يقترب العلماء من إنشاء نظرية جديدة للجاذبية الكمية

النماذج الكلاسيكية للفيزياء - قوانين الحركةتفترض نظرية النسبية العامة لنيوتن وأينشتاين أن خصائص الكائن مثل الموضع والحركة مطلقة. هذه النظريات هي تتويج لإنجاز الفيزياء الحديثة ، حيث تصف الطبيعة بشكل رائع ، ولكن بشكل منفصل. تتعامل النسبية العامة مع الأشياء الكبيرة المألوفة وأحداث الكون ، بينما تشتمل ميكانيكا الكم على عالم مصغر غير مرئي وغريب ، حيث يمكن لجسيمين ، مفصولين بآلاف السنين الضوئية ، أن يتفاعلوا على الفور مع حركات بعضهم البعض. هذان العالمان النظريان ، المحدد الكلاسيكي والكم غير المحدود ، يعملان بشكل جيد للغاية. كلاسيكي للأجسام الضخمة مثل كرات القاعدة والكواكب ، والكمية للأجسام الخفيفة الصغيرة مثل الذرات والجزيئات. ومع ذلك ، ينهار كلا النهجين عندما نحاول دراسة أجسام ضخمة ولكن صغيرة ، مثل الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء أو الكون المرئي بعد فترة قصيرة من الانفجار العظيم. لكن لماذا؟

يمكن أن يكشف نهج جديد عن الصلة بين الجاذبية وميكانيكا الكم

كيف يعمل الكون

الجاذبية هي القوة الأساسية الأولىالتي اعترفت الإنسانية بوجودها ، لكنها لا تزال الأقل فهماً. يستطيع الفيزيائيون التنبؤ بتأثيرات الجاذبية على كرات البولينج والنجوم والكواكب بدقة استثنائية ، لكن لا أحد يعرف كيف تتفاعل هذه القوة مع أصغر الجسيمات أو الكميات. ربما ليس من المستغرب أن يستغرق العلماء ما يقرب من قرن من الزمان لإنشاء نظرية كمومية تصف كيفية تفاعل أصغر الجسيمات في الكون مع بعضها البعض. يعتقد الكثيرون أن كتاب قواعد الجاذبية يجب أن يحكم جميع المجرات والكواركات وما يكمن بينهما.

لإنشاء نهج جديد جذري لتحديد كيفية عمل كوننا في مستواه الأساسي ، تحول العلماء إلى أحدث الأبحاث في الحوسبة الكمومية وتكنولوجيا الكم. في الآونة الأخيرة ، أثبتت مجموعة دولية من الخبراء بقيادة باحثين من جامعة نوتنغهام أنه يمكن استخدام الجاذبية الكمية فقط ، وليس الجاذبية الكلاسيكية ، لإنشاء عنصر معلومات محدد مطلوب للحوسبة الكمومية.

انظر أيضًا: ما هي نظرية النسبية العامة لأينشتاين؟

لأكثر من مائة عام ، كافح الفيزيائيون من أجلتحديد كيفية دمج نظريتين أساسيتين في العلوم ، نظرية الكم والنسبية العامة ، اللتان تصفان على التوالي الظواهر المجهرية والظواهر العيانية ، في نظرية واحدة شاملة عن الطبيعة ، "يلاحظ المؤلف الرئيسي الدكتور ريتشارد هول.

"خلال هذا الوقت ، طوروا اثنين بشكل أساسيالمناهج المعاكسة ، تسمى "الجاذبية الكمية" و "الجاذبية الكلاسيكية". ومع ذلك ، فإن النقص الكامل في البيانات التجريبية يعني أن الفيزيائيين لا يعرفون أي نهج تستخدمه النظرية الشاملة بالفعل. توفر دراستنا نهجًا تجريبيًا لحل هذه المشكلة ، "لاحظ مؤلفو الدراسة المنشورة في مجلة Physical Review.

عندما تريد أن تعرف مدى ضخامة الجاذبيةينحني الضوء عن النجوم ، ثم تخرج كتابًا مدرسيًا عن الفيزياء النظرية للنسبية العامة. ولكن إذا كان هدفك هو فهم كيفية تحرك الإلكترونات عبر شريحة كمبيوتر ، فسيتعين عليك الحصول على كتاب مدرسي عن ميكانيكا الكم.

قد تتساءل: أسرار ميكانيكا الكم - ما هو التشابك الكمومي؟

النظرية الجديدة للجاذبية الكمومية

منذ في سياق الدراسة الجديدة ، خبراء فيعملت مجالات الحوسبة الكمومية والجاذبية الكمية والتجارب الكمومية معًا لاكتشاف علاقة غير متوقعة بين مجالات الحوسبة الكمومية والجاذبية الكمية ، وحتى استخدامها لاقتراح طريقة تجريبية جديدة لاختبار أن هناك جاذبية كمومية وليست كلاسيكية. .

"إذا لم تكن هناك نظرية حول الجاذبية الكمية ، فإن الكون هو مجرد فوضى. حادث ، قال نيتا إنجلهاردت ، عالمة الفيزياء النظرية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، لمجلة Wired.

التجربة المقترحة حسب فيز.org ، هو تبريد بلايين الذرات في مصيدة كروية بحجم ملليمتر إلى درجات حرارة منخفضة للغاية. في ظل هذه الظروف ، تنتقل الذرات إلى حالة تسمى تكاثف بوز-آينشتاين وتبدأ في التصرف بشكل جماعي ، كما لو كانت ذرة كمية واحدة كبيرة. ثم يتم تطبيق مجال مغناطيسي على "الذرة" بحيث تشعر فقط بالجاذبية الخاصة بها.

لاحظ مؤلفو العمل العلمي أنه إذا كان لديهمنظرية الجاذبية الكمومية صحيحة ، ثم ستلاحظ بعض التناقضات في تغيير خصائص النظام. من الجدير بالذكر أن التجربة يجب أن تتم في المستقبل القريب جدًا ، نظرًا لأن العلماء لديهم بالفعل جميع التقنيات اللازمة لذلك. إذا سارت الأمور على ما يرام ، فبعد أكثر من مائة عام من البحث ، سيكون لدى علماء الفيزياء أخيرًا معلومات حول نظرية حقيقية وشاملة وأساسية عن الطبيعة. نظرية كل شيء.

موجات الجاذبية الناتجة عن الاندماجالنجوم النيوترونية يؤديها الفنان. الكون الأساسي هو مصدر آخر لموجات الجاذبية التي ، إذا تم اكتشافها ، يمكن أن تساعد الفيزيائيين على تطوير نظرية كمومية للجاذبية.

لمزيد من المقالات الرائعة حول كيفية عمل الكون والقوى التي تتحكم فيه ، اقرأ قناتنا في Yandex.Zen. هناك مقالات منشورة بانتظام ليست على الموقع.

الدكتور ماريوس كريستودولو من هونج كونجأضافت الجامعة المشاركة في هذا التعاون: "هذه الدراسة مثيرة للاهتمام بشكل خاص لأن التجربة المقترحة ترتبط أيضًا بالفكرة الأكثر فلسفية بأن الكون يتصرف مثل كمبيوتر كمي ضخم يحسب نفسه ، مما يدل على أن التقلبات الكمية في الزمكان هي مورد طبيعي ضخم للحوسبة الكمومية ". في غضون ذلك ، سننتظر. من يدري ، ربما يكون العالم على وشك اكتشاف جديد ومذهل.