عجائب الكون_موجة الجاذبية...!!??

[الرياضي]

في مختبر وكالة ناسا لرحلات الفضاء التابع لمركز الفيزياء الفلكية عالية الطاقة ، مجموعة بحثية جديدة تكرس جهودها لفهم واكتشاف موجات الجاذبية. ويبتكر العلماء برامج كومبيوتر لدراسة موجات الجاذبية التي سيتم الكشف عنها بواسطة قمر صناعي جديد من ناسا ، دعي ليزا.

النسبية العامة

في عام 1916 ، نشر ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامه الشهيرة . نظريته تصف كيف يتأثر الوقت في الفضاء بالكتله . يمكننا أن نمثل الزمكان بوصفه نسيج ينحني أو يتقوس عندما نضع كائن عليه ونضع في الاعتبار أن قياس الابعاد الثنائيه للنسيج هو مجرد نموذج نستخدمه لتمثيل ما هو في الواقع اربعة ابعاد للزمكان اوالوقت في الفضاء (الثلاثة أبعاد العاديه للفضاء بالإضافة إلى البعد الرابع وهوالوقت)
تخيل سحب صفيحه من الورق ووضع كرة بولينج في وسطها ، سوف تلاحظ أن الكره تنتج منحنى في الورقة يكون المنحنى ضعيف بعيدا عن الكرة ، وحاد بالقرب منها . في الواقع الورقة ممتده قليلا بالقرب من الكرة هذه الحالة توضح انحناء الزمكان او الزمن في الفضاء وكيف يتأثر بالكتله قرب الكتله الزمن ينحني ويتمدد بشكل كبير ,ويكون الانحناء في الزمن عميق جدا قرب كتله كبيرة جدا والتمدد يقترب من نقطة الانهيار وهذا يعني بما ان الزمن في الفضاء يتمدد بالقرب من الكتلة فان الفضاء ليس وحده يتمدد ولكن الزمن كذلك . مالذي تعتقد سيحدث إذا وضعت شيئا ثقيلا جدا على ورقة؟ من الواضح ، قد يكون لديك صعوبة في حمل الورقة ، ولكن تخيل أن لديك بعض المساعدة من سوبرمان الجسم الثقيل سوف يخترق الورقة! في الفضاء ، هذا ما يسمى ثقب اسود. الكتلة كبيرة جدا بحيث أن أي شيء يقترب منه (حتى الضوء) يسقط من خلال الثقب ولايتمكن من العودة أبدا.

.
تصوير يبين تأثير كتلة الشمس على الزمن في الفضاء


اذا ماهي موجة الجاذبيه ؟

معظم العلماء يصف موجات الجاذبية بأنها تموجات في الزمكان .تماما مثل قارب يبحر عبر المحيطات وينتج موجات في الماء الكتل المتحركه مثل النجوم والثقوب السوداء تنتج موجات جاذبيه في نسيج الزمكان. الاجرام المتحركة الضخمه تنتج موجات جاذبيه أكثر قوة ، بينما الاجرام التي تتحرك بسرعة كبيرة تنتج موجات اكثر على مدى فترة زمنية معينة.

تصوير يبين اثنين من الثقوب السوداء تدور حول بعضها وتبث موجات الجاذبيه

من اين تأتي موجات الجاذبية ؟

تنتج موجات الجاذبية عادة في التفاعل بين اثنين أو أكثر من الكتل المركبه . مثل التفاعلات التي تشمل المدارات الثنائيه لاثنين من الثقوب السوداء ، اثنين من المجرات المدمجه ، أو اثنين من النجوم النيوترونية تدور حول بعضها البعض. وبينما تدور الثقوب السوداء والنجوم والمجرات حول بعضها البعض ، فإنها ترسل موجات من اشعه الجاذبيه والتي تصل إلى الأرض ، ولكن بمجرد وصول هذه الموجات الى الأرض ، فانها تكون ضعيفة للغاية. وهذا بسبب ان موجات الجاذبية ، مثل موجات المياه تنقص قوتها كلما ابتعدت عن المصدر. على الرغم من أنها ضعيفة يمكن لهذه الموجات السفر دون عائق عبر نسيج الزمكان. هذه هي الطريقة التي تمكنها من الوصول إلى الأرض وتوفر لنا معلومات لايمكن للضوءان يوفرها .

