موجة ثقالية

الأمواج الثقالية هي ظاهرة تتنبأ بوجودها نظرية النسبية العامة، وهي نوع من الأمواج ينتج عن الأجسام الفيزيائية المتسارعة. تكون الأمواج الثقالية أمواجاً عرضية (أي أن التردد هو في طريق انتشار الموجة) ذات طاقة معينة تنتقل عبر الزمكان.

طبقا للنسبية العامة، فإن كل جسم ذي كتلة يحدث تغيراً في شكل الزمكان (تمدد وتقلص). ويمكن للأجسام على هذا الأساس أن تحدث اهتزازات في الزمكان تسمى أمواج ثقالية. وفي النسبية العامة ما يتم ملاحظته كقوة جاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية يفسر على أنه حركة الأجسام الناتجة عن شكل الزمكان. وهي حركة تتبع خطوطا جيوديزية في فضاء الزمكان.

و حسب نظرية النسبية العامة فإن الأمواج الثقالية أمواج ضعيفة جدا مما يجعل من الصعوبة قياسها. فحركة الأرض حول الشمس مثلا تنج أمواج ثقالية تعادل في طاقتها 2000 وات تقريبا وهو رقم صغير جدا.

كيفية الكشف عن الأمواج الثقالية

يعتبر الكشف عن الأمواج الثقالية أمرا صعبا للغاية لعدة اعتبارات. أولها أن تمدد أو تقلص المسافات يحدث في جميع الأجسام المتعرضة للموجة. وهذا إشكال يتم حله عبر اعتبار إتجهات متعامدة أو إتجاهات بحيث يكون جزء من آلة رصد الموجة غير خاضع لآليات التمدد والتقلص في الموجة. أما الإشكال الثانس والأهم في رصد هذه الأمواج هي أنها صغيرة جدا. ونظرا لصغرها فإنه عادة على الأرض لا يمكن التفرقة بين اهتزازات ناتجة عن تشويش (مثل زلازل صغير أو بعيدة أو مثل تأثير القمر على الأرض أو تأثير حركة السير على الآلات) من اهتزازات ناتجة عن أمواج ثقالية. لذلك يتم في المختبرات الأرضية دائما استعمال مخمدات للتخلص من الاهتزازات التشويشية. إلا أن هذه المخمدات لا تنجح في تخميد الضجيج كليا مما يسمح فقط برصد موجات ثقالية ذات تردد عالي. إلا أن معظم الظواهر الكونية التي تبث أمواج ثقالية يمكن رصدها على الأرض تبث في مدى الترددات الصغيرة. لذلك فإنه حتى اليوم لم يتم الرصد المباشر لأمواج ثقالية على الأرض.

الرصد باعتماد التردد الذاتي

تعتمد آلية رصد الأمواج الثقالية أساسا على نوعين من الآلات أو طريقتين للرصد. الأولى تعتمد على الرنين الذي تحدثه الموجة الثقالية عند مرورها بأجسام ذات كتلة كبيرة (مثلا إسطوانات بطول بضعة أمتار من مادة النيوب) وتفعيلها للترددات الذاتية لهذه الأجسام. وهذه الطريقة من الطرق الأولى التي حاول العلماء عن طريقها رصد الموجات الثقالية.

الرصد عن طريق التداخل اليزري

أما الطريقة الثانية لرصد الأمواج الثقالية فتعتمد على تقنية التداخل الليزري laser interferometry وهي أحدث من تقنية تفعيل الترددات الذاتية وتسمح بدقة أعلى في رصد الأمواج الثقالية. إلا أنها على الأرض (مثل مرصد ليغو (مرصد) ومرصد جيو 600) تشكو من نفس نقائص تقنية تفعيل التردد الذاتي ألا وهو إشكال الاهتزازات التشويشية. لذلك قرر العلماء بناء التجربة أو مختبر في الفضاء للحد من هذا الضجيج (مشروع ليزا). و رغم أن قياسا مباشر لهذه الموجات ما زال متعذرا إلى اليوم. غير أن علماء تمكنوا من البرهنة على وجود هذه الموجات وبذلك تأكيد نظرية أينستاين من خلال تفسيرهم لحركة نجمين توأمين عن طريق نظرية الأمواج الثقالية ومقارنة حساباتهم النظرية على أساس هذه النظرية مع ملاحظتهم لحركة النجمين.