Cad iad Tonnta Imtharraingthe agus a bhFionnachtain
Tá tonnta imtharraingthe ar cheann de na fionnachtana is iontaí sa bhfisic nua-aimseartha mar go dtugann siad "bealach nua" do dhaoine chun an chruinne a bhreathnú. Cé gur bhraith réalteolaíocht ar sholas roimhe seo - ó sholas infheicthe, raidió, infridhearg, go X-ghathanna - tugann tonnta imtharraingthe deis dúinn "creathadh" an spáis agus an ama féin a chloisteáil. Ní teoiric amháin atá sa feiniméan seo; braitheadh tonnta imtharraingthe go díreach, rud a osclaíonn caibidil nua i dtaighde cosmach, go háirithe maidir le rudaí foircneacha cosúil le poill dhubha agus réaltaí neodrón.
Cad iad tonnta imtharraingthe?
Go simplí, is tonnta imtharraingthe iad tonnta imtharraingthe a scaipeann tríd an spás-am mar gheall ar luasghéarú maise an-mhór. Eascraíonn coincheap an spáis-ama ó Theoiric Ghinearálta na Coibhneasachta le Albert Einstein (1915), ina bhfeictear an domhantarraingt ní mar fhórsa tarraingteach, mar atá i bhfisic Newton, ach mar chuar spáis agus ama mar gheall ar láithreacht maise agus fuinnimh. Nuair a ghluaiseann maiseanna móra ar bhealaí áirithe - mar shampla, dhá pholl dubh ag rothlú timpeall a chéile - athraíonn cuar an spáis-ama go dinimiciúil agus astaíonn sé suaitheadh a scaipeann i ngach treo. Tugtar tonnta imtharraingthe ar na suaitheadh seo.
Taistealaíonn tonnta imtharraingthe ag luas an tsolais. Mar sin féin, tá a n-éifeacht ar rudaí a dtéann siad tríothu thar a bheith beag. Samhlaigh dhá phointe atá ciliméadar amháin óna chéile: is féidir le tonn imtharraingthe atá ag dul thart an fad sin a athrú faoi níos lú ná trastomhas prótóin. Dá bhrí sin, cé go bhfuil an smaoineamh ann ó thús an 20ú haois, bhí teicneolaíocht thar a bheith sofaisticiúil ag teastáil chun é a chruthú.
Foinsí tonnta imtharraingthe sa chruinne
Ní tháirgeann gach gluaiseacht maise tonnta imtharraingthe intomhaiste. Go teicniúil, astaíonn imeachtaí laethúla cosúil le carr ag gluaiseacht nó duine ag rith tonnta imtharraingthe, ach tá a n-aimplitiúidí róbheag le braiteadh. De ghnáth, eascraíonn tonnta imtharraingthe inbhraite ó imeachtaí cosmacha lena mbaineann maiseanna ollmhóra, luasghéaruithe foircneacha, agus gluaiseacht neamhshiméadrach.
Seo a leanas cuid de na príomhfhoinsí tonnta imtharraingthe:
1. Cumaisc phoill dhubha
Caillfidh dhá pholl dubh atá ag fithisiú fuinneamh trí thonnta imtharraingthe, crapadh a bhfithisí, agus imbhuailfidh siad agus cumascfaidh siad sa deireadh. Ginfidh an teagmhas seo comhartha tonn imtharraingthe cumhachtach.
2. Cumaisc réaltaí neodrón
Is croí dlúth, iarsmaí réalta ollmhór í réalta neodrón. Nuair a thagann dhá réalta neodrón le chéile, chomh maith le tonnta imtharraingthe a tháirgeadh, is féidir leis an imeacht seo solas a astú i dtonnfhaid éagsúla agus dúile troma cosúil le hór a tháirgeadh.
3. Supernóvaí agus pléascanna réalta ollmhóra
Uaireanta bíonn titim chroí réalta neamhshiméadrach agus is féidir leis tonnta imtharraingthe a astú, cé go bhfuil sé an-dúshlánach iad a bhrath.