كيف يمكننا الكشف عن موجات الجاذبية؟

لان الموجات ضعيفة عندما تصل إلينا ، لابد ان يستخدم العلماء مخيلتهم للحصول علي اجهزه حساسة بما يكفي للكشف عن هذه الاختلافات الدقيقه في الزمكان. التداخل هي التقنيه التي يستخدمها علماء الفلك للكشف عن التمددات الصغيرة في الزمكان. هذه التقنية تتطلب كتل اختبار على مسافة كبيرة عن بعضها البعض واجهزه ليزر تقوم بقياسات مستمرة بين هذه الكتل . هذه الكتل حرة في التحرك بحيث عندما تمر موجة الجاذبية تتذبذب المسافه بين هذه الكتل هنا يتمدد الزمكان وتقيس اجهزة الليزر هذا التباين في المسافة ويعرف العلماء أن موجه مرت . كلما زادت المسافة بين الكتل زادت حساسية اشعه الليزر في قياس تموجات اصغر . وهناك حاليا العديد من أجهزة الكشف الارضيه تعمل أو قيد الإنشاء ، تتضمن LIGO (الولايات المتحدة) ، VIRGO (ايطاليا / فرنسا) ، GEO (المانيا / بريطانيا ) ، وTAMA (اليابان). من المقرر اطلاق المرصد الفضائي ليزا في عام 2011

تصور لمرصد ليزا


من أجل الكشف عن موجات الجاذبية ، من الضروري خلق نموذج لما قد تبدو عليه هذه الموجه الواردة. وبما أن هناك مصادر كثيرة في وقت معين ، يجب على العلماء ابتكار نماذج كومبيوتر لموجات الجاذبية لمعرفة ما ينبغي البحث عنه في ما يبدو فوضى كبيرة من البيانات. الدكتور جوان سنتريلا عالم الفيزياء الفلكية النظرية في وكالة ناسا في مركز غودارد لرحلات الفضاء يقود فريق من العلماء يبتكرون هذه النماذج. حاليا تعمل المجموعة على نماذج كومبيوتر لثقب اسود ضخم coalescences يظهر عندما تدخل الثقوب السوداء في مراكز مجرتين متصادمتين في دوامه مع بعضها البعض.

ماذا نتعلم من كشف هذه الموجات؟
موجات الجاذبية سوف تساعد الفيزيائيين والفلكيين على فهم بعض من أكثر القوانين الأساسية في الفيزياء . وستخبرنا أيضا عن ديناميكية الأحداث على نطاق واسع في الكون مثل موت النجوم ، وولادة الثقوب السوداء. مع ليزا يكون لدى العلماء القدره على البحث من خلال الفضاء والزمان وباستخدام هذه المعلومات تكون لدينا القدره على معرفة المزيد حول بداية الكون وتطوره

 

[الرياضي]

رد: عجائب الكون_موجة الجاذبية...!!??


موجات الجاذبية المجهولة في الكون


اكتشف العلماء في مرصد كارنيجي Carnegie في باسادينا بولاية كاليفورنيا الأمريكية عام 1987 منطقة جذب شديدة جدا ً في الفضاء لم يكن من المتوقع اكتشافها ، ومازالت لغزا قائما ً حتى الان . وهذه المجموعة من العلماء أطلقت على نفسها اسم ( الساموراى السبعة ) برئاسة الدكتور الآن دريسلر Alan – Dresslrr والساموراى هم الفرسان اليابانيون العسكريون القدماء – وكانت هذه المجموعة تحاول قياس موجات الجاذبية المجهولة القادمة من الفضاء ضمن التجارب القليلة لإثبات نظرية النسبية العامة ، ورغم أنهم لم يتمكنوا من التقاط هذه الموجات ، إلا أن تتبع مسار واتجاه مجموعات المجرات وتجمعات وقياس سرعتها الخاصة لتعين الاتجاه ، مع إجراء العمليات الرياضية لمقدار هذه القوة ، تبين أن هذه المنطقة لها قوة جذب شديدة جدا ً ، تعادل 20 ضعف قوة الجاذبية لتجمع العذراء Virgo Super – Cluster ، وهو التجمع السوبر كلوستر الذي يضم ثماني مجموعات للمجرات ( كلوستر ) منها المجموعة المحلية ( الكلوستر ) Local Group التي تضم 31 مجرة منها مجرة درب التبانة ، أي أن هذه الجاذبية الشديدة تعادل ماينتج من عشرة آلاف تريليون نجم في حجم الشمس . وكان اكتشاف هذه المنطقة العارمة من الجاذبية التي أطلقوا عليها اسم الجاذب الأعظم Great Attractor ، مفاجأة محيرة لعلماء الفلك ، وخاصة أنه لايوجد بها على الإطلاق أية مجرات أو مجموعات من المجرات ، أو أية مادة يمكن رصدها بأية وسيلة ، أنها منطقة ( خاوية ) من الفضاء تقع على بعد 150 مليون سنة ضوئية ، في اتجاه نصف الكرة الجنوبي من الأرض . وهذا ( الجاذب الأعظم ) يشير إليه تجمع المجرات السوبر كلوستر ( العذراء ) Virgo Super Cluster ، وهو التجمع الذي نتبعه ، وأيضا ً تجمع ( حية البحر قنطورس ) السوبر كلوستر Hydra- Centaurus Super Cluster وكل منهما يضم آلاف المجرات .

وفي عام 1988 اكتشفت مجموعة أخرى من العلماء في جامعة نيويورك في مدينة ستونى بروك الأمريكية منطقة جذب أخرى في اتجاه خط استواء الأرض ويبعد عنا حوالي 200 مليون سنة ضوئية وهذا الجاذب الأعظم الثاني يجر إليه تجمع المجرات السوبر كلوستر فرساوس Perseus Super Cluster الذي يضم أكثر من عشرة آلاف مجرة . وليس هناك تفسير علمي واضح لهذه المناطق التي تتميز بجاذبية عارمة في الفضاء رغم أنه لايوجد بها أية مادة منظورة أو يمكن رصدها بأية أدوات متاحة . وقد اكتشف حتى الآن منطقتان فقط ، ولكن يبدو أن الكون المنظور يضم في أرجائه مناطق أخرى للجاذبية لا نعلم عنها شيئا ً . والأمر كله يتعلق مرة أخرى بالمادة القاتمة Dark MATTER التي لم يتم اكتشافها بعد سواء أكانت باردة أو ساخنة – أي أن اليكتروناتها تدور ببطء أو بسرعة حول نواتها – وهي المادة التي يمكن أن تشكل كتلة الكون المفقودة وتهيئ مثل هذه الجاذبية العارمة ، وان هذه المناطق تضم تجمعا ً كبيرا ً من هذه المادة القاتمة المجهولة وهي السبب في تواجد الجاذبية .
ووجود مثل هذه المناطق العالية الجاذبية تحد من سرعة تمدد الكون حيث تجذب إليها المجرات ومجموعاتها الكلوستر ، وتجمعاتها السوبر الكلوستر ، ربما عكس اتجاه التوسع أو التمدد نحو الخارج . كما لا يعرف حتى الآن دور هذه المناطق في تطور الكون منذ الانفجار الأول وحتى الآن ؟ أو كيف نشأت أصلا ً ؟ وكيفية توزيعها في الكون المنظور ؟

