ما میدانیم که طبق قوانین الکترومغناطیس کلاسیک، یک ذرهی باردار دارای شتاب، از خود امواج الکترومغناطیس ساطع میکند و این امواج الکترومغناطیس، با سرعت نور و در تمام جهات در فضا منتشر میشوند. با یک آنالوژی میتوان چنین پیشبینی کرد که یک جرم دارای شتاب نیز امواج گرانشی از خود ساطع میکند که این امواج گرانشی، در تمام جهات در فضا و با سرعت نور منتشر میشوند.
امواج گرانشی، امواجی هستندکه در فضا-زمان حرکت میکنند و هندسهی فضا-زمان را دچار چین و چروک میکنند.
دقیقا شبیه اینکه سنگی را درون آب یک برکهی آرام بیاندازید و امواج در سطح آب در همهی جهات منتشر میشود، در مورد امواج گرانشی نیز به همین شکل است. اما مشاهدهی امواج گرانشی بسیار دشوار است. چرا که این تغییرات هندسهی فضا-زمان آنقدر شدید نیست که به راحت قابل اندازه گیری باشد. مثلا امواج گرانشی حاصل از سیارات منظومهی شمسی، آنقدر ضعیف است که بعید است ما با ابزارهای فعلی بتوانیم آنها را رصد کنیم. اما برخی رویدادهای عظیم در کیهان، میتوانند امواج گرانشی ایجاد کنند که قابل رصد باشند. مثلا امواج گرانشی حاصل از انفجارهای از نوع ابرنواختر از بابت بزرگی نیروی گرانش یا تپ اخترهای دوتایی، از این بابت که با شتاب زیادی حرکت میکنند، از جمله پدیدههایی هستند که میتوان به رصد امواج گرانشی حاصل از آنها امیدوار بود.
اما اگر این امواج گرانشی مثل امواج الکترومغناطیس نیستند، چطور رصد میشود؟
ما چطور میتوانیم تغییر اندک هندسهی فضا-زمان را مشاهده کنیم، در حالیکه خودمان در این چهارچوب زندگی میکنیم؟
ما امواج الکترومغناطیس را با مشاهدهی تاثیر آن روی ذرات باردار مشاهده میکنیم. به طریق مشابه، میتوانیم امواج گرانشی را با مشاهدهی تاثیرش روی ماده مشاهده کنیم. ما توانستیم اولین بار در سال ۲۰۱۵، در رصدخانهی ویژهای به نام رصدخانهی امواج گرانشی با تداخل سنج لیزری یا LIGO، امواج گرانشی را برای اولین بار به طور مستقیم رصد کنیم. طرز کار این رصدخانه با رصدخانههای دیگر متفاوت است، چرا که مثل بقیهی رصدخانههای به آسمان نگاه نمیکند. LIGO از دو آشکارساز L مانند ساخته شده است. طول هر بازوی آشکارساز ۴ کیلومتر است.
درون هریک از این آشکارسازها لیزری تعبیه شده است و زمان رفت و برگشت نور لیزر درون آشکارساز با دقت بسیار بالا اندازه گیری میشود. ما میدانیم که موج گرانشی باعث انبساط یا انقباض فضا-زمان میشود.
در نتیجهی این انبساط و انقباض، در یک لحظه، یک بازوی آشکارساز کمی طولانیتر و بازوی دیگر کمی کوتاهتر میشود و این اختلاف لحظهای طول دو بازو، خودش را در اختلاف زمان رفت و برگشت نور لیزر نشان میدهد. فکرش را بکنید که ما مرتبا در اثر این امواج گرانشی، منقبض و منبسط میشویم، چرا که فضا-زمانی که در آن زندگی میکنیم، منبسط و منقبض میشود، اما خودمان هیچگاه متوجه این تغییرات اندک نمیشویم.