הגלאי הגדול של NASA וסוכנות החלל האירופאית להוכחת גלי הכבידה של אינשטיין

שלושה רכבי חלל, מופרדים בחמישה מיליון קילומטר זה מזה יירו קרני לייזר זה אל זה על פני החלל הריק במטרה להוכיח האם תורה שהוצעה על ידי אלברט אינשטיין היא נכונה

מסלולה של מערכת ליזה סביב השמש. איור: NASA/JPL
מסלולה של מערכת ליזה סביב השמש. איור: NASA/JPL
הטלגראף הבריטי יצא בהודעה לפני כמה ימים: "שלושה רכבי חלל, מופרדים בחמישה מיליון קילומטר זה מזה יירו קרני לייזר זה אל זה על פני החלל הריק במטרה להוכיח האם תורה שהוצעה על ידי אלברט אינשטיין היא נכונה". לרגע הקורא עשוי לחשוב שעומדת לפרוץ מלחמת כוכבים חדשה. אולם הצצה באתר של סוכנות החלל האירופית מיד מפיגה חשש זה.

סוכנות החלל האירופאית אכן פרסמה הודעה על פרויקט בשם LISA . לא מדובר בבחורה יפהפה בעלת שם זה, אלא בשלושה גלאים מסונכרנים הנושאים את ראשי התיבות של "אנטנת חלל באמצעות אינטרפרומטרית לייזר". ליסה היא משימה פרי שיתוף הפעולה בין NASA לסוכנות החלל האירופאית (ESA/NASA). NASA תספק את שלושת רכבי החלל, את רכב השיגור, את האופרציות, את השימוש ברשת החלל העמוק ואלמנטים של המטע"ד. ואילו ESA תהיה אחראית למטע"ד כולו ולשלושת יחידות ההנעה.

מטרתה של ליסה הוא מצוד אחרי גלי הכבידה של אינשטיין. היא מורכבת משלושה גלאים שישייטו בקודקודים של מבנה של משולש שווה צלעות בעודם מקיפים את השמש. בכל גלאי מבין שלושת הגלאים יהיו מסות צפות. כל גלאי ירה קרני לייזר לגלאי האחר. קרני לייזר אלה ישמשו כדי למדוד שינויים קלים במרחקים בין כל מסה, שינויים הנגרמים עקב גלי כבידה חלשים. משימה זו תאפשר לפיסיקאים להוכיח את קיומם של גלי הכבידה, החלק האחרון בתורת היחסות הכללית שעדיין לא הוכח כנכון.

גלי כבידה

תורת היחסות הכללית של אינשטיין מנבאת שתנועות של מסות יוצרות ויברציות הנעות במרחב-זמן במהירות האור. גלי כבידה אלו נוצרים למכביר ביקום והם מתפשטים בחלל כולו. תורת היחסות של אינשטיין מנבאת, שבעת ההתנגשות בין עצמים גדולים, כמו חורים שחורים מאסיביים, אדוות אלה מתפשטות במרחב-זמן.

מדידת גלים אלה תוסיף נדבך חשוב ודרך חדשה לחקור את שמתרחש ביקום: במקום לחקור את ההתפשטות והחלקיקים והשדות הקונבנציונאליים במרחב-זמן, כפי שעשו מדענים עד כה, ליסה תחוש את האדוות והויברציות במרקם המרחב-זמן עצמו. חקירת צורת אנרגיה חדשה זו תעביר מידע עשיר וחדש אודות ההתנהגות, המבנה וגם ההיסטוריה של היקום. כמובן שמחקר זה יפתח אופקים חדשים עבור הפיסיקה עצמה. ההנחה היא שכאשר נוכל למדוד את גלי הכבידה ולצפות בהם באמצעי מדידה, הם יספקו כלי חדש, ייחודי ורב-עוצמה לחקר היקום. יהיה זה אמצעי מחקר למצבי קיצון המתרחשים ביקום, החל מהמפץ הגדול ועד לחורים שחורים.

יתכן כי גלי הכבידה אף יוכלו לסייע במענה על שאלות עמוקות ומטרידות העולות מהשקפתו של אינשטיין אודות היקום: מה מניע את המפץ הגדול? מה קורה למרחב ולזמן בתוככי החורים השחורים? ושאלה מטרידה במיוחד בשנים האחרונות, מהי אותה אנרגיה אפלה מסתורית המאיצה את התפשטות היקום?

למה חשוב למדוד גלי כבידה בשמים ולא בארץ

משימת ליסה תשאף לגלות, למדוד וגם לצפות בגלי הכבידה ממקורות אסטרונומיים כמו חורים שחורים מאסיביים ובייחוד מערכות כוכבים בינאריים גלקטיים בטווח תדירויות מאוד נמוכות. ליסה תהיה מורכבת משלושה רכבי חלל שיפעלו כאינטרפרומטר ענק בשמים בעל אורך זרוע של חמישה מיליון קילומטר. המישור שיתפרס על ידי שלושת רכבי החלל – משולש שווה צלעות – יהיה מורכב מאנטנת גלי כבידה מאוד גדולה. ולכן ליסה תהיה הגלאי הגדול ביותר שאי פעם נבנה.

לא ניתן להשיג גלאי ואנטנת גלי כבידה על כדור הארץ בעלי מרחק של חמישה מיליון קילומטר… ולכן טווח התדירויות הנמוכות, כלומר אורכי הגל הארוכים, של ליסה הוא בלתי נגיש עבור אינטרפרומטרים שממוקמים על הקרקע. אינטרפרומטרים על הקרקע הם מוגבלים באורך מבחינה פיסיקאלית עד לשני קילומטרים. דבר זה מגביל את טווח הכיסוי שלהם לתדירויות שכוללות אירועים כמו, קריסות ליבות של סופר נובות והתמזגויות של כוכבי ניטרונים בינאריים. בנוסף, על הקרקע בכדור הארץ ישנו רעש כבידתי מקומי, שנובע מאפקטים אטמוספריים ומפעילות סיסמית. בפס התדירויות הנמוך של ליסה, היא תגלה סיגנלים ממקורות אסטרונומיים רבים שהם בלתי נגישים לגלאים על כדור הארץ.

כיצד פועלת ליסה

ליסה מכילה שני אלמנטים לגילוי ומדידת גלי הכבידה:

  1. מסות צפות ללא הפרעה בכל אחד משלושת רכבי החלל: ההפרעות למסות צריכות להיות מספיק קטנות. אחרת התנועות המתקבלות תהיינה יותר גדולות מהשינויים הנראים בגלי הכבידה שאותם רוצים לגלות. המסות מוגנות מהפרעות על ידי זה שהן בנפילה חופשית, כאשר יש מכשור מסביבן שעוקב כל הזמן אחר הנפילה החופשית שלהן. ישנה מערכת שמונעת מרכב החלל מלהפעיל כוחות והפרעות על המסות בנפילה חופשית.
  2. מערכת לייזר למדידת המרחק: מערכת מדידת המרחק היא מערכת לייזר אינטרפרומטרית. בקצה של כל זרוע-רכב חלל מבין השלושה פועל באופן "משיב" לייזר. רכב חלל אחד יירה קרן לייזר לרכב השני המצוי במרחק ממנו. הלייזר ברכב החלל השני המרוחק יהיה נעול פאזה על הקרן הנכנסת מהרכב הראשון. רכב החלל השני ישיב לרכב החלל הראשון קרן לייזר בעוצמה רבה ובאותה הפאזה. כאשר קרן זו חוזרת לרכב החלל המקורי, היא פוגעת בלייזר המקומי. וכך שלושת רכבי החלל יחליפו ביניהם קרני לייזר. בסופו של דבר אחרי כל סיבוב משווים את פגיעות הלייזרים ברכבי החלל השונים. קרני לייזר אלה ישמשו כדי למדוד שינויים במרחקים בין כל מסה צפה, שינויים הנגרמים עקב גלי כבידה חלשים.

קונסטלציית שלושת רכבי החלל תסובב את השמש במסלול של שנה. במהלך סיבוב זה ישנה הסחת דופלר של גלי הכבידה הנצפים כתוצאה מהתנועה המסלולית. בנוסף, תבנית האנטנה הלא איזוטרופית של הגלאים גורמת לאפנון אמפליטודה של גלי הכבידה. זה מאפשר קביעה של כיוון המקור ואימות של כמה מהמאפיינים שלו. למשל, ניתן להסיק את כיוון המקור והאם הסיגנל הוא מחזורי ומהו יחס הסיגנל לרעש, האם הוא גדול. ניתן יהיה לקבוע את המיקום המדויק ממנו מגיע גל הכבידה בדיוק של עד דקת קשת בהתאם לעוצמת המקור.

