الجاذبية الكموميّة
 

الجاذبية الكموميّة.

قد نبدو سعداء بأن اكتشاف أمواج الجاذبية قد أثبت بعد مئة عامٍ صحة نظرية آينشتاين (1)، وأن كل ما توقعه العلماء من القرن الماضي يتم إثباته الآن بفضل تطور تكنولوجيا القرن الحالي. ولكن هل يعني هذا الحدث أن أحجية الجاذبية قد تم حلها؟ إذ إن نيوتن وضع نظريته التي تنطبق عليها كل قوانين الميكانيكا الكلاسيكية، وقامت بعد ذلك ثورة في الفيزياء وقام الجميع بتمجيد نيوتن، ثم جاء آينشتاين في القرن الماضي وتم إثبات نظريته النسبية منذ شهور معدودة واحتفلت معاشر الفيزيائيين باكتشافه. ولكن نطرح سؤالنا مرة أخرى: هل يعني ذلك أن أحجية الجاذبية قد تم حلها؟

11

في النموذج المعياري لفيزياء الجسيمات، التي هي النظرية التي تجمع كل القوى والجسيمات الأساسية في معادلة كبيرة واحدة، تقع الجاذبية كأضعف قوة تؤثر في الجسيمات، بعد القوة النووية الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية على الترتيب، لذا يبدو من الواضح أن أثرها على الجسيمات قد يهمل مقارنةً مع القوى الأخرى، ومن الطبيعي جدًّا أن يجلس العلماء قرونًا عدّةً في محاولةِ فَهم تلك القوة الخفية. حتى جاء شهر شباط من عامنا الحالي، قد نرى أن آينشتاين قد احتل الصدارة في محاولة فهم تلك القوة، ولكن هل قام آينشتاين بفهم تلك القوة تمامًا؟ ماذا عن الثقوب السوداء ومراكزها؟ ما الذي يحدث تمامًا داخلها؟ هل يعني اكتشاف أمواج الجاذبية شيئًا آخر عن سلوك الثقوب السوداء؟

22

قد تحمل ميكانيكا الكم أجوبة لأسئلتنا، إن استطعنا أن نفسر الجاذبية ليس من وجهة نظر النسبية، ولكن من وجهة نظر ميكانيكا الكم. ولكن هل تبدو ميكانيكا الكم جاهزة لتفسير تلك القوة الخفية؟ هل اهتم واضعو مبادئ ميكانيكا الكم بضم الجاذبية في معادلاتهم، أو تأكدوا أن نظريتهم قد تضم الجاذبية بكل أريحية؟ ربما، وربما لا، ولكن في كلتا الحالتين، يقوم الآن مجموعة من العلماء بدراسة نموذج فرضي قد يستطيع تفسير الجاذبية عن طريق ميكانيكا الكم، كما استطاعت أن تفسر جميع القوى الأخرى. إنه نموذج الجاذبية الكموميّة.
تصف النظرية النسبية كيف ترتبط المادة والطاقة بانحناءات وتقعر الزمكان، بينما تصف نظرية الحقل الكمومي التفاعلات بين الجسيمات الذرية وتحت الذرية وأنواع القوى المؤثرة فيها. وبشكل عام، تتم الحسابات المتعلقة بنظرية الحقل الكمومي في الزمكان المفلطح أو المنبسط، حيث لا يوجد للجاذبية تأثير على انحناءات الزمكان. نستطيع كتابة معادلات نظرية الحقل الكمومي بضم انحناءات الزمكان إليها –على الرغم من صعوبتها، وليس استحالتها- والقيام بالحسابات للتوصل إلى ما يسمى بالجاذبية شبه الكلاسيكية، ومنها استطعنا تفسير إشعاع هوكينغ واضمحلال الثقب الأسود (2).

