التذبذب العشوائي في الزمن يمكن أن يحل أخيرًا أعظم أسرار الجاذبية

السؤال الأكثر إرباكًا في الفيزياء الآن هو كيف تتشابك النسبية العامة – القوانين التي تحكم الجاذبية والزمكان على المقاييس الكبيرة – مع ميكانيكا الكم، القوانين التي تحكم المقاييس الصغيرة جدًا. هناك العديد من الحلول المحتملة، ولكن لم يتم إثبات أي منها، وحتى الآن تم استبعاد عدد قليل جداً منها بشكل قاطع ــ أو حتى التحقيق فيها بدقة. لكن الآن يقترب اليوم الذي يمكن فيه اختبار إحدى هذه الأفكار. إذا صمدت، فإنها يمكن أن تغير نظرتنا للوقت بشكل كبير.

معظم الأفكار المقترحة للجمع بين النسبية وميكانيكا الكم تسمى نظريات الجاذبية الكمومية، لكن مبتكر هذه النظرية البديلة، جوناثان أوبنهايم من جامعة كوليدج لندن، يطلق على نظريته الجاذبية ما بعد الكم. وخلافًا للآخرين، فإن فكرته لا تحاول جعل الزمكان، وبالتالي الجاذبية، كمًا.

إن جعل النظرية كمية، أو تكميمها، ينطوي على تقسيمها إلى أجزائها الأساسية، أو الكوانتا. الضوء كمي، وكماته عبارة عن فوتونات، واثنتين من القوى الأساسية الثلاثة الأخرى هي بالتأكيد كمومية أيضًا. الجاذبية هي الوحيدة التي لم يتم إثبات كونها كمية، ويقترح أوبنهايم وزملاؤه أنه ربما ليس كذلك.

يفترض بناء الجاذبية ما بعد الكم أن الزمكان والجاذبية ليسا كميين، بل مستمران وأساسيان، بدون وحدات بناء أساسية. ومن هناك، تكون هناك سلسلة طويلة من الحسابات الرياضية المعقدة وعمليات المحاكاة لكيفية تفاعل هذا الزمكان غير الكمومي مع القوى الكمومية والجسيمات والمجالات الموجودة بداخله.

ومن بين التأثيرات التي برزت من سلسلة الحسابات تلك العشوائية الغريبة في الزمكان. عندما نفكر في الوقت، قد نتصور ساعة تدق بانتظام، كل علامة تتبع التي تليها بفواصل زمنية متساوية بينها جميعًا. في الجاذبية ما بعد الكم، سيكون هناك تقلبات عشوائية صغيرة في هذه القراد. وقد يحدث ذلك على مقاييس أصغر من أن نلاحظها، لكن الزمن سيصبح “متذبذبًا”، ويتدفق إلى الأمام بشكل غير متوقع.

هذه التقلبات هي جزء مما يسمح لنظرية أوبنهايم للجاذبية بالارتباط مع ميكانيكا الكم. عندما يتم تضمينها في بعض حسابات ميكانيكا الكم الأساسية، تنتج العديد من السلوكيات الأساسية التي يتم ملاحظتها في الأنظمة الكمومية، بما في ذلك القواعد المتعلقة بكيفية تحول النظام الكمي إلى نظام كلاسيكي عند ملاحظته – نفس القاعدة التي تنص على أنه في حين أن قطة شرودنغر قد تكون حية وميتة قبل فتح الصندوق، بمجرد فتح الصندوق وإلقاء نظرة، فإن القطة ستكون فقط واحدة أو أخرى.

ومع ذلك، فإن سبب تذبذب الوقت لا يزال غير مؤكد. إنها تنشأ من المعادلات، لكن أوبنهايم وزملاؤه لم يربطوا بعد هذه العشوائية بأي مصدر معين. يقول أوبنهايم: “هل هناك شيء ما، أو تأثير فيزيائي محدد، يتسبب في تدفقه بطريقة لا يمكن التنبؤ بها؟ ربما يكون الأمر كذلك، ولكن هذا مستوى أعمق، وفي الوقت الحالي لا أعتقد أننا مستعدون للذهاب إلى هناك – علميًا أو فلسفيًا”. “ولكن إذا لم نكن نريد قياس الزمكان، فمن الضروري أن يصبح هكذا.”