המדע שעומד מאחורי ליסה סוכם ב-2007 בהערכה של NASA בתוכניתה "התוכנית של NASA מעבר לאינשטיין: ארכיטקטורה ליישום – ספטמבר 2007". נכתב בתוכנית: "מנימוקים מדעיים טהורים לגמרי ליסה היא המשימה המבטיחה ביותר והכי פחות מסוכנת מבחינה מדעית. אפילו תוך הנחות פסימיסטיות אודות אחוזי האירועים, עליה לספק בדיקות נחרצות ונקיות אודות תורת היחסות הכללית בתחום הדינמי של השדה החזק ולהיות מסוגלת לבצע מיפויים מפורטים של המרחב זמן בסמוך לחורים שחורים. לכן, הועדה מעניקה לליסה את הדירוג המדעי הגבוה ביותר".

ישנם חמישה סוגי מקורות לגלי כבידה שאותם מצפים לגלות באמצעות ליסה בפס התדירות בו לליסה תהיה רגישות שימושית, מ-0.1 ועד למאה מגה הרץ. אלה הם: חורים שחורים מאסיביים מתאחדים וחורים שחורים מאסיביים שאינם מסתובבים (בגדלים של 103 עד 107 מסות שמש), גופים קומפקטיים בעלי מסה בגודל של כוכב. אלה מסתובבים אל תוך חורים שחורים סופר-מאסיביים בגרעינים גלקטיים, מערכות בינאריות של עצמים קומפקטיים ואולי התפרצויות רקע ממקורות קוסמולוגיים ואו אסטרופיסיקאליים.

המדענים כבר התחילו לבנות את המכשירים עבור ליסה, אבל מערכת ליסה לא תשוגר לפני 2020.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

34 תגובות

  1. מסכים עם א. בן נר מתגובה 20 שכדאי שיהיו ארבעה גלאים ולא שלושה. בארבעה גלאים יווצרו ארבעה משולשים ולא אחד. התופעה תמדד בארבעה משולשים. יקל לדייק למקומו במרחב שלמקור הגלים.העלות הנוספת היא עוד שליש ותתקבל כמות מידע של פי ארבעה עם אפשרות לאימות התופעה. שימו לב שגם אם יש קריאה אקראית באחד הגלאים שלא נובעת מגל גרביטציה תמיד יהיה משולש גלאים (ממול הגלאי הסוטה) שיוכיח שזו קריאה סתמית כי קריאה לא תופיע אצלו.
    אז האנונימי מתגובה 21 יכול לצחוק ולהעליב כמה שהוא רוצה אבל הוא העלוב.
    שבוע טוב
    סבדרמיש יהודה

  2. א. זהו ניבוי ברור של תורת היחסות.

    ב. שמע, ההנחה כי קיימים דברים כאלו גלי גרוויטציה מבוססת על תורת היחסות והיא מנבאת כאמור שמהירותם תהה בדיוק מהירות האור – אם יתגלה שהם קיימים אך מהירותם שונה ממהירות האור זה יהיה מפתיע ומוזר מאד – למעשה זה יגיד כי תורת היחסות שגויה ותיאוריה אחרת היא הנכונה ובמקרה יוצרת בדיוק את אותה תופעה שמנבאת תורת היחסות. אינני יודע לומר לך עד כמה זה אפשרי כיוון שלא קיימת תיאוריה שמסבירה כל מה שתורת היחסות מסבירה ובכל זאת מנבאת קרינה גרוויטציונית במהירות שונה ממהירות האור – אם הייתי מסוגל לחשוב על תיאוריה כזו הייתי שולח אותה לירחון מדעי חשוב לפני שהייתי מציג אותה בפניך 🙂 .

  3. לצבי
    א]. האם תחזית מהירות גלי הגרוויטציה כמהירות האור היא מסקנה של תורת היחסות או הנחה ?
    ב]. האם לא אפשרי כי התחזית לגבי עצם קיומם של גלי הגרוויטציה תתממש אך מהירותם, כשתימדד,
    תהיה שונה ממהירות האור ?

    תשובתך (מס'-27) מנוסחת כתכתיב אך לצערי באופן שלא גרם לי להבין יותר טוב את הרעיון.
    אני מודה שגם פיזיקאים אחרים אתם שוחחתי בנושא,(ביניהם גם בני) ניסחו את תשובתם בדומה לך,
    בהסתמכות מוחלטת על תורת היחסות אך בהתעלמות מהאפשרות כי תוצאות המדידה עשויות להיות
    שונות.

