ما همچنین از نور برای برقراری ارتباط استفاده میکنیم، عمدتاً امواج رادیویی. آیا میتوان از امواج گرانشی برای ارتباط استفاده کرد؟
این ایده جذاب است، هرچند که در حال حاضر فراتر از تواناییهای ماست. با این حال، کاوش در فرضیات ارزشمند است، چرا که آینده به شیوهای عجیبتر از آنچه که گاهی فکر میکنیم، زودتر از آنچه که تصور میکنیم، به وقوع میپیوندد.
پژوهشهای جدید این ایده را بررسی کرده و چگونگی کاربرد آن در آینده را مورد توجه قرار دادهاند. این تحقیق با عنوان «ارتباط گرانشی: مبانی، آخرین دستاوردها و چشمانداز آینده» منتشر شده است و در سایت پیشچاپ arxiv.org قابل دسترسی است. نویسندگان آن هوتیانفو وانگ و اوزگور ب. آکان هستند. وانگ و آکان هر دو عضو گروه اینترنت همهچیز، دانشکده مهندسی، دانشگاه کمبریج، بریتانیا هستند.
آنها میگویند: «امواج گرانشی میتوانند کیفیت سیگنال را در مسافتهای بسیار دور حفظ کنند، که این ویژگی آنها را برای ماموریتهایی فراتر از منظومه شمسی مناسب میسازد.»
«کشف امواج گرانشی پنجرهای جدید برای رصد اخترشناسی و فیزیک گشوده است و رویکردی منحصر به فرد برای بررسی اعماق کیهان و پدیدههای اخترفیزیکی شدید فراهم میآورد. علاوه بر تأثیر آن بر تحقیقات اخترشناسی، امواج گرانشی توجه گستردهای را به عنوان یک الگوی جدید ارتباطی جلب کردهاند.»
ارتباطات الکترومغناطیسی سنتی دارای محدودیتها و معایب خاص خود هستند. سیگنالها با افزایش مسافت ضعیفتر میشوند که این محدودیتهایی در برد سیگنال ایجاد میکند. تأثیرات جو میتواند با ارتباطات رادیویی تداخل ایجاد کرده و آنها را پراکنده و تحریف کند. همچنین محدودیتهایی از نظر خط دید وجود دارد و وضعیت خورشیدی و فعالیتهای فضایی نیز میتوانند تداخل ایجاد کنند.
آنچه در مورد ارتباطات امواج گرانشی (GWC) امیدوارکننده است این است که میتواند این چالشها را پشت سر بگذارد. GWC در محیطهای شدید مقاوم است و انرژی بسیار کمی را در مسافتهای بسیار طولانی از دست میدهد. همچنین مشکلاتی که ارتباطات الکترومغناطیسی (EMC) با آنها روبرو است، مانند پراکندگی، تحریف و انعکاس، را برطرف میکند. همچنین احتمال استفاده از امواج گرانشی طبیعی که به طور طبیعی تولید میشوند وجود دارد، که این به معنای کاهش انرژی مورد نیاز برای ایجاد آنهاست.
«ارتباط گرانشی، که به عنوان ارتباطات امواج گرانشی نیز شناخته میشود، وعده میدهد که محدودیتهای ارتباطات الکترومغناطیسی سنتی را پشت سر بگذارد و انتقال دادهها را در محیطهای شدید و مسافتهای وسیع ممکن سازد.»
برای پیشرفت این فناوری، محققان باید امواج گرانشی مصنوعی را در آزمایشگاه تولید کنند. این یکی از اهداف اصلی تحقیق در زمینه امواج گرانشی است. امواج گرانشی بسیار ضعیف هستند و تنها جرمهای عظیم که با سرعت زیاد حرکت میکنند، قادر به تولید آنها هستند. حتی امواج گرانشی که ما از همگرایی سیاهچالههای فوقالعاده عظیم (SMBHs) شناسایی کردهایم، که میتوانند میلیاردها برابر جرم خورشید داشته باشند، تنها اثرات بسیار کوچکی تولید میکنند که نیازمند ابزارهای بسیار حساس مانند LIGO برای شناسایی هستند.
تولید امواج گرانشی که به اندازه کافی قوی باشند تا قابل شناسایی باشند، اولین گام ضروری است.
«تولید امواج گرانشی برای پیشرفت ارتباطات گرانشی حیاتی است، اما همچنان یکی از چالشهای اصلی در توسعه فناوری معاصر باقی مانده است.»