يعترف أوبنهايم بأن الفكرة برمتها مثيرة للجدل إلى حد كبير بين الفيزيائيين. يقول: “لا أعرف أي شخص يعتقد أن من المرجح أن يكون صحيحًا أكثر من كونه غير صحيح – أعتقد أنني ربما الوحيد الذي يعتقد ذلك – ولكن أعتقد أن هناك الكثير من الأشخاص الذين يعتقدون أنه يجب علينا اختباره”.

وقت الاختبار

ولحسن الحظ، أصبحت الاختبارات الأولى ممكنة الآن. العديد من النظريات التي تسعى إلى توحيد الجاذبية والنسبية العامة يصعب أو حتى من المستحيل إثباتها أو دحضها. إن التحول إلى قابلية للاختبار يضفي على الجاذبية ما بعد الكم إحساسًا بالجدية والإمكانات العلمية التي لا تمتلكها بعض تلك الأفكار الأخرى، كما يقول جوزيبي فابيانو من مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا، وهو جزء من فريق يقوم بتطوير معايير لاختبار نظريات الجاذبية. “أنا نوعاً ما لا أدري بشأن النظرية نفسها، ولكن طالما أنها تعطي بعض التنبؤات التي يمكنني اختبارها في المختبر، فهي نظرية مفيدة.”

تتعلق التجارب التي اقترحها أوبنهايم وآخرون بقياس خصائص الجاذبية بين أزواج الأجسام. لأن النسبية العامة تربط المكان والزمان بشكل لا ينفصم، وتفترض أن انحناء الزمكان هو مصدر الجاذبية، فإن أي تغييرات في خصائص المكان والزمان ستغير بالضرورة قوة الجاذبية أيضًا. يقول أوبنهايم: “إذا كان تدفق الزمن يتسم بعدم القدرة على التنبؤ، فعند قياس الجاذبية سترى عدم القدرة على التنبؤ هذه”.

وقد تم بالفعل بناء هذه التجارب، على الرغم من أنه قد يستغرق الأمر عقودًا حتى تصل إلى مستوى الدقة اللازم لاختبار الجاذبية ما بعد الكمومية فعليًا. لقد ثبت للتو أن الاختبارات ممكنة، وسيكون تطوير أجهزة الاستشعار وحساب المعلمات اللازمة لتنفيذها مهمة ضخمة أخرى. ولكن على الرغم من أن النظرية نفسها مثيرة للجدل، إلا أن العديد من الباحثين يتفقون مع أوبنهايم على أن الاختبارات تستحق إجراءها.

يقول فابيانو: “إذا وجدنا بعض التأكيد التجريبي على دقة الجاذبية ما بعد الكم، فسيكون ذلك أمرًا كبيرًا، أولاً وقبل كل شيء، لأنه سيكون مختلفًا تمامًا عن جميع التفاعلات الأخرى التي قمنا بتحليلها طوال القرن الماضي”. لقد انحرفت الجاذبية دائمًا في بعض النواحي عن القوى الأساسية الأخرى – لسبب واحد، فهي أضعف بكثير من البقية – ولكن فكرة أن شكلها يختلف جذريًا عن شكلها سيكون خروجًا هائلًا عن العقيدة المقبولة على نطاق واسع.

من الصعب أن نتخيل مدى انتشار تأثيرات تأكيد الجاذبية ما بعد الكم على فهمنا للفيزياء. بعض المشاكل، مثل الجمع بين النسبية العامة وميكانيكا الكم، يمكن حلها، لكنها ستثير بلا شك العديد من الأسئلة الأخرى. إذا كان الوقت متذبذبًا حقًا، فقد يغير نظرتنا للكون بأكمله.