  4. לצבי
    בתגובתך מס'-6, שללת "מני ובי" את הצעתו של דניאל כי אפשר שמהירות
    גלי הגרוויטציה גדולה ממהירות האור.
    אני מציע לא לנקוט עמדה כה פסקנית לגבי תופעה שטרם נמדדה.
    אם וכאשר ימדדו גלי גרוויטציה, תימדד גם מהירותם. התוצאה
    עשויה להיות מפתיעה, כמו תגליות רבות בתולדות המדע.
    האם גלי גרוויטציה הנם גלים אלקטרו-מגנטיים ?
    האם התשובה לשאלה זו נהירה ומוחלטת למדע ?
    אולי רק מדידת מהירותם תעזור במתן התשובה לשאלה זו ?
    הלא אם גלי הגרוויטציה הם לא גלים המתפשטים במרחב כמו גלים
    א.מ. אלא, גלים של המרחב עצמו, מאין גלי צפיפות של המרחב,
    (באנאלוגיה פשטנית לגלי קול בתווך גזי), אזי אין מניעה תאורטית כי
    מהירותם תעלה על מהירות האור.
    זאת אולי אף הסיבה לקושי הטכני בגילויים ומדידתם.
    אשמח לקרוא תגובות לדברי. תודה

  5. מר אנונימי,

    פסקנותי נובעת פשוט מהעובדה שע"פ תורת היחסות הכללית אין ספק כי גלים גרוויטציוניים יתפשטו במהירות האור בדיוק – מאחר ותורת היחסות היא המקור לרעיון הגלים הגרוויטציוניים ואם היא שוגה הרי שאין כל סיבה לחשוב שיש גלים כאלה, נכון גם לחשוב שאם הם קיימים הם כנראה יתנהגו לפי התיאוריה המנבאת אותם.

    לשאר שאלותיך:
    האם גלי גרוויטציה הנם גלים אלקטרו-מגנטיים ? – לא, הם גלי כבידה כלומר אין הם הפרעות בשדה האלקטרומגנטי אלא במשהו אחר (המטריקה).

    האם התשובה לשאלה זו נהירה ומוחלטת למדע ? – כן!

    אולי רק מדידת מהירותם תעזור במתן התשובה לשאלה זו ? – לא רלוונטי!

    על המשך דבריך קשה לי מאד להגיב כי הם מעידים על אי הבנה בסיסית לגבי מהם גלי גרביטציה – הבנה שנובעת מחוסר ידע שלך ולא מחוסר ידע בעולם המדעי – גלים אלו הם ניבוי תיאורטי ולכן תכונותיהם (במידה ואכן קיימים) ידועות – בכלל זה המהירות (מהירות האור), אופי ההפרעה (הפרעה במטריקה) וכיוב'

  6. לכל ידידי הידענים
    בד"כ אני מזדהה בשמי א.בן-נר כשאני מגיב מהמחשב שלי.
    את התגובה הקודמת (מס'-25) כתבתי מהמחשב בלובי הכניסה של בניין שנקר
    (פיסיקה) באונ' ת"א. והנה ראיתי שמחשב זה מזדהה בשם :
    "מאת משתמש אנונימי(לא מזוהה)". אפשר אם כן כי בשם זה מגיבים מספר רב
    של "ידענים", מהם כאלו ומהם אחרים. נא להתייחס בהתאם בהמשך. א.בן-נר.

  7. לצבי
    בתגובתך מס'-6, שללת "מני ובי" את הצעתו של דניאל כי אפשר שמהירות
    גלי הגרוויטציה גדולה ממהירות האור.
    אני מציע לא לנקוט עמדה כה פסקנית לגבי תופעה שטרם נמדדה.
    אם וכאשר ימדדו גלי גרוויטציה, תימדד גם מהירותם. התוצאה
    עשויה להיות מפתיעה, כמו תגליות רבות בתולדות המדע.
    האם גלי גרוויטציה הנם גלים אלקטרו-מגנטיים ?
    האם התשובה לשאלה זו נהירה ומוחלטת למדע ?
    אולי רק מדידת מהירותם תעזור במתן התשובה לשאלה זו ?
    הלא אם גלי הגרוויטציה הם לא גלים המתפשטים במרחב כמו גלים
    א.מ. אלא, גלים של המרחב עצמו, מאין גלי צפיפות של המרחב,
    (באנאלוגיה פשטנית לגלי קול בתווך גזי), אזי אין מניעה תאורטית כי
    מהירותם תעלה על מהירות האור.
    זאת אולי אף הסיבה לקושי הטכני בגילויים ומדידתם.
    אשמח לקרוא תגובות לדברי. תודה.

