يعلنون عن نظرية جديدة قادرة على ربط نظرية الجاذبية لأينشتاين مع ميكانيكا الكم.

كلتا النظريتين مقنعتان ومثبتتان بشكل جيد، لكنهما متناقضتان ويبدو أنه لا يمكن التوفيق بينهما. في الواقع، فإن القوانين التي “تعمل” في واقعنا العياني واليومي تتوقف عن القيام بذلك في العالم الفرعي. والعكس صحيح. اجعلهم متفقينلقد أصبح توحيدها في صياغة نظرية جديدة إحدى المهام الرئيسية للفيزيائيين في جميع أنحاء العالم لأكثر من قرن.

نهج جديد

والآن، يقول فريق من علماء الفيزياء من جامعة كوليدج لندن إنهم حققوا ذلك بالضبط. وفي مقالتين منشورتين في وقت واحد في مجلة Physical Review

لقد كانت نظرية الجاذبية لأينشتاين هي المهيمنة لبعض الوقت الآن ينبغي تعديلها أو، بعبارة أخرى، “كمية” لتناسب افتراضات ميكانيكا الكم. وهذا يعني أنه، كما هو الحال مع قوى الطبيعة الثلاث الأخرى (الكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والضعيفة)، يجب أن يكون للجاذبية “جسيم حامل”، أي فوتون “جاذبي” افتراضي مع الحد الأدنى من قوة الجاذبية، وهو الغلوون. القوة النووية القوية، فإن جزيئات W وZ لها القوة النووية الضعيفة أيضًا.

والأسوأ من ذلك أن “الجاذبية” لا تظهر في أي مكان، كما أن المقاربات المختلفة لأهم النظريات المرشحة، مثل الجاذبية الكمية، أو نظرية الأوتار، أو نظرية الحلقة، لم تحقق بعد هدف التوفيق بين الكم والجاذبية.

ما هو الزمكان الكلاسيكي؟

في أول المقالاتجوناثان أوبنهايم يكسر كل ما سبق ويقترح الزمكان يمكن أن يكون “كلاسيكيا”أي أنها لا تحكمها نظرية الكم. ولذلك، بدلًا من تغيير الزمكان، تفترض ما يسمى بـ «نظرية ما بعد الكم للجاذبية الكلاسيكية» أنه لا يمكن التنبؤ بنتيجة أي قياس. وهذا يسبب تقلبات عشوائية وعنيفة في الزمكان أكثر مما تنبأت به نظرية الكم.

في المادة الثانيةقام الباحثون، بقيادة طلاب الدكتوراه السابقين في أوبنهايم، بتحليل بعض الآثار المترتبة على النظرية واقتراح تجربة لاختبارها: لقياس الكتلة بدقة شديدة من خلال وزنهافي الواقع يتغير مع مرور الوقت. تقلبات الوزن التي يتم الحصول عليها عن طريق وزن الوزن بأقصى قدر من الدقة، فمثلاً إذا كان أقل من المعيار الذي وضعه المكتب الدولي للأوزان والمقاييس لتحديد وزن كيلوغرام واحد، يتم رفض النظرية. من المفترض الحفاظ على الاتساق الرياضي.

كما قصد أوبنهايم وفريقه، أثبتت نتائج التجربة أو بطريقة أخرى أن الزمكان له طبيعة كلاسيكية وليست كمومية. 5000 إلى 1 الرهان بين أوبنهايم والأساتذة كارلو روفيلي وجيف بينينجتون، المدافعين الرئيسيين عن الجاذبية الحلقية ونظرية الأوتار، على التوالي.

خمس سنوات تحت الاختبار

لمدة خمس سنوات، كان أوبنهايم وزملاؤه يختبرون نظريتهم الجديدة ويقيمون آثارها. “نظرية الكم ونظرية النسبية العامة لأينشتاين -يشرح أوبنهايم- غير متوافقتين رياضيا مع بعضهما البعض، لذلك من المهم أن نفهم كيف يتم حل هذا التناقض. هل يجب علينا حساب الزمكان؟ هل يجب علينا تغيير نظرية الكم أم أنها مختلفة تماما؟ “الآن لدينا نظرية أساسية مستقرة، لا يدخل فيها الزمكان، لكن لا أحد يعرف الآن”.

ويعتقد زاك ويلر ديفيز، المؤلف المشارك في البحث، أن “هذا الاكتشاف يتحدى فهمنا للطبيعة الأساسية للجاذبية. إذا لم يكن للزمكان طبيعة كمومية، فلا بد أن تكون هناك تقلبات عشوائية في انحناءه لها تقلبات عشوائية”. توقيع محدد يمكن التحقق منه تجريبيا.”

الآن، بالطبع، الأمر كله يتعلق بالعثور على هذا “التوقيع”. “في كل من الجاذبية الكمية والجاذبية الكلاسيكية – يتابع ويلر-ديفيز – لا بد أن الزمكان يشهد تقلبات عنيفة وعشوائية حولنا، على الرغم من أننا لم نتمكن بعد من اكتشافها. لكن إذا كان الزمكان كلاسيكيًا، فإن التقلبات يجب أن تتجاوز قيمة معينة، وهذه القيمة يجب أن تتجاوز قيمة أخرى، ويمكن للتجارب تحديد المدة التي يمكن أن تبقى فيها الذرة الثقيلة في حالة تراكب، أو ما يرقى إلى “كم من الوقت يمكن أن تبقى في مكانين مختلفين؟”

كارلو سبارازياري وباربرا سودا، اللذان ساعدت حساباتهما التحليلية والعددية في توجيه المشروع، واثقان من أن هذه التجارب ستحدد ما إذا كان البحث عن نظرية الكم للجاذبية هو النهج الصحيح أم لا. “على الرغم من أن المفهوم التجريبي بسيط – كما يقول سباراتشياري – إلا أنه يجب تنفيذ وزن الجسم بدقة متناهية”