عرض مصدر موجة ثقالية

{{ميز|موجة جاذبية}}
{{النسبية العامة}}
في [[فيزياء|الفيزياء]]، '''الأمواج الثقالية''' هي تموجات في [[انحناء]] ال[[زمكان]] تنتشر على شكل [[موجة|أمواج]]، منتشرة من المصدر إلى الخارج. تنبأت نظرية [[النسبية العامة]] ل[[ألبرت أينشتاين]] عام 1916 بوجودها.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=Einstein, A |عنوان=Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation |تاريخ= June 1916 |مسار= http://einstein-annalen.mpiwg-berlin.mpg.de/related_texts/sitzungsberichte |صحيفة=[[الأكاديمية البروسية للعلوم]] |المجلد=part 1|صفحات=688–696|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20190522184901/http://einstein-annalen.mpiwg-berlin.mpg.de:80/related_texts/sitzungsberichte|تاريخ أرشيف=2019-05-22}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=Einstein, A |عنوان=Über Gravitationswellen |تاريخ=1918 |مسار= http://einstein-annalen.mpiwg-berlin.mpg.de/related_texts/sitzungsberichte |صحيفة=Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin|المجلد=part 1|صفحات=154–167|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20190522184901/http://einstein-annalen.mpiwg-berlin.mpg.de:80/related_texts/sitzungsberichte|تاريخ أرشيف=2019-05-22}}</ref><ref>{{استشهاد ويب|الأخير=Finley |الأول=Dave |عنوان=Einstein's gravity theory passes toughest test yet: Bizarre binary star system pushes study of relativity to new limits. |مسار=https://phys.org/news/2013-04-einstein-gravity-theory-toughest-bizarre.html |ناشر=Phys.Org| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20180923122924/https://phys.org/news/2013-04-einstein-gravity-theory-toughest-bizarre.html | تاريخ أرشيف = 23 سبتمبر 2018 }}</ref><ref>[http://www.dpf99.library.ucla.edu/session14/barish1412.pdf The Detection of Gravitational Waves using LIGO, B. Barish] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160303205650/http://www.dpf99.library.ucla.edu/session14/barish1412.pdf |date=03 مارس 2016}}</ref> تنقل الأمواج الثقالية الطاقة على شكل '''موجة ثقالية'''. تكون الأمواج الثقالية أمواجاً عرضية (أي أن التردد هو في طريق انتشار الموجة) ذات طاقة معينة تنتقل عبر [[زمكان|الزمكان]].

طبقاً لنظرية النسبية، 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 ك[[جاذبية (توضيح)|قوة جاذبية]] في [[ميكانيكا كلاسيكية|الميكانيكا الكلاسيكية]] يفسر على أنه حركة [[جرم فلكي|الأجرام]] بالنسبة لبعضها البعض حسب ما تسببه كل منها من انحناء في الزمن وفي المكان ([[زمكان|الزمكان]]) بسبب كتلتها . هي حركة تتبع [[جيوديسي|خطوطا جيوديسية]] في فضاء الزمكان. فمثلاً نشاهد ال[[كوكب|كواكب]] تدور في [[علم الفلك|أفلاك]] دائرية حول [[الشمس]] ، ولكن من وجهة النظرية النسبية تحدث الشمس في الزمكان تقوّساً يشبه القمع ([[مخروط]]) يجعل الكوكب يدور حول الشمس داخل قمع الجاذبية هذا، ولا يستطيع الكوكب الفرار خارج قمع الجاذبية هذا . بالنسبة للنظرية النسبية تكون حركة الكوكب في خط مستقيم، ولكننا نشاهدها على أنها دوران حول الشمس، ذلك بسبب انحناء الزماكان بسبب [[كتلة]] [[الشمس]].

هذه الأمواج، حسب النظرية، أمواج ضعيفة جداً؛ مما يجعل من الصعوبة قياسها. فحركة [[الأرض]] حول الشمس مثلاً تنتج أمواجاً ثقالية تعادل في طاقتها 200,000 [[واط]] تقريباً وهي طاقة صغيرة جداً بالمقارنة بطاقة الأرض الناشئة عن [[كتلة|كتلتها]].

