امواج گرانشی قسمت دوم
در مقاله‌ی پيش خيلی كوتاه و ناچيز با مفهوم امواج گرانشی آشنا شديم و امروز قصد داريم كمی بيشتر در مورد اين مفهوم كه يكی از پيامدهای نسبيت عام آلبرت انيشتين می‌باشد صحبت كنيم، از لحاظ تاريخی انيشتين در سال ١٩١٦ بود كه در معادلات خود به آن نكته رسيد كه گرانش بين اجسام در فضا-زمان نمی‌تواند به طور آنی عمل كند، به اين منظور كه اگر شما تصور كنيد كه خورشيد ما كه در مركز منظومه خورشيدی قرار داد اگر بنا به هر دليلی به يك باره غيب شود تكليف زمين چه می‌شود؟! آيا زمين نيز به یک‌باره از گرانش خورشيد خارج می‌شود و يا خير؟! بعد از سپري شدن مدتی از گرانش خورشيد خارج می‌شود؟!
بر اساس گرانش نيوتونی چون حدی برای سرعت وجود ندارد پس زمين پس از غيب شدن خورشيد آنن از گرانش خورشيد رها می‌شود، اما انيشتين در گرانش خود نشان داد كه اين گونه نيست و زمين بعد از سپری شدن ۸دقيقه از گرانش خورشيد خارج می‌شود در واقع اين سپری شدن زمان برای تغيير ميدان گرانشی جسم اول در اين سامانه‌ی دوتايی می‌باشد. برای مثال ديگر می‌توان يك دمبل را در نظر گرفت كه حول مركز جسم خود در حال چرخش می‌باشند وقتی يكی از گوی‌های دمبل كه نشان دهنده‌ی چگالی جرمی باشد يک مرتبه غيب شود دمبل ديگری تحت تاثير ميدان گرانشی گوی اول دچار تغيير می‌شود اين تغيير بعد از سپری شدن زمانی طولی می‌كشد١.پس به طور تخصصی و ساده شده وقتی ۲ چگالی جرمی كه توليد گرانش می‌كنند و به دور خود می‌چرخند يكی از آن‌ها دچار اتفاقی بشود جسم ديگر اين انقاق را حس می‌كنند همانند ريسمانی كه از يك طرف آن را به ارتعاش در آورده باشيم و اين تغيير ارتعاش در واقع همان موج گرانشی می‌باشد كه از تبعات نسبيت عام انيشتين می‌باشد و اين امواجی كه با نيروی گرانشی می‌باشند و با سرعت نور در فضا منتشر می‌شوند.
اما نحوه‌ی آشكار سازی اين امواج خيلی دشوار و تا حدودی پيچيده می‌باشد اما به چه دليلي؟!
در اينجا لازم است كمی در مورد مبحث امواج صحبت كنيم، همان طور كه در مقاله‌ی پيشين گفتيم امواج گرانشی همانند امواج الكترومغناطيسی رفتار می‌كنند در واقع تعريف‌هايی كه برای موج‌های الكترومغناطيسی به كار می‌رود برای اين امواج نيز به كار می‌رود با اين تفاوت كه در امواج الکترومغناطيسی منبع توليد كننده اين امواج ذرات باردار شتابدار هستند اما در امواج گرانشی چگالی جرمی می‌باشد كه باعث توليد اين امواج می‌شود. حال يكی از مفاهيمی كه برای امواج می‌توان تعريف كرد قطبش امواج می‌باشد که به طور ساده اگر بخواهيم با امواج الكترومغناطيسی تعريف كنيم نوري كه ما مشاهده می‌كنيم قسمتی از امواج الكترومغناطيسی با يك طيف خاصی می‌باشد كه اين امواج متشكل از ميدان الكتريكی و ميدان مغناطيسی می‌باشد كه عمود بر هم هستند كه هر دو آن‌ها عمود بر راستای انتشار در حال انتشار می‌باشد (شكل شماره‌ی يك)
حال در مواردی لازم است كه فقط يكی از دو ميدان الكتريكی و يا مغناطيسی را لازم داريم در اين حال بايد مولفه‌ی ديگری را به روش‌هايی حذف كنيم و اين حذف كردن يكی از مولفه‌ها قطبش ناميده می‌شود و نور حاصل از قطبش را نور قطبيده شده می‌گوييم. حال در امواج گرانشی ناحيه‌ای تختی از فضا-زمان را با گروهی از ذرات آزمون ساكن بر روی يك صفحه در نظر بگيريد، فرض كنيد يك موج گرانشی ضعيف در راستای عمود بر صفحه‌ای اين ذرات از اين ناحيه عبور كند. عبور اين موج باعث تغيير در فضا-زمان شده و فاصله‌ی بين ذرات آزاد با آهنگ مشخص كم و زياد می‌شود. در اين مثال ذرات به شكل صليبي نوسان می‌كنند (شكل۲)
حال دامنه‌ی موج گرانشی را با hنشان می‌دهيم و h+ و h× نماينده‌ی دامنه‌ی قطبشهای مختلف هستند. براي مثال سيستم زمين-خورشيد را در دستگاه كروی در نظر بگيريد. فرض كنيد زاويه‌ی بين خط عمود بر صفحه‌ی مداری و خط ديد ناظر باشد. همچنين فرض كنيد ناظر خارج از سيستم به فاصلهR از مركز جرم آن قراردارد. اگرRدر مقايسه با طول موج بزرگ باشد، برای h+ و h× به دست می‌آوريم.
حال اين تعاريف چه كمكی به ما می‌كند؟!
پانويس :
١- مثال دمبل يك مثال انتزاعی و ساده سازی شده برای درك اين مسئله می‌باشد خواننده خود می‌داند كه تغييرات ميدان گرانشي در حد خورشيد زمين خيلی ناچيز است چه برسد به دو گوی دمبل اما می‌توان تصور كرد كه سامانه‌ی خورشيد زمين همانند دو دمبل عمل می‌كنند كه حول مركز جرم در حال چرخش هستند.