فیزیکدان‌ها می‌خواهند با استفاده از امواج گرانشی ابتدای زمان را ببینند

نوسان‌های فضازمان موسوم به امواج گرانشی می‌توانند رازهای ابتدای زمان و لحظات پس از بیگ‌بنگ را آشکار کنند. فیزیکدان‌ها می‌گویند می‌توان با استفاده از رآکتورهای همجوشی هسته‌ای، به اطلاعات بیشتری از این امواج گرانشی آغازین رسید.

به نوشته‌ی لایو ساینس، فیزیکدان‌ها در پژوهشی جدید از معادله‌های مربوط به چگونگی حرکت امواج الکترومغناطیسی در پلاسمای داخل راکتورهای همجوشی استفاده کردند تا به مدلی نظری برای برهم‌کنش امواج گرانشی و مواد برسند. بدین ترتیب می‌توانند به چشم‌انداز بهتری از لحظات آغازین زمان برسند.

لحظاتی پس از بیگ‌بنگ، جهان با سوپی داغ از پلاسمای آغازین فراچگال پر شده بود که امواج گرانشی قدرتمندی را به داخل کیهان منتشر کرد. این امواج گرانشی احتمالاً در جهان پخش شده‌اند و تا امروز هم وجود دارند؛ بنابراین تأثیر متقابل ماده و امواج گرانشی بر یکدیگر در زمان نوزادی جهان را می‌توان رصد کرد. دانشمندان با بازگشت به ردپاهای قابل رصد جهان آغازین می‌توانند به چشم‌انداز بهتری از آن دوران برسند. به گفته‌ی دیپن گارگ، دانشجوی فارغ‌التحصیل برنامه‌ی پرینستون در فیزیک پلاسمایی و مؤلف ارشد پژوهش:

نمی‌توانیم جهان آغازین را به‌صورت مستقیم رصد کنیم اما شاید بتوانیم از طریق تأثیر امواج گرانشی آن زمان بر مواد و پرتوهایی که امروزه می‌بینیم به‌صورت غیرمستقیم این کار را انجام دهیم.

بر اساس نظریه‌ی نسبیت عام انیشتین، اجرام سنگین ازنظر گرانشی با خمیده‌ کردن فضای اطراف خود برهم‌کنش دارند و باعث ایجاد نوسان‌هایی در فضازمان موسوم به امواج گرانشی می‌شوند که با سرعت نور حرکت می‌کنند.

تا امروز فیزیکدان‌ها از آشکارسازهایی مثل رصدخانه‌ی موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری (LIGO) برای شکار امواج گرانشی متولد‌شده در برخوردهای سیاه‌چاله‌ها استفاده کردند. این رویدادهای کیهانی قدرتمند‌ترین امواج گرانشی را تولید می‌کنند که از منطقه‌ی برخورد تا زمین در فضای خلأ حرکت می‌کنند. فیزیکدان‌ها صرفاً باید فیزیک این امواج را در فضای خالی مدلسازی کنند.

با این‌حال، وقتی جهان در نوزادی خود به سر می‌برد، بخش زیادی از مواد به اطراف حرکت کردند و امواجی گرانشی را تولید کردند که در میان پلاسما پخش شدند. برهم‌کنش با این مواد، شکل و مسیر امواج را تغییر می‌دهد.

گارگ به‌همراه ایلیا دودین، سرپرست پژوهش، به‌منظور محاسبه‌ی تأثیر پلاسمای آغازین بر این امواج کهن گرانشی، به تحلیل دقیق معادله‌های نسبیت انیشتین پرداختند؛ نظریه‌ای که نشان می‌دهد چگونه هندسه‌ی فضا با حرکت ماده در آن تغییر می‌کند. تحت فرضیه‌های ساده درمورد خواص فیزیکی ماده، آن‌ها توانستند تأثیر متقابل امواج گرانشی و ماده را بر یکدیگر محاسبه کنند.

تیم پژوهشی بخشی از معادله‌های خود را روی پخش امواج الکترومغناطیسی در پلاسما استوار کرد. این فرایند نه‌تنها زیر سطح ستاره‌ها بلکه در رآکتورهای همجوشی هسته‌ای روی زمین هم رخ می‌دهد.

گرچه دانشمندان گام مهمی را در جهت محاسبه‌ی آثار امواج گرانشی و پلاسمای آغازین بر یکدیگر انجام داده‌اند، هنوز راه زیادی را در پیش دارند. آن‌ها هنوز به محاسبات دقیقی برای رسیدن به چشم‌انداز بهتر از شکل کنونی امواج گرانشی نیاز دارند. به عقیده‌ی گارگ، با وجود داشتن برخی فرمول‌ها، رسیدن به نتایج معنادار نیاز به زمان بیشتری دارد.

یافته‌های این پژوهش در مجله‌ی Cosmology and Astroparticle Physics منتشر شدند.