गुरुत्वीय तरंगों को पकड़ने का नया तरीका

 (nature.com)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-06-30 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • गुरुत्वीय तरंगों का अवलोकन 2015 में पहली प्रत्यक्ष पहचान के बाद आधुनिक भौतिकी का एक महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक क्षेत्र बन गया
  • उस समय सितंबर 2015 में देखा गया सिग्नल एक सेकंड के पांचवें हिस्से तक जारी रहने वाला कंपन था, और यह भौतिकी के इतिहास में एक ऐतिहासिक मोड़ बना
  • यह सिग्नल गुरुत्वीय तरंगों की पहली प्रत्यक्ष पहचान तक ले गया, और इसका महत्व इस बात में है कि spacetime में हुए disturbance को सीधे देखा गया
  • गुरुत्वीय तरंगें spacetime geometry में disturbance हैं, जो ब्रह्मांड में प्रकाश की गति से चलती हैं
  • इनपुट में शामिल excerpt में शीर्षक में बताए गए पांच नए detection methods के नाम या उनकी working शामिल नहीं है

2015 में पहली प्रत्यक्ष पहचान

  • सितंबर 2015 में, एक सेकंड के पांचवें हिस्से तक जारी रहे कंपन को भौतिकी का इतिहास बदलने वाली घटना के रूप में देखा गया
  • यह कंपन गुरुत्वीय तरंगों की पहली प्रत्यक्ष पहचान था
  • गुरुत्वीय तरंगें spacetime की geometric structure में पैदा होने वाले disturbance हैं
  • यह disturbance ब्रह्मांड में प्रकाश की गति से चलता है

पुष्टि योग्य मुख्य पाठ का दायरा

  • शीर्षक गुरुत्वीय तरंगों को पकड़ने के पांच नए तरीकों और उनसे उजागर होने वाले रहस्यों का संकेत देता है
  • दिए गए excerpt में हर तरीके का नाम, working, observation target या scientific results शामिल नहीं हैं
  • बाकी पुष्टि योग्य text में access options, subscription guidance, references आदि जैसे मुख्य पाठ से बाहर के items अधिकतर हैं

संबंधित पढ़ाई

1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-06-30
Hacker News की टिप्पणियाँ

  • ऐसा लगता है कि मौजूदा interferometer से बिल्कुल अलग design वाले पहली पीढ़ी के gravitational wave detectors इतिहास में लगभग भुला दिए गए हैं
    उस समय का उपकरण काम नहीं करता था, और Weber ने 1987 में SN1987A से gravitational waves detect करने का जो दावा किया था, उस पर भी व्यापक रूप से भरोसा नहीं रहा
    https://en.wikipedia.org/wiki/Weber_bar

    • अब जब LIGO मौजूद है और उपकरण भी ज्यादा precise हो गए हैं, तो उत्सुकता है कि क्या किसी ने इस approach को फिर से verify करके देखा है
      Weber bar से जुड़े लेखों में experiment के आधारभूत theory पर खुद विरोध ज्यादा नहीं दिखता, इसलिए जानना चाहता हूँ कि मौजूदा समझ के हिसाब से भी detectable effect की उम्मीद की जा सकती है या नहीं
      मुझे लगता है कि एक और LIGO बनाने से सस्ता शायद सैकड़ों-हजारों Weber bar बनाकर signal processing करना हो सकता है, और अंतरिक्ष में Weber bar रखने की कल्पना भी की जा सकती है
    • इस field में आजकल पहली पीढ़ी कहने पर आम तौर पर Weber bar नहीं, बल्कि पहला LIGO, यानी Advanced LIGO से पहले वाला version मतलब होता है
      Weber bar सिर्फ इतना नहीं था कि वह काम नहीं करता था; ज्यादातर physicists के हिसाब से वह काम कर ही नहीं सकता था, हालांकि Weber खुद इससे सहमत नहीं थे

