كتب – رامز يوسف:
طوّر الفيزيائيون نهجًا جديدًا لحل إحدى أكثر المشكلات إلحاحًا في الفيزياء النظرية: دمج الجاذبية مع العالم الكمومي.
في ورقة بحثية حديثة نُشرت في مجلة “تقارير التقدم في الفيزياء”، يقدم العلماء صياغة للجاذبية قد تؤدي إلى وصف متوافق تمامًا مع الفيزياء الكمومية – دون اللجوء إلى الأبعاد الإضافية أو السمات الغريبة التي تتطلبها النماذج الأكثر تخمينًا، مثل نظرية الأوتار.
يتمثل جوهر هذا الاقتراح في إعادة النظر في سلوك الجاذبية على المستوى الأساسي. في حين أن القوى الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية تُوصف جميعها باستخدام نظرية المجال الكمومي – وهي إطار رياضي يدمج عدم اليقين وثنائية الموجة والجسيم – إلا أن الجاذبية تظلّ حالة شاذة.
النسبية العامة، نظرية أينشتاين في الجاذبية، هي نظرية كلاسيكية بحتة تصف الجاذبية بأنها تشويه هندسة الزمكان بفعل الكتلة والطاقة. لكن محاولات دمج نظرية الكم مع النسبية العامة غالبًا ما تصطدم بتناقضات رياضية قاتلة، مثل الاحتمالات اللانهائية.
يعيد النهج الجديد تفسير المجال التجاذبي بطريقة تعكس بنية نظريات المجال الكمومي المعروفة. قال ميكو بارتانين، الباحث المشارك في الدراسة والفيزيائي في جامعة آلتو في فنلندا: “النتيجة الرئيسية هي أن نظريتنا تُقدم نهجًا جديدًا للجاذبية الكمومية بطريقة تُشبه صياغة التفاعلات الأساسية الأخرى في النموذج القياسي”.
بدلاً من انحناء الزمكان، تتوسط الجاذبية في النموذج الجديد 4 مجالات مترابطة، يشبه كل منها المجال الذي يحكم الكهرومغناطيسية. تستجيب هذه المجالات للكتلة بنفس الطريقة التي تستجيب بها المجالات الكهربائية والمغناطيسية للشحنة والتيار. كما تتفاعل مع بعضها البعض ومع مجالات النموذج القياسي بطريقة تُعيد إنتاج النسبية العامة على المستوى الكلاسيكي، مع السماح في الوقت نفسه بدمج التأثيرات الكمومية بشكل متسق.
ولأن النموذج الجديد يعكس بنية نظريات الكم الراسخة، فإنه يتجنب المشكلات الرياضية التي أعاقت تاريخيًا جهود تكميم النسبية العامة. ووفقًا للمؤلفين، يُنتج إطار عملهم نظرية كمومية واضحة المعالم تتجنب المشكلات الشائعة – مثل اللانهائيات غير الفيزيائية في الكميات القابلة للرصد والاحتمالات السلبية للعمليات الفيزيائية – التي تنشأ عادةً عند تكميم النسبية العامة باستخدام الطرق التقليدية والمباشرة.
من المزايا الرئيسية لهذا النهج بساطته. فعلى عكس العديد من نماذج الجاذبية الكمومية التي تتطلب جسيمات غير مكتشفة وقوى إضافية، تلتزم هذه النظرية بالمجالات المألوفة.
قال جوكا تولكي، الأستاذ في جامعة آلتو والمؤلف المشارك في البحث: “تكمن المزايا أو الاختلافات الرئيسية مقارنةً بالعديد من نظريات الجاذبية الكمومية الأخرى في أن نظريتنا لا تحتاج إلى أبعاد إضافية لا تدعمها التجارب المباشرة حتى الآن. 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 الكمومية مباشرةً لاختبار أي تنبؤات مستقبلية للنظرية”.
النظر إلى المستقبل
على الرغم من الميزات الواعدة، لا يزال النموذج في مراحله الأولى. ورغم أن الحسابات الأولية تشير إلى أن النظرية تعمل بشكل جيد في ظل اختبارات الاتساق المعتادة، إلا أنه لا يزال يتعين التوصل إلى دليل كامل على اتساقها.
علاوة على ذلك، لم يُطبق هذا الإطار بعد على بعض أعمق الأسئلة في فيزياء الجاذبية، مثل الطبيعة الحقيقية لمتفردات الثقوب السوداء أو فيزياء الانفجار العظيم. وصرح بارتانين: “النظرية ليست قادرة بعد على معالجة هذه التحديات الرئيسية، ولكنها قادرة على ذلك في المستقبل”.
قد يكون التحقق التجريبي أكثر صعوبة. فالجاذبية هي أضعف القوى المعروفة، وجوانبها الكمومية دقيقة للغاية. ولا تزال الاختبارات المباشرة لتأثيرات الجاذبية الكمومية بعيدة المنال عن متناول الأجهزة الحالية.
وقال 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 تؤكد – أو تستبعد – الاقتراح الجديد.
قال بارتانين: “نظرًا للوتيرة الحالية للتقدم النظري والرصدي، قد يستغرق الأمر بضعة عقود لتحقيق أولى الاختراقات 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 آفاقًا جديدة للمنظرين الباحثين عن نظرية كمية للجاذبية – نظرية تبقى راسخة في الأطر الناجحة لفيزياء الجسيمات، مع إمكانية كشف بعض أعمق ألغاز الكون.
المصدر: Live Science
اقرأ أيضا:
