هل سبق لك أن تساءلت عن أكبر تحديات الفيزياء الحديثة؟ 🤔 يُعدّ التباين بين النسبية العامة والميكانيكا الكمومية أحد أكثر تلك التحديات إثارة للقلق. منذ عقود، يحاول العلماء التوفيق بين هاتين النظريتين العظيمتين، لكن الأدلة التجريبية حول النظريات المقترحة كانت قليلة. 🔭

ولكن، أطلقت منحة جديدة من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة، بقيادة سليم شهريار من جامعة نورث وسترن، مشروعًا جديدًا يُدعى “قياس فائق الدقة لصورة المبدأ المُكافئ للجاذبية الكمومية من الفضاء (SUPREME-GQ)”. يهدف هذا المشروع إلى جمع بيانات تجريبية دقيقة حول هذا الموضوع، ليفتح لنا نافذةً جديدةً على أسرار الجاذبية الكمومية! 🚀

ولكن، كيف سيتم ذلك؟ 🤔 التجربة معقدة بعض الشيء، فهي تعتمد على منصة فضائية تحمل مستشعرات متشابكة كموميًا، بالإضافة إلى أنظمة تحديد المواقع الدقيقة. لكن لفهم أهميتها في اختبار الجاذبية الكمومية، دعونا نلقي نظرةً على مبدأ أساسي في نظرية النسبية العامة: مبدأ التكافؤ.

ينص مبدأ التكافؤ على أن الجاذبية والتسارع متماثلان. هذا المبدأ هو جوهر نظرية النسبية العامة، التي ترى الجاذبية كمنحنى في الزمكان بدلًا من كونها قوة أساسية. لكن بعض نظريات الجاذبية الكمومية تتوقع اختلافًا دقيقًا عن هذا التكافؤ على مستويات دقيقة للغاية، حيث تبدأ الميكانيكا الكمومية بالسيطرة على الواقع! 🔬

لقياس هذا الاختلاف، يستخدم الفيزيائيون معاملًا يُدعى “معامل أوتوڤوس”. في النسبية العامة، يجب أن يكون هذا المعامل صفراً، بمعنى أن الكتلة الجاذبية والكتلة القصورية متساويتان. لكن مع اقترابنا من عالم الميكانيكا الكمومية، تبدأ بعض نظريات الجاذبية الكمومية في التنبؤ بأن هذا المعامل قد لا يكون صفراً. 🧐

تم اختبار معامل أوتوڤوس حتى قيم دقيقة جداً، تصل إلى حوالي 10^-15 بواسطة تجربة MICROSCOPE. ولكنها لم تكن دقيقة بما يكفي للكشف عن انحرافات محتملة وفقًا لبعض نظريات الجاذبية الكمومية، والتي قد تصل إلى 10^-18! 🧪

يهدف مشروع الدكتور شاهريار وفريقه إلى تطوير منصة فضائية تستخدم مقاييس التداخل الذرية لقياس معامل أوتوڤوس بدقة تصل إلى 10^-20، مما قد يسمح لنا بإثبات أو دحض بعض نظريات الجاذبية الكمومية. وللتوصل إلى ذلك، يتعين عليهم القيام بكم هائل من العمل التحضيري! 💻

إحدى الخطوات الرئيسية في هذا المشروع هي فهم كيفية استخدام التشابك الكمي في مقاييس التداخل الذرية (AIs). ستُستخدم ذرات الروبيديوم في هذه المقاييس، وتُقسّم إلى مسارات منفصلة بواسطة الليزر. ستدخل هذه الذرات في حالة شبيهة بتجربة القطة الشهيرة لـ شرودنجر! 🐱

ولكن، لم يتم تحقيق هذه الحالة الكمومية من قبل. قام الفريق بتطوير “بروتوكول الضغط الصوتي المُعمم”، مما يسمح بالحفاظ على الحالة المتشابكة الكمومية لفترات أطول. سيؤدي هذا إلى قياس دقيق لمعامل أوتوڤوس. ⏱️

هذه التكنولوجيا، المعروفة باسم “مُداخل مُتحرِّك ذريّ لقطة شرودنجر” (SCAI)، يمكن استخدامها أيضاً لتطبيقاتٍ على الأرض، مثل أنظمة التوجيه والملاحة في السيارات! 🚗

إذن، ما هو المستقبل؟ 🧐 لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يجب القيام به. لكن إذا نجح الدكتور شاهريار وفريقه في تصميم مُداخل مُتحرِّك ذريّ لقطة شرودنجر وظيفيٍّ في الفضاء، فسوف نكون أقرب قليلاً إلى التوفيق بين أحد أكبر المشاكل في الفيزياء الحديثة! 🤩

تعرف على المزيد:

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

المصدر: المصدر