  • बहुत संकरी frequency band, अधिकतम 1000Hz से कहीं ज्यादा व्यापक range में जाएँ तो theory के हिसाब से frequency modulation जैसे तरीकों से जानकारी encode की जा सकती है
    लगता है कि कोई पर्याप्त advanced civilization gravitational communication पर विचार कर सकती है, और उत्सुकता है कि क्या electromagnetic waves में जैसे करते हैं, वैसे ही किसी “natural frequency” पर Hello, world ढूँढ़ना चाहिए

    • इस तरह communication करने का फायदा मुझे साफ नहीं दिखता
      प्रति transmitted bit जरूरी energy बहुत ज्यादा लगती है, और theory में संभव हो तब भी communication के लिए इसमें कमियाँ ही ज्यादा और फायदे लगभग नहीं दिखते
      हालांकि PBS Space Time का वह episode याद आता है, जिसमें यह चर्चा थी कि क्या light speed के करीब accelerate हो रहे विशाल spacecraft से निकलने वाली gravitational waves से alien civilizations खोजी जा सकती हैं
      https://www.pbs.org/video/could-ligo-find-massive-alien-spac...
    • अगर gravitational waves पर भी light speed की सीमा लागू होती है, तो समझ नहीं आता कि फायदा क्या होगा
      क्या वे obstacles को bypass कर सकती हैं? line of sight की जगह black holes या stars जैसे बड़े gravitational distortions सिर्फ interference sources बनेंगे, फिर भी interference संभव लगती है
      विनम्रता वाला clause: मुझे ठीक से नहीं पता कि मैं क्या कह रहा हूँ
    • negative reactions बहुत हैं, लेकिन इसका एक पर्याप्त संभावित कारण मेरे दिमाग में आता है
      हमारी species और पृथ्वी की कई species radiation spectrum की बहुत ही संकरी band ही देख सकती हैं
      कोई advanced civilization शायद ऐसी senses विकसित किए बिना, इसके बजाय gravitational energy से कहीं ज्यादा करीब से evolve हुई हो। आखिर हम ब्रह्मांड की बात कर रहे हैं
    • सच में कल्पना करना मुश्किल है कि ऐसा transmitter कैसे काम करेगा
      क्या gravitational waves बनाने के लिए planet-size objects को हिलाया जाएगा?
      बेशक “वे कोई advanced technology इस्तेमाल करते हैं जिसे हम नहीं जानते” जैसा बचाव वाला जवाब वास्तव में सही भी हो सकता है
    • यह idea The Three Body Problem trilogy में आया था
      समस्या signal को modulate करने की है, और एकमात्र तरीका बड़े mass को तेजी से move करना है

  • LIGO facilities को मुफ्त में tour किया जा सकता है
    कुछ साल पहले मैंने Hanford facility visit की थी; उसमें पहले से lecture भी शामिल था, पूरी facility दिखाई गई और control room तक ले गए। वे सचमुच शानदार लोग थे
    https://www.ligo.caltech.edu/WA/page/lho-public-tours

    • अगर LIGO Hanford जा रहे हों, तो पास के B Reactor का tour भी miss न करें
      यह पहला full-scale nuclear reactor है
    • available dates सिर्फ DEFCON के दौरान हैं, लेकिन कभी न कभी जरूर जाना चाहता हूँ

  • हैरानी है कि LISA का जिक्र नहीं हुआ
    यह space-based gravitational wave detector है, जिसमें 25 लाख km की दूरी पर formation flying करने वाले 3 satellites इस्तेमाल होंगे, और 2035 में launch की योजना वाला वाकई शानदार engineering project है
    https://en.m.wikipedia.org/wiki/Laser_Interferometer_Space_A...

    • main text में इसका जिक्र है
      वह हिस्सा है: “researchers अब जमीन और अंतरिक्ष दोनों में कई next-generation LIGO-style observatories विकसित कर रहे हैं, और space side में Laser Interferometer Space Antenna है”
    • LISA को पहली बार 1990s की शुरुआत में ESA mission के रूप में propose किया गया था
      बचपन में LISA के बारे में पढ़ने की याद है, तब इसे बहुत दूर भविष्य यानी 2015 में launch होना था
      अब अगर यह सच में 2035 में launch हो जाए तो मुझे उल्टे आश्चर्य होगा

  • एक नया proposal पता चला, जिसमें पहले से planned probe को gravitational wave detector के रूप में इस्तेमाल करने की बात है
    अगर मैंने miss नहीं किया है, तो लगता है main text में इसे cover नहीं किया गया है
    “Bridging the micro-Hz gravitational wave gap via Doppler tracking with the Uranus Orbiter and Probe Mission: Massive black hole binaries, early universe signals and ultra-light dark matter”
    https://arxiv.org/abs/2406.02306
    “Practically Free Primordial Gravitational Waves Detector”
    https://www.youtube.com/watch?v=XfOxNJvSvf4

  • यह शायद मूर्खतापूर्ण सवाल हो, लेकिन तब क्या यह व्यावहारिक रूप से साबित हो गया है कि गुरुत्वाकर्षण मौजूद नहीं है?
    अगर गुरुत्वाकर्षण का प्रभाव असल में स्पेसटाइम की ज्योमेट्री से निकलने वाला परिणाम है, तो gravitational wave experiments दिखाते लगते हैं कि स्पेसटाइम मौजूद है और उसकी मापी जा सकने वाली geometry है
    लेकिन जब quantum mechanics की बात आती है, तो लोग कहते हैं कि अभी तक गुरुत्वाकर्षण के force carrier particle को नहीं खोजा गया है; अगर गुरुत्वाकर्षण मौजूद नहीं है और यह spacetime geometry का परिणाम है, तो यह बात समझ नहीं आती

    • ये experiments, जैसे electromagnetic field के लिए classical theory Maxwell equations हैं, वैसे ही गुरुत्वाकर्षण की classical theory Einstein की general relativity की पुष्टि करते हैं
      जैसे Maxwell equations macroscopic strength की waves के लिए पर्याप्त हैं, वैसे ही general relativity भी astrophysical gravitational waves के लिए पर्याप्त है
      अलग सवाल यह है कि वह quantum-mechanical theory क्या है जिसकी classical limit general relativity हो
      electromagnetism में, 1940 के दशक में समझी गई quantum electrodynamics Maxwell theory का quantized version है, और यह predict करती है कि electromagnetic energy की measurement photon नाम के “chunks” के रूप में आती है
      वहीं quantum gravity के बारे में, graviton के massless spin-2 particle जैसा होने की कई विशेषताएँ तो जानी गई हैं, लेकिन सटीक theory पर अभी सहमति नहीं है
      force carrier particle वाली तस्वीर और spacetime वाली तस्वीर को मिलाने का तरीका यह है कि classical रूप से भी हम पूरी पृथ्वी द्वारा बनाई गई background spacetime geometry के बारे में सोच सकते हैं और उसके ऊपर छोटी perturbations देख सकते हैं
      intuitively कहें तो graviton ऐसी ही छोटी perturbation का quantized amount में switched-on होना है
      background स्वयं “gravitons के विशाल ढेर” से कैसे बनता है, यह सटीक quantum gravity theory पर निर्भर करता है, और string theory के पास इसका आंशिक जवाब है, इसलिए वह black holes जैसी objects को quantum रूप से model कर सकती है
    • मैं विशेषज्ञ नहीं हूँ, लेकिन जितना जवाब दे सकता हूँ, कहूँ तो गुरुत्वाकर्षण मौजूद है और space की curvature या geometry के रूप में प्रकट होता है
      यह दूसरे fundamental forces के quantum field theory से समझाए जाने के contrast में है
      गुरुत्वाकर्षण की हमारी मौजूदा समझ बाकी चीज़ों जैसी ही तरह से काम नहीं करती, और हमें अभी तक ऐसी testable theory नहीं मिली जो दोनों frameworks को हर scale पर साथ काम करा सके
      मेरी समझ में string theory को gravity की quantum theory बनाने और बाकी चीज़ों को भी समझाने के तरीके के रूप में पेश किया गया था, लेकिन यह observations के हिसाब से adjust किया जा सकने वाला mathematical framework जैसा हो गया और predictability कम होने के कारण इसकी पसंद घट गई
      इसलिए gravity के संभावित force carrier particle, यानी graviton, की predictions आम तौर पर यहीं से आती हैं
      loop quantum gravity जैसी theories में spacetime स्वयं quantized होता है, जिससे यह दूसरी quantum theories द्वारा इस्तेमाल किए जाने वाले wavefunction-style approach से जुड़ सकता है
      हालांकि लगता है कि सिर्फ इससे gravity के quantum field के बारे में बहुत कुछ predict नहीं होता
      और relativity में equations और results में बहुत सारी infinities आती हैं, जिन्हें रोकने के लिए renormalization नाम का mathematics इस्तेमाल होता है, लेकिन quantum theory और relativity के बीच जाने पर भी समस्या पैदा होती है, ऐसा मुझे पता है
    • क्या space खुद ही gravity का medium नहीं है? जैसे पानी जिसमें waves बनती हैं
    • हमारे पास दो physics frameworks हैं, और हम दोनों में से किसी से भी predictions कर सकते हैं
      लेकिन हम दोनों frameworks को पूरी तरह unify नहीं कर पाए हैं

