هل تتساءل عن أكثر المشاكل إحباطًا في الفيزياء الحديثة؟ ربما يكون التباين بين النسبية العامة والفيزياء الكمومية هو الجواب! 🤔 هذا التباين يُسبب حيرةً للفيزيائيين لعقود.
رغم وجود نظريات محتملة، إلا أن الأدلة التجريبية قليلة. لكن الآن، د. سليم شاهريار، من جامعة نورث وسترن، لديه مشروعٌ واعدٌ! 🚀 تم تمويله من قبل معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة، ليعمل على مفهومٍ جديدٍ يُسمى “القياس الفائق الدقة للبنية الفضائية للتوقيع على مبدأ التكافؤ للجاذبية الكمومية” (SUPREME-GQ). يأمل شاهريار في جمع بياناتٍ تجريبيةٍ دقيقة حول هذه النظرية المثيرة.

تُعد التجربة معقدة، 🔬 وتعتمد على منصة فضائية تحمل مُحسّنًا مُشابكًا كموميًا، إضافةً إلى أنظمة تحديد مواقع دقيقة.
لنفهم أهميتها في اختبار الجاذبية الكمومية، دعونا نبدأ بمبدأٍ أساسيٍ في النسبية العامة، وهو مبدأ التكافؤ.

ينص مبدأ التكافؤ على أن الجاذبية والتسارع متماثلان. وهو أساس النسبية العامة، التي تعتبر الجاذبية انحناءً في الزمكان بدلًا من قوة. لكن بعض نظريات الجاذبية الكمومية تتوقع اختلافًا في هذا التكافؤ على نطاقاتٍ دقيقة. في هذه النطاقات، تبدأ الميكانيكا الكمومية في التأثير.

يُستخدم مصطلح “معامل أوتفوس” لوصف هذا الاختلاف. فهو يُوضح مدى ارتباط الكتلة الجاذبية والكتلة القصورية. في النسبية العامة، ينبغي أن يكونا متساويين. لكن، في نطاقاتٍ ميكانيكا كمومية، قد تبدأ بعض نظريات الجاذبية الكمومية في رؤية اختلاف بينهما، مع قيمة غير صفريّة لمعامل أوتفوس.

تم اختبار معامل أوتفوس حتى حوالي 10^-15 بواسطة تجربة MICROSCOPE. نشر الباحثون نتائجهم في عام 2022، وهي أَدق قياسٍ لمعامل إيتفوس حتى الآن. ومع ذلك، استخدمت MICROSCOPE مقاييس تسارع تقليدية، لم تكن دقيقة بما يكفي لقياس مستوى 10^-18، الذي تتوقع بعض النظريات، مثل نظرية الأوتار، وجود انحراف فيه.

يسعى الدكتور شاهريار وفريقه لرفع دقة القياس إلى 10^-20 باستخدام منصة فضائية مُصممة خصيصًا. ستُستخدم مداخلات الذرات، لقياس قيمة معامل أوتفوس بدقة عالية. ستكون ذرات الروبيديوم هي المواد المستخدمة في التجربة.

تشمل الخطوات التحضيرية فهم كيفية الاستفادة من التشابك الكمومي في مداخلات الذرات. حيث تعمل مداخلات الذرات باستخدام الطبيعة المزدوجة للذرات (موجة وجسيم) وتقسيم شعاع من الذرات إلى مسارات منفصلة باستخدام الليزر.
ولكن، لم يتم إنشاء هذه الحالة الميكانيكية الكمومية من قبل، ما يُعدّ تحديًا رئيسيًا في بحث د. شاهريار. لقد طور فريقه “بروتوكول الضغط الصوتي العام” للحفاظ على الحالة الكمية المتشابكة لفترة طويلة، مما سيمكن من قياس الاختلافات بدقةٍ بين الحالتين عند إعادة دمجها. هذه الاختلافات ستساعد على قياس معامل أوتفوس بدقة عالية.

يمكن استخدام التكنولوجيا الأساسية، التي أطلق عليها الفريق “مُداخل قياسي ذريّ لقطة شرودنجر” (SCAI)، في تطبيقات على سطح الأرض. إذا نجحت، ستكون هذه المستشعرات أكثر دقةً بألوف المرات من المسرعات أو الجيروسكوبات التقليدية. يمكن استخدامها في أنظمة التوجيه والتنقل والسيارات.

لا يزال هناك عملٌ كبيرٌ ليثبت إمكانية تطبيق هذه التكنولوجيا في العالم الحقيقي. لكن نجاح د. شاهريار وفريقه سيقربنا خطوةً من التوفيق بين النسبية العامة والفيزياء الكمومية. 🤩

المصادر:

• ناسا – قياس فائق الدقة في الفضاء لتوقيع نظرية الجاذبية الكمومية على مبدأ التكافؤ
• يوتاه – علماء يجرون اختبارات لنظرية الجاذبية الكمومية
• يوتاه – نهج جديد قد يكشف عن الصلة بين الجاذبية والميكانيكا الكمومية
• يوتاه – ما هي نظرية الجاذبية الكمومية الحلقية؟

المصدر الرئيسي: المصدر