شنیدن صدای هیچ!

خارج از جو زمین و در فضا، به خصوص در نقاط بسیار دور دست که نور با چند سال راهپیمایی به ما می‌رسد، اتفاقات مهمی می‌افتد که ما برای کاوش‌های فضایی خود باید از آن‌ها آگاه باشیم. دانشمندان می‌خواهند این مهم را با افزایش توانایی شنیدن صدای آن اتفاقات بفهمند. شنیدن صدای خلا نیز یکی از رهیافت‌های دانشمندان برای گوش دادن به صدای اعماق فضا است. اگر این امر تحقق یابد، می‌توانیم بسیاری از اتفاقات کوچک و بزرگ را در فضا رصد کنیم که اکنون دانشمندان به پیشرفت‌های خوبی در این زمینه از طریق اندازه‌گیری فشار تابش کوانتومی دست یافته‌اند. نتیجه‌ی این پژوهش در مجله‌ی معتبر Nature منتشر شده است.

فیزیکدانان موفق شده‌اند صدای هیچ (صدای خلا کوانتومی) را در دمای اتاق اندازه‌گیری کنند که گام مهمی در پیشرفت توانایی ما برای گوش دادن به جهان است. یکی از این صداها، فشار تابش کوانتومی می‌باشد. ما اکنون قادریم برهمکنش تجهیزاتمان را با برخی از نویزهای پیش‌زمینه‌ی (background noise) فضا که در همه جا وجود دارند، اندازه‌گیری کنیم. برای اینکه بتوانیم صداهای ضعیفی را که غول‌های نجومی بسیار دوردست (مانند امواج گرانشی ناشی از برخورد سیاه‌ چاله‌ها) ساطع می‌کنند بشنویم، باید بتوانیم استاتیک کوانتومی (از بین بردن نویزها به طریق کوانتومی) را کنترل کنیم. اما اجازه دهید یک گام به عقب برگردیم. عبارت اندازه‌گیری صدای هیچ، دقیقا چه معنایی دارد؟

تا این لحظه می‌دانیم که هیچ چیز خالی وجود ندارد و در واقع خلا، مملو از افت و خیزهای کوانتومی است. درست است که ما نمی‌توانیم این افت و خیزها را بشنویم، اما برای تجهیزات حساس، دانشمندان عادت دارند تحریف‌های بسیار جزیی فضازمان را اندازه‌گیری کنند، چرا که این تحریف‌ها قادر به ایجاد اثرات نامحسوسی هستند که می‌توانند پر سر و صدا باشد. این آزمایش پدیده‌ای را بررسی کرده که فشار تابش کوانتومی نام دارد. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که ذرات، با آشکارسازهایی مانند لیگو (LIGO) برهمکنش می‌کنند. رصدخانه‌ای که حدود سه سال پیش، وجود امواج گرانشی را تایید کرد.

پدیده‌ی فشار تابش کوانتومی به شکل نوعی نویز وارد نتایج آزمایش می‌شود، اما فشار تابش کوانتومی را باید مانند دیگر پدیده‌های کوانتومی، در دماهای بسیار سرد مطالعه کنیم تا بتوانیم در ابتدا ذرات را حفظ کنیم و سپس، مشخص کنیم که آن‌ها چه می‌کنند. اکنون تیمی از محققان دانشگاه ایالتی لوسیانا موفق شده‌اند این اثر کوانتومی را به شکل واقعی، در شرایط دنیای حقیقی و در دمای اتاق، اندازه‌گیری کنند. این یک اتفاق بسیار مهم و البته مفید است، چرا که می‌توانیم از یافته‌های آن در تجهیزات دنیای واقعی استفاده کنیم.

این آزمایش با استفاده از نمونه‌‌های مینیاتوری لیگو انجام شده است. آشکارساز لیگو در ابعاد اصلی خود، شامل دو رصدخانه‌ی موج است که در فاصله‌ی ۲۰۰۰ مایلی یکدیگر واقع شده‌اند. آشکارساز لیگو در سال ۲۰۱۵، با مقایسه‌ی تراز شعاع‌های لیزری که بر روی یک فاصله‌ای می‌تابند، توانست لرزش‌های فضایی لحظه‌ای که توسط یک جفت سیاه‌چاله (که در فاصله‌ی ۱.۳ میلیارد سال نوری به دور یکدیگر می‌چرخند)، ایجاد شده بود را رصد کند. آمیختن سیاه‌چاله‌ها، صدای بلندی تولید می‌کند، اما امواج اولیه‌ای که آشکارسازی شد، فضا را در مقیاس بسیار بسیار کوچکی، در حدود یک هزارم شعاع پروتون منحرف کردند. این پدیده شامل دو شی با جرمی هزاران برابر جرم خورشید منظومه‌ی ما می‌شود که با یکدیگر برخورد می‌کنند تا امواج بسیار کوچک را تولید کنند.

از آن زمان تاکنون، توانایی ما در آشکارسازی تحریف‌های فضایی که در کسری از ثانیه رخ می‌دهند و توسط حرکات شدید اجسام سنگین ایجاد می‌شوند، بیشتر شده است. اما علی‌رغم پیشرفت‌ در این زمینه، ما هنوز تکه‌ی کوچکی از یک پازل بزرگ را یافته‌ایم. این پازل بزرگ، شنیدن محدوده‌ی وسیع‌تری از صداها در نسخه‌ی پیشرفته‌تر آشکارساز لیگو است و ما به تجهیزات حساس‌تری نیاز داریم. محققان می‌گویند: با مشخص شدن اهمیت آشکارسازهای امواج گرانشی حساس‌تر، مهم است که اثرات نویز فشار تابش کوانتومی را در سیستمی مانند نمونه‌ی پیشرفته‌تر لیگو مطالعه کنیم.
اهمیت این پژوهش در اندازه‌گیری‌های جدید، بیشتر مشخص خواهد شد. با قابلیت اندازه‌گیری فشار تابش کوانتومی در آشکارسازهایی مانند لیگو، آشکارسازهای امواج گرانشی آینده، قادر خواهند بود علائم ضعیف‌تر برخوردهای کوچک‌تر و یا دورتر را نیز جداسازی کرده و آشکار کنند و این اولین گام مهم است. ما شاید نتوانیم نجوای کوانتومی را ساکت کنیم، اما اکنون می‌دانیم چه صدایی دارد. ممکن است بتوانیم بشنویم این غول‌های شناور در فضا چه می‌گویند.

---

منبع: دیپ لوک - افشین قلی زاده