نظرية جديدة قد تجعل "الجاذبية الكمومية" حقيقة واقعة – وتثبت خطأ أينشتاين
نظرية جديدة قد تجعل "الجاذبية الكمومية" حقيقة واقعة وتثبت خطأ أينشتاين
قام علماء الفيزياء بتطوير نهج جديد لحل واحدة من أكثر المشاكل إلحاحًا في الفيزياء النظرية: توحيد الجاذبية مع العالم الكمومي.
في ورقة بحثية نشرت مؤخرا في مجلة "تقارير التقدم في الفيزياء"، وضع العلماء صياغة جديدة للجاذبية يمكن أن تؤدي إلى وصف متوافق تماما مع الكم – دون اللجوء إلى الأبعاد الإضافية أو الميزات الغريبة التي تتطلبها النماذج الأكثر تكهنات، مثل نظرية الأوتار.
تظل الجاذبية استثناءً. النسبية العامة، نظرية أينشتاين في الجاذبية، هي نظرية كلاسيكية بحتة تصف الجاذبية بأنها تشوه هندسة الزمكان بفعل الكتلة والطاقة. لكن محاولات دمج نظرية الكم مع النسبية العامة غالبًا ما تصطدم بتناقضات رياضية قاتلة، مثل الاحتمالات اللانهائية.
النموذج القياسي بطريقة تعيد إنتاج النسبية العامة على المستوى الكلاسيكي مع السماح أيضًا بدمج التأثيرات الكمية بشكل متسق.
لأن النموذج الجديد يعكس بنية نظريات الكم الراسخة، فإنه يتجنب المشكلات الرياضية التي أعاقت تاريخيًا جهود تكميم النسبية العامة. ووفقًا للمؤلفين، يُنتج إطارهم نظرية كمّية واضحة المعالم تتجنب المشكلات الشائعة – مثل اللانهائيات غير المادية في الكميات القابلة للملاحظة والاحتمالات السلبية للعمليات الفيزيائية – التي تنشأ عادةً عند تكميم النسبية العامة باستخدام الطرق التقليدية والمباشرة.
من أهم مزايا هذا النهج بساطته. فعلى عكس العديد من نماذج الجاذبية الكمية التي تتطلب جسيمات غير مُكتشفة وقوى إضافية، تلتزم هذه النظرية بالمجالات المألوفة.
قال جوكا تولكي، الأستاذ في جامعة آلتو والمؤلف المشارك في البحث، لموقع لايف ساينس عبر البريد الإلكتروني: "المزايا أو الاختلافات الرئيسية مقارنةً بالعديد من نظريات الجاذبية الكمومية الأخرى هي أن نظريتنا لا تحتاج إلى أبعاد إضافية لا تدعمها التجارب المباشرة حتى الآن". وأضاف: "علاوة على ذلك، لا تحتاج النظرية إلى أي معاملات حرة تتجاوز الثوابت الفيزيائية المعروفة".
هذا يعني أنه يمكن اختبار النظرية دون انتظار اكتشاف جسيمات جديدة أو مراجعة القوانين الفيزيائية الحالية. وأضاف تولكي: "يمكن استخدام أي تجارب مستقبلية في الجاذبية الكمية مباشرةً لاختبار أي تنبؤات (مستقبلية) للنظرية".
التطلع إلى الأمام
على الرغم من الميزات الواعدة، لا يزال النموذج في مراحله الأولى. ورغم أن الحسابات الأولية تُشير إلى أن النظرية تعمل بشكل جيد في ظل اختبارات الاتساق المعتادة، إلا أنه لا يزال يتعين إثبات اتساقها بشكل كامل.
علاوة على ذلك، لم يُطبّق هذا الإطار بعد على بعض أعمق الأسئلة في فيزياء الجاذبية، مثل الطبيعة الحقيقية لمتفرّدات الثقوب السوداء أو فيزياء الانفجار العظيم. يقول بارتانن: "النظرية غير قادرة بعد على معالجة هذه التحديات الكبرى، لكنها قادرة على ذلك في المستقبل".
قد يكون التحقق التجريبي أكثر صعوبة. فالجاذبية أضعف القوى المعروفة، وجوانبها الكمومية بالغة الدقة. ولا تزال الاختبارات المباشرة لتأثيرات الجاذبية الكمومية بعيدة المنال عن متناول الأجهزة الحالية.
قصص ذات صلة:
قال تولكي: "يُمثل اختبار تأثيرات الجاذبية الكمومية تحديًا نظرًا لضعف التفاعل التجاذبي". ومع ذلك، ولأن النظرية لا تتضمن أي معايير قابلة للتعديل، فإن أي تجربة مستقبلية تستكشف سلوك الجاذبية الكمومية قد تُؤكد – أو تُستبعد – الاقتراح الجديد.
قال بارتانن: "نظرًا للوتيرة الحالية للتقدم النظري والرصدي، قد يستغرق الأمر بضعة عقود لتحقيق أولى الاكتشافات التجريبية التي تُقدم لنا دليلًا مباشرًا على تأثيرات الجاذبية الكمومية. ويمكن الحصول على أدلة غير مباشرة من خلال عمليات الرصد المتقدمة في وقت أبكر".
في الوقت الحالي، يفتح عمل بارتانين وتولكي اتجاهًا جديدًا للمنظرين الذين يبحثون عن نظرية كمية للجاذبية – نظرية تظل راسخة في الأطر الناجحة لفيزياء الجسيمات بينما قد تفتح بعضًا من أعمق ألغاز الكون.
