گرانش کوانتومی: گامی به سوی نظریه‌ای واحد برای جهان؟
گرانش همه جای دنیامون رو پر کرده، ما رو به زمین میکشه و کل منظومه شمسی، کهکشان‌ها و کل جهان رو که توش حرکت می‌کنیم بهم وصل میکنه.
اما اینکه فکر کنیم نیروی نامرئی‌ای مثل گرانش بتونه همون ویژگی‌های عجیب غریب دنیای کوانتومی رو که مربوط به ریزترین اجزای ماده هست داشته باشه، یکی از عجیب‌ترین ایده‌ها تو فیزیک به حساب میاد، ایده‌ای که تست کردنش هم به طرز وحشتناکی سخته.
حالا یه گروه از فیزیکدان های هلندی و آلمانی ادعا می‌کنن آزمایش هایی طراحی کردن که نشون بده آیا گرانش واقعا یه نیروی کوانتومی هست، یعنی خاصیت هاش تو ریزترین اندازه های ممکن شکل می‌گیره، یا اینکه یه نیروی کلاسیکه، مثل همون چیزی که آینشتین تصور می‌کرد.
سه تا از چهار نیروی بنیادی طبیعت رو میشه با قوانین فیزیک کوانتومی توضیح داد، ولی گرانش رو که ضعیف‌ترین‌شون هم هست هنوز نه. اینکه بفهمیم گرانش کلاسیکه یا کوانتومی می‌تونه به حل کردن این تفاوت‌های ظاهری و همینطور رمزگشایی بعضی از رازهای حل نشده‌ی گرانش کمک کنه.
معمولا فیزیک کوانتومی رو با ریزترین اجزای دنیا مرتبط می‌دونیم، جایی که اثرهای کوانتومی رو به واضح‌ترین شکل می‌بینیم: بین ذرات زیر اتمی مثل الکترون‌ها، بسته‌های نور به اسم فوتون، کل اتم‌ها و حتی مولکول‌ها.
با این حال، از لحاظ تئوری، همه اجسام – از سیاره‌ها تا منظومه‌های شمسی، کل کهکشان‌ها و احتمالا کل جهان – می‌تونن با قوانین فیزیک کوانتومی توصیف بشن، یعنی قبل از اینکه مشاهده بشن به شکل یه طیف از احتمالات وجود داشته باشن.
اما هرچی اجسام بزرگ‌تر می‌شن و گرانش بیشتری پیدا می‌کنن، تمایل دارن ویژگی‌های کوانتومی‌شون رو از دست بدن و به سمت حالت کلاسیک برنT همون چیزی که ما می‌شناسیم‌شون.
با این حال، اگه جرم‌های سنگین‌تر با میدان‌های گرانشی قوی‌تر بتونن مثل یه ذره‌ی کوانتومی رفتار کنن، یعنی تو چند حالت به طور همزمان وجود داشته باشن و درگیر پدیده برهم‌کنش کوانتومی بشن، اونوقت کشف کردن‌شون به طرز دیوانه‌کننده‌ای سخت میشه. چون برهم‌کنش کوانتومی، که تا الان بهترین راه تشخیص یه چیز “کوانتومی” بوده، به شدت شکننده‌ست و با کوچکترین مزاحمتی حتی تو سطوح زیر اتمی از هم می‌پاشه.
لودوویکو لامی، فیزیکدان ریاضی از دانشگاه آمستردام، به همراه همکارانش تو مقاله‌شون می‌نویسن: “ضعیفی فوق‌العاده‌ی نیروی گرانشی نسبت به بقیه نیروها، ما رو تو موقعیت بدی قرار داده که هنوز نتونیم ماهیت اصلی اون رو بررسی کنیم.”
تو آزمایش‌های قبلی که به دنبال برهم‌کنش کوانتومی بین جرم‌ها و میدان‌های گرانشی‌شون بودن، سنگین‌ترین چیزی که فیزیکدان‌ها تونستن تو یه حالت برهم‌کنش‌دار ببینن، بیشتر از یک تریلیون برابر از کوچکترین جرمی که برای اون میدان گرانشی کشف شده، سبک‌تر بوده. دانشمندان می‌گن این هنوز برای ایجاد یه “میدان گرانشی قابل توجه” خیلی خیلی ضعیفه.
برای اینکه از این بن‌بست رد بشن، لامی و همکارانش به جای اون، یه سری آزمایش پیشنهاد دادن که می‌تونه “کوانتومی بودن” گرانش رو بدون ایجاد یا نیاز به کشف هیچ برهم‌کنش کوانتومی‌ای نشون بده.
این آزمایش‌ها شامل دو پاندول پیچشی میشه، شبیه به اون چیزی که هنری کاوندیش، دانشمند انگلیسی، تو سال ۱۷۹۷ برای اولین بار ازش برای اندازه‌گیری قدرت گرانش استفاده کرد، به همراه یه سری محافظ، آینه و لیزر.
این آزمایش‌ها فعلا کاملا تئورین باقی موندن، ولی این باعث نشد که لامی و همکارانش حد بالایی برای بعضی سیگنال‌های تجربی برای “کوانتومی بودن” محاسبه نکنن، سیگنال‌هایی که اگه گرانش کلاسیک باشه نباید بتونه از پس‌شون بربیاد.
لامی توضیح میده: “ما با دقت نیازمندی‌های تجربی‌ای رو که برای انجام دادن پیشنهاد ما تو آزمایش واقعی لازمه رو بررسی کردیم و متوجه شدیم که با اینکه هنوز به یه پیشرفت‌هایی تو تکنولوژی نیاز داره، انجام دادن همچین آزمایش‌هایی واقعا می‌تونه به زودی ممکن بشه.”
با این حال، محققان تو محاسبات‌شون چند تا فرض گرفتن که خیلی روشون بحث میشه. همینطور پیشنهاد‌های دیگه‌ای هم برای آزمایش‌های رومیزی هست که شاید بتونن گرانش کوانتومی رو کشف کنن.
__ تکنودات مرجع اخبار تکنولوژی __