ثمة جهود مستمرة للكشف عن الأمواج الثقالية باستخدام [[مقياس (توضيح)|مقياسات]] [[تداخل (توضيح)|التداخل]] بأجهزة على الأرض أو الأقمار الصناعية ومن خلال التوقيت الدقيق [[نجم|للنجوم]] النابضة. ومن شأن هذه الأرصاد أن تغير فهمنا [[فيزياء فلكية|للفيزياء الفلكية]] ، و[[الكون]]يات، و[[فيزياء|الفيزياء]] الأساسية. وتوفر الأمواج الثقالية فرصة لاستكشافٍ فريد لأكثر أنظمة [[الكون]] تطرفاً، ابتداءً بنشأة [[ثقب أسود|الثقوب السوداء]] فائقة الكتلة المندمجة، إلى [[نجم مزدوج|النجوم المزدوجة]] التي تدور بشدة حول بعضها البعض قبل اندماجها ببعض، وربما عثرنا على دليل من تلك الموجات للـ [[الانفجار العظيم]]. إلا أن التحدي في [[علم الفلك]] الخاص بالأمواج الثقالية يكمن في [[رصد]] الموجات إذ أن تلك الموجات الثقالية تكون ضعيفة جدا جدا، ومن ثم فك [[ترميز]] الإشارات لاستخراج المعلومات التي تحتويها.<ref name="nasa">[https://nasainarabic.net/education/articles/view/gravitational-waves الأمواج الثقالية - ناسا بالعربي] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160310132524/https://nasainarabic.net/education/articles/view/gravitational-waves |date=10 مارس 2016}}</ref>

حتي شهر مارس 2018 قام [[ليغو (مرصد)|مرصد ليغو]] بالولايات المتحدة برصد ستة موجات ثقالية، منها الرصدات الخمسة الأولى ناشئة عن تصادم [[ثقب أسود|ثقبين أسودين]]. أما الرصد السادس، ويُرمز له بالرمز GW170817 ، تم رصده في يوم 17 أغسطس 2017 ، وهو أول رصد لتصادم بين [[نجم نيوتروني|نجمين نيوترونيين]] ، وصدر عن هذا الاصتدام في نفس الوقت إشارات ضوئية أستطاعت المراصد على الأرض تسجيلها.

الثقوب السوداء تحدث عند التحامها ببعض موجة ثقالية هائلة، أكبر مما ينتجه تصادم نجوم نيوترونية، ولكن تصادم الثقوب السوداء لا يصحبها انطلاق ضوء لأنها تمتص الضوء ولا يستطيع الضوء أن يفلت منها، بالتالي لا يمكن رصدها بالتلسكوبات المعتادة الضوئية؛ ويبقى تتبعها بواسطة مراصد الثقالية الضخمة، مثل [[ليغو (مرصد)|مرصد ليغو]] و[[جيو 600]] .

== توصيف المفهوم ==

لتصوّر [[جاذبية (توضيح)|الجاذبية]] كما اقترحها أينشتاين، يمكن تشبيه الزمكان ب[[صحيفة]] [[مطاط]]ية مسطحة. فإذا دحرجنا [[كرة الطاولة|كرة طاولة]] فوق صحيفة فهي ستتحرك ب[[مسار]] مستقيم، كأي شيء يتحرك بخط مستقيم بغياب الجاذبية. أما إذا وضعنا [[كرة]] [[بولينج|بولينغ]] في وسط الصحيفة فإن الصحيفة ستتمطط، وهذا هو انحناء الزمكان بسبب الجاذبية. إذا دحرجنا كرة الطاولة مرة أخرى عبر الصحيفة فإنها الآن ستتبع المسار ال[[منحنى|منحني]]، أي أنها ستنجذب نحو كرة البولينغ بسبب جاذبيتها.

عندما تتحرك الأجسام الثقيلة فيتوجب أن يتغير [[انحناء]] الزمكان لمتابعة مواقعها الجديدة. ويحتاج الزمكان وقتاً لذلك، إذ لا يمكن لل[[معلومة|معلومات]] أن تنتقل بأسرع من [[سرعة الضوء]]. ولذلك فإن التموجات في الزمكان تشبه التموجات التي تظهر على سطح بركة عند تحريك السطح، وهذه التموجات في الزمكان هي الأمواج الثقالية.

