ברוב המקרים, איתור השפעות כוח הכבידה אינו קשה כל כך. צוללנים זורמים לעבר האדמה ברגע שהם יוצאים ממטוס, ובזכות טלסקופי חלל, ניתן לראות אור מתעוות לטבעות מדהימות על ידי קבוצות גלקסיות מסיביות. אך קשה במיוחד לזהות גלי כבידה, אדוות בזמן המרחב המופעלות על ידי אירוע קוסמי רב עוצמה.
תוכן קשור
- הפינוקים המרחביים האלה כוללים פרצוף סמיילי גלקטי ושושנה בין כוכבים
- לא, עדיין לא גילינו גלי כבידה
מרבית הניסיונות עד כה חיפשו את הדרך בה אדוות חלל-זמן צפויות להשפיע על אור וחומר. כעת מדענים בארה"ב וישראל חושבים שנוכל למצוא את הגלים במהירות ובזול יותר אם נחפש את השפעותיהם על הזמן במקום על המרחב.
המצוד אחר גלי הכבידה נמשך מאז 1916, אז אלברט איינשטיין חזה שהם צריכים להתקיים כחלק מתורת היחסות הכללית שלו. הוא טען כי המרחב-זמן הוא כמו בד, ומה שאנו חשים ככוח המשיכה הוא עקמומיות באותו בד הנגרם על ידי חפצים מאסיביים. כמו כדור באולינג התלוי בשמיכה, למשל, כדור הארץ האדיר שלנו מתעגל סביב שטח המרחב-זמן.
התיאוריה מציעה גם שכאשר חפצים מאסיביים מאוד כמו חורים שחורים יתמזגו, הפיצוץ הכבידתי ישלח אדוות המתפשטות החוצה דרך חלל-זמן. איתורם לא רק ימשיך לאמת את התיאוריה של איינשטיין, זה יפתח חלון חדש ביקום, מכיוון שמדענים יכולים להשתמש בגלי כבידה כדי לחקור אירועים בלתי נראים אחרת ברחבי הקוסמוס. אולם ההוכחה לגלי הכבידה הייתה חמקמקה, בחלקה הגדול מכיוון שהגלים הולכים ונחלשים ככל שהם נוסעים, ומקורות גלי כבידה רבים נמצאים בקצה היקום, במרחק מיליארדי שנות אור.
בשנה שעברה טען ניסוי בשם BICEP2 כי זיהה את האותות הקלושים הקשורים לסוג של גל כבידה קדום, שנוצר על ידי התפרצות פתאומית של גידול ביקום המוקדם. אולם הטענה הייתה מוקדמת, מכיוון שהניתוחים המאוחרים יותר הפחיתו את הביטחון שצוות BICEP2 ראה יותר מאשר סחרור אבק בנתיב החלב.
מצפה הכוכבים eLISA המתוכנן של סוכנות החלל, אשר אמור להיות משוגר בשנת 2034, נועד לגלות סוג אחר של גל: גלי כבידה של מילי-הרץ, או בתדר נמוך, הנוצרים בעקבות מיזוג זוגות חור שחור-מסיבי. מדענים גילו חורים שחורים סופר-מסיביים במרכזם של הרבה גלקסיות גדולות, כולל שלנו. צמצום של שתי גלקסיות כאלה צפוי לפלוט גלי כבידה שיכולים להתפשט ברחבי היקום. כדי למצוא אותם, eLISA תשתמש בלייזרים כדי למדוד שינויים זעירים במרווח של צי חלליות שצריכים לקרות כאשר גל כבידה עובר ליד.
במאמר חדש ציין אבי לוב במרכז לאסטרופיזיקה של הרווארד-סמיתסוניאן ודני מעוז באוניברסיטת תל-אביב כי ההתקדמות האחרונה במימוש הזמן עשויה לאפשר לשעונים אטומיים לגלות גלי כבידה מהירים וזולים יותר מ- eLISA. הם מתווים הצעה למערך שעונים אטומיים המוצבים בנקודות שונות סביב השמש שיכולים לאתר תופעה המכונה התרחבות זמן, כאשר השפעות כבידה יכולות לגרום להאטה של הזמן.
בדומה ל- eLISA, גם התוכנית שלהם דורשת טיסות חלליות בהיווצרות ותקשורת באמצעות לייזרים. אך במקום להעביר מידע על שינויים למרחק, הלייזרים יעקבו אחר אי-התאמות זעירות בזמני הזמן בין שעוני אטום מסונכרנים המותקנים על סיפון החללית.
