“الزمكان المتذبذب” قد يساعد في حل نظريات الفيزياء المتناقضة | الفيزياء

في قلب الفيزياء الحديثة توجد فجوة أمضى العلماء أكثر من قرن من الزمان في محاولة سدها. تقدم ميكانيكا الكم وصفًا لا تشوبه شائبة للقوى التي تسيطر على المقياس الذري. لم يثبت خطأ نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين أبدًا في تنبؤاتها حول كيفية تشكيل الجاذبية للأحداث الكونية. لكن النظريتين غير متوافقتين بشكل أساسي.

الآن، اقترح العلماء إطارًا يقولون إنه يمكن أن يوحد هاتين الركيزتين للفيزياء، من خلال إعادة تفكير جذرية في طبيعة الزمكان. فبدلاً من مرور الوقت بشكل يمكن التنبؤ به، في ظل «نظرية ما بعد الكم للجاذبية الكلاسيكية»، فإن المعدل الذي يتذبذب به تدفقات الوقت عشوائيًا، مثل مد وجزر النهر.

وقال البروفيسور جوناثان أوبنهايم، عالم الفيزياء في جامعة كوليدج لندن، الذي يقف وراء هذه النظرية: “نظرية الكم ونظرية أينشتاين في النسبية العامة غير متوافقتين رياضيًا مع بعضهما البعض، لذا من المهم أن نفهم كيفية حل هذا التناقض”.

ليس الجميع مقتنعين بهذا الاقتراح، بما في ذلك عالم الفيزياء النظرية والمؤلف البروفيسور كارلو روفيلي، الذي وقع رهانًا بنسبة 5000:1 مع أوبنهايم ضد إثبات صحة النظرية.

حتى الآن، الافتراض السائد كان من المفترض أن يتم تعديل نظرية أينشتاين للجاذبية، أو “تكميمها”، حتى تتناسب مع نظرية الكم. هذا هو منهج نظرية الأوتار، الذي يعزز وجهة النظر القائلة بأن الزمكان يتكون من 10 أو 11 أو ربما 26 بعدًا. هناك مرشح رئيسي آخر، تقدم به روفيلي وآخرون، وهو الجاذبية الكمومية الحلقية، حيث يتكون الزمكان من حلقات محدودة منسوجة في نسيج ناعم للغاية.

نظرية أوبنهايم، المنشورة في مجلة Physical Review X، يتحدى الإجماع من خلال اقتراح أن الزمكان قد يكون كلاسيكيًا ولا تحكمه نظرية الكم على الإطلاق. وهذا يعني أن الزمكان، مهما قمت بتكبيره عن قرب، سيكون سلسًا ومستمرًا وليس “مكمما” إلى وحدات منفصلة. ومع ذلك، يقدم أوبنهايم فكرة أن الزمكان أيضًا متذبذب بطبيعته، ويخضع لتقلبات عشوائية تؤدي إلى انهيار جوهري في القدرة على التنبؤ.

قال أوبنهايم: “إن المعدل الذي يتدفق به الزمن يتغير بشكل عشوائي ويتقلب في الوقت المناسب”، على الرغم من أنه يوضح أن الوقت لن يتجه في الاتجاه المعاكس أبدًا. وأضاف: “إنها رياضية تمامًا”. “إن تصوير ذلك في رأسك أمر صعب للغاية.”

ومن شأن هذا “التذبذب” المقترح أن يؤدي إلى انهيار القدرة على التنبؤ، وهو ما “لا يحبه العديد من الفيزيائيين”، كما يقول أوبنهايم.

ومن بين هؤلاء روفيلي والدكتور جيف بينينجتون، وهو أحد المدافعين عن نظرية الأوتار في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، والذي لديه أيضًا حصة قدرها 5000:1 في هذا السؤال.

وقال روفيلي: “التكهنات موضع ترحيب، خاصة إذا كان من الممكن اختبارها تجريبيا”. “لكن تبين أن معظم التكهنات خاطئة. أعتقد أنه من الجيد أن يستكشف أوبنهايم هذا الاحتمال، حتى لو لم يكن معقولًا جدًا، لكن الادعاءات الكبيرة حول “نظرية جديدة توحد جاذبية أينشتاين مع ميكانيكا الكم” تبدو مبالغًا فيها بعض الشيء بالنسبة لي.

وفي نهاية المطاف، فإن صحة النظرية ليس تفضيلًا جماليًا، بل مسألة ما إذا كانت تمثيلًا أمينًا للواقع. ورقة ثانية نشرت في وقت واحد في مجلة Nature Communications يقترح الدكتور زاك ويلر ديفيز، الذي كان يعمل سابقًا في كلية لندن الجامعية ويعمل الآن في معهد المحيط الكندي، تجربة مصممة للكشف عن “التذبذبات” في الزمكان من خلال تقلبات صغيرة في وزن الجسم.

على سبيل المثال، يزن المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في فرنسا بشكل روتيني كتلة 1 كجم والتي كانت تستخدم كمعيار 1 كجم. إذا كانت التقلبات في قياسات هذه الكتلة البالغة 1 كجم أصغر من حد معين، فيمكن استبعاد النظرية.

قال ويلر ديفيز: “لقد أظهرنا أنه إذا لم يكن للزمكان طبيعة كمومية، فلا بد أن تكون هناك تقلبات عشوائية في انحناء الزمكان والتي لها توقيع معين يمكن التحقق منه تجريبيًا”.