گرانش میتواند به نور تبدیل شود
بیگ بنگ: یک مقاله جدید نشان میدهد که در کیهان اولیه، گرانش ممکن است قادر به ایجاد نور بوده باشد. یک تیم تحقیقاتی دریافته است که گرانش میتواند خود را به نور تبدیل کند، اما تنها در صورتی که فضا-زمان به درستی رفتار نماید.
به گزارش بیگ بنگ، در شرایط عادی، شما نمیتوانید چیزی را از هیچ به دست آورید. به طور خاص، مدل استاندارد فیزیک ذرات یعنی نظریهی حاکم که باغ وحش ذرات زیراتمی را توضیح میدهد، معمولاً تبدیل ذرات بدون جرم به ذرات پرجرم را ممنوع میکند. در حالی که ذرات در مدل استاندارد دائماً از طریق واکنشها و فرآیندهای مختلف به یکدیگر تغییر میکنند، فوتون – حامل بدون جرم نور – به طور معمول نمیتواند به ذرات دیگر تبدیل شود. اما اگر شرایط کاملاً مناسب باشد، این امکان وجود دارد – برای مثال، وقتی یک فوتون با یک اتم سنگین برهمکنش کند، میتواند خود به خود جدا شده و به یک الکترون و یک پوزیترون تبدیل شود، که هر دو ذراتی پرجرم هستند.
با توجه به این مثال معروف، تیمی از فیزیکدانان نظری، در مقالهای که بتازگی در پایگاه دادهی پیش از چاپ arXiv منتشر کردند، این سوال را پرسیدند که آیا “گرانش” میتواند به ذرات دیگر تبدیل شود. ما معمولاً گرانش را از طریق عدسی نسبیت عام مشاهده میکنیم، جایی که خمیدگی و تابش در فضا-زمان بر حرکت ذرات تأثیر میگذارد. در واقع تصور اینکه گرانش چگونه میتواند ذراتی ایجاد کند، بسیار دشوار است. اما میتوانیم گرانش را از طریق عدسی کوانتومی مشاهده کنیم و نیروی گرانشی را که توسط ذرات نامرئی بیشماری به نام “گراویتون” حمل میشود، به تصویر بکشیم. در حالی که تصویر ما از گرانش کوانتومی هنوز کامل نشده، اما میدانیم که گراویتونها مانند هر ذرۀ بنیادی دیگری رفتار خواهند کرد، از جمله رفتار تبدیل شدن.
برای آزمایش این ایده، محققان شرایط کیهان بسیار اولیه را مورد مطالعه کردند. زمانی که کیهان ما بسیار جوان، کوچک، گرم و متراکم بود. در این کیهان جوان، تمام اشکال ماده و انرژی تا مقیاسهای غیرقابل تصوری افزایش یافتند، بسیار بزرگتر از آن چیزی که حتی قویترین برخورد دهندههای ذرات ما قادر به دستیابی به آن هستند.
محققان دریافتند که “امواج گرانشی” نقش مهمی ایفا میکنند.(امواج گرانشی موجهایی در بافت فضا-زمان است که در اثر برخورد بین عظیمترین اجرام کیهانی ایجاد میشوند) به طور معمول، “امواج گرانشی” بسیار ضعیف هستند و میتوانند اتم را در فاصلهای کمتر از عرض هستهی خود به حرکت در آورند. اما در کیهان اولیه، این امواج میتوانستند بسیار قویتر باشند و بهطور جدی بر همه چیز تأثیر بگذارد.
به گفته محققان، امواج اولیه به عقب و جلو میرفتند و خود را تقویت میکردند. هر چیز دیگری در کیهان در فشار و کشش امواج گرفتار میشد که منجر به یک اثر رزونانس میشد. “امواج گرانشی” میتوانند مانند یک پمپ عمل کنند و بارها و بارها ماده را به صورت تودههای فشرده هدایت نمایند.
همچنین این امواج میتوانند بر میدان الکترومغناطیسی تأثیر بگذارند. از آنجایی که امواج در فضا-زمان حالت موجی دارند، خود را به برهمکنش با اجسام عظیم محدود نمیکنند. همانطور که امواج به پمپاژ ادامه میدهند، میتوانند تشعشعات در جهان را به سمت انرژیهای بسیار بالا سوق دهند و باعث ظهور خود به خودی فوتونها شوند: گرانش خود نور تولید میکند.
محققان دریافتند که به طور کلی، این فرآیند نسبتاً ناکارآمد است. کیهان اولیه نیز در حال انبساط بود، بنابراین الگوهای استاندارد امواج گرانشی ماندگار زیادی نداشتند. با این حال، دانشمندان دریافتند که اگر کیهان اولیه به اندازۀ کافی ماده داشته تا سرعت نور کاهش یابد (همانطور که نور در محیطی مانند هوا یا آب آهستهتر حرکت میکند)، ممکن است امواج به اندازۀ کافی در اطراف گیر کرده باشند تا واقعاً سیلی از فوتونهای اضافی را ایجاد کنند.
محققان هنوز به طور کامل فیزیک درهم پیچیدهی کیهان اولیه را درک نکردهاند. این تحقیق جدید یک تکهی دیگر را به پازل اضافه میکند: توانایی گرانش برای ایجاد نور. احتمالاً آن تابش بر شکلگیری ماده و تکامل کیهان تأثیر میگذارد، بنابراین بررسی پیامدهای کامل این فرآیند ِ شگفتانگیز میتواند به انقلابهای جدیدی در درک ما از اولین لحظات کیهان منجر شود.
ترجمه: سحر اللهوردی/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: livescience.com