13

تنطبق تلك النظرية بلا مشاكل بالقرب من أفق الحدث (النطاق الذي يصبح الشد الجذبي عنده قويًا جدًّا إذ إن الضوء نفسه لا يمكن أن يتغلب على هذا الشد) أو بعيدًا عنه، ولكن ليس عند النقاط التي تصبح الجاذبية عندها قوية جدًّا (المفردة)، إذ إن الرياضيات تصبح غير منطقية عندها، ولهذا نحتاج إلى تفسير آخر لسلوك الجاذبية، ربما إلى تفسير كمومي.
لنستطيع أن نفسر الجاذبية عن طريق ميكانيكا الكم، نحتاج إلى نموذج يتعامل مع تلك القوة كسائر القوى الأخرى؛ إذ تتفاعل الجسيمات بالقوى الأخرى عن طريق البوزونات، أو حاملات القوى.
على سبيل المثال، تتأثر الأجسام المشحونة عن طريق القوة الكهرومغناطيسية، إذ تتبادل الأجسام المتفاعلة بتلك القوة جسيمًا مسؤولًا عن نقل تلك القوة، الذي هو في حالتنا هذه الفوتون.
إذًا، إن كنا نريد التفكير في الجاذبية بطريقة مماثلة، لا بد أن يوجد هناك جسيم يتم تبادله بين الأجسام المتأثرة بقوة الجاذبية، وقد افترض العلماء وجود جسيم مماثل يدعى الجرافيتون (Graviton).
إذًا، كما قمنا بالبحث عن جسيمات النموذج المعياري بأكمله، وآخرها بوزون هيجز، علينا أن نبحث عن هذا الجرافيتون، أليس كذلك؟ ليس تمامًا، إذ إن قوة الجاذبية هي قوة ضعيفة جدًّا (مقارنة بالقوى الأخرى)، فمن الصعب جدًّا العثور على جسيم كهذا باستخدام تكنولوجيا اليوم.
إذًا، كيف نجعل ميكانيكا الكم تفسر الجاذبية؟ قد تقوم نظرية أخرى بتفسير تلك المعضلة: نظرية الأوتار.

15

تقوم نظرية الأوتار على أن الجسيمات الأساسية في الكون ليست أجسامًا نقطية، وإنما أوتار يهتز كل منها بنمط معين ليكون كواركًا، أو إلكترونًا، إلخ. وقد تضم نظرية الأوتار نظريةَ النسبية العامة كحالة خاصة منها، إذ إن أساسها الرياضي يُبنى على وجود عشرة أبعاد (تسعة للمكان وواحد للمكان)، فقد تبدو سهولةُ ضمها للنظرية النسبية أمرًا سهلًا جدًّا (للعلماء المختصين فيها، بالطبع). ولكن مع وجود كل تلك الأبعاد المكانية، تقترح النظرية وجود جسيمات أخرى كثيرة (التي لم يتم العثور على أيٍّ منها حتى الآن)، ناهيك على أنه من الناحية العملية، لا يمكن رؤية الأوتار الافتراضية، إذ إن طولها قد يصل إلى 10-33 سنتيمتر، الذي في حدود طول بلانك (3).
اقترحنا حتى الآن العديد من الأفكار وخرجنا بالعديد من المشكلات، تبدو الجاذبية أمرًا لا يستهان به، على الرغم من أننا اعتبرناه أمرًا مفروغًا منه لأننا نختبره كل يوم منذ وُلدنا، ولكن ليس الأمر كذلك للفيزيائيين. إذًا فما الحل؟
إن الرهان الأكبر الآن هو على ما يسمى نظرية الجاذبية الكمومية الحلقية (Loop Quantum Gravity). تقترح تلك النظرية أن الزمكان نفسه قد يكون مكمّمًا، كما هو الأمر في الطاقة.
إن الوصف الملائم قد يكون مثل غطاء السرير، إذ يتكون نسيج السرير من عُقَد محاكة مع بعضها البعض كالحلقات. هكذا تقترح النظرية أن يكون الفضاء، أنه كالنسيج المكون من الحلقات.
ماذا بعد؟ ما نتائج الفرضية السابقة؟ اقترح الفيزيائي أبهاي أشكيتار من جامعة بنسلفانيا أن أحد المشاكل المتعلقة بالثقب الأسود، النقطة المفردة، قد يتم حلها بافتراض أن الكون لم يكن قد انفجر منها، بل أنه ارتد عن بقايا كون سابق، الذي بدوره نشأ عن ارتداده عن كون آخر، وهكذا حتى ندخل في حلقة لانهائية كتلك المتعلقة بالبيضة والدجاجة (4). ويطلق على تلك الفرضية اسم فرضية الارتداد العظيم (The Big Bounce Hypothesis).
لا زال هناك الكثير من العمل القائم على فهم الجاذبية، ولكن الرهانات تتمحور الآن حول نظرية الجاذبية الكموميّة الحلقية، مع وجود بعض الفيزيائيين المتمسكين بنظرية الأوتار. فما هي نظريتك المفضلة؟

المراجع :
1- Gravitational waves: Einstein was right – and this announcement is the scientific highlight of the decade: http://www.telegraph.co.uk/science/2...nnouncement-i/
2- What are Quantum Gravity’s Alternatives to String Theory: http://www.forbes.com/sites/startswi.../#47163b6b3f75
3- So what is string theory, then? http://www.superstringtheory.com/basics/basic4.html
4- The universe, where space-time becomes discrete: http://phys.org/news/2016-04-univers...-discrete.html