  8. שאלון
    אני חושש שעשית סלט של כמה נושאים ולכן אני מתקשה לענות לך.
    בינתיים עוד לא ראינו קרינה גרוויטציונית ולכן אין מה לדבר על עידוש גרוויטציוני שלה – תופעה כזו אולי קיימת אך אני לא מכיר איזשהו דיון אודותיה.
    קרינה גרוויטציונית כפי שמתוארת בכתבה שונה בתכלית מעידוש גרוויטציוני שהוא תופעה אופטית ויודעים לחשב טוב מאד מה קורה כאשר מקור האור עובר לא ממש מאחורי העדשה – למעשה מה שיקרה הוא הגברה לא אינסופית של עוצמת האור (כפי שהיה קורה לו המקור היה עובר ממש מאחורי העדשה).

  9. 21 – אהבתי מאוד את תגובתך. רק שלא פירטת האם מדובר בפסנתר כנף – או ביתי? אנא פרט.

  10. שאלת תם :

    אם אנו צופים בעידוש כבידתי כאשר מקור האור אינו נמצא בקו ישר
    מאחורי המרכזו של הגוף המעקם (ואנו הצופים), האם זה אומר שהאור הנצפה סביב אותו הגוף יגיע אלינו במופעים שונים כמו באינטרפורומטר ענק ?
    ואם זה ייתכן האם אפשר להבין משהו על גלי הכבידה הגורמים לעידוש ?

    תודה.

  11. א. בן נר, אתה טועה בגדול. צריך לכלול לא 4 קודקודים אלא 58.3 כפול פסנתר.
    והיתי ממליץ לך גם לחפש שם חיים אם בכדור הארץ אין לך.

  12. שאלת תם
    נראה לי כי הניסוי צריך לכלול 4 קודקודים ולא רק 3. בכדי לקבל רגישות אחידה לכל
    מקורבמרחב. הלא כן ?

  13. אהוד,

    עד כמה שאני מבין מיכאל צודק לגבי הסיבה למיקומם של שלושה גלאים:

    יתר על כן:
    קרינה גרוויטציונית אינה מקבילה לקרינת דיפול אלקטרומגנטית – אלא דווקא לקרינת קוודרופול וזאת מסיבה פשוטה מאד:
    נקודת הייחוס הרלוונטית במקרה של מסות הוא מרכז המסה, תחת הגדרה זו כיוון שאין מטען גרוויטציוני שלילי הרי שבהכרח לא יהיה לעולם דיפול גרוויטציוני והמומנט הגבוה ביותר יהיה מומנט הקוודרופול (גורם נוסף להנחתה בעוצמתה). שים לב שקביעת מערכת הקורדינטות ע"פ מערכת מרכז המסה הינה הקביעה הטבעית ע"פ חוק שימור התנע שמשמעותו אדירה (אני מניח שאתה יודע כי הוא נובע למעשה מסימטריה של העולם להזזות).
    דרך אגב, מקור של קרינה גרוויטציונית חייב שלא להיות ספרי (ע"פ מפט שנקרא משפט בירכוף)

    הדבר עונה גם על שאלתך בקשר לפולסר הבינארי וגם בקשר לאי ייתכנותו של חלקיק מואץ קורן (כפי שציין מיכאל) – אגב, אינני יודע להסביר אינטואיטיבית (אולי אספיק לעבור על מחברות הקורס שוב הערב ולנסות למצוא הסבר לכך) מדוע אך עוצמת הקרינה במקרה של זוג בינארי אינה הולכת כמו הנגזרת השנייה של מומנט האנרציה (המקבילה לתאוצה) אלא כמו הנגזרת השלישית.

    ספקטרום הקרינה הגרוויטציונית נקבע ע"פ טיבעו של המקור האסטרופיסיקלי ואני חושב שבבוא היום לכשיתגלו גלי כבידה יסתבר כי קיימות אי וודאויות רבות לגבי פרשנותם של גלי הכבידה והספקטרום שלהם.

    לבסוף, באשר לגבול הניוטוני – לא שמעתי מעולם על קירוב ניוטוני של קרינה גרוויטציונית – למעשה הקרינה הגרוויטציונית היא בעצמה קירוב ליניארי (סדר ראשון) של משוואות לא ליניאריות. תחת קירוב סדר 0 (שהוא לדעתי המקביל לגבול הניוטוני) מקבלים מצב בו לא קיימים גלי כבידה כלל כיוון שמטריקה פשוט שטוחה.

  14. אהוד:
    אינני יודע לענות על כל שאלותיך אבל אנסה לענות לחלק (כדאי שגם צבי ייכנס לרשת בנקודה זו):

    שלשת הלוויינים נחוצים כדי לקבוע את כיוון מקור הקרינה (וכתוב שזה מה שמתכוונים לעשות).

    גם גוף יחיד שמואץ יוצר גלי כבידה אבל איזה סיבה יכולה להיות לתאוצתו אם לא קיומו של גוף אחר?
    צריך לזכור שכדי שגלי הכבידה יהיו חזקים גם התאוצות תהיינה חזקות ולכן על שני הגופים להיות קרובים.
    מעבר לכך, יתרון נוסף של גלי כבידה הנוצרים על ידי שני גופים הסובבים זה את זה במהירות הוא העובדה שהם חוזרים על עצמם פעמים רבות – מה שמגדיל את סיכויי הגילוי.

    נעם:
    התשובה לשאלתך היא כמובן המילה "יוהרה"

  15. עמיחי

    כבידה אינה קרינה שמתפשטת בגלים אבל ניתן להראות כי הפרעה קטנה של שדה הגרויטציה הופכת את משוואות אינשטיין למשוואת גלים. לכן פרטורבציות (הפרעות) קטנות של השדה הגרויטציוני יתקדמו בצורת גל. כל זאת באנלוגיה להתקדמות הפרעה אלקטרו-מגנטית. בשונה מקרינה אלקטרומגנטית משוואות אינשטיין אינן לינאריות ורק תחת לינאריזציה (קרי הפרעה קטנה) הן מקבלות את האופי של משוואות גלים. איני יודע אם אינשטיין צדק או טעה אבל מן הדין להבין מה הוא אמר לפני שמניחים כי הוא טעה. בנוסף קיימת עדות ניסיונית נכבדת המאששת את תורת היחסות הכללית. לגבי חוקי ניוטון המצב אינו כך גם במקרים בהם ניתן להזניח אפקטים יחוסתיים.

  16. עמיחי,

    אנא נמק מה מביא אותך לותר בהבל פה על תורת היחסות הפרטית והכללית שאוששו בכל כך הרבה תצפיות וניסויים?

  17. אהוד:
    לדעתי צריך וכדאי לצאת מנקודת הנחה שלא יתגלו גלי כבידה.
    נצטרך לקבל שכבידה איננה קרינה שמתפשטת בגלים.
    יתכן שכתוצאה יהא עלינו להפרד מהיחסות הכללית ולמצוא תיאורית כבידה חלופית.
    השלכה נוספת תיהיה לשדרג שוב את תיאורית הגלים המקובלת שזה אומר להחליף את היחסות הפרטית גם כן.
    (במצב עניינים שכזה ברור שאנלוגיות מסוג זה שהעלת אינן רלוונטיות.)
    אמנם כבר התרגלנו לאיינשטיין אבל אני בטוח שכשזה יקרה כולם בסוף יתרגלו.
    כולל דר.גלי ווינשטיין.

  18. אשמח אם משהו יוכל לענות,

    מדוע יש שלושה גלאים ושניים לא מספיקים?
    האם קרינה באמצעות גלי כבידה של פולסר בינארי אנלוגית לקרינת דיפול בשדה אלקטרו-מגנטי?
    מדוע אין קרינה של מטען יחיד קרי כוכב בודד באנלוגיה לקרינה שפולט חלקיק טעון מואץ במקרה האלקטרו-מגנטי?
    מה קובע את הספקטרום של גלי הכבידה?
    מה קורה לגלי כבידה בגבול הניוטוני?

