بعد إثبات أن الجاذبية لا تتأثر بالشروط الكمومية... وداعاً لنظرية كل شيء

الفيزياء الكلاسيكية في مواجهة الفيزياء الكمومية

للأسف، فإن آمالنا في وضع مجموعة من القوانين العامة التي تتعلق بالفيزياء التي تحكم كوننا، أي إيجاد "نظرية كل شيء"، تبدو أضعف من قبل. عثر العلماء على المزيد من الأدلة القوية التي تشير إلى أن الجاذبية، التي تحدد تأثير الأجسام الضخمة على نسيج الزمكان (الزمان - المكان)، لا تكترث على الإطلاق بقوانين الفيزياء الكمومية، التي تحكم العالم على مستوى الأجسام فائقة الصغر.

لنوضح ما حدث: فقد أصبح التحدي الأكبر في الفيزياء الحديثة العثور على نوع ما من التوافق بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الكمومية. في محاولة لربط الاثنتين، قام فريق من العلماء من جامعة هوازونج للعلوم والتكنولوجيا في ووهان بإعادة إحدى تجارب جاليليو. وبالتحديد، كانوا يعملون على مبدأ التكافؤ الذي يقول إن الأجسام المتطابقة في الكتلة ستتحرك في نفس المسار إذا سقطت في الفراغ.

كان الهدف من تجربة برج بيزا لجاليليلو عام 1589 برهان صحة مبدأ التكافؤ (يمكن شرحه كما يلي: تتسبب الجاذبية بتسارع جميع الأجسام بنفس المقدار بغض النظر عن كتلتها أو المواد المصنوعة منها، وفقاً لوكالة ناسا).

يمكنك أن تشاهد هذا الفيديو الرائع الذي يوضح عمل الجاذبية في الفراغ، بدون وجود أي تأثير من مقاومة الهواء:

باستخدام ذرتي روبيديوم لهما لفّان ذاتيانمتعاكسان، كان العلماء يأملون باكتشاف دليل على أن قوانين الفيزياء الكمومية تؤثر على الجاذبية بطريقة ما على مستوى الحجوم الذرية، وبالتالي تكوين صلة ما بين الفيزياء الكمومية والفيزياء الكلاسيكية، أي أن مبدأ التكافؤ لن يكون صحيحاً تماماً في هذا الوضع، وأنهم سيرون بعض الاختلاف في سرعات السقوط للذرات، نظراً للتعاكس بين اللف الذاتي لها.

الجاذبية تتجاهل اللف الذاتي الكمومي

أجريت هذه التجربة مرات عديدة من قبل، غير أن هذه هي المرة الأولى التي نفذت باستخدام ذرات بدلاً من أجسام عادية.

تم تبريد ذرتين من الروبيديوم إلى بضعة أجزاء من المليون من الدرجة فوق درجة الصفر المطلق لجعلها أكثر استقراراً، حيث أن الذرات تتحرك أكثربازدياد درجة الحرارة، ثم وضعتا في أنبوب مفرغ من الهواء.

تم استخدام شعاع ليزر لرفع الذرتين إلى الأعلى، ومن ثم قيست سرعة سقوطهما باستخدام تقنية تسمى "قياس التداخل الذري".

أظهرت التجربة أن الجاذبية لم يطرأ عليها أي تغير نتيجة اللف الذاتي المتعاكس للذرتين، وأن تأثيرها على الذرتين كان مماثلاً لتأثيرها على جميع الأجسام الأخرى. سقطت الذرتان إلى الأسفل بسرعتين متطابقتين عملياً، مما يعني أن قوانين الفيزياء الكلاسيكية للجاذبية ما زالت صحيحة حتى على المستويات الكمومية.

تكمن المشكلة هنا أنه لا توجد وسيلة لربط هذين الجانبين من الفيزياء حتى الآن، مما يجعل محاولة الوصول إلى نظرية موحدة، على ما يبدو، ضرباً من المستحيل.

على كل حال، ما زال الأمل موجوداً. من المحتمل وجود تأثير ما بالفعل، ولكن أدوات القياس الحالية عاجزة عن كشفه. وقد تأتي الإجابة بطريقة ما مع التطورات اللاحقة في التقنيات والأبحاث.