وفي نوفمبر 1989 نشرت بحوث عالمين أمريكيين استغرقت أربعة أعوام متصلة لرسم خريطة ثلاثية الأبعاد لمواقع وإبعاد الآف المجرات في منطقة معينة من الفضاء ، وكانت النتائج هي الأخرى مذهلة ، إذ تبين :
أن هناك اتجاها واضحا ً لتكتل أو تجمع المجرات معا ً . فقد قام الدكتور جون John Huchra ، والدكتور مارجريت جيلر Margaret Geller من مركز هارفارد – سميثونيان للطبيعة الفلكية في كامبريدج بالولايات المتحدة – برسم هذه الخريطة اعتبارا من عام 1985 ، وهو عمل شاق يستغرق وقتا ً طويلا ً لعمليات الرصد وتحديد المواقع ، إذ أن رصد أربعة الآف مجرة فقط يستغرق ألف ساعة بالتلسكوبات الضخمة . اكتشف العالمان في النهاية وجود حائط كبير Great Wall من المجرات وتجمعاتها على هيئة قوس هائل يبلغ طوله 550 مليون سنة ضوئية وعرضه 200 مليون سنة ضوئية وسمكه 15 مليون سنة ضوئية ، ويبعد عنا 245 مليون سنة ضوئية . ويتخلل هذا القوس الهائل فراغات هائلة على هيئة فقاعات خالية تماما من المجرات أو السحب الغازية أو أي شيء منظور ، وقد يصل قطر هذه الفقاعات الخالية إلي 150 مليون سنة ضوئية . وهذا الحائط الكبير من المجرات لم يستكمل رصده لأن بقيته خارج نطاق المرصد الأمريكي ولابد من الانتقال إلى مراصد أخرى في نصف الكرة الجنوبي . كما أن عمليات الرصد لم تتم إلا في زاوية قوسيه صغيرة جدا ً من الفضاء ، تماما كما نقوم باستكشاف جزيرة صغيرة جدا ومنعزلة ، للتعرف من خلالها على طبيعة تكوين وتشكيل الكرة الأرضية ، وهذا مستحيل ، والأمر يتطلب برنامجا ً طويلا ً لمسح ورصد قطاعات أخرى من الفضاء حتى يتمكن التعرف على طبيعة هذه التجمعات الهائلة من المجرات ، ولغز الفراغات الخاوية فيما بينها . وهذا الاكتشاف المذهل أصاب العلماء بالحيرة أيضا ً ، فالكون المنظور لا يبدو كما ينبغي أن يكون حسب النظريات القائمة ، وهو أبعد من أن يكون متجانسا أو متماثلا ً أو من نوع واحد كما هو متوقع ، وأن المادة فيه موزعة بطريقة غير منتظمة تماما كما هو متصور .
وتتجه المادة في الكون إلى التجمع أو التكتل معا بطريقة غير مفهومة . ثم ماهذه المناطق أو الفقاعات الخالية تماما من أي مادة أو مجرات أو غازات والتي تتخلل هذه التجمعات الضخمة ؟ وما دورها في تطور أو تجمع المجرات ؟ وهل كانت قائمة منذ نشأة الكون ، أم أنها وجدت بعد ذلك ؟ إن كل هذه التساؤلات الخطيرة الغاز تشكل مأزقا كبيرا ً لعلماء الفلك ، والطبيعة النووية ، ولكنهم يأملون في التوصل إلى حلول علمية خلال السنوات القادمة . فطالما أن المادة في الفضاء حاليا موزعة بطريقة غير متجانسة وغير متساوية أو متماثلة ، فقد تكون الذرة الأولى المنفردة التي سببت الانفجار العظيم هي الأخرى غير منتظمة الشكل ، أو غير مستديرة ، وقد تكون مستطيلة مما يفسر انتشار المادة في الكون بهذا الشكل غير المتساوي . ولكن الأمر ليس بهذه البساطة إذ سوف يمتد هذا الفرض بالضرورة إلى تغيير جميع المعادلات والرياضيات التي تم على أساسها إطلاق نظرية الانفجار العظيم ونظرية التضخم ونشأة العناصر الأولية وانتشارها في الكون بعد ذلك . وسوف يمتد الأمر بالضرورة إلى إجراء تعديلات في النظرية الذرية القائمة لحساب الجسيمات المنطلقة ، وكذلك نظرية النسبية العامة . فالمشكلة أن النظريات الحالية تعتمد على استخدام قوى الجاذبية في تفسير تكوين الذرات الأولى والنجوم الأولى ومن ثم المجرات الأولى . ولكن هذه النظريات – بما فيها نظرية النسبة العامة – تفتقر إلى دلائل ثابتة باكتشاف موجات الجاذبية القادمة من الفضاء ، والجسيمات الحاملة لقوى الجاذبية التي تعرف باسم جرافيتونز Gravitons حتى قبل أن تكتشف . والقياسات الدقيقة الحالية لإشعاعات خلفية الكون – وهي موجات الميكروويف الكونية – تدل على أن هناك مادة مفتقدة لها كتلة كبيرة جدا ً ، هي التي سوف تفسر وجود جاذبية كافية للكون المنظور .
كما أنها سوف تفسر لنا أيضا ً وجود مناطق الجاذب الأعظم في الكون ، وأسباب تكتل المجرات معا في حوائط كبيرة ، وأسباب وجود الفراغات الخاوية من أي مادة فيما بين تجمعات المجرات .
ويجب التفرقة هنا بين الجاذبية Gravitation التي نعرفها جميعا بأنها قوة الجذب للمادة الداخلة في تركيب أي جسم أي كتلته حيث يجذب جسمان بعضهم البعض بمثل هذه القوة طبقا ً لقانون الجاذبية الذي وضعه أسحاق نيوتن ، حيث يعرف باسم قانون التربيع العكسي أي أن هذه القوة تزداد بزيادة كتلة الجسمين وتقل مع مربع المسافة بينهما ، وبالطبع كلما زادت المسافة بيتهما . ولكن موجات الجاذبية Gravitational هي شيء آخر أشارات إليه نظرية النسبة العامة ، وهي اضطرابات لحقول الجاذبية في الفضاء تؤثر على الأجسام السماوية التي تقابلها بقوة صغيرة . وهذه الموجات تندفع بسرعة الضوء ، ومن غير المعروف نصدرها حتى الآن أو كيف تنتشر ؟ وما الجسيمات التي تحملها ؟
حتى قوتها أو اتجاهها في الفضاء ؟ ولأنها ضعيفة جدا ً فلم تكتشف حتى الآن . ويعتقد بعض العلماء أن النجوم السريعة الدوران مثل نجوم البولسار Pulsar والنجوم النيوترونية تولد مجالا من الموجات الكهرومغناطيسية لنجوم البولسار والنجوم النيوترونية أو حتى الثقوب السوداء الضخمة .
وهناك الآن ثلاثة أجهزة محددة لعمليات قياس هذه الموجات الجاذبية – خاصة في الولايات المتحدة – على درجة عالية من الدقة بدءاً من الستينيات وحتى الآن ، أولها كاشف من الألومنيوم وزنه 4800 كجم في هيليوم مسيل وباسم Bar Detector ، والجهاز الثاني باستخدام أشعة الليزر Laser ، والثالث باستخدام الأقمار الصناعية . وبالطبع تختلف مثل هذه الموجات ، فالموجة الكهرومغناطيسية القادمة من النجوم الدوارة السريعة عندما تصطدم بجسيم مشحون فإن الجسيم على الفور يتذبذب بطرقة عمودية على اتجاه مسار الموجة . أما موجة الجاذبية عندما .تصطدم بكتلة ما – مربعة مثلا ً – فإن الجانب الذي يستقبل هذه الموجات سوف يتقلص أو ينكمش أو يتقوس ، بينما الجانب المقابل سوف يتمدد قليلا ً جدا ً ، وهذه الحركة تنعكس في نصف الدورة التالية ، كما أن موجات الجاذبية تأتي على هيئة حزم أو كمات مثل الضوء Quanta ، وليس على هيئة موجة مستمرة ، وهذا ما اكتشفه العلماء في معامل البحوث ، ولكن لم يستدل بعد على موجات الجاذبية القادمة من الفضاء . والإخفاق في ذلك سوف يؤدي إلى تحطيم العمود الفقري لنظرية النسبة العامة ، ومعظم النظريات الأخرى التي تفسر نشأة وتطور الكون . أما المغناطيسية Magnetism فهي شيء آخر ومنها ثلاثة أنواع ، وقد اكتشف العلماء الروس نوعا ً رابعا ً في فبراير عام 1991 م ، ولكن دراستها تتعلق بالفيزياء النووية وتركيب الذرة أكثر مما تتعرض لحركة المادة في الكون