ويعتبر ال[[إشعاع]] أو ال[[ضوء]] [[كهرومغناطيسية|الكهرمغنطيسي]] من الأشكال المألوفة أكثر للموجات. وتمثل الأمواج الكهرمغناطيسية ذبذبات في المجالين [[حقل كهربائي|الكهربائي]] [[حقل مغناطيسي|والمغناطيسي]]، في حين أن الأمواج الثقالية تنتج عن [[تذبذب (توضيح)|تذبذبات]] في الزمكان. وتنشأ الأمواج الكهرومغناطيسية من [[شحنة (فيزياء)|الشحنات]] المتسارعة، بينما تنشأ الأمواج الثقالية من [[كتلة|الكتل]] المتسارعة. وفي الأمواج الثقالية نحتاج كذلك إلى انعدام ال[[تناظر]] في ال[[نظام (علوم)|نظام]] لإنتاج الإشعاع، فمثلاً نحتاج إلى نظام ثنائي وليس فقط لجسم أحادي «عديم الدوران»، ويمكن اعتبار ذلك نتيجة للحفاظ على ال[[زخم (توضيح)|زخم]].<ref name="nasa"/>

== رصد الأمواج الثقالية ==

=== إعلان مرصد ليغو 2016 ===
[[ملف:LIGO measurement of gravitational waves.svg|تصغير|300px|يسار|قياس ليغو للأمواج الثقالية لأجهزة كشف ليفينغستون (على يسار) وهانفورد (على اليمين)، النتائج في المخطط البياني جرت مقارنتها مع القيم المتوقعة نظرياً.]]
في يوم [[11 فبراير]] [[2016]]، أُعلن عن رصد الأمواج الثقالية، إثر [[تصادم]] [[ثقب أسود|ثقبين أسودين]].<ref name="Discovery 2016">{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Einstein's gravitational waves found at last |صحيفة=Nature News| مسار= https://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361 |تاريخ=February 11, 2016 |الأخير=Castelvecchi |الأول=Davide |الأخير2=Witze |الأول2=Witze |doi=10.1038/nature.2016.19361  |تاريخ الوصول=2016-02-11|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20190909210331/http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361|تاريخ أرشيف=2019-09-09}}</ref><ref name='Abbot'>{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger| المؤلفون=B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)| صحيفة=Physical Review Letters| سنة=2016| المجلد=116|العدد=6| مسار= https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102 | doi=10.1103/PhysRevLett.116.061102|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20191025233058/https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102|تاريخ أرشيف=2019-10-25}}</ref><ref name='NSF'>{{استشهاد ويب|عنوان = Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction {{!}} NSF - National Science Foundation|مسار = https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=137628|موقع = www.nsf.gov|تاريخ الوصول = 2016-02-11| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190403231358/https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=137628 | تاريخ أرشيف = 03 أبريل 2019 }}</ref>

حسب الإعلان، تحقق هذا الكشف يوم [[14 سبتمبر]] [[2015]]، باستخدام جهازيّ قياس ليزر عملاقين في [[الولايات المتحدة]]، موجودين في ولايتيّ [[لويزيانا]] و[[واشنطن (ولاية)|واشنطن]].

كتلة الواحد من الثقبين أكبر من الشمس 30 مرة، ويبعدان 1.3 [[مليار]] [[سنة ضوئية]] عن الأرض.

جاء الإعلان في مؤتمر في [[واشنطن العاصمة|واشنطن]]، من قبل علماء من [[معهد كاليفورنيا للتقنية]]، و[[معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا|معهد ماساتشوستس للتقنية]]، بالتعاون مع مركز رصد الأمواج الثقالية بالليزر المعروف باسم [[ليغو (مرصد)|مرصد ليغو]] (LIGO). كما اشترك المرصد [[ألمانيا|الألماني]] [[جيو 600]] الموجود في [[هانوفر]] في هذا الاكتشاف.

في عام 2017، منحت [[جائزة نوبل]] في [[جائزة نوبل في الفيزياء|الفيزياء]] [[راينر فايس|لراينر فايس]]، كيب ثورن و[[باري باريش]] لدورهم في الكشف عن الموجات الثقالية.<ref name="Nobel ">{{استشهاد ويب
| مسار = https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2017/summary/
| عنوان = The Nobel Prize in Physics 2017
| موقع = www.nobelprize.org
| تاريخ الوصول = 2017-10-04
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20180812042721/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/ | تاريخ أرشيف = 12 أغسطس 2018 }}</ref>

== كيفية الكشف عنها ==
يعتبر الكشف عن الأمواج الثقالية أمراً صعباً للغاية لعدة اعتبارات. أولها أن تمدد أو تقلص المسافات يحدث في جميع الأجسام المتعرضة للموجة. وهذا إشكال يتم حله عن طريق تصميم جهاز ضخم من أنبوبين طول كل منهما 600 متر - كما هو الحال في التجربة بهانوفر ؛ وهما أفقيان متعامدان . يسير فيهما شعاع ليزر ذو [[طول الموجة|طول موجة]] محددة، وينعكس الشعاع على مرآة في آخر الأنبوب ويعودان ويتقابلان عند مركز التفرع . وعندما يتلقي أحد الشعاعين تأثير الموجة الثقالية فإنه يطول أو يقصر قليلاً، ويحدث انزياحاً في طور أحد الشعاعين، ويمكن قياس ذلك الانزياح.

والمهم في رصد هذه الأمواج أنها صغيرة جدا. ونظراً لصغرها تتداخل وتشوشر عليها على الأرض تـاثير المواصلات واهتزازات القطارات، فيصبح من الصعب التفرقة بين اهتزازات ناتجة عن تشويش (مثل زلازل صغير أو بعيدة أو مثل تأثير [[قمر (توضيح)|القمر]] على الأرض أو تأثير حركة المواصلات ) من اهتزازات ناتجة عن أمواج ثقالية.
لذلك يتم في المختبرات الأرضية دائماً استعمال مخمدات للتخلص من الاهتزازات التشويشية. إلا أن هذه المخمدات لا تنجح في [[تخميد]] الضجيج كلياً مما يسمح فقط برصد أمواج ثقالية ذات [[تردد]] عالي. إلا أن معظم الظواهر الكونية التي تبث أمواج ثقالية يمكن رصدها على الأرض تبث في مدى الترددات الصغيرة.
=== الرصد باعتماد التردد الذاتي ===
تعتمد آلية رصد الأمواج الثقالية أساساً على نوعين من الآلات أو طريقتين للرصد. الأولى تعتمد على الرنين الذي تحدثه الموجة الثقالية عند مرورها بأجسام ذات كتلة كبيرة (مثلاً إسطوانات بطول بضعة أمتار من مادة النيوب) وتفعيلها للترددات الذاتية لهذه الأجسام. وهذه الطريقة من الطرق الأولى التي حاول العلماء عن طريقها رصد الأمواج الثقالية.
=== الرصد عن طريق التداخل الليزري ===
[[ملف:Virgo aerial view 01.jpg|تصغير|يسار|330px|مشهد جوي لموقع تجربة فيرجو.]]
أما الطريقة الثانية لرصد الأمواج الثقالية فتعتمد على تقنية [[تداخل (توضيح)|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)|ليغو]] ، ومرصد [[جيو 600]]) تشكو من نفس نقائص تقنية تفعيل التردد الذاتي ألا وهو إشكال الاهتزازات التشويشية، إذ أن الاهتزازات الأرضية تشوش على إشارات الثقالية فيصعب فصلهما عن بعض؛ حتى أن مرور سيارة أو حافلة بالقرب من بنية التجربة يوثر على الأجهزة. لذلك قرر العلماء بناء التجربة أو مختبر في الفضاء للحد من هذا الضجيج (مشروع [[ليزا]]).
و رغم أن قياساً مباشراً لهذه الأمواج ما زال متعذراً إلى اليوم (2015). غير أن علماء تمكنوا من البرهنة على وجود هذه الأمواج وبذلك تأكيد نظرية أينشتاين من خلال تفسيرهم لحركة نجمين توأمين عن طريق نظرية الأمواج الثقالية ومقارنة حساباتهم النظرية على أساس هذه النظرية مع ملاحظتهم لحركة النجمين.

== تجربة بيسيب 2 ==
بنيت عدة تجارب لقياس الأمواج الثقالية في أنحاء مختلفة من العالم، وقد أعلنت مجموعة العلماء العاملة ب [[مركز هارفارد-سميثونيان للفيزياء الفلكية]] بتاريخ 17 مارس 2014 أنهم قد قاموا بتسجيل وانتاج «أول صورة مباشرة لأمواج ثقالية من وقت تكون الكون» وذلك من خلال قياس وتحليل [[إشعاع الخلفية الكونية الميكروي|إشعاع الخلفية الميكروني الكوني]] ، والقياسات تشير إلى حدوث فعلي للتمدد الكوني و [[الانفجار العظيم]]
<ref name="BICEP2-2014">{{استشهاد ويب|المؤلفون=Staff |عنوان=BICEP2 2014 Results Release |مسار=http://bicepkeck.org |تاريخ=17 March 2014 |عمل=[[مؤسسة العلوم الوطنية|مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية]] |تاريخ الوصول=18 March 2014| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190519020205/http://bicepkeck.org/ | تاريخ أرشيف = 19 مايو 2019 }}</ref><ref name="Harvard-2014">{{استشهاد ويب|مسار=http://www.cfa.harvard.edu/news/2014-05 |عنوان= "First Direct Evidence of Cosmic Inflation"|مؤلف=<!--Staff writer(s); no by-line.--> |تاريخ=17 March 2014 |موقع= http://www.cfa.harvard.edu|ناشر= Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics|تاريخ الوصول=17 March 2014| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190503020127/https://www.cfa.harvard.edu/news/2014-05 | تاريخ أرشيف = 03 مايو 2019 }}</ref><ref name="NASA-20140317">{{استشهاد ويب|الأخير = Clavin |الأول = Whitney |عنوان = NASA Technology Views Birth of the Universe |مسار = https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-technology-views-birth-of-the-universe/ |تاريخ = 17 March 2014 |عمل = [[ناسا]] |تاريخ الوصول = 17 March 2014| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190520101703/https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2014-082 | تاريخ أرشيف = 20 مايو 2019 }}</ref><ref name="NYT-20140317">{{استشهاد بخبر|الأخير = Overbye |الأول = Dennis |مؤلف-وصلة = Dennis Overbye |عنوان = Detection of Waves in Space Buttresses Landmark Theory of Big Bang |مسار = https://www.nytimes.com/2014/03/18/science/space/detection-of-waves-in-space-buttresses-landmark-theory-of-big-bang.html |تاريخ = 17 March 2014 |عمل = [[نيويورك تايمز]] |تاريخ الوصول = 17 March 2014| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20180614021540/https://www.nytimes.com/2014/03/18/science/space/detection-of-waves-in-space-buttresses-landmark-theory-of-big-bang.html | تاريخ أرشيف = 09 يوليو 2018 }}</ref> ومثل تلك النتائج الأولى فهي تحتاج إلى [[مراجعة الأقران]] للتأكد من صحة الجهاز العلمي المستخدم وصحة الحسابات النظرية، حتى تـُقبل من الفيزيائيين كحقيقة علمية جديدة لا يشوبها الشك .<ref>[https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-26605974 Cosmic inflation: 'Spectacular' discovery hailed][http://www.reuters.com/article/2014/03/17/us-science-bigbang-idUSBREA2G16F20140317 Astronomers discover echoes from expansion after Big Bang] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140324053225/http://www.reuters.com/article/2014/03/17/us-science-bigbang-idUSBREA2G16F20140317 |date=24 مارس 2014 }}[http://www.space.com/25088-gravitational-waves.html Gravitational Waves: The Big Bang's Smoking Gun][http://www.scientificamerican.com/article/gravity-waves-cmb-b-mode-polarization/ Gravitational Waves from Big Bang Detected] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170222215711/http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-26605974 |date=22 فبراير 2017 }}</ref>

استخدمت مجموعة العلماء جهاز الرصد المسمى [[بيسيب 2]] المبني في [[القطب الجنوبي]] .

== انظر أيضًا ==
* [[ليغو (مرصد)]]
* [[جيو 600]]
* [[مصفوفة بيسيب وكيك|بيسيب ومصفوف كيك]]
* [[بعثة ليزا باثفايندر]]
* [[رباعي أقطاب]]
* [[نمط ب]]
* [[هوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي]]
* [[تمدد الكون]]
* [[جاذبية مضادة]]

== المراجع ==
{{مراجع|2}}

== وصلات خارجية ==

{{تصنيف كومنز}}

* [https://nasainarabic.net/education/articles/view/gravitational-waves الأمواج الثقالية] على ناسا بالعربي (موقع غير رسمي مترجم عن [[ناسا]])

{{الموجات الثقالية|state=uncollapsed}}
{{مواضيع النسبية}}
{{اختراق العام}}
{{ضبط استنادي}}
{{ألبرت أينشتاين}}
{{القوى الأساسية}}
{{شريط بوابات|الفضاء|الفيزياء|المجموعة الشمسية|رحلات فضائية|علم الفلك|علم الكون|علوم|نجوم}}

[[تصنيف:تأثيرات الجاذبية]]
[[تصنيف:ثقوب سوداء]]
[[تصنيف:مسائل غير محلولة في الفيزياء]]
[[تصنيف:موجات ثقالية]]
[[تصنيف:نجوم ثنائية]]