هل الجاذبية كمية؟ تجربة جديدة لاستكشاف أعمق أسرار الكون

• يقوم العلماء بتطوير تجربة لاختبار ما إذا كانت الجاذبية كمية أم لا
• في ميكانيكا الكم – التي تصف سلوك الذرات والجزيئات – تتصرف الأشياء بشكل مختلف عن أي شيء نعرفه: يمكن أن تكون في حالة تراكب كمي، وتتواجد في مكانين في وقت واحد.
• الآن، يستكشف العلماء طريقة لتحديد ما إذا كانت الجاذبية تعمل بهذه الطريقة من خلال رفع الماسات الدقيقة في الفراغ.
• إذا كانت الجاذبية كمية، فيمكنها “تشابك” الماس – وهي ظاهرة مثيرة للاهتمام تربط جسمين معًا بقوة بطرق غير ممكنة في الحياة اليومية.
• سيساعد هذا البحث في تعزيز فهم الثقوب السوداء .الانفجار العظيموالكون

تجربة مع الجاذبية الكمومية

يقوم العلماء بتطوير تجربة لاختبار أحد الأسئلة الأكثر عمقًا حول كوننا: الجاذبية الكمية.

النسبية العامة وميكانيكا الكم هما تفسيران أساسيان للطبيعة. تشرح النسبية العامة الجاذبية على نطاق واسع بينما تشرح ميكانيكا الكم سلوك الذرات والجزيئات.

التحدي المتمثل في توحيد النظريات

إن المشكلة الأكثر أهمية التي لم يتم حلها في الفيزياء الأساسية هي الطريقة الصحيحة للجمع بين هاتين النظريتين – لتحديد ما إذا كانت الجاذبية تعمل على المستوى الكمي. على الرغم من أن العمل النظري قد اقترح عدة احتمالات، إلا أن هناك حاجة إلى تجارب لفهم سلوك الجاذبية بشكل كامل.

يستكشف شعاع الليزر في مختبر جافين مورلي الخصائص الكمومية للألماس. الائتمان: جافين مورلي

تجربة ثورية من قبل الكونسورتيوم العالمي

لقد استعصت علينا التجارب المتعلقة بالطبيعة الكمومية للجاذبية لمدة مائة عام، ولكن الآن سيعمل علماء من جامعات وارويك، وكلية لندن الجامعية، وييل (الولايات المتحدة الأمريكية)، ونورث وسترن (الولايات المتحدة الأمريكية)، وجروننجن (هولندا) معًا لاستكشاف هذا اللغز. .

وتتمثل فكرتهم الجديدة في رفع ماستين من الماسات الدقيقة في الفراغ، ووضع كل منهما في تراكب كمي بحيث يكون في مكانين في الوقت نفسه. وهذا السلوك السلبي هو سمة أساسية لميكانيكا الكم.

نظرة البروفيسور مورلي إلى التجريب

يمكن اعتبار كل ماسة بمثابة نسخة مصغرة من قطة شرودنغر. الباحث الرئيسي البروفيسور جافين مورلي، قسم الفيزياء، جامعة وارويكيشرح: “قطة شرودنغر هي تجربة فكرية، تشير إلى أن الأشياء اليومية (والحيوانات الأليفة!) ستكون مختلفة تمامًا إذا كانت في تراكب كمي لوجودها في مكانين في نفس الوقت. أردنا اختبار حدود هذه الفكرة.

“لقد تم وضع الذرات والجزيئات بنجاح في مثل هذه الحالة من التراكب، لكننا نريد أن نفعل ذلك بأشياء أكبر بكثير. يتكون الماس لدينا من مليار ذرة أو أكثر. ولاختبار الطبيعة الكمومية للجاذبية، سنبحث عن التفاعلات”. بين اثنين من هذه الماسات بسبب الجاذبية.

“إذا كانت الجاذبية كمومية، فإنها سوف تتشابك كلا الماستين. التشابك هو تأثير كمي فريد حيث يرتبط شيئين بقوة أكبر مما هو ممكن في حياتنا اليومية. على سبيل المثال، إذا كانت عملتان متشابكتان، فعندما تقلبهما، فإنهما يتشابكان إما الرؤوس أو الذيول، على الرغم من أنه من المستحيل معرفة ما إذا كانت ستكون ذيولًا مسبقًا، إلا أنه يمكنك أن ترى أن كلاهما يظهران بنفس الطريقة.

التحديات والتداعيات

لا تزال هناك العديد من التحديات التي تواجه تنفيذ هذه الفكرة، والتي سيقوم الفريق بالتحقيق فيها خلال المشروع. يقول الدكتور ديفيد مور: “على سبيل المثال، يتعين علينا إزالة جميع التفاعلات بين الجسيمات النانوية بخلاف الجاذبية، وهو أمر صعب للغاية لأنه ضعيف للغاية”. جامعة ييل.

وأضاف البروفيسور مورلي، المدير المؤسس لـ Warwick Quantum، وهي مبادرة جديدة متعددة التخصصات لأبحاث تكنولوجيا الكم: “بالنسبة لي، المشكلة الأكثر أهمية في الفيزياء الآن هي تطوير تجربة يمكنها اختبار الطبيعة الكمومية للجاذبية. هذا المشروع الجديد هو تسارع في رحلتنا المثيرة نحو هذا.

وجهات نظر العلماء المتعاونين

قال البروفيسور سوجاتو بوس، من كلية لندن الجامعية: “من الصعب المبالغة في تقدير مدى أهمية قيام الفيزيائيين بإجراء تجارب يمكنها استكشاف الطريقة الصحيحة لربط ميكانيكا الكم والنسبية العامة. عادة ما يكون الأشخاص الذين يعملون على نظريات الجاذبية الكمومية مثل نظرية الأوتار التركيز على الطاقات العالية والثقوب السوداء وما يحدث في الانفجار الكبير.

“على النقيض من ذلك، فإن مهمتنا تقع في نظام منخفض الطاقة على الأرض، ولكنها ستوفر أيضًا معلومات لا تقدر بثمن حول هذا الموضوع. الذي – التي الجاذبية هي الكم. علاوة على ذلك، تعتبر التجربة بمثابة التحقق من صحة التنبؤ العام لأي نظرية كمومية للجاذبية عند الطاقات المنخفضة.

ويقول البروفيسور أنوبام ماجومدار من جامعة جرونينجن: “في الطريق إلى فهم الطبيعة الكمومية للجاذبية، يمكننا اختبار جوانب أخرى من الفيزياء الأساسية على مسافات قصيرة، مثل الانحرافات الجذابة عن الجاذبية النيوتونية”.

يقول أندرو جيراسي Andrew Geraci، أستاذ الفيزياء المشارك: “إن هذه تجربة صعبة، وهذا المشروع هو رائد لمعالجة بعض التحديات التقنية الرئيسية لجعل هذه الاختبارات للجوانب الكمومية للجاذبية حقيقة واقعة”. جامعة نورث وسترن.

يُطلق على المشروع اسم “MAST-QG: التراكبات العيانية لاكتشاف الطبيعة الكمومية للجاذبية”.