هرچند تحقیقات نظری زیادی در زمینه ارتباطات گرانشی وجود دارد، اما کارهای عملی کمتری صورت گرفته است. مقاله به این نکته اشاره میکند که تحقیقات باید به کدام سمت بروند تا شکاف بین این دو را پر کنند.
قطعا بازتولید رویدادی همچون همگرایی سیاهچالهها در آزمایشگاه امکانپذیر نیست. اما به طرز شگفتانگیزی، محققان از سال 1338، یعنی زمانی که هنوز امواج گرانشی را شناسایی نکرده بودیم، به این مسئله پرداختهاند.
اولین تلاشها شامل چرخش جرمها بود. اما سرعت چرخشی مورد نیاز برای ایجاد امواج گرانشی غیرممکن بود، بخشی به این دلیل که مواد به اندازه کافی مقاوم نبودند. تلاشها و پیشنهادات دیگری شامل کریستالهای پیزوالکتریک، مایعات فوقسرد، پرتوهای ذرهای و حتی لیزرهای پرقدرت بود. مشکل این تلاشها این است که اگرچه فیزیکدانان نظریه پشت آنها را میدانند، اما هنوز مواد مناسب را در اختیار ندارند. برخی از این تلاشها احتمالاً امواج گرانشی تولید کردهاند، اما آنها به اندازه کافی قوی نبودهاند که قابل شناسایی باشند.
«امواج گرانشی با فرکانس بالا، که اغلب توسط جرمها یا مقیاسهای کوچکتر تولید میشوند، در شرایط آزمایشگاهی برای تولید مصنوعی ممکن هستند. اما به دلیل دامنه پایین و عدم تطابق با حساسیتهای فعلی آشکارسازها، هنوز قابل شناسایی نیستند.»
نیاز به فناوریهای پیشرفتهتر برای شناسایی یا روشی برای همراستاسازی امواج گرانشی تولید شده با قابلیتهای شناسایی موجود است.
در حالی که امواج گرانشی برخی از مشکلاتی که ارتباطات الکترومغناطیسی با آنها مواجه است را پشت سر میگذارند، خودشان نیز مشکلاتی دارند. از آنجایی که میتوانند مسافتهای وسیعی را طی کنند، ارتباطات امواج گرانشی با مشکلاتی از جمله افت سیگنال، تحریف فازی و تغییرات قطبش به دلیل تعامل با عواملی مانند ماده چگال، ساختارهای کیهانی، میدانهای مغناطیسی و ماده میانستارهای مواجه هستند. این مسائل نه تنها کیفیت سیگنال را کاهش میدهند بلکه میتوانند فرایند رمزگشایی را پیچیده کنند.
وجود منابع نویز منحصر به فردی از جمله نویز گرانشی حرارتی، تابش پسزمینه و سیگنالهای همپوشان امواج گرانشی باید در نظر گرفته شود.
برای استفاده از امواج گرانشی، باید بدانیم چگونه آنها را مدوله کنیم. مدولاسیون سیگنال برای ارتباطات بسیار حیاتی است.
«مطالعات اخیر روشهای مختلفی را بررسی کردهاند، از جمله مدولاسیون دامنه بر اساس پدیدههای اخترفیزیکی، مدولاسیون فرکانس ناشی از ماده تاریک، دستکاری مواد ابررسانا و رویکردهای نظری مبتنی بر غیرمقیاسپذیری.»
اگرچه ارتباطات گرانشی به نظر میرسد در دسترس نباشد، اما آنقدر وعدهدهنده است که دانشمندان حاضر نیستند آن را رها کنند. در ارتباطات فضایی، ارتباطات الکترومغناطیسی به دلیل مسافتهای وسیع و تداخل پدیدههای کیهانی با مشکلاتی روبرو است. ارتباطات گرانشی راهحلهایی برای این مشکلات ارائه میدهد.
ارتباطات گرانشی از مسافتهای دور برای اکتشافات فضایی حیاتی است و ارتباطات گرانشی دقیقاً همان چیزی است که به آن نیاز داریم.
هرچند ارتباطات عملی امواج گرانشی هنوز راه زیادی برای رسیدن به آن باقی است، اما آنچه زمانی تنها نظری بود، به تدریج در حال تبدیل شدن به یک واقعیت عملی است.