4. Rothlú neamhfhoirfe réaltaí neodrón
Má rothlaíonn réalta neodrón le “cnapán” beag nó neamhrialtacht, is féidir léi tonnta imtharraingthe a astú go leanúnach.
5. Tonnta imtharraingthe príomhúla
Tá hipitéis ann go cruinne Sna céimeanna luatha, tháirg siad tonnta imtharraingthe a “reo” isteach sa chúlra cosmach. Má bhraitear iad, d’fhéadfadh siad leideanna a thabhairt faoi na chéad soicindí ina dhiaidh sin. Bang mór.
Ó theoiric Einstein go dtí an chéad chruthúnas
Thuar Einstein tonnta imtharraingthe sa bhliain 1916 (agus rinne sé iad a scagadh sa bhliain 1918) bunaithe ar chothromóidí na Coibhneasachta Ginearálta. Ach le blianta fada anuas, tá eolaithe ag díospóireacht an bhfuil tonnta imtharraingthe fíor nó an bhfuil iontu ach déantáin mhatamaiticiúla. Eascraíonn an deacracht ón bhfíric go bhfuil spás-am dinimiciúil; ní bhíonn sé éasca i gcónaí tuiscint a fháil ar a bhfuil intomhaiste “fíor”.
Tharla cor cinniúnach i lár an 20ú haois nuair a forbraíodh teoiric na coibhneasachta agus nuair a thosaigh fisicithe ag tuiscint go n-iompraíonn tonnta imtharraingthe fíorfhuinneamh. Má chailleann córas fuinneamh trí thonnta imtharraingthe a astú, ba chóir go n-athródh a fhithis nó a ghluaiseacht ar bhealach intomhaiste.
Fianaise indíreach: Pulsáir dénártha Hulse-Taylor
Sa bhliain 1974, d’aimsigh beirt réalteolaithe—Russell Hulse agus Joseph Taylor—córas dénártha pulsáir ar a dtugtar PSR B1913+16. Is réaltaí neodrón iad pulsáir a astaíonn comharthaí raidió tréimhsiúla cosúil le “tithe solais”. I gcóras dénártha, bíonn pulsár ag fithisiú réalta neodrón eile. Ar an drochuair, tá tréimhse fithiseach an chórais seo ag laghdú de réir a chéile: tá an dá réad ag bogadh níos gaire dá chéile.
Aontaíonn an laghdú seo go beacht le réamhinsintí na Coibhneasachta Ginearálta faoi chailliúint fuinnimh trí thonnta imtharraingthe. Soláthraíonn sé seo fianaise indíreach an-láidir go bhfuil tonnta imtharraingthe ann. As an bhfionnachtain seo, fuair Hulse agus Taylor Duais Nobel na Fisice sa bhliain 1993.
Fionnachtain dhíreach: LIGO agus imbhuailtí poill dhubha “ag éisteacht” leo
In ainneoin fianaise indíreach láidir, tá eolaithe fós ag iarraidh braiteadh díreach a dhéanamh: tonnta imtharraingthe a ghabháil agus iad ag dul tríd an Domhan. Tá dúshláin shuntasacha roimh an iarracht seo toisc go bhfuil aimplitiúidí na dtonnta chomh beag sin. Is é an réiteach ná intearféariméadar léasair a úsáid, gléas ar féidir leis athruithe an-bheag ar achar a thomhas.
Conas a oibríonn LIGO?
Is tionscadal mór sna Stáit Aontaithe é LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ina bhfuil dhá phríomhshaoráid: ceann i Hanford, Washington, agus ceann i Livingston, Louisiana. Tá lámh inteirféaraiméadair 4 chiliméadar ar fhad ag gach ceann acu. Roinntear an bhíoma léasair ina dhá bhíoma a thaistealaíonn ar ais agus ar aghaidh feadh na n-arm, agus ansin athcheanglaíonn siad. Nuair a théann tonn imtharraingthe tríd, athraíonn sé fad éifeachtach na n-arm beagán, rud a chruthaíonn patrún trasnaíochta intomhaiste, athraithe.
