تويت
في ورقةٍ يحثيّةٍ جديدة، يقترح عالمان بالفيزياء – لورانس كراوس، عالِم كونيات بجامعة ولاية أريزونا، وفرانك ويلكزك، الفيزيائي الحاصل على جائزة نوبل من معهد ماساشوستس بكامبريدج – يقترحان أسلوبًا جديدًا للكشف عن الجاذبية الكميّة، التي حيّرت العلماء، في آثار الانفجار العظيم.
تتوقع النظرية النسبية العامة لأينشتاين وجود موجات في نسيج الزمكان (زمان-مكان) تُعرَف بموجات الجاذبية، وتمامًا كما تُحمَل القوة الكهرومغناطيسية بواسطة الفوتونات، يعتقد العلماء أنّ قوة الجاذبية يتم حملها بواسطة جُسيم أولي يُدعى “الجرافيتون”، ولكن يأس الكثير من العلماء من ملاحظة أي جرافيتون واحد؛ هذا يرجع إلى حقيقة أنّ قوة الجاذبية ضعيفة جدًا لدرجة أنه يُعتقَد أن أي تفاعلات بين الجرافيتونات والمادة تفوق قُدرة الإنسان على ملاحظتها، ولو في المستقبل المنظور.
بل قال العالِم فريمان دايسون، من معهد الدراسات المتقدمة في برينستون بنيو جيرسي، في مؤتمر عُقِدَ من شهر في سنغافورة للاحتفال بذكرى ميلاده الـ90، أنه لمن المستحيل فيزيائيًا بناء كاشف للجرافيتونات. فهناك العديد من الكواشف المقترحة لكنها ستفشل بسبب التشويش الناتج عن الكواشف نفسها، بالإضافة إلى التشويش الكمّى.
يجادل دايسون بأنّ الطّريقة القياسيّة للبحث عن موجات الجاذبية – من خلال ارتداد الضوء بين مجموعة من المرايا ومن ثمَّ قياس التغيُّرات الدقيقة في انفصالهم – ستكون أمرًا ميؤوسًا منه للكشف عن الجرافيتونات: فلكي نكون دقيقين بما فيه الكفاية للكشف عن هذه التغيرات الدقيقة في المسافة الضئيلة بسبب الجرافيتون الواحد، فلابد للمرايا أن تكون ثقيلة جدًا لدرجة أنها ستنهار لتكوّن ثقبًا أسود.
فى النموذج الأكثر قبولا بين العلماء لميلاد الكون، فإن الكون قد خضع لتضخم (Inflation) رهيب خلال جزء من الثانية الأولى من وجوده، وطبقًا للنظرية العامة لأينشتاين، فإن هذا التضخم قد ولّد موجات الجاذبية والتي تمدَّدت على طول الزمكان في اتجاه، وانكمشت على طول الاتجاه الآخر.
يُعتقَد أن العملية التي يولد بها التضخم موجات الجاذبية قد تكون كمية ميكانيكيًا في طبيعتها، وبسبب أن الجرافيتونات تظهر وتختفيمن الوجود في الفراغ. استخدم كاروس وويلكزك أداة رياضية اسمها “التحليل البُعديّ” لاثبات أن توليد الموجات الجذبوية خلال التضخم يتناسب مُربّع ثابت بلانك (قيمة تظهر فقط في النظريات الكمية)، مما يعني أن الموجات الجاذبية كمية بالفعل، كما يقولان. فإيجاد آثار الاستقطاب في خلفية الإشعاع الكوني الميكرويفي (وهي صورة لبداية الكون بعمر حوالي الـ300 ألف عام) قد يكون أول اختبار تجريبي على أن الجاذبية كميّة.
يقول لورانس كراوس أنّ نتائج البحث لم يتم اعتبارها جديًا برغم ذكرها ضمنيًا في أبحاث سابقة، ويؤكد هو وويلكزك أنهم فقط يلفتون الانتباه لمثل هذه الفكرة. يقول ويلكزك: “ما نأمله أخيرًا هو كشف عن إشارة من جرافيتون وحيد تضاعف بفعل (تمدد) الكون لشيء يمكن ملاحظته. الكون هو أداتنا التجريبية..”
اتفق بعض العلماء مع كراوس وويلكزك بينما اعترض البعض. مُبدع فكرة التضخم آلان جوث، وهو عالم كونيات بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يقولُ أن مساهمة كراوس وويلكزيك القوية هي “توضيحٌ لنقطةٍ هامّة: موجات الجاذبية المتوقعة برزت من الخصائص الكمّية لمجال الجاذبية ذاته، وليست فقط بواسطة التفاعل بين مجال الجاذبية والتذبذبات الكمية للمجالات الأخرى. وبالتالى إذا تمكنا من رؤية دليل مُلاحظ ومقنع من قياسات الاستقطاب لإشعاع الخلفية الكونية بوجود موجات الجاذبية، إذن سيكون لدينا دليل قوى على أن الجاذبية كمية بالفعل.”