  19. תשובה מקיפה למי ששאל למעלה: הקיום של גלי כבידה הוא תוצאה ישירה של תורת היחסות הכללית ולמעשה תוצאה בלתי נמענת של כל תורות הכבידה היחסותיות בעלות מהירויות התפשטות סופית. התורה האלקטרומגנטית של מקסוול ניבאה גלים אלקטרומגנטיים ותורת היחסות הכללית של אינשטיין ותורות כבידה יחסותיות מנבאות את הקיום של גלי כבידה. גלי כבידה מתפשטים במרחב-זמן כשאר הם יוצרים אדוות בגיאומטרית המרחב-זמן. התפקיד של גלי הכבידה בפיסיקת הכבידה הוא כמו התפקיד של הגלים האלקטרומגנטיים בפיסיקה. החשיבות של גילוי גלי הכבידה הוא בעיקר שניתן בעזרתם לחקור פיסיקה יסודית וקוסמולוגיה, בייחוד פיסיקת חורים שחורים וקוסמולוגיה קדומה.
    לפי תורת היחסות פולסר בינארי, כוכב בינארי אמור לפלוט אנרגיה בצורת גלי כבידה. איבוד האנרגיה מתבטא במסלול שהוא קטן יותר ומחזור מסלולי קצר יותר. צפו בפולסר בינארי יחסותי כלשהו במשך שלושים שנה וגילו שאכן זה קונסיסטנטי עם הניבוי היחסותי לגבי פליטת קרינה כבידתית. אבל ראבק מה אם לגלות גלי כבידה?… לשם כך החלו בונים גלאי גלי כבידה. ומה הם? בדרך כלל חיישני אמפליטודה, לא חיישני אנרגיה. הם חשים במאפייני תדירות. ואז קמו חיישני קרקע וחיישני חלל וניסו לתזמן את הפולסרים ושיטות לבדיקת קרינת הרקע הקוסמית בתחום המיקרוגל. ומה מחפשים? הרי בגלים אלקטורמגנטים יש לנו גלי רדיו וגלי מיקרוגל וגלים בטווח הנראה. יפה גם גלי כבידה מגיעים באותו האופן בכל מיני תדירויות. לכל תדירות תוכנן גלאי.
    והנה מגיעים לאנרגיה האפלה. מודלים של אנרגיה אפלה יכולים להיבדק על ידי גלי הכבידה. תצפיות על סופרנובה מסוג…. מראים שהיקום שלנו כרגע עובר התפשטות מואצת. כלומר שקבוע הכבידה הוא לא אפס. עכשיו מצפים שגלי כבידה מחורים שחורים בינאריים יכולים לשמש כדי ללמוד אודות ההתפשטות המואצת של היקום. ניתן למדוד את האמפליטודה, התדירות וקצב ההבהוב של הבינארי מהתצפית בגל הכבידה. מסיקים את מרחק ההארה (המרחק המירבי שממנו יכול להגיע אלינו אור) ויש הסחה לאדום.
    אז איך כל זה בכלל קשור לגברת ליסה עליה כתבתי את המאמר למעלה? ליסה דנן מאוד מדויקת בעניין מרחק ההארה ולליסה יש יחס סיגנל לרעש מאוד גבוה. וזה מסייע לקבוע משוואה שקרויה משוואת המצב של האנרגיה האפלה. יחס סיגנל לרעש גבוה נותן רזולוציה זוויתית גבוהה וזה מאפשר לקבוע הסחה לאדום. ליסה בנוסף היא מודד אנרגיה אפלה והיא מסוגלת לקבוע במשוואת המצב של האנרגיה האפלה את הפרמטרים (מרחק ההארה) ברמת דיוק גבוהה.
    מקווה שהסברתי טוב :).

  20. כל הכבוד לאתר הזה שמעלה חומרים מעניינים ולא טראש צהוב , ריאליטי, סלבס וכל מה שקשור בתת התרבות הישראלית שמביאה את ילדינו לעברי פי פחות

    ישר כוח !

  21. דר. גלי ויינשטיין
    כוואַליעס טאָן נישט אפֿשר אַ ביסל קנעידעלס

  22. LISA היא המשך הישיר של LIGO, שהוא מצפה ארצי למדידת גלי כבידה – הוא מורכב משני מתקנים שונים בארה"ב (בחוף המזרחי והמערבי), שבכל אחד מהם יורים שני לייזרים ניצבים לאורך מרחקים ולאחר מכן מפגישים אותם זה עם זה ומודדים את תבנית ההתאבכות.
    הרעיון הוא שגלי כבידה גורמים לתנועות במרחב-זמן, ולכן אם יחלוף גל כבידה דרך כדור הארץ, הוא יגרום לשינוי במרחק שהלייזר יצטרך לעבור (בציר אחד, אך לא בניצב לו) ולכן יביא לשינוי בתבנית ההתאבכות. הקטע הוא, שגם גלי כבידה מוגבלים במהירותם ולכן יהיה הפרש זמנים בין הרישום של המצפה האחד לרישום *זהה בדיוק* במצפה השני, ואז ניתן להסיק שעבר גל כבידה.

    החיסרון העיקרי של LIGO הוא רגישות הלייזרים להפרעות שמקורן בכדה"א, וכמובן המרחקים הקצרים שעומדים לרשותנו (כל זרוע אורכה 4 ק"מ). LISA נועדה לפתור את כל הבעיות האלו (אך מציגה בעיות אחרות כמו סחף במסלול הלווינים עם הזמן) והיא נחשבת כתקווה הגדולה בתחום גלי הכבידה

  23. צבי – תודה. לצערי אין לי מידע נוסף מלבד העובדה שמאוד הופתעתי כשקראתי את הכתבה ההיא – לפני עשר שנים – ולכן אני זוכר אותה. ייתכן וזו נכתבה על-ידי רודפי-סנסציות ואין לה כל ביסוס מדעי. אשמח לקבל דיעה נוספת.

  24. דניאל,

    התיאור שמסרת אינו אינפורמטיבי דיו ויש סיכוי שמדובר בכתבה חד פעמית שנפלה במהירות בה עלתה.
    עד כמה שידוע לי – במידה גבוהה מאאד של וודאות לא מוכרים גלי כבידה הנעים במהירות גבוהה ממהירות האור.
    על כל פנים גלי הכבידה הנדונים בכתבה כאן נעים בדיוק במהירות האור

  25. שאלה – לפני כעשר שנים קראתי על גלי כבידה הנעים ביקום במהירות ג ב ו ה ה ממהירות האור – האם אלו אותם גלי כבידה שבכתבה? האם זה אפשרי? תודה מראש.

  26. מיקי,

    כמבון שתמיד קיימת תיאורטית האפשרות שגלי כבידה לא ימצאו אולם אפשרות זו ככל הנראה לא תתממש.
    גלי כבידה הם אחד מניבויה היסודיים של תורת היחסות שהוכחה כבר באינספור ניסויים – עד היום גלי כבידה לא אותרו באופן ישיר, מאחר ועוצמתם קטנה מאד (ע"פ ויקיפדיה – עוצמת גלי הכבידה הנפלטים מכדה"א במהלך סיבובו סביב השמש שקולה לאנרגיה של 200 וואט – שתיים וחצי נורות חשמל רגילות).
    הוכחה עקיפה לקיומם של גלי כבידה כבר נמצאה ב-1974 בדמות התקרבותם של שני כוכבי ניוטרונים זה לזה (המערכת הגרוויטציונית מאבדת אנרגיה וזאת בדיוק בהתאם לחיזויי הקרינה הגרוויטציונית) – תגלית בעקבותיה הוענק ב-1993 פרס נובל לצמד בשם הולס וטיילור (http://en.wikipedia.org/wiki/Hulse-Taylor_binary) – הענקת פרס נובל על משהו מעידה לרוב על כך שהדבר מוכח במידה גדולה מאד של וודאות (אלא אם אתה נשיא אמריקאי שמקבל פרס נובל לשלום).
    שים לב כי מרגע שיבנו את הגלאי עדיין נצטרך לחכות לאירוע גרוויטציוני גדול דיו על מנת לקלוט את גלי הכבידה וזה יכול לקחת זמן.

    גדעון,
    כמו הרבה דברים אחרים, ייתכן שזה לא יתרום לחשבון הבנק שלך ובוודאי לא במישור המיידי – מצד שני ישנם דברים רבים אחרים שלא יתרמו לחשבון הבנק שלך ובכל זאת מושקע בהם כסף רב.

    גלי,
    ציינת כי לגילוייה של קרינה גרוויטציונית יכולות להיות משמעויות רבות להבנת טיבה של האנרגיה האפילה – האם תוכלי לפרט (אבין בהחלט אם תאמרי לי שאינך בקיאה בנושא עד כדי כך ופשוט ציטטת מאמר כלשהו – אני יודע עד כמה ידיעה כזו דורשת התמקצעות ספציפית).

  27. בוא אני אענה לך תשובה של פילוסוף שלא יודע כלום על שום ניסוי שבוצע בתחום.
    נגיד שיש תיאוריה והתיאוריה מנבאת משהו והולכים לבצע ניסוי. הניסוי לא מוצא את מה שהתיאוריה מנבאת. האם זה אומר משהו על התיאוריה? לפי קרל פופר, צריך לזרוק את התיאוריה אם מוצאים הפרכה. כלומר, אם אנחנו נמצא ניסוי מכריע שתוצאתו תסתור את הניבוי של התיאוריה… זורקים את התיאוריה. כמובן שזו הצהרה קיצונית ומנסים תמיד להציל תיאוריה. נשים תלאי פה ותלאי שם… אבל נלך על הקיצוניות. הרי אצלנו במדינה הכל קיצוני לא? 🙂 עכשיו נניח שנבצע ניסוי כדי לראות אם אנחנו יכולים לגלות משהו שהתיאוריה מנבאת. והניסוי לא מוצא את מה שהתיאוריה מנבאת. אין הפרכה חד משמעית. אבל פשוט לא הצלחנו לגלות… מה עושים במקרה כזה? יבואו ויטענו שזה בגלל הפרעות או מכשיר המדידה וכולי… ואז מנסים לבצע ניסוי יותר משוכלל, אולי בפעם הבאה… אולי בגלל שקשה להפרד מאינשטיין 🙂

  28. מעניין מה זה אומר על תורת היחסות של אינשטיין במידה ולא יימצאו גלי כבידה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן