العودة   منتدى لغة الروح > لغة الفيزياء > الفيزياء الحديثة


كيف تم قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد الليجو ligo

كل ما يخص الفيزياء الحديثة


إضافة رد
 
أدوات الموضوع انواع عرض الموضوع
#1  
قديم 06-23-2018, 07:54 AM
آدم مصطفى غير متواجد حالياً
لوني المفضل Cadetblue
 رقم العضوية : 1205
 تاريخ التسجيل : Jun 2018
 فترة الأقامة : 2107 يوم
 أخر زيارة : 06-24-2018 (02:13 AM)
 المشاركات : 60 [ + ]
 التقييم : 10
 معدل التقييم : آدم مصطفى is on a distinguished road
بيانات اضافيه [ + ]
110297 Imgcache كيف تم قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد الليجو ligo



قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد


اندهش العالم منذ ٥٥ عاما مع اكتشاف اول ليزر في العام ١٩٦٠ والذي وضع اساسه النظري العالم اينشتين في ١٩١٧ وبعد مرور ٤٣ سنة توصل العلماء إلى اول شعاع ليزر. وها نحن اليوم نندهش مرة اخرى بعد مرور ١٠٠ عام لفرضية وضعها اينشتين وتحققت عمليا بتجربة عملية اجتاحت نتائجها ارجاء الكرة الارضية.

افترض العالم البرت اينشيتن في نظريته النسبية العامة بان اي جسم يمتلك كتلة يحدث تغيرا في شكل الزمكان وعند تسارع هذه الاجسام فانها تحدث اهتزازات في الزمكان تسمى بامواج الجاذبية gravitiational waves. ومن هنا فان اينشتين يفسر الجاذبية بشكل مختلف تماما عن ما توصل له العالم نيوتن وان الجاذبية اصلها الكتلة الا ان اينشيتن اخذ منحى اخر وقال في نظريته ان كتلة الجسم تحدث تغير في نسيج الزمكان وتغير نسيج الزمكان يتسبب في حركة هذه الكتل.


منذ يومين في الحادي عشر من فبراير من العام ٢٠١٦ تمكن العلماء اخيرا من التحقق من صحة هذه النظرية التي كانت على المحك وكانت التجربة غاية في الاهمية والدقة لانها كانت ستؤدي في إلى نتائج مبهرة سواء اثبتت صحة النظرية النسبية او عدمها الا ان التجربة جاءت لتؤكد وجود امواج الجاذبية وان النظرية النسبية العامة صحيحة. هذا اعطى النظرية النسبية وصاحبها بعدا جديدا انه بعد مرور ١٠٠ عام من فرضيته يتمكن العلماء من اثبات صحتها.

الحدث في حد ذاته كبيرا وربما يعتبر الاكثر اهمية في القرن الواحد والعشرين وقد تناولته كافة وسائل الاعلام الغربية والعربية لتغطي جوانب عديدة حول موضوع امواج الجاذبية والحدث العلمي الكبير.

لعل الجميع يتسائل في استغراب لماذا تطلب الامر ١٠٠ عام للتحقق من صحة النظرية؟ وما هي هذه التجربة؟ وكيف تعمل؟ وما هي فائدة امواج الجاذبية؟ ولماذا كل هذه الضجة حول هذا الحدث. من هنا سوف اقوم بعرض سلسلة من المقالات لتجيب على كل استفسار بشكل مبسط وسابدأ في توضيح تجربة رصد موجة الجاذبية.

ساحوال في هذا الموضوع ان اوضح بشكل مبسط وسهل الاجابة على هذه الاسئلة والاستفسارات بعيد عن الدخول في مفاهيم النظرية النسبية واسسها ومفاهيمها.

مقدمة
تعمل امواج الجاذبية على تغير المسافات بين الجسيمات التي تتحرك بحرية في مسارات دائرية في الفراغ الفسيح. يوضح الشكل ادناه موجة تتحرك عموديا بالنسبة لمستوى الشاشة في اتجاهك. الحركة التي نشاهدها في الشكل مكبرة للتوضيح حيث انه في الواقع تتسبب امواج الجاذبية في حدوث فرق طفيف في المسافات الشاهقة لا تتعدى جزء من قطر ذرة الهيدروجين للمسافة بين الأرض والشمس.

قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد


اذا للاستدلال على وجود امواج الجاذبية يجب ان نصمم تجربة ترصد بدقة هذه التغيرات الدقيقة في المسافات الكونية! بالتأكيد انه لامر غاية في الخطورة والدقة الا ان الفيزياء لا تعرف المستحيل.

