مربوط به آغاز جهان رو تشخیص بدیم. طبیعتا در لحظات اولیه بیگ بنگ هم امواج گرانشی ایجاد شدن. اما سوالی که ایجاد میشه اینه که دانشمندا تونستن به چنین تکنولوژی دست پیدا کنن یا نه؟ 

آسیایی: اون چیزی که برای من خیلی جالبه و فکر می‌کنم هنوز از نظر تکنولوژی نه از نظر تئوری باهاش فاصله داریم اینه که امواج گرانشی شروع جهان رو بتونیم دیتکت کنیم بله چون که طبیعتاً اونجا هم امواج گرانشی ایجاد شده امواج گرانشی به  خاطر اینکه به خاطر اینکه گرانش خیلی برهم کنش ضعیفی داره و از همه مواد تقریبا رد میشه مثلاً امواج گرانشی از توی زمینم رد میشن و میرن و اینا این باعث میشه که ما بتونیم دورتر از چیزی رو که با نور مرئی می‌بینی ما الان سی ام بی رو می‌بینیم یعنی دورترین چیزی که می‌بینیم سی‌ام‌بی (CMB) در اطراف خودمان که به خاطر اینه که اون موقع انقدر اوایل دنیا انقدر این گاز هیدروژن و هلیوم اولیه داغ بوده که به صورت پلاسما بوده و نور از توی پلاسما رد نمیشه یعنی ما اون پلاسما رو می‌بینیم دیگه پشتشو نمی‌بینیم که اون پشتشم کلی اتفاق‌های جالبش اتفاقاً اون پشت افتاده یعنی از اینجا به بعدش چیزایی که ما می‌دونیم چیه. 

راوی: برای این که بهتر متوجه بشید باید به این نکته اشاره کنم که سی‌ام‌بی (CMB) یا تابش زمینه کیهانی قدیمی ترین نوری هست که ما در کیهان میتونیم مشاهده کنیم و این تابش، باقی مونده نور اولین لحظات بیگ بنگه و اطلاعات ارزشمندی درباره تاریخ و ساختار کیهان در اختیار ما قرار میده.

راوی: پس به طور کلی امواج گرانشی نه تنها به ما کمک میکنن تا پدیده هایی مثل ادغام سیاهچاله ها و ستاره های نوترونی رو کشف کنیم، بلکه میتونن پنجره ای به سوی آغاز جهان باز کنن. همچنین امواج گرانشی میتونن اطلاعاتی از دورترین و قدیمی ترین لحظات کیهان در اختیار ما قرار بدن. در کنار همه اینها امواج گرانشی میتونن به ما کمک کنن تا فراتر از چیزی که با نور مرئی میبینیم، جهان رو بررسی کنیم. 

راوی: امواج گرانشی، این پیام رسان های نامرئی کیهان، نه تنها درک ما رو از جهان دگرگون کردن بلکه به ما نشون دادن که چقدر هنوز چیزهای زیادی برای کشف کردن وجود دارن. از ادغام سیاه چاله ها تا منشا عناصر گران بها. 

راوی: دیگه کم کم به انتهای این اپیزود نزدیک میشیم، من در آخر از مهمانانمون خواستم که بهمون بگن اهمیت ساخت همچین پادکست های علمی در چیه؟ و آیا از نظر اونها تولید همچین رسانه هایی مفیده یا نه؟

جعفری: همینطور که انسانها به خاطر انسان بودنمون و علاوه بر نیازهای مادی که داریم از خوردن و مسکن و .... انسان ها همیشه در تاریخ به خاطر انسان بودن نیاز به کنجکاوی داشتن. همونطور که منبع بحث های روزمره ما راجع به موضوعات مختلف هست، دونستن برای انسان همیشه مهم بوده و خیلی مهمه این دونستن و احتمالا خیلی ها وقتی به آسمان نگاه می کنن سوال براشون پیش میاد که چیست این سقف بلند بسیار نقش؛ از طریق درست و به شکل دقیق مردم آگاه بشن و با پیشرفت ها و تلاش های زیادی (برای امواج گرانشی دانشمندان زحمت زیادی کشیدند و تکنولوژی ها با آدم ها و مهندسان مختلف تونستن کشف کنن که امواج گرانشی با دقت یک بر ۱۰ هزارم پروتون رو تونستیم اندازه گیری کنیم تغییراتش رو) این تغییرات چقدر به فهم ما در جهان کمک کرده و از این طریق (نتیجه این تلاش های زیاد و نزدیک شدن به سوالات اساسی که داریم و احتمالا کم و بیش برای همه وجود داره، کار ترویج علم اینه که از روش درست، اطلاعات درست به مردم منتقل بشه. در فضاهای اجتماعی و فضای مجازی به طرق نادر و غلط و ترکیبی (اختلاط به موضوعات بی ربط) اطلاعات به صورت رد و بدل می شه به جهت اینکه یک مخاطب کم آگاه رو سرگرم کنن. اطلاعات به صورت علمی و دقیق به گوششون برسه خیلی اهمیت داره. 

