طور عالم الفيزياء الألماني ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامة* في عام 1950؛ وبحث خلالها في موضوع الجاذبية من منظور مختلف. تعتمد النظرية على نموذج رياضي يجمع بين البعد الزمني وأبعاد الفضاء الثلاثة، مكونة سلسلة متصلة رباعية الأبعاد تعرف باسم نسيج الزمكان. وفقًا لنظرية أينشتاين، فالجاذبية هي انحناءات وتقعُّر في نسيج الزمكان.
طور أينشتاين فكرته أكثر عندما أدرك أن نسيج الزمكان مرن، ويمكن أن يتقلب. لذلك، إذا تقلب أي نجم سابح في الفضاء، فإنه يحرك نسيج الزمكان فينشئ موجات؛ هذه الموجات هي ما نطلق عليه موجات الجاذبية. وعلى الرغم من قدرة أي جسم ذي كتلة على إنشاء هذه الموجات في النسيج، تعتمد تأثيرات هذه الموجات على حجم الكتلة. بمعنًى آخر، كلما زادت كتلة الجسم، زادت حدة الموجات في النسيج، ومن ثم أصبحت موجات الجاذبية أكثر وضوحًا.
والأجسام ذات الكتلة الكبرى والقدرة على إنشاء أقوى موجات الجاذبية هي بدون جدال الثقوب السوداء. والثقوب السوداء هي مناطق في الفضاء تتركز بها كمية كبيرة من المادة في مساحة صغيرة. من ثم، قد يكون حجم الثقب الأسود صغيرًا جدًّا، لكن كتلته ضخمة. وإلى جانب الكتلة الضخمة، للثقوب السوداء جاذبية قوية جدًّا لا يمكن لأي شيء الهروب منها، حتى الضوء.
وفي سبتمبر 2015، نجح العلماء في التقاط أولى موجات للجاذبية ناتجة عن اهتزاز اثنين من الثقوب السوداء خلال تصادمهما واندماجهما معًا. ومن الجدير بالذكر أن كتلة هذه الثقوب السوداء أكبر ثلاثين مرة من كتلة الشمس. وفي الأصل دار هذان الثقبان الأسودان أحدهما حول الآخر لملايين السنين قبل اقترابهما بشكل تدريجي حتى انتهى بهما الحال بالدوران أحدهما حول الآخر بسرعة عالية للغاية؛ ثم ارتطم كلاهما واندمجا معًا مشكلين ثقبًا أسود أكبر في نهاية المطاف. تسبب الاصطدام الضخم في إنشاء موجات متكررة في نسيج الزمكان، ثم بدأت هذه الموجات في التقلب؛ ما أدى إلى إنشاء موجات جاذبية ملحوظة بدرجة كافية لتلتقط بواسطة جهاز كشف، يعرف باسم مرصد الموجات الثقالية بالتداخل الليزري (ليجو).
على الرغم من حقيقة أن الإشارة التي التقطها جهاز الليجو كانت مدتها قصيرة للغاية ولم تتجاوز خُمس الثانية، يظل هذا الرصد اكتشافًا علميًّا عظيمًا أثبت وجود موجات الجاذبية للمرة الأولى. ومن الجدير بالذكر أن الثقوب السوداء لا تولِّد وحدها موجات الجاذبية، ولكن تولدها الأجسام اللامعة الأخرى مثل النجوم النيوترونية. ومع الأخذ في الاعتبار أن كل جسم يولد موجات جاذبية مميزة، يمكن اعتبار موجات الجاذبية بصمات للأجسام المختلفة. وبتحليل موجات الجاذبية التي التقطها جهاز الليجو، يستطيع العلماء تحديد مصدرها وتحديد مولِّدها سواء كان ثقبًا أسود، أم نجمًا نيوترونيًّا، أم أي نجم آخر.
المراجع
ligo.caltech.edu
spaceplace.nasa.gov
Cover image: nationalgeographic.com
المقال الأصلي منشور في مجلة كوكب العلم، عدد ربيع 2020.