Tá sé ríthábhachtach go mbeadh dhá bhraiteoir i suíomhanna difriúla chun a chinntiú nach bhfuil an comhartha breathnaithe mar gheall ar chur isteach áitiúil (amhail crith talún beag, creathadh feithicle, nó tosca comhshaoil eile). Má fheiceann an dá bhraiteoir patrún comhsheasmhach le moill ama réasúnta, is dóichí i bhfad gur tonn imtharraingthe ón spás atá sa chomhartha.
An chéad bhrath: GW150914
Ar an 14 Meán Fómhair 2015, bhraith LIGO comhartha ar a tugadh GW150914 níos déanaí. Tháinig an comhartha seo ó chumasc dhá pholl dubh a raibh mais acu thart ar dheich n-uaire mais na Gréine, a tharla níos mó ná billiún solasbhliain ón Domhan. Tháirg an teagmhas seo “cíoradh”: méadú tapa ar mhinicíocht agus ar aimplitiúid a shroich buaic de réir mar a chumasc an dá pholl dubh, agus ansin a d’imigh sé.
Rinneadh an fógra oifigiúil i mí Feabhra 2016 agus measadh láithreach gur cloch mhíle a bhí ann. Ní hamháin gur chruthaigh an fionnachtain seo tonnta imtharraingthe go díreach, ach ba í an chéad bhrath díreach ar chóras dénártha poill dhuibh freisin.
As a gcuid ranníocaíochtaí móra le LIGO, bronnadh Duais Nobel na Fisice 2017 ar Rainer Weiss, Barry C. Barish, agus Kip S. Thorne.
Cén fáth go bhfuil fionnachtain na dtonnta imtharraingthe tábhachtach?
Is minic a thugtar tús ré réalteolaíocht na dtonnta imtharraingthe ar bhrath tonnta imtharraingthe. Tá roinnt cúiseanna ann gur réabhlóid é seo:
1. “Céadfaí” nua a oscailt chun an chruinne a bhreathnú
Ní astaíonn go leor réad cosmach, amhail poill dhubha, solas atá furasta a bhrath. Ligeann tonnta imtharraingthe dúinn na réada seo a scrúdú go díreach trína n-éifeachtaí ar spás-am.
2. Tástáil ar choibhneasacht ghinearálta faoi dhálaí foircneacha
Bíonn domhantarraingt thar a bheith láidir agus luasanna thar a bheith ard i gceist le cumasc poill dhubha. Is saotharlann nádúrtha iad chun teoiricí Einstein a thástáil i ndálaí foircneacha atá deacair a mhacasamhlú ar an Domhan.
3. Tuiscint a fháil ar bhunús na ndúile troma
Tá sé léirithe go bhfuil baint ag cumasc réaltaí neodrón le foirmiú dúile troma tríd an bpróiseas-r (gabháil thapa neodrón). Cuidíonn sé seo leis an gceist a fhreagairt: cá as a dtagann na neodrón? bunús an óir agus an phlatinam sa chruinne?
4. Mapáil daonra na bpoll dubh agus na réaltaí neodrón
Le go leor braiteadh, is féidir le heolaithe dáileadh maise, rátaí cumaisc agus stair fhoirmithe na réad dlúth seo a thomhas.
Ag dúnadh
Is tonnta imtharraingthe iad tonnta imtharraingthe i spásam a thuar Einstein breis agus céad bliain ó shin agus a dearbhaíodh sa deireadh trí fhianaise indíreach i bpulsáir dénártha agus trí bhrath díreach ag LIGO in 2015. Ní hamháin gur éacht teicniúil é an fionnachtain seo, ach athrú ar an gcaoi a bhfeiceann daoine an cosmas: is féidir linn “éisteacht” leis an gcruinne anois, ní hamháin í a fheiceáil. De réir mar a fhorbraíonn brathadóirí nua agus comhoibrithe domhanda (amhail Virgo san Eoraip, KAGRA sa tSeapáin, agus an LISA atá beartaithe sa spás), meastar go mbeidh todhchaí réalteolaíocht tonnta imtharraingthe níos saibhre fós, rud a thabharfaidh níos gaire sinn do fhreagraí ar rúndiamhra is mó na cruinne.
