لقد وجد الفيزيائيون أرضية مشتركة بين الجاذبية وميكانيكا الكم

اكتشف الفيزيائيون التلميحات الأولى التي تشير إلى أن نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين تعمل في عالم الكم الغامض. تمكن العلماء من قياس التغيرات التي تحدث مع سقوط جسم كمي. وهذا إنجاز مفصل في المجلة تقدم العلوميمكن أن تكون خطوة حاسمة نحو خلق توحيد عظيم للفيزياء – ما يسمى “نظرية كل شيء”.

لقد واجه العلم الأساسي تناقضًا غير قابل للحل لأكثر من قرن من الزمان. تصف نظرية النسبية العامة لأينشتاين الكون ببراعة على المستوى الكلي (الكواكب والنجوم والثقوب السوداء)، بينما تصف ميكانيكا الكم العالم الصغير بمقاييس أصغر من الذرة. ومع ذلك، فإن ركائز الفيزياء الحديثة هذه “لا تتوافق” بشكل قاطع مع بعضها البعض: لا توجد نظرية كاملة للجاذبية الكمية حتى الآن. فريق بحث بقيادة رون فولمان من جامعة بن غوريون في النقب (إسرائيل) قررت العثور على نقطة الاتصال الخاصة بهم عن طريق التحقق كيف تؤثر الجاذبية على الخصائص الكمومية للذرات المتساقطة.

مصعد أينشتاين العقلي على شريحة ذرية

وترتكز التجربة على حجر الزاوية في نظرية أينشتاين وهو مبدأ التكافؤ. ووفقا له، بالنسبة للمراقب في حالة السقوط الحر، يبدو أن الجاذبية تختفي. يصف التشبيه الكلاسيكي شخصًا في مصعد مغلق: من المستحيل التمييز بين ما إذا كانت جاذبية الأرض هي التي تثبتك على الأرض، أو ما إذا كان المصعد يتحرك ببساطة للأعلى بتسارع قدره 9.8 م/ث². إذا انقطع الكابل، فستكون في حالة انعدام الجاذبية وسوف “تختفي” الجاذبية.

لاختبار هذا المبدأ على المستوى الكمي، حيث تتصرف الجسيمات في نفس الوقت مثل الموجات، استخدم العلماء جهازًا فريدًا – مقياس التداخل الكمي لجاليليو. أخذ المجربون سحابة من ذرات الروبيديوم، وقاموا بتبريدها إلى ما فوق الصفر المطلق، ووضعوها على شريحة ذرية خاصة. وباستخدام نبضات الموجات الميكروية، تم وضع الذرات في حالة من التراكب الكمي، مما جعلها تتحرك حرفيًا على طول مسارين مختلفين في نفس الوقت.

التداخل الموجي وخطوة نحو “نظرية كل شيء”

احتفظ المجال المغناطيسي للرقاقة بجزء من الموجة الكمومية في مكانه، لتعويض جاذبية الأرض. تم دفع الجزء الثاني من الموجة للأعلى أولاً بمساعدة النبضات المغناطيسية، ثم سمح لها بالسقوط بحرية تحت تأثير الجاذبية – مثل الكرة الملقاة. عندما تم توحيد المسارين، قام العلماء بقياس التغيرات في مرحلة الموجة الساقطة باستخدام تأثير التداخل (تراكب قمم الموجة وقيعانها).

هذه هي المرة الأولى في تاريخ العلم التي يتمكن فيها الفيزيائيون من اكتشاف تأثير الجاذبية والسقوط الحر بشكل مباشر على مرحلة الموجة الكمومية.

وكما أشار فلاتكو فيدرال، أحد المشاركين في المشروع، فإن البحث يدفع بميكانيكا الكم إلى واحدة من أكثر جبهاتها إثارة للاهتمام، مما يثبت أن تنبؤاته تظل ثابتة مرة أخرى. التجربة ليست دليلاً مباشرًا على الجاذبية الكمية، لكنها كذلك مرة واحدةيتحرك حدود المعرفة.