نیروی جاذبه برخواسته از تابش جسم سیاه
برخلاف
تصور رایج، تابش میدان الکترومغناطیسی علاوه بر رانش، قابلیت ربایش اتم‌ها
را نیز دارد. این نیروی جاذبه قابل توصیف توسط اثر اشتارک است. اما به
دلیل افت سریع این نیرو با فاصله، اندازه‌گیری آزمایشگاهی آن یکی از چالش‌های پیشِ رو خواهد بود.
تابش جسم سیاه می‌تواند نیرویی جاذبه بین اجسام کوچک ایجاد نماید. این جمله ادعای فیزیکدانی از دانشگاه Innsbruk (اتریش) است؛ کسی که قدرت این نیروی جدید را بین توده کوچکی از غبار و اتم هیدروژن محاسبه کرده است. گروه ایشان بر این باورند که این نیرو در وضعیت‌هایی می‌تواند از نیروی گرانش مهم‌تر باشد؛ به این معنی که حضور این نیرو می‌تواند اثرات مهم‌تری روی رفتار توده گازها و غبارها در فضا داشته باشد.
ربایش اجسام بوسیله تابش الکترومغناطیسی (موج الکترومغناطیسی با این خاصیت «باریکه ردگیر» نامیده می‌شود) پیشینه طولانی در داستان‌های علمی-تخیلی داشته است. با وجود علاقه فیزیکدانان برای ساختن دستگاه‌های تخصصی با چنین مکانیزمی، چنین دستگاهی بایستی بر چالشی بنیادی فائق آید؛ اینکه هر ذره جذب کننده فوتون پس زده می‌شود نه اینکه جذب شود.
تابش
می‌تواند به دو صورت روی اتم تاثیر بگذارد. هر فوتون با انرژی مشخص
می‌تواند الکترون را به حالت اتمی برانگیخته (حالتی با تراز انرژی بالاتر)
ارتقا دهد. همچنین به محض جذب فوتون توسط اتم، اتم تکانه فوتون را نیز جذب
می‌کند. این تکانه، اتم را دور از منبع نور پس می‌زند؛ در نتیجه فشار
تابشی میدان الکترومغناطیسی را خواهیم داشت. به بیان دقیق‌تر میدان
الکتریکیِ نور (موج الکترومغناطیسی) باعث کمی تغییر در ترازهای انرژی اتم
خواهد شد؛ این پدیده اثر اشتارک نامیده می‌شود. در حالی که انرژی برخی
حالات برانگیخته زیاد می‌شود انرژی حالت پایه، معمولا، کم می‌شود.
جذب شده به تابش
طبق گفته بالا، در نتیجه اثر اشتارک، کاهش انرژی ترازهای پایه را خواهیم داشت. هنگامی که یک اتم به واسطه برانگیزش یکی از الکترون‌هایش برانگیخته می‌شود، انرژی کل اتم کاهش پیدا می‌کند، چرا که سایر الکترون‌های اتم در حالت پایه قرار دارند. تابش شدیدتر، میدان الکترومغناطیسی قوی‌تری بوجود می‌آورد. به همین دلیل جابه‌جایی ترازهای انرژی به دلیل اثر اشتارک بیشتر خواهد بود. بنابراین تمایل طبیعی اتم‌ها برای کمینه کردن انرژی‌شان نیرویی جاذبه به سمت منبع تابش تولید می‌کند. این نیرو در «موچین‌های اپتیکی» برای به دام انداختن اتم‌ها در یک کانون لیزری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هلموت ریتش Helmut Ritsch فیزیکدانی نظری از دانشگاه Innsbruk توضیح می‌دهد که این پروژه در نتیجه یک گفتگو با همسرش مونیکا-ریتش مارت (Monika-Ritsch Marte) شکل گرفت؛ مارت فیزیکدانی بیوپزشک است که در دانشگاه علوم پزشکی Innsbruk روی
موچین‌های اپتیکی تحقیق می‌کند. آن‌ها تعمق کردند که آیا نوری با طیف وسیع
می‌تواند یک پتانسیل اپتیکی جاذب ایجاد کند یا خیر. ریتش می‌گوید: «اکثر
مردم در نگاه اول به این سوال پاسخ منفی می‌دهند». این زوج به همراه ماتیاس سونلِیتنر (Matthias Sonnleitner)
در قالب یک گروه تحقیقاتی، بر آن شدند تا امکان وجود چنین پتانسیلی را
برای تابش جسم سیاه (وسیع‌ترین طیف موج الکترومغناطیسی قابل تصور) مورد
مطالعه و بررسی قرار دهند.
