Yerçekimi dalgaları kozmik iletişimin anahtarı olabilir mi?

Gökbilimciler 2015 yılında ilk uzun süredir tahmin edilen yerçekimi dalgalarını tespit ettiklerinde, evrene yepyeni bir pencere açtı. Bundan önce astronomi tüm dalga boylarında ışık gözlemlerine bağlıydı.

Ayrıca, çoğunlukla radyo dalgaları iletişim kurmak için ışık kullanıyoruz. İletişim kurmak için yerçekimi dalgalarını kullanabilir miyiz?

Şu anda yeteneklerimizin ötesinde olsa da, fikir ilgi çekici. Yine de, geleceğin bazen düşündüğümüzden daha erken gelmenin bir yolu olduğu için varsayımı keşfetmenin değeri var.

Yeni araştırmalar fikri ve gelecekte nasıl uygulanabileceğini inceliyor. “Yerçekimi İletişim: Temeller, En son teknoloji ve gelecekteki vizyon” başlıklı ve mevcut üzerinde Arxiv ön hazırlık sunucusu. Yazarlar Houtianfu Wang ve Ozgur B. Akan. Wang ve Akan her ikisi de Cambridge Üniversitesi, Mühendislik Bölümü’nün İnterneti Grubu ile birlikte

“Yerçekimi dalgalarının keşfi, astronomi ve fizik için yeni bir gözlem penceresi açtı, evrenin derinliklerini ve aşırı astrofizik fenomenleri araştırmak için eşsiz bir yaklaşım sundu. Astronomik araştırmalar üzerindeki etkisinin ötesinde, yerçekimi dalgaları da yeni bir şekilde dikkat çekti. İletişim paradigması, “yazarlar açıklar.

Geleneksel elektromanyetik iletişimin kesin dezavantajları ve sınırlamaları vardır. Sinyaller menzili kısıtlayan mesafe ile zayıflar. Atmosferik efektler radyo iletişimine müdahale edebilir ve bunları yayabilir ve bozabilir. Ayrıca görüş hattı kısıtlamaları vardır ve güneş hava ve uzay aktivitesi de müdahale edebilir.

Yerçekimi dalgası iletişimi (GWC) hakkında umut verici olan şey, bu zorlukların üstesinden gelebileceğidir. GWC aşırı ortamlarda sağlamdır ve son derece uzun mesafelerde minimum enerji kaybeder. Ayrıca difüzyon, bozulma ve yansıma gibi elektromanyetik iletişimi (EMC) rahatsız eden sorunların üstesinden gelir. Ayrıca, doğal olarak oluşturulan GWS’yi kullanma olasılığı da var, bu da bunları yaratmak için gereken enerjiyi azaltmak anlamına geliyor.

Yazarlar, “Yerçekimi dalgası iletişimi olarak da bilinen yerçekimi iletişimi, geleneksel elektromanyetik iletişimin sınırlamalarının üstesinden gelme, aşırı ortamlarda ve geniş mesafelerde sağlam iletimi sağlama vaadini koruyor.”

Teknolojiyi ilerletmek için araştırmacıların laboratuarda yapay yerçekimi dalgaları (GWS) oluşturmaları gerekir. Bu, GW araştırmasının temel hedeflerinden biridir. GW’ler son derece zayıftır ve sadece hızla hareket eden muazzam kitleler onları üretebilir. Milyarlarca güneş kütlesine sahip olabilen süper kütleli kara delikleri (SMBH’ler) birleştirmekten gelen tespit ettiğimiz GW’ler bile, LIGO gibi inanılmaz derecede hassas enstrümanlar gerektiren sadece küçük efektler üretiyor.

Tespit edecek kadar güçlü GW’lerin üretilmesi gerekli bir ilk adımdır.

Yazarlar, “Yerçekimi dalgalarının üretimi, yerçekimi iletişimini ilerletmek için çok önemli, ancak çağdaş teknolojik gelişimin en önde gelen zorluklarından biri olmaya devam ediyor.” “Araştırmacılar, mekanik rezonans ve dönme cihazları da dahil olmak üzere bunu başarmak için çeşitli yenilikçi yöntemleri araştırdılar, süper iletken malzemelerve parçacık ışını çarpışmaları, ayrıca yüksek güçlü lazerler ve elektromanyetik alanları içeren teknikler. “

GWC’nin arkasında çok sayıda teorik çalışma var ama daha az pratik çalışma var. Makale, ikisi arasındaki boşluğu kapatmak için hangi yön araştırmalarının alması gerektiğini belirtiyor.

Açıkçası, bir laboratuvarda kara delik birleşmesi kadar harika bir etkinliği yeniden yaratmanın bir yolu yok. Ancak şaşırtıcı bir şekilde, araştırmacılar sorunu GWS’yi tespit etmeden çok önce 1960’a kadar düşünüyorlar.

