مغناطيس گرانشي
Gravitomagnetisem
فضا پيماي Gravity Probe B or GPB بيستم آوريل 2004 زمين را براي جستجوي نيرويي از طبيعت كه در وجودش ترديد است، ترك كرده است. اين نيرو كه هيچ وقت ثابت نشده مغناطيس گرانشي يا Gravitomagnetisem ناميده مي شود.
مغناطيس گرانشي بوسيله ستاره ها يا سياره هايي كه به دور خود مي چرخند توليد مي شود. كلير فرد ويل از دانشگاه واشنگتن مي گويد " از نظر شكل شبيه يك ميدان مغناطيسي است كه توسط يك كره (توپ) باردار در حال چرخش توليد مي شود" بار را با جرم جايگزين كنيد مي شود مغناطيس گرانشي ما در حالي كه زندگي مي كنيم، مغناطيس گرانشي را احساس نمي كنيم. اما بر طبق نظريه عام اينشتين اين حقيقت دارد وقتي كه يك ستاره يا سياه چاله يا هر چيزي كه جرم زيادي دارد به دور خود مي پيچد فضا و زمان اطراف را به دور خود مي كشد.
عملي به نام كشش چارچوب
Frame dragging
ساختار فضا - زمان مثل يك گرداب پيچيده مي شود. انيشتين به ما مي گويد تمام نيروهاي گرانشي هم ارز با خم شدن (پيچيده شدن) فضا-زمان است كه مغناطيس گرانشي است.
مغناطيس گرانشي چه كار مي كند؟
ويل مي گويد " مي تواند مدار اقمار را منحرف كند و باعث شود كه ژيروسكوپ قرار داده شده در زمين بلرزد. هر دو پديده خيلي كوچك هستند و اندازه گيري آن سخت است. محققان تحت رهبري اگنا كيوفليني Ignazio ciufolini فيزيكدان سعي مي كنند انحراف مسير اقماري را كه مغناطيس گرانشي آن را ايجاد مي كن آشكار كنند. براي مطالعه اين دو پديده (پديده هاي مورد بحث ويل) آنها از ماهواره هاي ليزري ژئوديناميكي Lagoes استفاده كردند.
دو كره با قطر 60 سانتيمتر كه آينه هايي روي آنها كار گذاشته شده است. دسته بندي ليزرهاي دقيق از هر دو نوع مدارهايشان را نشان مي دهد.
اما يك مشكل وجود دارد: تحدب ناحيه استوايي باعث انحرافي بيليون ها بار بزرگتر از مغناطيس گرانشي زمين مي شود. آيا كيوفوليني براي يافتن مغناطيس گرانشي اين كشش بزرگ را با دقت كافي كم مي كند؟ ويل مي گويد دانشمندان زيادي نتايج كيوفوليني را پذيرفتند در حالي كه ديگران شك دارند.
GPB كه توسط دانشگاه استنفورد و ناسا توسعه داده شده، آزمايش را به گونه ديگري و با استفاده از ژيروسكوپ انجام داده است. فضا پيما زمين را در مدار قطبي به ارتفاع 400 مايل دور مي زند. چهار ژيروسكوپ وجود دارد كه هركدام يك كره يا يك گوي به قطر 1.5 اينچ است كه در خلا معلق اند و ده هزار بار در دقيقه مي چرخند. اگر معادلات انيشتين درست باشد و مغناطيس گرانشي واقعي باشد، ژيروسكوپ هاي در حال چرخش بايد هنگامي كه زمين را دور مي زنند بلرزند. كم كم محور دورانشان جا بجا مي شود، تا يك سال ديگر محور دورا ژيروسكوش ها در حدود 42 mili-arc second از جايي كه آنها شروع كردند دور مي شوند. GPB مي تواند اين زاويه را با دقت 0.5 mili-arc second يا حدود يك درصد اندازه بگيرد. هرچند زاويه اندازه گيري شده mili-arc second خيلي جوچك است، اين را در نظر بگيريد كه يك arc second برابر با يك درجه است. يك mili-arc second هزار بار از arc second كوچكتر است. مقدار 0.5 mili-arc second انحراف مورد انتظار در GPB هم ارز با اين است كه بخواهيم ضخامت يك ورق كاغذ را از فاصله ضد مايلي اندازه گيري كنيم. حس كردن اين مقدار به اين كوچكي چالش بزرگي است.
دانشمنداني كه روي GPB كار مي كردند بايد تكنوژي هاي جديدي كاملي را براي آن اختراع مي كردند.
فيزيكدانان هم نگران و هم هيجان زده هستند. نگران براي اين كه شايد مغناطيس گرانشي آنجا نباشد. نظريه انيشتين مي تواند غلط باشد ( احتمالي كه اكثراً دوستش ندارند) و اين باعث تحولي در فيزيك خواهد بود. و به همين دليل آنها هيجان زده نيز هستند. هر كسي خواستار اين است كه در پيشرفت بزرگ بعدي علم مقدم باشد، و پيش دستي كند.
نزديك زمين مغناطيس گرانشي ضعيف است به خاطر همين است كه ژيروسكوپ هاي GPB فقط 42 mili-arc second تكان مي خورند.
اما در جاهايي از عالم اين ميدان قوي است. براي مثال در نزديكي يك سيه چاله يا يك ستاره نوتروني. يك ستاره نوتروني نوعي جرمي در حدود خورشيد دارد اما قطر آن 10 كيلمتر است و چند هزار بار سريع تر از زمين به دور خودش مي چرخد. بنابراين مغناطيس گرانشي در آنجا خيلي قوي خواهد بود.
اخترشناسان احتمالاً آثار مغناطيس گرانشي را قبلاً مشاهده كرده اند. بعضي سياه چاله ها و ستاره هاي نوتروني جت هاي روشني از ماده و با سرعتي نزديك نور به بيرون دارند. اين جت ها در صورتي كه از قطب هاي يك شئي چرخنده نشات بگيرند جفتي و مختلف الجهت هستند.
نظريه پردازان تصور مي كنند جت ها توسط مغناطيس گرانشي قدرت مي گيرند. بعلاوه سياه چاله ها بوسيله ديسكي از ماده به نام accretion disk دارند و به قدري داغ است كه تابش اشعه X طيف الكترومغناطيسي ساتع مي كند. شواهدي وجود دارد كه توسط تلسكوپ هاي اشعه ايكس نظير Nasa's chandra X ray obsevatiry جمع شده و مي گويد اين ديسك ها مي لرزند. ژيروسكوپ هاي GPB هم انتظار همين را مي كشند.
اينجا در منظومه شمسي ما، مغناطيس گرانشي در بهترين حالت مي توان گفت كه ضعيف است. سئوالي پيش مي آيد: بعد از آنكه مغناطيس گرانشي را پيدا كرديم چه كنيم؟
سئوالي شبيه اين بارها در قرن 19 پرسيده شده بود. وقتي كه ماكسول، فارادي و ديگران الكترومغناطيس را بررسي مي كردند. چه استفاده اي دارد؟ امروز ما توسط فوايد تحقيقات آنها محاصره شده ايم: چراغ، كامپيوتر، ماشين لباسشويي، اينترنت و غيره
مغناطيس گرانشي براي چه خوب است؟ آيا اين فقط رخداد مهمي در راه طولاني جستجوي طبيعي ما براي فهم طبيعت است؟ يا چيزي غير قابل تصود: زمان خواهد گذشت.
منبع :
VACUUM فصلنامه علمي فرهنگي دانشجويان فيزيك امير كبير
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)