شیخ احمدی: فکر می کنم زمانی بود که همه شاید از روی ناچاری به رادیو گوش می دادن و شما از راننده تاکسی گرفته تا خانم خانه دار به قول شما و مغازه دار و همه علاقه مند بودن و یک جورایی رادیو رو گوش می دادن و سرگرمی دیگه ای نداشتیم. کم کم سر و   کله تلویزیون پیدا شد و چون دیداری بود بحث شنیداری ازش دور شدیم و تعداد آدمایی که رادیو گوش میدادن کم شده بود مگر اینکه پرستارانی که زحمت می کشن و تا دیر وقت بیدارن. راننده تاکسی ها و آدم هایی که مغازه دارن و همون صنف قدیمی که علاقه داشتن و اونهایی که تا دیروقت بودن و ماشین سنگین و اینها گوش می دادن. به نظرم پادکست که اومد می خواست اون گپ رو پر کنه یعنی هم مدرن شده باشه در دسترس باشه با کمک اپ ها و چیزهایی که همه بلدیم و هم یک جورایی رادیو رو برای ما تداعی کنه. به نظرم چیز خوبیه و اگر براش تبلیغ خوبی کنیم و کسی رو بهش فشار نیاریم که باید گوش بدی. یعنی علاقه مند شدن به علم یک پروسه تدریجیه. یعنی علمی شدن یک جامعه همین که شما زحمت می کشید ممکنه ۵ سال بعد اثر خودش رو بزاره. یعنی تفکر عینی نیست و بهش شک نکنید. علمی شدن جامعه یک پروسه طولانی و زمان برخواهد بود. فکر نکن یهو ژاپن و آمریکا بشیم. اینها یک کم زمان می بره.

موسیقی و پایان‌بندی

راوی: امیداوارم از این اپیزود لذت برده باشید و به اندازه کافی به دانسته هاتون اضافه کرده باشه. خیلی از همه شما تشکر میکنم که با حمایت هاتون به ما برای ادامه دادن این مسیر انگیزه میدید.

یکبار دیگه از مهمانان این قسمت تشکر میکنم که حضور اونها باعث دلگرمی ما بود.

دکتر قدیر جعفری، هیئت علمی دانشگاه فرهنگیان

دکتر شاهرخ آسیایی، مدیر توسعه

و دکتر حیدر شیخ احمدی،

بعد از موسیقی یه چند نکته دیگه می‌گم که شاید اگر قصد دنبال کردن پادکست ترمینولوژی رو دارین خوبه بدونید.

موسیقی و کال تو اکشن

راوی: حتما یادتون باشه صفحات ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید و تاکید می‌کنم نظرات خودتون را برای ما ارسال کنید. می‌تونید پادکست ما را با جستجوی کلمه ترمینولوژی به فارسی در تمام پادگیرها مثل کست باکس و شنوتو گوش بدین. ما هر سه‌شنبه یک اپیزود جدید منتشر می‌کنیم. البته در سایت خبرگزاری دانشگاه آزاد به آدرس آنا دات آی آر هم بخشی به اسم پادکست داریم. در اونجا هم می‌تونید  هم مجموعه ترمینولوژی و هم بقیه پادکست‌های ما رو گوش بدین. باز اونجا هم بخش کامنت داریم که دوست داریم شما را اونجا ببینیم. و یه نکته جالب اینه که در سایت خبرگزاری مطالب مفیدی در مورد هر اپیزود هست. عکس‌ها، فیلم و صداهایی داریم که فقط اونجا بارگذاری می‌شه. تاکید می‌کنم محتوای ما در بستر تلگرام، اینستاگرام و یوتیوب یه جور نیستن و با هم متفاوتند. پس اگر خواستید بیشتر بدانید به همه آدرس‌های ما در شبکه‌های اجتماعی سر بزنید. در کامنت‌ها می‌توانید به ما بگویید کلمه بعدی که دوست دارید راجع به آن بشنوید چیست.

موسیقی و معرفی عوامل

راوی: در این بخش می‌خوام از تمامی عواملی که در تولید این پادکست به ما کمک کردن تشکر کنم.  یه مروری به چندتا از اسامی دارم ولی کسایی هم هستن که به ما کمک کردن و اسمشون اینجا نیومده. از اونها هم ممنونیم.

میزبان و هماهنگی تولید: حانیه محبی‌زاده

نویسنده، کارگردان و تهیه کننده: یاسر نظیفی گیلوان

خدا نگهدار تا اپیزود بعدی.

#امواج_گرانشی

#پادکست_علمی

#کشف_جهان

#جهان_نسبیت

#آلبرت_انیشتین

#نظریه_نسبیت

#علم_روز

#پادکست_فیزیک

#رمزگشایی_کیهان

#صدای_جهان

#رازهای_کیهان

#صدای_فضا

#تکان_جهان

#کشف_نو

#علم_هیجان‌انگیز

#سفر_به_جهان

#پادکست_هیجانی

#عجایب_فضا

#گوش_به_کیهان

#فیزیک_برای_همه