يريد الفيزيائيون استخدام موجات الجاذبية “لرؤية” بداية الزمن
توصلت دراسة جديدة إلى أن التموجات في الزمكان المعروفة باسم موجات الجاذبية يمكن أن تساعد في الكشف عن الأسرار في فجر الزمن ، بعد لحظات فقط من الانفجار العظيم. ويقول الفيزيائيون إنهم يستطيعون معرفة المزيد عن موجات الجاذبية البدائية هذه باستخدام مفاعلات الاندماج النووي هنا على الأرض.
في دراسة جديدة ، استخدم الفيزيائيون معادلات تحكم كيفية تحرك الموجات الكهرومغناطيسية بلازما داخل مفاعلات الاندماج لإنشاء نموذج نظري لكيفية تفاعل موجات الجاذبية مع المادة.
وهذا بدوره يمكن أن يكشف عن صورة أفضل للحظات المبكرة في الوقت المناسب.
بعد لحظات من الانفجار العظيم ، تخلل الكون حساء من البلازما البدائية الساخنة شديدة الكثافة التي أرسلت موجات ثقالية قوية تموج إلى الكون.
كانت هذه الموجات الثقالية القديمة قد انتشرت في جميع أنحاء الكون ويجب أن تظل موجودة حتى يومنا هذا ، لذا فإن التأثير المتبادل بين المادة وموجات الجاذبية على بعضها البعض في بداية الكون يترك آثارًا يمكن ملاحظتها في كليهما. يمكن أن يكشف العمل للخلف من تلك الآثار التي يمكن ملاحظتها عن صورة أفضل لتلك الفترة المبكرة.
قال: “لا يمكننا رؤية الكون المبكر بشكل مباشر ، لكن ربما يمكننا رؤيته بشكل غير مباشر إذا نظرنا إلى كيفية تأثير موجات الجاذبية من ذلك الوقت على المادة والإشعاع الذي يمكننا مراقبته اليوم”. ديبين جارج (يفتح في علامة تبويب جديدة)، طالب دراسات عليا في برنامج برينستون في فيزياء البلازما والمؤلف الرئيسي للدراسة ، في أ إفادة (يفتح في علامة تبويب جديدة).
مسألة جاذبية كبيرة
وفقًا لنظرية أينشتاين العامة النسبية، تتفاعل الأجسام الضخمة جاذبيًا عن طريق تشويه الفضاء من حولها ، مما يؤدي إلى توليد تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية التي تنتقل بسرعة الضوء.
حتى الآن ، استخدم الفيزيائيون كواشف مثل مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية (LIGO) لاصطياد موجات الجاذبية المولودة في تصادم الثقوب السوداء. تولد هذه الكوارث الكونية أقوى موجات الجاذبية ، وتنتقل من منطقة الاصطدام إلى الأرض في فراغ ، مما يعني أنه لوصفها ، يحتاج الفيزيائيون فقط إلى نموذج فيزياء هذه التموجات في الفضاء الفارغ.
ومع ذلك ، عندما كان الكون في مهده ، تحركت كميات هائلة من المادة حولها ، مولدة موجات جاذبية كان عليها أن تنتشر عبر بلازما بدائية ، والتي كانت ستتفاعل مع الموجات ، وتغير شكلها ومسارها.
لحساب كيف أثرت هذه البلازما البدائية على موجات الجاذبية القديمة ، جارج ومشرفه ايليا دودين (يفتح في علامة تبويب جديدة) حللوا بعناية معادلات نظرية النسبية لأينشتاين ، التي تصف كيف تتغير هندسة الفضاء عندما تتحرك المادة خلاله. في ظل افتراضات مبسطة معينة حول الخصائص الفيزيائية للمادة ، يمكنهم حساب كيفية تأثير موجات الجاذبية والمادة على بعضها البعض.
اعتمد الفريق جزءًا من معادلاتهم على انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في البلازما. لا تحدث هذه العملية تحت سطح النجوم فحسب ، بل تحدث أيضًا في مفاعلات الاندماج على الأرض.
قال جارج: “لقد وضعنا آلات موجات البلازما للعمل على مشكلة موجات الجاذبية”.
على الرغم من أن العلماء قد اتخذوا خطوة مهمة نحو حساب التأثيرات القابلة للقياس التي قد تحدثها موجات الجاذبية والبلازما البدائية على بعضها البعض ، إلا أنه لا يزال لديهم الكثير من العمل للقيام به. لا يزال العلماء بحاجة إلى إجراء حسابات أكثر دقة وتفصيلاً من أجل الحصول على صورة أفضل لما ستبدو عليه موجات الجاذبية القديمة هذه اليوم.
واختتم جارج قائلاً: “لدينا بعض الصيغ الآن ، لكن الحصول على نتائج ذات مغزى يتطلب المزيد من العمل”.
تم نشر النتائج في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية (يفتح في علامة تبويب جديدة).
