نظرية جديدة يمكن أن تجعل “الجاذبية الكمومية” حقيقة واقعة – وإثبات خطأ آينشتاين

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

طور الفيزيائيون مقاربة جديدة لحل واحدة من أكثر المشاكل ثباتًا في الفيزياء النظرية: توحيد الجاذبية مع العالم الكمومي.

في ورقة حديثة نشرت في المجلة تقارير عن التقدم في الفيزياء، يحدد العلماء إعادة صياغة الجاذبية التي يمكن أن تؤدي إلى وصف متوافق تمامًا مع الكمية-دون التذرع بالأبعاد الإضافية أو الميزات الغريبة التي تتطلبها نماذج أكثر مضاربة ، مثل نظرية الأوتار.

في قلب الاقتراح يوجد إعادة التفكير في كيفية تصرف الجاذبية على مستوى أساسي. في حين يتم وصف جميع القوى الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية باستخدام نظرية المجال الكمومي-الإطار الرياضي الذي يتضمن عدم اليقين وازدواجية الجسيمات الموجية- جاذبية لا يزال الغريب. النسبية العامة ، نظرية آينشتاين للجاذبية ، هي نظرية كلاسيكية بحتة تصف الجاذبية بأنها تزييف من هندسة الفضاء بالكتلة والطاقة. لكن محاولات مزج نظرية الكم مع النسبية العامة غالباً ما تتعارض مع التناقضات الرياضية المميتة ، مثل الاحتمالات اللانهائية.

يعيد النهج الجديد تفسير مجال الجاذبية بطريقة تعكس بنية نظريات المجال الكمومي المعروفة. وقال مؤلف المشاركة في الدراسة ميكو بورتان ، وهو عالم فيزيائي في جامعة آلتو في فنلندا في رسالة بريد إلكتروني: “النتيجة الرئيسية هي أن نظريتنا توفر نهجًا جديدًا لخطورة الكم بطريقة تشبه صياغة التفاعلات الأساسية الأخرى للنموذج القياسي”.

بدلاً من الانحناء وقت الفضاء ، يتم التوسط في الجاذبية في نموذجها من خلال أربعة حقول مترابطة ، مع كل واحدة مماثلة للحقل الذي يحكم المغناطيسية. تستجيب هذه الحقول للكتلة بنفس الطريقة التي تستجيب بها الحقول الكهربائية والمغناطيسية للشحن والتيار. يتفاعلون أيضًا مع بعضهم البعض ومع حقول نموذج قياسي بطريقة تستنسخ النسبية العامة على المستوى الكلاسيكي مع السماح أيضًا بدمج التأثيرات الكمومية باستمرار.

نظرًا لأن النموذج الجديد يعكس بنية النظريات الكمومية الراسخة ، فإنه يتجنب المشكلات الرياضية التي أعاقت جهودًا تاريخياً لتوظيف النسبية العامة. وفقًا للمؤلفين ، ينتج إطار عملهم نظرية كمية محددة جيدًا تتجنب المشكلات الشائعة-مثل اللانهائيات غير المسوقية في الكميات الملحوظة والاحتمالات السلبية للعمليات المادية-التي تنشأ عادةً عند تقدير النسبية العامة باستخدام طرق تقليدية ومباشرة.

ميزة رئيسية لهذا النهج هي بساطته. على عكس العديد من نماذج الجاذبية الكمومية التي تتطلب جزيئات غير مكتشفة وقوى إضافية ، تلتزم هذه النظرية بالتضاريس المألوفة.

وقال جوككا تولكي ، أستاذة في جامعة آلتو ومؤلف مشارك للورقة في رسالة بالبريد الإلكتروني: “المزايا أو الاختلافات الرئيسية بالمقارنة مع العديد من نظريات الجاذبية الكمومية الأخرى هي أن نظريتنا لا تحتاج إلى أبعاد إضافية ليس لها دعم تجريبي مباشر بعد”. “علاوة على ذلك ، لا تحتاج النظرية إلى أي معلمات حرة تتجاوز الثوابت المادية المعروفة.”

هذا يعني أنه يمكن اختبار النظرية دون انتظار اكتشاف جزيئات جديدة أو مراجعة القوانين الفيزيائية الحالية. وأضاف تولككي: “يمكن استخدام أي تجارب جاذبية كمية مستقبلية مباشرة لاختبار أي تنبؤات (قادمة) للنظرية”.

نتطلع إلى الأمام

على الرغم من الميزات الواعدة ، لا يزال النموذج في مراحله المبكرة. على الرغم من أن العمليات الحسابية الأولية تشير إلى أن النظرية تتصرف بشكل جيد تحت عمليات التحقق من الاتساق المعتادة ، إلا أن دليلًا كاملاً على تناسقها لا يزال يتعين حله.

علاوة على ذلك ، لم يتم بعد تطبيق الإطار على بعض من أعمق الأسئلة في الفيزياء الجاذبية ، مثل الطبيعة الحقيقية لـ ثقب الأسود التفرد أو فيزياء الانفجار الكبير. وقال بارتانين “النظرية ليست قادرة بعد على مواجهة تلك التحديات الرئيسية ، ولكن لديها القدرة على القيام بذلك في المستقبل”.

التحقق التجريبي قد يثبت أن أكثر بعيدا. الجاذبية هي أضعف القوى المعروفة ، وجوانبها الكم خفية بشكل لا يصدق. الاختبارات المباشرة لتأثيرات الجاذبية الكمومية هي خارج متناول الأدوات الحالية.

القصص ذات الصلة:

– قد تطيع الثقوب السوداء قوانين الفيزياء بعد كل شيء ، كما تقترح نظرية جديدة

– كيف قد تكون “رغوة الكم” قد تضخمت الكون المبكر

– يجد العلماء تشابكًا كميًا “عصبيًا” على مقاييس صغيرة بشكل لا يصدق – داخل البروتونات الفردية

وقال تولككي “اختبار تأثيرات الجاذبية الكمومية أمر صعب بسبب ضعف التفاعل الجاذبية”. ومع ذلك ، نظرًا لأن النظرية لا تتضمن أي معلمات قابلة للتعديل ، فإن أي تجربة مستقبلية تستفيد من سلوك الجاذبية الكمومية يمكن أن تؤكد – أو تستبعد – الاقتراح الجديد.

“بالنظر إلى الوتيرة الحالية للتقدم النظري والملاحظة ، قد يستغرق الأمر بضعة عقود لاتخاذ الاختراقات التجريبية الأولى التي تمنحنا دليلًا مباشرًا على آثار الجاذبية الكمومية” ، قال Partanen. “يمكن الحصول على أدلة غير مباشرة من خلال الملاحظات المتقدمة في وقت سابق.”

في الوقت الحالي ، يفتح عمل Partanen و Tulkki اتجاهًا جديدًا للمنظرين الذين يبحثون عن نظرية الكم للجاذبية – تلك التي تبقى على أساس الأطر الناجحة لفيزياء الجسيمات مع فتح بعض من أكثر الألغاز العميقة في الكون.