ज्यादातर मामलों में, गुरुत्वाकर्षण के प्रभावों का पता लगाना उतना कठिन नहीं है। स्काईडाइवर्स एक विमान से बाहर निकलने के क्षण में जमीन की ओर भागते हैं, और अंतरिक्ष दूरबीनों के लिए धन्यवाद, आप प्रकाश को आकाशगंगाओं के विशाल समूहों द्वारा आश्चर्यजनक रिंगों में विकृत होते हुए देख सकते हैं। लेकिन यह गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए विशेष रूप से कठिन साबित हुआ है, अंतरिक्ष-समय में तरंगों को एक शक्तिशाली ब्रह्मांडीय घटना द्वारा ट्रिगर किया गया है।
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अब तक के सबसे अधिक प्रयासों ने जिस तरह से अंतरिक्ष-समय के तरंगों को प्रकाश और पदार्थ को प्रभावित करने की उम्मीद की है। अब अमेरिका और इज़राइल के वैज्ञानिकों को लगता है कि यदि हम अंतरिक्ष के बजाय समय पर उनके प्रभावों की तलाश करते हैं तो हम लहरों को तेज और सस्ता पा सकते हैं।
गुरुत्वाकर्षण तरंगों का शिकार 1916 से हुआ है, जब अल्बर्ट आइंस्टीन ने भविष्यवाणी की थी कि उन्हें सापेक्षता के अपने सामान्य सिद्धांत के हिस्से के रूप में मौजूद होना चाहिए। उन्होंने यह मामला बनाया कि अंतरिक्ष-समय एक कपड़े की तरह है, और जो हम गुरुत्वाकर्षण के रूप में समझते हैं, उस कपड़े में बड़े पैमाने पर वस्तुओं के कारण वक्रता है। उदाहरण के लिए, एक कंबल में निलंबित बॉलिंग बॉल की तरह, हमारे विशाल ग्रह पृथ्वी के चारों ओर अंतरिक्ष समय घटता है।
सिद्धांत यह भी बताता है कि जब ब्लैक होल जैसी बहुत बड़ी वस्तुएं विलीन होती हैं, तो गुरुत्वाकर्षण विस्फोट अंतरिक्ष-समय के माध्यम से बाहर की ओर फैलने वाले तरंगों को भेजेगा। उनका पता लगाना न केवल आइंस्टीन के सिद्धांत को मान्य करना जारी रखेगा, यह ब्रह्मांड पर एक नई खिड़की खोलेगा, क्योंकि वैज्ञानिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करके ब्रह्मांड में अदृश्य घटनाओं की जांच कर सकते हैं। लेकिन गुरुत्वाकर्षण तरंगों का प्रमाण बड़े हिस्से में मायावी रहा है, क्योंकि लहरें उन दूरों को कमज़ोर बनाती हैं जो वे यात्रा करते हैं, और कई गुरुत्वाकर्षण तरंग स्रोत ब्रह्मांड के किनारे पर पाए जाते हैं, अरबों प्रकाश वर्ष दूर।
पिछले साल BICEP2 नामक एक प्रयोग ने दावा किया था कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में अचानक वृद्धि के कारण प्राइमर्डियल ग्रेविटेशनल वेव के एक प्रकार से जुड़े बेहोश संकेतों का पता चला है। दावा समय से पहले किया गया था, हालांकि बाद में विश्लेषणों ने विश्वास को कम कर दिया कि BICEP2 टीम ने मिल्की वे में धूल झोंकने से ज्यादा कुछ नहीं देखा।
2034 में लॉन्च होने के कारण यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी की योजनाबद्ध एलिसा वेधशाला को एक अलग तरह की तरंग का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है: मिलिहर्ट्ज़-रेंज, या कम-आवृत्ति, गुरुत्वाकर्षण तरंगें जो सुपरमेटिक ब्लैक होल जोड़े के विलय से उत्पन्न होती हैं। वैज्ञानिकों ने हमारे अपने सहित कई बड़ी आकाशगंगाओं के केंद्रों पर सुपरमैसिव ब्लैक होल खोजे हैं। दो ऐसी आकाशगंगाओं के सह-निर्माण की भविष्यवाणी की जाती है जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्सर्जन करती हैं जो पूरे ब्रह्मांड में फैल सकती हैं। उन्हें खोजने के लिए, eLISA लेजर का उपयोग करेगा एक अंतरिक्ष यान के बेड़े की रिक्ति में छोटे बदलावों को मापने के लिए जो एक गुरुत्वाकर्षण लहर से गुजरते हैं।
तेल अवीव विश्वविद्यालय में हार्वर्ड-स्मिथसोनियन सेंटर फॉर एस्ट्रोफिजिक्स और दानी मौज में एवी लोएब ने एक नए पेपर में कहा है कि टाइमकीपिंग में हालिया प्रगति परमाणु घड़ियों को eLISA की तुलना में तेजी से और सस्ते में पता लगाने की अनुमति दे सकती है। वे सूरज के चारों ओर विभिन्न बिंदुओं पर तैनात परमाणु घड़ियों की एक सरणी के लिए एक प्रस्ताव को रेखांकित करते हैं जो एक घटना का पता लगा सकता है जिसे समय के फैलाव कहा जाता है, जब गुरुत्वाकर्षण प्रभाव धीमा होने का समय हो सकता है।
ईएलआईएसए की तरह, उनकी योजना में भी अंतरिक्ष यान को लेज़रों का उपयोग करके निर्माण और संचार करने की आवश्यकता होती है। लेकिन दूरी में परिवर्तन के बारे में जानकारी को रिले करने के बजाय, अंतरिक्ष यान में स्थापित सिंक्रनाइज़ परमाणु घड़ियों के बीच लेज़र टाइमकीपिंग में छोटी विसंगतियों का ट्रैक रखेगा।
पूर्वानुमानित अस्थायी परिवर्तन छोटे हैं: "हम समय की सटीकता में एक मिलियन ट्रिलियन में एक भाग के बारे में बात कर रहे हैं, " लोएब कहते हैं। "इस तरह के बदलाव का पता लगाने के लिए, आपको एक ऐसी घड़ी की जरूरत है जो 4.5 अरब साल या पृथ्वी की पूरी उम्र के लिए काम करने के बावजूद न तो एक सेकंड का दसवां हिस्सा हासिल करेगी और न ही खोएगी।"
कुछ समय पहले तक, इस तरह की सटीकता तत्व सीज़ियम का उपयोग करने वाली परमाणु घड़ियों की क्षमता से परे थी, जो कि वर्तमान अंतर्राष्ट्रीय मानक टाइमकीपिंग के लिए आधार हैं। लेकिन 2014 की शुरुआत में, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) के भौतिकविदों ने एक प्रयोगात्मक "ऑप्टिकल जाली" परमाणु घड़ी का अनावरण किया, जिसने सटीक और स्थिरता दोनों के लिए नए विश्व रिकॉर्ड स्थापित किए। ये घड़ियों ऑप्टिकल आवृत्तियों पर काम करती हैं और इसलिए सीज़ियम परमाणु घड़ियों की तुलना में अधिक सटीकता प्रदान करती हैं, जो समय रखने के लिए माइक्रोवेव पर निर्भर करती हैं।
सिद्धांत रूप में, ऑप्टिकल परमाणु घड़ियां गुरुत्वाकर्षण तरंगों से अनुमानित छोटे समय की पाली का पता लगाने के लिए आवश्यक सटीकता प्रदान कर सकती हैं। लोएब और माओज़ का तर्क है कि उनका डिज़ाइन सरल होगा और कम लागत के लिए हासिल किया जा सकता है, क्योंकि इसके लिए eLISA की तुलना में कम शक्तिशाली लेजर की आवश्यकता होगी। कम सटीकता की परमाणु घड़ियों का उपयोग पहले से ही जीपीएस उपग्रहों पर किया जा रहा है, इसलिए लोएब को लगता है कि परमाणु घड़ियों की नई पीढ़ी को भी अंतरिक्ष में भेजना संभव होना चाहिए।
दो अंतरिक्ष यान ने अलग-अलग दूरी तय की और चोटी और गर्त दोनों के गुज़रने की लहर का एहसास हो सकता है। (लोएब एट अल।, arxiv.org) सबसे अच्छा सेटअप जुड़वां अंतरिक्ष यान पर स्थापित परमाणु घड़ियों की एक जोड़ी होगी जो सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की कक्षा साझा करते हैं। एक मुख्य अंतरिक्ष यान भी घड़ियों से आने वाले संकेतों के समन्वय के लिए कक्षा में होगा। घड़ी-असर वाले शिल्प को लगभग 93 मिलियन मील की दूरी से अलग किया जाना चाहिए - पृथ्वी और सूर्य, या एक खगोलीय इकाई (एयू) के बीच की दूरी।
लोएब कहते हैं, "एक अच्छा संयोग है, क्योंकि एक एयू लगभग एक [कम-आवृत्ति] गुरुत्वाकर्षण तरंग के लिए आधा तरंग दैर्ध्य के बराबर होता है, जैसे कि वैज्ञानिकों को लगता है कि सुपरमैसिव ब्लैक होल का उत्सर्जन होता है, " लोएब कहते हैं। दूसरे शब्दों में, जो कि सौरमंडल से होकर गुजरने वाली एक गुरुत्वीय तरंग के शिखर और गर्त दोनों को समझने के लिए सही दूरी होगी, इसलिए इन दो बिंदुओं पर तैनात परमाणु घड़ियों को सबसे बड़े समय के फैलाव प्रभाव का अनुभव होगा।
अभी के लिए ऐसा मिशन किसी भी अंतरिक्ष एजेंसी कार्यक्षेत्र या बजट प्रस्ताव पर नहीं है। लेकिन Loeb को उम्मीद है कि यह विचार eLISA विकल्पों के अधिक सावधान अध्ययन को गति देगा। ईएलआईएसए परियोजना "दशकों की चर्चा से लाभान्वित हुई, इसलिए हमें इसे खारिज करने से पहले कुछ महीनों के लिए इस वैकल्पिक डिजाइन का अध्ययन करने की अनुमति देनी चाहिए।"
लोएब जोड़ता है कि अंतरिक्ष में अधिक सटीक परमाणु घड़ियों से कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जैसे कि बेहतर जीपीएस सटीकता और बेहतर संचार। उन्हें लगता है कि सरकारी एजेंसियों के बजाय, व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए व्यवसायों द्वारा पहली ऑप्टिकल जाली घड़ियों को लॉन्च किया जा सकता है। "अगर ऐसा होता है, तो हम जिस भी विज्ञान से बाहर निकलते हैं, वह एक प्रतिफल होगा।"
कोलोराडो विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी और एक NIST साथी जून ये कहते हैं कि गुरुत्वाकर्षण भौतिकी की खोज सहित मौलिक भौतिकी का परीक्षण करने के लिए ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों के उपयोग पर लोएब और माओज़ का प्रस्ताव "एक नया बौद्धिक मोर्चा खोलता है"। "मैं ऑप्टिकल घड़ियों के आगे सुधार और इस तरह के अनुप्रयोगों में उनके अंतिम उपयोग के बारे में आशावादी हूं, " ये कहते हैं।