كيف يمكن رصد تغير دقيقا إلى هذا الحد؟
تخيل لو انك قمت باستبدال النقطة السوداء في منتصف الشكل السابق بكاشف واستبدلت النقطة الحمراء على اقصى اليمين بمصدر ليزر. الان سوف ترى نبضات من الضوء تخرج من مصدر الليزر في اتجاه الكاشف، والشكل ادناه يوضح كيف سوف تنطلق نبضات الليزر في اتجاه الكاشف في غياب اي امواج جاذبية.

في كل مرة تصل فيها نبضات الليزر الكاشف يعطي ضوء اصفر اللون. ترسل النبضات بشلك منتظم وبتتحرك بنفس السرعة وبالتالي فهي تصل إلى الكاشف خلال فترات زمنية متساوية.


قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد

الان اذا تخيلنا مرور موجة جاذبية خلال هذا النظام وسوف نفترض انها قادمة من الشاشة في اتجاهك. ماذا سوف يحدث؟ سوف تتسبب موجة الجاذبية في تغير المسافات. لنفترض ان الكاشف يبقى ثابتا مكانه وان التغير في المسافة سوف يحدث للمصدر الضوئي فقط. ان هذا سوف يجعل المسافة بين النبضات تتغير وكذلك المسافة بين الكاشف والمصدر الضوئي سوف تتغير ايضا كما هو موضح في الشكل ادناه وكل هذه التغيرات تحدث بسبب موجة الجاذبية.

نلاحظ ان ومضات الضوء الاصفر لم تعد منتظمة حيث انها في بعض الاحيان تنبض بسرعة وفي احيان اخرى تكون ابطأ قليلا. هذا هو بسبب امواج الجاذبية وهذا ما كان يطمح العلماء في رصده للتحقق من موجة الجاذبية.


قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد

هذا هو توضيح لفكرة التجربة التي اجريت لرصد موجة الجاذبية في مرصد الـ ligo ولمعرفة تفاصيل التجربة وكيف اجريت تابع في الجزء التالي

التجهيزات العلمية لتجربة مرصد الليجو LIGO
مرصد ليجو ligo هو اختصار لـ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory والتي تعني مرصد موجة الجاذبية باستخدام تداخل الليزر. وتتكون التجربة من مرآتين ومستقبل او كاشف ضوئي مع استخدام موزع ضوئي beamsplitter للحصول على شعاعين ضوء من مصدر واحد (ربما تتذكر تجربة ميكلسون مرولي للتداخل وكيف ان نتائجها ادت إلى اثبات عدم وجود الاثير).

[عزيزى الزائر لايمكنك مشاهده الروابط الا بعد التسجيلللتسجيل اضغط هنا]

ينطلق ضوء الليزر إلى الكاشف من مصدر الليزر LS مرورا في الموزع الضوئي B والذي يقوم بارسال نصف الضوء إلى المرآة M1 والنصف الاخر إلى المرآة M2. ينعكس الضوء الساقط على المرآتين ويعود إلى الموزع الضوئي B. لذا فان الضوء القادم من المرآة M1 أو المرآة M2 ينقسم مرة أخرى حيث يتجه نصفه إلى الكاشف LD والنصف الاخر يعود إلى المصدر الضوئي LS. ولتبسيط التجربة سوف نهمل نصف الضوء العائد إلى المصدر الضوئي، بحيث ان الضوء الذي يصل إلى الموزع الضوئي B من المرآتين M1 أو M2 يتجه نحو الكاشف LD.

تعرف هذه التجهيزات في الفيزياء باسم مقياس ميكلسون للتداخل Michelson Interferometer وسوف نوضح الان لماذا هذه التجهيزات مناسبة لقياس ورصد امواج الجاذبية.

نبضات ضوء الليزر في كاشف موجة الجاذبية
الشكل التالي يوضح التجهيزات العملية عندما ننظر إليها من الأعلى.

قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد


تبدأ التجربة بانبعاث نبضات ضوء الليزر وللتوضيح اكثر سوف نجعل نبضات ضوئية باللون الاحمر تمثل الضوء الذي ينبعث في اتجاه الذراع الافقي للتجربة وباللون الاخضر للضوء المنبعث في اتجاه الذراع الرأسي للتجربة.

قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد

تبدأ نبضات الليزر رحلتها من مصدر الليزر إلى اليسار وتصل إلى الموزع الضوئي. يرسل الموزع الضوئي نبضات الليزر الخضراء إلى الأعلى ويسمح الموزع الضوئي للنبضات باللون الاحمر من المرور في اتجاه المرآة إلى اليمين. تعود نبضات الليزر باللونين الاخضر والاحمر إلى الموزع الضوئي بعد انعكاسها عن المرآتين. يتم توجيه النبضات المنعكسة إلى الكاشف الضوئي في الاسفل.

في هذه التجربة كان الذراع الافقي اطول قليلا من الذراع الرأسي. لذا فان نبضات الليزر الحمراء تقطع مسافة اطول قليلا. لهذا فهي تصل إلى الكاشف الضوئي متأخرة قليلا ونشاهد في الشكل اعلاه تتابع وصول النبضات الخضراء والحمراء بمسافات متساوية بينهما. هذا الامر مهم وسنكتشف ذلك بعد قليل.



في الشكل التالي شريط تسجيل لزمن وصول النبضات الحمراء والخضراء إلى الكاشف الضوئي. لاحظ المسافات المتساوية بين النبضات الخضراء والحمراء.

قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد

لنحضر الان موجة الجاذبية إلى التجربة!
لنفترض موجة جاذبية تنتشر من الشاشة في اتجاهك ماذا ستكون النتيجة:

قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد

تحدث موجة الجاذبية تغير في المسافة بين المرآتين M1 وM2 بالنسبة للموزع الضوئي B (على افتراض ان المسافة بين الموزع الضوئي ومصدر الضوء لا تتغير وذلك لتبسيط التجربة).



انظر كيف اصبحت النبضات الضوئية تصل إلى الكاشف، في بعض الاحيان تكون المسافات بين النبضات الحمراء والخضراء متساوية تقريبا وفي بعض الاحيان تكون قريبة من بعضها البعض. ان هذا التغير يحدث بسبب موجة الجاذبية.

وهنا نشاهد شريط لتسجيل وصول النبضات الحمراء والخضراء إلى الكاشف الضوئي.



قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد


لاحظ ان تعاقب النبضات الضوئية الحمراء والخضراء اصبحت مختلفة عن حالة عدم وجود موجة جاذبية. بهذا تستطيع عزيزي القارئ ان تدرك ان رصد هذا النمط من توارد النبضات الضوئي يعني وجود موجة جاذبية وان فرضية اينشيتن صحيحة.
مرصد ليجو ligo وماذا فعل؟
لعلك تتسأل عزيزي القارئ لماذا تم تسمية مرصد ليجو بمرصد تداخل موجة الجاذبية؟ لتوضيح الامر دعنا نفكر اكثر في طبيعة الامواج بشكل اعمق قليلا. ان مرصد ليجو ligo يعتمد على الخواص الموجية للضوء لقياس التغيرات في معدل وصول نبضات الضوء التي شرحناها اعلاه.
ان للضوء سلوك موجي في انتشاره في الفضاء حيث يتغير مجاله الكهربي والمغناطيسي من قيمة عظمى إلى قيمة دنيا بدالة جيبية وبالتالي فان النبضات الضوئية الحمراء والخضراء ما هي الا موجة ضوء واحدة (لانها قادمة من نفس المصدر الضوئي وتم فقط فصلها لموجتين باستخدام الفاصل الضوئي) وعندما تتقابل النبضات الضوئي الحمراء والخضراء في مسار واحد من الفاصل الضوئي إلى الكاشف الضوئي في الاسفل فانهما تتداخلان مع بعضهما البعض وما نسجله هو اهداب التداخل.
الان تخيل موجة الضوء الاحمر وموجة الضوء الاخضر عبارة عن موجة جيبية كما في الشكل ادناه وعندما تتراكب هاتين الموجتين معا في توافق تام بين القمم والقيعان للموجتين فانه يتنتج عنهما موجة كبيرة وهذا ما نسميه بالتراكب البناء constructive intervernce.


قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد

اما اذا كان تراكب الموجتين حدث عند تقابل قمة الموجة الحمراء مع قاع الموجة الخضراء كما في الشكل ادناه فان المحصلة هي اختفاء الموجة وهذا ما نسميه التراكب الهدام distructive interference.

قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد

والوصف الاخير للتراكب الهدام هو ما يحدث تماما في حالة غياب موجة الجاذبية حيث ان المسافات بين النبضات الحمراء والخضراء متساوية تماما وبالتالي يتم ضبط المرآتين بدقة عالية حتى نجعل قمة موجة تتقابل مع قاع الموجة الاخرى تلاشي الموجتين بعضهما البعض وعندها لا يرصد الكاشف الضوئي اي شيء ولا يعطي اي اشارة.