  • संबंधित तौर पर देखने लायक लेख “Kerr-enhanced optical spring for next-generation gravitational wave detectors” और “Physicists Have Figured Out a Way to Measure Gravity on a Quantum Scale” हैं
    बाद वाला Tantalum से बने superconducting magnetic trap का उपयोग करने वाला 2024 का लेख है
    https://news.ycombinator.com/item?id=39957123
    https://news.ycombinator.com/item?id=39495482

  • एक बिल्कुल आम व्यक्ति के नज़रिए से मुझे जिज्ञासा हुई कि क्या quantum wavefunction की घटना detect की जा सकती है
    https://physics.stackexchange.com/questions/275556/can-you-d...

  • मैं LIGO की sensitivity कितनी है, यह भी जोड़ना चाहता हूँ
    LIGO जिन gravitational waves को detect करता है, वह पृथ्वी से Alpha Centauri तक की दूरी को इंसान के बाल की चौड़ाई जितने बदलाव के साथ मापने के बराबर है
    हालांकि ये technologies केवल sensitivity बढ़ाने के लिए नहीं हैं, बल्कि अलग-अलग प्रकार की gravitational waves detect करने के उद्देश्य से भी हैं
    मुझे ठीक से नहीं पता कि gravitational wave की frequency किससे निर्धारित होती है
    सच कहूँ तो मैं अभी भी नहीं समझता कि space expansion या gravitational waves सच में क्या हैं, लेकिन आखिरकार मैं बस ऐसा मूर्ख हूँ जिसे tractor calculus समझ नहीं आता
    https://www.math.auckland.ac.nz/mathwiki/images/c/cf/Staffor...

    • tractor द्वारा खींचे जाने वाले plough या seed drill की चौड़ाई लें, और खेत की लंबाई को उस चौड़ाई से divide करें, तो पता चल जाता है कि खेत को पूरी तरह जोतने या बीज बोने के लिए tractor को आगे-पीछे कितनी बार जाना होगा
      अगर tractor constant speed V_tractor m/s से चल रहा हो, तो plough या seed drill की चौड़ाई और काम के समय (seconds) को multiply करके खेत का total area m^2 में निकाला जा सकता है
      इसे ऐसे tractor तक भी extend किया जा सकता है जिसकी speed V(t) हो, और हर infinitesimal time dt के area को जोड़ना होगा
      यही tractor calculus का fundamental theorem है और Tractor Field Theory की बुनियाद है ;)

  • लेख में जिस और भी niche लेकिन रोचक तरीके पर बात की जाती, उसकी उम्मीद थी: magnetic field
    मैंने पहले एक physics professor से सुना था कि strong magnetic field में gravitational waves के photons में decay होने की उम्मीद की जाती है
    उस समय मैं math भी कुछ हद तक समझता था, लेकिन अब मेरे बस की बात नहीं है
    फिर भी लगता है कि अब भी कुछ लोग इस दिशा को explore कर रहे हैं
    https://indico.cern.ch/event/1074510/contributions/4519384/a...