سهم اشتارک
تابش جسم سیاه گسیل شده از یک شیء، شامل طیف وسیعی از فرکانس‌ها است. بنابراین انرژی‌های مورد نیاز فوتون‌ها برای برانگیخته کردن یک اتم وجود دارد؛ این فوتون‌ها نیرویی دافعه به اتم وارد می‌کنند. علاوه بر این انرژی‌های مورد نیاز برای اکثر گذارهای اتمی معمول، حداقل در عناصر سبک‌تر که اکثر جهان را تشکیل می‌دهند، متناظر با فرکانس‌های فوتونی در ناحیه مرئی و یا فرابنفش طیف الکترومغناطیسی است. جسم‌های سیاه در دمای پایین‌تر از ۶۰۰۰ درجه کلوین (دمای سطح خورشید)، بخش عمده‌ای از تابش‌شان را به عنوان فوتون‌های زیرقرمز گسیل می‌کنند. از آن جایی که انرژی این فوتون‌ها کم‌تر از انرژی مورد نیاز برای انجام گذارهای الکترونی است، فوتون‌های زیرقرمز جذب نمی‌شوند و در نتیجه فشار تابشی برای میدان الکترومغناطیسی ایجاد نمی‌شود. اما، این فوتون‌ها در تولید نیروی جاذبه ایجاد شده توسط اثر اشتارک سهم دارند. بنابراین، در اکثر فرآیندهای واقعی (از جهت فیزیکی) چنین نیروی جاذبه‌ای تحت عنوان «نیروی اپتیکی جسم سیاه» بزرگتر از فشار تابشی میدان الکترومغناطیسی است.
این
نیرو با افزایش فاصله به سرعت از بین می‌رود، از این رو محققان معتقدند
اندازه‌گیری این نیرو در آزمایشگاه چالشی بزرگ است. اگرچه در دماهای کم‌تر
از هزاران کلوین فشار تابشی مهم نمی‌باشد، اما اشیاء در چنین دماهایی به
اندازه کافی گرم هستند تا به شکل قابل توجه تابش کنند. به هر حال، تحت
شرایط اخترفیزیکی خاص، این نیرو نقشی کلیدی بازی می‌کند. در سامانه‌ای از
ذرات بسیار سبک، چنین نیروی جاذبه‌ای نقش مهم‌تری نسبت به نیروی گرانش
دارد. برای مثال، مدل‌سازی ابری از غبار میان سیاره‌ای، مقیاس ذرات غبار در
حد میکرومتر و دمای توده ۱۰۰ کلوین، نشان می‌دهد پتانسیل جسم سیاه روی
سطحش ۱۰۰ میلیون بار از پتانسیل گرانشی بیشتر است.
بازخورد اخترفیزیکی
هلموت ریتش به جستجو جهت دست‌یابی به جزئیات این مدل در سناریوهای گوناگون امیدوار است. او می‌گوید: «ما از انجمن اخترفیزیکدانان بازخورد‌های زیادی دریافت کرده‌ایم». او ادامه می‌دهد، «آن‌ها تعدادی سناریو پیشنهاد کرده‌اند که ما باید آن‌ها را بررسی کنیم».
مایلز پاگت ((Miles Padget فیریکدانی در زمینه نورشناخت (اپتیک) از دانشگاه Glasgow به این موضوع علاقه‌مند است. او می‌گوید: «فکر می‌کنم چنین پژوهشی دوست داشتنی است». او می‌گوید: «چنین مکانیزمی کاملا متفاوت با چیزی است که تاکنون در انجمن فیزیکدانان در ارتباط با گیراندازی اپتیکی اتم‌ها مورد بحث قرار گرفته است». او معتقد است که تحت خلا شدید و در مقیاسی کوچک ممکن است کنترل این نیرو ،مستقیما در آزمایشگاه فراهم شود.
همچنین فیزیکدان نظری آندری درویانکو (Andrei Derevianko) از دانشگاه Nevada
می گوید، در اصل، این اثر جاذبه از تابش میدان الکترومغناطیسی در نظریه
شناخته شده بود و در عمل در موارد خاصی مورد استفاده قرار گرفته است. با
این حال درک تمام مفاهیم و تعابیر چنین مکانیزمی می‌تواند نتایج مهمی داشته
باشد.
منبع:PSI
