تُعتبر الجرافيتونات جسيمات فرضية دون ذرية، يعتقد بعض العلماء أنها تنقل قوة الجاذبية. إذا كانت موجودة، فهي صغيرة للغاية ولا تملك كتلةً أو شحنةً كهربائيةً. تُفترض نظرية أن الجرافيتونات تقفز من جسمٍ كبير إلى آخر، مُقتربين من بعضهما البعض. على الرغم من عدم وجود أدلة تجريبية على وجودها، إلا أنها تُعد فكرة مُحترمة في عالم الفيزياء المحترف.

لماذا يشتبه الفيزيائيون في حقيقة الجرافيتونات؟

لإجابة هذا السؤال، يجب فهم أفضل نظريات الجاذبية الحالية، وبعض مبادئ النظرية الكمومية الحديثة.

اقترحت النظرية الأولى للجاذبية في ثمانينيات القرن السابع عشر من قبل نيوتن. معادلاته دقيقة بما يكفي لوكالة ناسا تستخدمها اليوم لتوقع حركة المركبات الفضائية.
ومع ذلك، تواجه أفكار نيوتن مشكلةً كبيرةً: فهي لا تفسر أي شيء فعليًا. إنها تقول فقط إن الأجسام الضخمة تجذب بعضها البعض، وتجعل معادلاته هذه العبارة كمية.

تغير الوضع في أوائل القرن العشرين عندما نشر أينشتاين نظريته النسبية العامة. لا تزال هذه النظرية هي النظرية الأكثر دقة للجاذبية التي تم وضعها حتى الآن. تقول النظرية أن المادة تُشوه شكل الفضاء نفسه، تمامًا كما تتبع مسار سيارة على تضاريس أعرج طريق. إن حركة النجوم والكواكب هي أمثلة على الأجسام التي تتبع التلال والمنحنيات في الفضاء المنحني.

تقدم نظرية أينشتاين تنبؤات مشابهة لنظرية نيوتن، على الرغم من أنها أكثر دقة في المواقف التي تكون فيها الجاذبية قوية. وقد خضعت هذه النظرية لاختبارات شاملة، ويبدو أنها وصف دقيق للجاذبية في معظم الظروف.

لكن ما هي النظرة في المقاييس الدقيقة؟ عندما يُطبق نظرية أينشتاين على العالم دون المجهرى للذرات والإلكترونات، تفشل تمامًا. تتنبأ النظرية باللانهايات، واللانهاية هي علامة مميزة لنموذج علمي يُدفع إلى ما وراء عالم الواقع الفيزيائي ويدخل في التجريد الرياضي. ولذلك، لم يُطور العلماء حتى الآن نظرية للجاذبية تنطبق في عالم الأشياء شديدة الصغر. ومع ذلك، فقد وضعوا اسمًا مؤقتًا لمثل هذا النموذج: “الجاذبية الكمومية”.

كما شكل العلماء تفسيرات على مستوى الكم للقوى الأساسية الأخرى المعروفة الثلاث: الكهرومغناطيسية، والقوة النووية القوية والضعيفة. وتُسمى التفسيرات لهذه القوى بشكل عام “نظريات المجال الكمومي”، وعلى عكس الجاذبية الكمومية، فقد تم التحقق من صحتها بأدلة مؤكدة.

بما أن نظرية مقبولة للجاذبية الكمومية غير موجودة، فإن العلماء أحرار في إطلاق خيالهم. أحد النهج الشائعة هو ربط الجاذبية الكمومية بالنظريات الناجحة للمجالات الكمومية. والفكرة هي أنه إذا كانت تقنية ما قد نجحت بالنسبة للقوى الأساسية الأخرى المعروفة، فقد يكون من الممكن أن تصف نفس التقنية الجاذبية الكمومية أيضًا.