השינויים הזמניים החזויים הם זעירים: "אנחנו מדברים על חלק אחד במיליון טריליון בדייקנות העיתוי", אומר לוב. "כדי לגלות סוג כזה של שינוי, אתה זקוק לשעון שלא ירוויח ולא יפסיד רק עשירית השנייה אפילו אם הוא יפעל במשך 4.5 מיליארד שנים, או את כל תקופת כדור הארץ."
עד לא מזמן, דיוק מסוג זה היה מעבר ליכולתם של שעונים אטומיים המשתמשים ביסוד הצזיום, המהווים את הבסיס לסטנדרט הבינלאומי הנוכחי של שעון הזמן. אולם בתחילת 2014 חשפו פיזיקאים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) שעון אטומי "סריג אופטי" ניסיוני שקבע שיא עולמי חדש לרמת דיוק ויציבות כאחד. שעונים אלו פועלים בתדרים אופטיים וכך מספקים דיוק רב יותר מאשר שעונים אטומיים של צזיום, המסתמכים על מיקרוגל כדי לשמור על זמן.
בתיאוריה, שעונים אטומיים אופטיים יכולים לספק את הדיוק הדרוש לגילוי משמרות הזמן הזעירות שנחזות מגלי הכבידה. לוב ומעוז טוענים כי העיצוב שלהם יהיה פשוט יותר וניתן היה להשיג אותו בעלות נמוכה יותר, מכיוון שהוא ידרוש לייזרים פחות חזקים מאשר eLISA. שעוני אטום בעלי דיוק נמוך כבר משתמשים בלווייני GPS, כך שלוב חושב שאפשר יהיה להעביר גם את הדור החדש של שעוני האטום לחלל.
שתי חלליות הניחות את המרחק הנכון זו מזו יכלו לחוש הן את הפסגה והן את השוקת של גל כבידה חולף. (Loeb et al., Arxiv.org) ההתקנה הטובה ביותר תהיה זוג שעונים אטומיים המותקנים בחללית תאומה החולקים את מסלול כדור הארץ סביב השמש. חללית ראשית תהיה גם במסלול לתיאום האותות המגיעים מהשעונים. יש להפריד בין מלאכה נושאת השעון בכ- 93 מיליון מיילים - בערך המרחק בין כדור הארץ לשמש, או יחידה אסטרונומית אחת (AU).
"זה צירוף מקרים נחמד, מכיוון שבמקרה של AU אחד שווה בערך לחצי אורך גל לגל [כבידה בתדר נמוך], כמו מהסוג שמדענים חושבים שממזג חורים שחורים סופר-מסיביים פולטים", אומר לוב. במילים אחרות, זה יהיה בדיוק המרחק הנכון לחוש הן את הפסגה והן את השוקת של גל הכבידה העובר במערכת השמש, כך שעונים אטומיים המוצבים בשתי נקודות אלה יחוו את ההשפעות הגדולות ביותר של התרחבות הזמן.
לעת עתה משימה כזו אינה נמצאת על ספסל עבודה או על הצעת תקציב של סוכנויות חלל. עם זאת, לוב מקווה שהרעיון יעורר מחקר מדוקדק יותר של חלופות eLISA. פרויקט eLISA "נהנה מעשרות עשורים של דיונים, ולכן עלינו לאפשר ללמוד עיצוב חלופי זה לפחות במשך כמה חודשים לפני שהוא מבטל אותו."
לואב מוסיף כי ישנם יישומים מעשיים רבים החל משעוני אטום מדויקים יותר בחלל, כמו דיוק GPS טוב יותר ותקשורת משופרת. הוא חושב ששעוני הסריג האופטי הראשונים יכולים להיות משיקים על ידי עסקים למטרות מסחריות, ולא על ידי סוכנויות ממשלתיות. "אם זה יקרה, כל מדע שנצא ממנו יהיה תוצר לוואי, " הוא אומר.
ג'ון יה, פיזיקאי מאוניברסיטת קולורדו ועמית NIST, אומר שההצעה של לוב ומעוז "פותחת חזית אינטלקטואלית חדשה" על השימוש בשעונים אטומיים אופטיים לבדיקת פיזיקה בסיסית, כולל חיפוש אחר גלי כבידה. "אני אופטימי לגבי שיפור נוסף של שעונים אופטיים והשימוש בסופו של דבר ביישומים כאלה, " אומר יה.