İlk denemelerden biri dönen kitleleri içeriyordu. Bununla birlikte, GWS oluşturmak için gereken dönme hızının elde edilmesi imkansızdı, çünkü malzemeler yeterince güçlü olmadığı için. İlgili diğer girişimler ve teklifler piezoelektrik kristallersüper akışlar, parçacık kirişleri ve hatta yüksek güçlü lazerler. Bu girişimlerle ilgili sorun, fizikçiler arkasındaki teoriyi anlarken, henüz doğru materyallere sahip olmadıklarıdır. Bazı girişimler GWS üretti, bilim adamları düşünüyor, ancak tespit edilebilecek kadar güçlü değiller.

Yazarlar, “Genellikle daha küçük kütleler veya ölçekler tarafından üretilen yüksek frekanslı yerçekimi dalgaları, laboratuvar koşulları altında yapay üretim için mümkündür. Ancak düşük genlikleri ve mevcut dedektör hassasiyetleriyle uyumsuzluk nedeniyle tespit edilemez.”

Daha gelişmiş algılama teknolojileri veya üretilen GW’leri mevcut algılama yetenekleriyle hizalamak için bazı yöntemler gereklidir. Mevcut teknolojiler, Astrofizik Olaylardan GW’leri tespit etmeyi amaçlamaktadır. Yazarlar, “araştırmaların daha geniş frekans ve genlik aralıklarında çalışabilen dedektörler tasarlamaya odaklanması gerektiğini” açıklıyor.

GW’ler EM iletişiminin karşılaştığı bazı sorunlardan kaçınırken, sorunsuz değiller. GWC, geniş mesafeler kat edebildikleri için, zayıflama, faz bozulması ve polarizasyon ile ilgili sorunlarla karşı karşıya, yoğun madde, kozmik yapılar, manyetik alanlar ve yıldızlararası madde gibi şeylerle etkileşimden kaynaklanmaktadır. Bunlar sadece sinyalin kalitesini bozabilir, aynı zamanda kod çözmeyi de karmaşıklaştırabilir.

Termal yerçekimi gürültüsü, arka plan radyasyonu ve örtüşen GW sinyalleri de dahil olmak üzere göz önünde bulundurulması gereken benzersiz gürültü kaynakları da vardır. Yazarlar, “Bu ortamlarda güvenilir ve verimli bir tespit sağlamak için kapsamlı kanal modelleri geliştirmek esastır.”

GWS’den yararlanmak için, bunları nasıl modüle edeceğimizi de bulmamız gerekir. Sinyal modülasyonu iletişim için kritiktir. Herhangi bir araba radyosuna bakın ve “Am” ve “FM” i görüyorsunuz. AM “genlik modülasyonu” anlamına gelir ve FM “frekans modülasyonu” anlamına gelir. GW’leri nasıl modüle edebilir ve bunları anlamlı bilgilere dönüştürebiliriz?

“Son çalışmalar, astrofizik fenomen bazlı genlik modülasyonu (AM), Karanlık Madde kaynaklı frekans modülasyonu (FM) dahil olmak üzere çeşitli yöntemleri araştırdı. süper iletken malzeme manipülasyonuve metriklik temelli teorik yaklaşımlar, “yazarlar yazıyor. Bunların her biri, engellerle boğulmanın yanı sıra vaat ediyor.

Örneğin, GW sinyallerini modüle etmek için karanlık maddeyi kullanma konusunda teorileşebiliriz, ancak karanlık maddenin ne olduğunu bile bilmiyoruz. “İçeren frekans modülasyonu Ultralight skaler karanlık madde (ULDM) Karanlık Madde’in özellikleri ve dağıtımıyla ilgili belirsiz varsayımlara bağlıdır.

GWC ulaşılamıyormuş gibi görünebilir, ancak bilim adamlarının onu terk etmek istemedikleri için çok fazla söz veriyor. Derin uzay iletişiminde, EM iletişimi, kozmik fenomenlerden gelen geniş mesafeler ve müdahale nedeniyle hamstung’dur. GWC bu engellere çözüm sunar.

Uzun mesafelerde iletişim kurmak için daha iyi bir yöntem derin alanı keşfetmek için kritiktir ve GWC tam olarak ihtiyacımız olan şeydir. Yazarlar, “Yerçekimi dalgaları, muazzam mesafelerde tutarlı sinyal kalitesini koruyabilir, bu da onları güneş sisteminin ötesindeki görevlere uygun hale getirebilir.”

Pratik yerçekimi dalgası iletişimi uzun bir yoldur. Bununla birlikte, bir zamanlar sadece teorik olan, yavaş yavaş pratike kaymaktır.

Wang ve Akan, “Yerçekimi iletişimi, önemli bir potansiyele sahip bir sınır araştırma yönü olarak, teorik keşiften pratik uygulamaya yavaş yavaş ilerliyor.” Sıkı çalışmaya ve gelecekteki atılımlara bağlı olacaktır.

Araştırmacı çift, fikri ilerletmek için çok sıkı çalışmanın gerekli olduğunu biliyor. Makaleleri derinden ayrıntılı ve kapsamlı ve bu çalışma için bir katalizör olacağını umuyorlar.

“Tamamen pratik bir yerçekimi dalga iletişim sistemi mümkün olmasına rağmen, bu anketi potansiyelini vurgulamak ve özellikle uzay iletişimi senaryoları için daha fazla araştırma ve yeniliği teşvik etmek için kullanmayı amaçlıyoruz.”