تتوقع النظرية النسبية العامة لأينشتاين وجود موجات في نسيج الزمكان (زمان-مكان) تُعرَف بموجات الجاذبية، وتمامًا كما تُحمَل القوة الكهرومغناطيسية بواسطة الفوتونات، يعتقد العلماء أنّ قوة الجاذبية يتم حملها بواسطة جُسيم أولي يُدعى “الجرافيتون”، ولكن يأس الكثير من العلماء من ملاحظة أي جرافيتون واحد؛ هذا يرجع إلى حقيقة أنّ قوة الجاذبية ضعيفة جدًا لدرجة أنه يُعتقَد أن أي تفاعلات بين الجرافيتونات والمادة تفوق قُدرة الإنسان على ملاحظتها، ولو في المستقبل المنظور.
بل قال العالِم فريمان دايسون، من معهد الدراسات المتقدمة في برينستون بنيو جيرسي، في مؤتمر عُقِدَ من شهر في سنغافورة للاحتفال بذكرى ميلاده الـ90، أنه لمن المستحيل فيزيائيًا بناء كاشف للجرافيتونات. فهناك العديد من الكواشف المقترحة لكنها ستفشل بسبب التشويش الناتج عن الكواشف نفسها، بالإضافة إلى التشويش الكمّى.
يجادل دايسون بأنّ الطّريقة القياسيّة للبحث عن موجات الجاذبية – من خلال ارتداد الضوء بين مجموعة من المرايا ومن ثمَّ قياس التغيُّرات الدقيقة في انفصالهم – ستكون أمرًا ميؤوسًا منه للكشف عن الجرافيتونات: فلكي نكون دقيقين بما فيه الكفاية للكشف عن هذه التغيرات الدقيقة في المسافة الضئيلة بسبب الجرافيتون الواحد، فلابد للمرايا أن تكون ثقيلة جدًا لدرجة أنها ستنهار لتكوّن ثقبًا أسود.
فى النموذج الأكثر قبولا بين العلماء لميلاد الكون، فإن الكون قد خضع لتضخم (Inflation) رهيب خلال جزء من الثانية الأولى من وجوده، وطبقًا للنظرية العامة لأينشتاين، فإن هذا التضخم قد ولّد موجات الجاذبية والتي تمدَّدت على طول الزمكان في اتجاه، وانكمشت على طول الاتجاه الآخر.
يُعتقَد أن العملية التي يولد بها التضخم موجات الجاذبية قد تكون كمية ميكانيكيًا في طبيعتها، وبسبب أن الجرافيتونات تظهر وتختفيمن الوجود في الفراغ. استخدم كاروس وويلكزك أداة رياضية اسمها “التحليل البُعديّ” لاثبات أن توليد الموجات الجذبوية خلال التضخم يتناسب مُربّع ثابت بلانك (قيمة تظهر فقط في النظريات الكمية)، مما يعني أن الموجات الجاذبية كمية بالفعل، كما يقولان. فإيجاد آثار الاستقطاب في خلفية الإشعاع الكوني الميكرويفي (وهي صورة لبداية الكون بعمر حوالي الـ300 ألف عام) قد يكون أول اختبار تجريبي على أن الجاذبية كميّة.
يقول لورانس كراوس أنّ نتائج البحث لم يتم اعتبارها جديًا برغم ذكرها ضمنيًا في أبحاث سابقة، ويؤكد هو وويلكزك أنهم فقط يلفتون الانتباه لمثل هذه الفكرة. يقول ويلكزك: “ما نأمله أخيرًا هو كشف عن إشارة من جرافيتون وحيد تضاعف بفعل (تمدد) الكون لشيء يمكن ملاحظته. الكون هو أداتنا التجريبية..”
اتفق بعض العلماء مع كراوس وويلكزك بينما اعترض البعض. مُبدع فكرة التضخم آلان جوث، وهو عالم كونيات بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يقولُ أن مساهمة كراوس وويلكزيك القوية هي “توضيحٌ لنقطةٍ هامّة: موجات الجاذبية المتوقعة برزت من الخصائص الكمّية لمجال الجاذبية ذاته، وليست فقط بواسطة التفاعل بين مجال الجاذبية والتذبذبات الكمية للمجالات الأخرى. وبالتالى إذا تمكنا من رؤية دليل مُلاحظ ومقنع من قياسات الاستقطاب لإشعاع الخلفية الكونية بوجود موجات الجاذبية، إذن سيكون لدينا دليل قوى على أن الجاذبية كمية بالفعل.”