من السمات المشتركة للنظريات الناجحة للمجالات الكمومية أنها جميعها تتطلب جسيمًا أو أكثر دون ذريًّا لنقل القوة التي تصفها.
وتُنقل القوة الكهرومغناطيسية بتبادل الفوتونات بين الجسيمات دون الذرية (الفوتون هو جسيم الضوء). تُنقل القوة النووية الشديدة بواسطة جسيم يُسمى غلوون، سُميّ بذلك لأنه “يلصق” الجسيمات معًا. أما القوة الكمومية الثالثة، وهي القوة النووية الضعيفة، فتتطلب جسيمين، جسيمَيّ دبليو وزيد البوزونيين، اللذين سميّا بأسماء بسيطة.

بناءً على أن النظريات الكمومية للقوى الأخرى تتطلب كلّ منها جسيمًا لنقلها، يعتقد العلماء أن هذا سيكون صحيحًا بالنسبة للجاذبية أيضًا. على الرغم من عدم رصد جسيم الجاذبية، فقد أطلق عليه العلماء اسم “الجاذبية”.

معرفة العلماء بالجاذبية، تتيح لهم استنتاج العديد من الخصائص المحتملة للجاذبية. نظرًا لأن مدى الجاذبية لانهائي، فيجب أن تكون الجاذبية عديمة الكتلة. نظرًا لأن الجاذبية تتجاهل الكهرباء، فيجب أن تكون الجاذبية متعادلة كهربائيًا. وأخيرًا، نظرًا لأن الجاذبية قوة جاذبة، فيجب أن يكون للجاذبية دوران دون ذريّ مقداره 2.

في حين أن استنتاج طبيعة جسيم ما أمر جيد، إلا أنه حتى يتم التحقق من هذه التوقعات من خلال التجارب، ليس هناك سبب للاهتمام بها جديًا. إذن، ما هي احتمالات اكتشاف الجاذبية؟

تُقدّم القوانين الفيزيائية المعروفة حاليًا فكرةً عن مدى صعوبة التحقق من صحة النظرية. على سبيل المثال، قوة الجاذبية ضعيفة للغاية مقارنةً بالقوى المعروفة الأخرى. يُظهر الحساب أن الجاذبية أضعف بحوالي 10⁴⁰ مرة من الكهرومغناطيسية. هذا الضعف يُصعّب من اكتشاف الجرافيتونات. في أي قياس يمكن تصوره والذي يشمل الجسيمات دون الذرية، ستُسيطر قوة الكهرومغناطيسية وتُخفي أي تأثيرات جاذبية.

لإنتاج قوة جاذبية ملحوظة، يحتاج عدد كبير من الذرات إلى العمل معًا لخلقها. ميزةٌ إضافية لهذه الطريقة أن الذرات متعادلة كهربائيًا، وبالتالي ستكون قوة الكهرومغناطيسية صفرًا. لكن، بمجرد أن تعمل العديد من الذرات معًا، لن نكون بعدها نُجرِي اختبارات على المقاييس الكمومية، وبالتالي لن نكون نُجرِي اختبارًا للجاذبية الكمومية.

في الواقع، إذا انطبقت أبسط أفكار الجاذبية الكمومية، فقد لا يتمكن العلماء قط من التحقق من صحة نظرية الجاذبية الكمومية. ففي المقاييس دون الذرية، قد تثبت القوة ضعيفة للغاية لدرجة عدم إمكانية رصدها مطلقًا.

هذا يعيدنا إلى السؤال الذي يحمل عنوان المقال: هل ستُثبت الفيزياء يوماً حقيقة الجرافيتونات؟ من المؤكد أن هناك أسبابًا وافرة للاعتقاد بأنها قد تكون كذلك. يجب أن توجد نظرية للجاذبية تعمل على نطاقات بحجم الكم، وكل النظريات الكمومية الأخرى تتطلب جسيمات لتوليد قوتها. من ناحية أخرى، لا يوجد حاليًا دليل تجريبي يؤكد أو ينفي وجود الجرافيتونات.

من ناحية إيجابية، لا يوجد عائق أساسي أمام اختبار الجاذبية الكمومية، مما يعني أن بعض النهج المستقبلي قد يكون قادرًا على الإجابة على السؤال. ومع ذلك، في المستقبل المنظور، لا يمكن الإجابة على السؤال بـ “نعم” أو “لا”. الجواب الوحيد الصادق هو “ربما”.