بیایید اثر امواج گرانشی را مشاهده کنیم
بیایید اثر امواج گرانشی را مشاهده کنیم – در این پروژه از گوشه آزمایش، اثرات امواج گرانشی را که انیشتین در سال 1916 وجود آنها را پیش‌بینی کرده بود، بر روی بافت فضازمان مشاهده می‌کنیم.
خوب است بدانید!
امواج گرانشی موج هایی در تار و پود فضا زمان هستند.
آلبرت انیشتین وجود امواج گرانشی را در نظریه نسبیت عام خود در سال 1916 پیش بینی کرد.
طبق این نظریه، اجسام با جرم فضا زمان را خم می کنند.
اجسام با جرم باعث انحراف فضا زمان می شوند.
وقتی اجسام با شتاب حرکت می کنند، تغییراتی در شیب بافت فضا زمان رخ می دهد .
ما می توانیم این وضعیت را با امواج ایجاد شده توسط سنگی که روی سطح یک حوض پرتاب می شود مقایسه کنیم.
به طور مشابه، امواج گرانشی از مرکز به سمت بیرون حرکت می کنند.
انفجارهای ابرنواختر، ستاره های نوترونی یا سیاهچاله هایی که به دور یکدیگر می چرخند، امواج گرانشی ایجاد می کنند.
امواج گرانشی با سرعت نور حرکت می کنند. با این حال، اثرات امواج گرانشی در فضا زمان بسیار ضعیف است.
از آنجایی که رویدادهایی مانند برخورد سیاهچاله ها یا انفجارهای ابرنواختری که امواج گرانشی قوی ایجاد می کنند بسیار دور از زمین رخ می دهند، اثرات آنها تا رسیدن به زمین ضعیف می شود. بنابراین، تشخیص آنها دشوار است.
امواج گرانشی اولین بار در سال 2015 مشاهده شد.
دانشمندان امواج گرانشی ایجاد شده از برخورد دو سیاهچاله در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری با آشکارسازهای بسیار حساس به نام LIGO را شناسایی کردند .
آشکارسازهای LIGO که از دو تداخل سنج لیزری به طول چهار کیلومتر تشکیل شده‌اند که عمود بر یکدیگر قرار گرفته‌اند، با مشاهده اختلالات ناشی از امواج گرانشی در هماهنگ‌سازی (هم‌زمان) لیزرها، این تعیین را انجام دادند.
به چه چیزی نیاز داریم؟
- پودر آگار آگار
- منبع نور لیزر
- سنگ مرمر
- آینه
- کاغذ
- جعبه کوچک
- ظرف مقاوم در برابر حرارت
- ظرف شیشه ای
- بخاری
- قاشق چایخوری
- این
- خودکار
ما چه کار می کنیم؟
- بیایید 5 لیوان آب را در یک کاسه مقاوم در برابر حرارت بریزیم.
- 2.5 قاشق چایخوری پودر آگار آگار اضافه کرده و مخلوط می کنیم.
- مخلوطی که به دست آورده ایم را حرارت می دهیم تا حباب هایی ظاهر شود.
- سپس مخلوط را داخل ظرف شیشه ای بریزیم.
- چند ساعت صبر می کنیم تا مخلوط خنک شود و تبدیل به ژل شود.
- بیایید آینه را در ژل جامد شده با زاویه 45 درجه نسبت به یکی از گوشه های ظرف شیشه ای ثابت کنیم.
- روی یک کاغذ دایره ای به قطر 1.5 سانتی متر می کشیم.
- بیایید کاغذ را طوری به جعبه ثابت کنیم که به صورت عمودی بایستد و جعبه را در سمت راست ظرف شیشه ای قرار دهیم.
- بیایید منبع نور لیزر را بیرون ظرف شیشه ای قرار دهیم تا نور از آینه منعکس شود و آن را به دایره ای که روی کاغذ کشیده ایم هدایت کند.
- بیایید یکی از تیله ها را در ژل جامد کننده ثابت کنیم تا با گوشه مخالف آینه مطابقت داشته باشد.
- بیایید نور لیزر را به سمت آینه بتابانیم.
توجه: می توانید دکمه منبع نور لیزر را با نوار چسب ثابت کنید تا نور به طور مداوم روشن بماند.
- بیایید سنگ مرمر دوم را از ارتفاع تقریباً 20 سانتی متری، دقیقاً بالای مرمری که در ژل قرار داده ایم، رها کنیم.
- بیایید تغییرات نور لیزری را که از آینه منعکس می شود و هنگام برخورد دو تیله روی کاغذ می افتد، بررسی کنیم.
چی شد؟
در مدلی که ما ایجاد کردیم، ژل نمایانگر پارچه فضا – زمان و تیله ها نشان دهنده سیاهچاله های در حال برخورد هستند.
وقتی سنگ مرمری که رها می کنیم به سنگ مرمر داخل ژل برخورد می کند باعث ارتعاش ژل می شود.
این ارتعاشات نشان دهنده امواج گرانشی است.
به همین دلیل در پرتو لیزر انحراف می بینیم که از ژل عبور می کند، به آینه برخورد می کند و روی دایره ای که روی کاغذ کشیده ایم منعکس می شود و می افتد.
این حرکت پرتو لیزر نیز نشان دهنده وجود امواج گرانشی است.
بیایید فکر کنیم!
فکر می‌کنید مدلی که ما ایجاد کردیم تا چه اندازه تنظیمات آزمایشی LIGO را توضیح می‌دهد؟ برای بهبود مدل چه کنیم؟
