هل سبق لك أن تساءلت عن أكبر تحدٍّ في الفيزياء الحديثة؟ ربما يكون الإجابة هي اختلاف النسبية العامة عن الفيزياء الكمومية! 🤔 هذا الاختلاف يُمثل تحدّيًا كبيرًا لعقودٍ من الزمن. على الرغم من وجود نظرياتٍ محتملةٍ لحلّ هذا التعارض، إلا أن الأدلة التجريبية شحيحة. 🔭

يُقدّم الدكتور سليم شاهريار، من جامعة نورث وسترن، حلًا مُثيرًا للاهتمام عبر منحةٍ جديدة من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة. فهو يعمل على مشروع يُدعى قياس الفضاء فائق الدقة للتوقيع المكافئ لمبدأ الجاذبية الكمية (SUPREME-GQ). يُهدف هذا المشروع إلى جمع البيانات التجريبية الدقيقة حول هذا الموضوع المُثير! 🚀

تُعتبر التجربة معقدةً إلى حدٍّ ما. تعتمد التجربة على منصةٍ فضائية تحمل مستشعرًا متشابكًا كمومياً ونظم تحديد مواقع دقيقة. لكن لماذا هذا مُهمّ في اختبار الجاذبية الكمومية؟ لنتعرف على ذلك! 👇

أحد المبادئ الأساسية في النسبية العامة هو مبدأ التكافؤ. ينص هذا المبدأ على أن الجاذبية والتسارع متماثلان. وهذا هو أساس النسبية العامة، حيث تُعالج الجاذبية كمنحنى في الزمان والمكان، لا قوةً أساسية. لكن العديد من نظريات الجاذبية الكمومية تتوقع انحرافًا عن هذا التكافؤ على نطاقاتٍ دقيقةٍ – حيث تبدأ الميكانيكا الكمومية باللعب بدورٍ رئيسيّ. 🤔

لقياس هذا الانحراف، يُستخدم مصطلح “معامل أوتفوس”. وهو يُقيس مدى القرب بين الكتلة الجاذبية والكتلة القصورية. في النسبية العامة، يجب أن تكونا متساويتين. ولكن، في عالم ميكانيكا الكم، تبدأ بعضُ نظريات الجاذبية الكمومية بالتنبؤ بانحرافٍ بينهما، يُمثَّلُ بِقيمةٍ غيرٍ صفريَّةٍ لمعامل أوتفوس. 🤔

تم اختبار معامل أوتفوس حتى حوالي 10^-15 بواسطة تجربة MICROSCOPE. وقد نشر الباحثون القائمون على المشروع تقريرًا في عام 2022، والذي يعتبر حتى الآن من أدق القياسات لمعامل أوتفوس. ومع ذلك، لم تكن دقة تجربة MICROSCOPE كافية لقياس مستوى 10^-18 الذي تتنبأ به نظريات مثل نظرية الأوتار. 🙁

يُريد الدكتور شاهريار وفريقه تطوير منصة فضائية تستخدم مُداخلات الذرات لضبط معامل أوتفوس إلى 10^-20، مما يُمكّنهم من إثبات أو دحض بعض نظريات الجاذبية الكمومية. ولكن هناك خطوة أولى: فهم كيفية استخدام التشابك الكمي في مُداخلات الذرات. 🔬

تُستخدم مُداخلات الذرات باستخدام الطبيعة المزدوجة للذرات (موجة وجسيم)، حيث يُقسّم الليزر حزمة الذرات إلى مسارات منفصلة. في تجربة الدكتور شاهريار، ستُستخدم ذرات الروبيديوم. إذا لم يتم رصد الذرات، فإنها تدخل في حالةٍ تشبه تجربة القطة الشهيرة لشرودنجر. 🤯

لم يتم إنشاء مثل هذه الحالة الميكانيكية الكمومية من قبل، لذلك هي الخطوة التالية للدكتور شاهريار. قام فريقه بتطوير “بروتوكول الضغط الصوتي العام”، والذي يسمح نظريًا بالحفاظ على الحالة الكمية المتشابكة لفترةٍ طويلة. من شأن ذلك أن يُتيح قياسات دقيقة للاختلافات بين الحالتين عندما يتم إعادة دمجهما، مما قد يُؤدي إلى قياس دقيق للغاية لمعامل أوتفوس. 🎉

يمكن استخدام التكنولوجيا الأساسية (مُداخل مُتداخل ذريّ لقطة شرودينغر) في تطبيقاتٍ أرضيةٍ، وستكون هذه المستشعرات أضعافًا أُلوفًا أكثر دقةً من المُعجّلات أو مُستشعرات دورانٍ نمطية. 🤩

لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يجب القيام به لإثبات إمكانية التنفيذ النظري لهذه التكنولوجيا في العالم الحقيقي. ولكن إذا نجح الدكتور شاهريار وفريقه، فسوف نكون أقرب قليلاً إلى فهم أحد أكبر المشاكل في الفيزياء الحديثة. 💡

لمزيد من المعلومات:

• قياس فائق الدقة في الفضاء لتوقيع مبدأ التكافؤ في الجاذبية الكمومية (ناسا)
• مقالاتٍ أخرى عن الجاذبية الكمومية (Universe Today)

المصدر: Universe Today