 

[الرياضي]

رد: عجائب الكون_موجة الجاذبية...!!??

في تجربة علمية فريدة من نوعها، يعتزم مجموعة من العلماء الألمان استخدام جهاز لرصد موجات الجاذبية بهدف التعرف على تكوين "المادة الداكنة" في الفضاء.

وسيجري تشغيل هذا الجهاز في مدينة هانوفر الألمانية لمدة 18 شهرا متواصلا أملا في التعرف على جوهر موجة الجاذبية ويقصد بها الموجة الصغيرة أو التشويش في الكيان النسبي المعروف باسم "توقيت الفضاء" التي أشار إليها عالم الفيزياء ألبرت أينشتاين عندما وضع نظرية النسبية عام 1916.

ويأمل العلماء الألمان أن يستطيعوا بواسطة جهاز رصد موجات الجاذبية الذي يطلق عليه اسم جيو 600 في رصد أي موجة من موجات الجاذبية، وهو ما لم يسبقهم إليه أحد من قبل.

وإذا نجحت هذه التجربة، فإنها ستثبت صحة نظرية أينشتاين وستساعد في التعرف على تركيب المواد الخفية التي يتكون منها الكون مثل "المادة الداكنة" التي تشكل 95% من مساحة الكون ولا يمكن رؤيتها بالتلسكوب الفضائي التقليدي.

وسيعمل جهاز الرصد في ألمانيا بالتعاون مع ثلاثة أجهزة أخرى في الولايات المتحدة لتشكل سويا منظومة عالمية تتسم بقدر عال من الحساسية لقياس موجات الجاذبية.

 

[الرياضي]

رد: عجائب الكون_موجة الجاذبية...!!??

[ame]http://www.youtube.com/watch?v=v1tkM_f5B9s[/ame]

[ame]http://www.youtube.com/watch?v=a0kOYrk8920[/ame]

[ame]http://www.youtube.com/watch?v=yXnkzeCU3bE[/ame]