اما عندما تمر موجة الجاذبية على المرصد (التجربة) فانها تحدث تغير في احد المرآتين ويتغير عندها موضع القمة والقاع للموجيتن بشكل دوري مما ينتج عنها اشارة (موضحة باللون الازرق في الشكل ادناه) وذلك نتيجة تراكب موجتي النبضات الضوئية الحمراء والخضراء.



قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد

وهذا بالفعل ما تمكن العلماء من تسجيله في يوم اكتشاف موجة الجاذبية يوم الخميس في ١١ فبراير ٢٠١٦.

التجربة الفعلية التي اجريت في مرصد ليجو ligo اعقد بالف مرة
بالفعل فالتجربة الفعلية اكثر بالف مرة تعقيدا مما شرحته اعلاه ولكن الفكرة تبقى هي الاعتماد على مقياس ميكلسون للتداخل. ولنلقي بعض الضوء على مرصد ليجو فهو مرصد مكون من مرصدين أرضيين أحدهما في هانفورد بولاية واشنطن، والآخر في ليفينغستون بولاية لويزيانا. وتبلغ طول الذراع وهي المسافة بين الفاصل الضوئي والمرآة ٤ كيلومتر. والتعقديات العملية تشتمل كيف يمكن تعليق المرآتين بطريقة يمكن لهما ان تتأثران بموجة الجاذبية كما لو انها جسيمات حرة الحركة في الفضاء؟ وكيف يمكن عزل المرصد الهائل عن الاهتزازات الارضية الناجمة عن حركة القطارات والسيارات؟ لهذا فاننا نتخيل ان المرصد عبارة عن الة معقدة جدا موزدة مئات دوائر التحكم ويحتوي على اكثر جهاز ليزر استقرارا في العالم.. الا انني حاولت ان ابسط الموضوع للقارئ العادي ولمن رغب في المزيد انصح بهذه المواقع.

صورة لداخل مرصد الليجو LIGO
قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد


قياس امواج الجاذبية بواسطة مرصد



المصدر : موقع الفيزياء التعليمي

ساعد في نشر والارتقاء بنا عبر مشاركة رأيك في الفيس بوك



كلمات البحث

العاب ، برامج ، سيارات ، هاكات ، استايلات








رد مع اقتباس
إضافة رد

مواقع النشر (المفضلة)

الكلمات الدلالية (Tags)
لرصد, الليجو, الجاذبية, امواج, بواسطة, ligo, قياس

أدوات الموضوع
انواع عرض الموضوع

تعليمات المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا تستطيع إرفاق ملفات
لا تستطيع تعديل مشاركاتك

BB code is متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

الانتقال السريع

Facebook Comments by: ABDU_GO - شركة الإبداع الرقمية

Bookmark and Share


الساعة الآن 12:42 PM.

أقسام المنتدى

لغة الفيزياء | الفيزياء العامة | الفيزياء الحديثة | الفيزياء النووية | المحاضرات عن بعد | تكنو فيز | الوسائط التعليمية | الفيديو العلمي | طرق وأساليب التدريس | الأجهزة التعليمية | البرامج والمواد التعليمية | فيزياء المرحلة الثانوية (نظام المقررات ) | الترجمة | الأخبار العلمية والتكنولوجيا | لغة الأدب | الأدب العربي | الأدب النبطي | لغتنا العربية | الركن الهادئ | لغة الذات | دورات وقراءات | الميديا التنموية | الروحانيات | اسأل طبيبك | استراحة المنتدى | لقاء العائلة | شاركنا أخبارك | التعارف والترحيب بين الأعضاء | منتدى الإدارة | القرارات الإدارية | تواصل مع الإدارة | منتدى الاقتراحات والملاحظات | ريشة فنان | منتدى المواضيع المحذوفة والمكررة | الفيزياء الطبية | مسار محاضرات الفيزياء | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الأول (1و2و3) | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الثاني (4و5و6) |



Powered by vbulletin
Copyright ©2000 - 2024.


HêĽм √ 3.1 BY: ! ωαнαм ! © 2010

أن المنتدى غير مسئول عما يطرح فيه أفكار وهي تعبر عن آراء كاتبها

This Forum used Arshfny Mod by islam servant

هذا الموقع يستعمل منتجات MARCO1

جميع الحقوق محفوظة لموقع لغة الروح |تصميم المتحدة لخدمات الانترنت