اجتازت نظرية أينشتاين في الانحناء الذهني للنسبية اختبارًا ضخمًا آخر

في عام 1916 ، تجرأ ألبرت أينشتاين على التصريح بأن إسحاق نيوتن كان مخطئًا حول الجاذبية. لا ، قال ، إنها ليست قوة غامضة تنبثق من الأرض.

بدلاً من ذلك ، تخيل أينشتاين أن المكان والزمان ملتويان في شبكة متعددة الأبعاد ، وأربطة هذه الشبكة تشبه مقاطع الورق غير الملفوفة. قابل للانحناء قابل للتشكيل. كان يعتقد أنه فقط لأننا موجودون داخل هذا النوع من الشبكات غير الملموسة ، فإن أجسامنا البشرية البسيطة تختبر مظهر زائف بقوة تمسك بنا على الأرض. نسمي تلك الجاذبية.

(إذا كان ذلك يؤذي عقلك ، فلا تقلق ، فإليك مقال مخصص لـ تحطيم هذا المفهوم.)

وبينما أشار عالم الرياضيات العبقري إلى هذه الفكرة المحيرة على أنها نظريته في النسبية العامة ، وهو عنوان بقي عالقًا ، وصفه أقرانه بأنه “غير عملي تمامًا وسخيف” ، وهو عنوان لم يفعل ذلك. رغم كل الصعاب ، فإن فكرة آينشتاين المخدرة للعقل لم تتعثر بعد. تظل مبانيها صحيحة على كل من المقاييس الأصغر والكبيرة بشكل غير مفهوم. لقد حاول الخبراء إحداث ثغرات فيها تكرارا، و تكرارا و تكرارا، لكن النسبية العامة هي السائدة دائمًا.

وفي يوم الأربعاء ، وبفضل تجربة القمر الصناعي الطموحة ، أعلن العلماء ، مرة أخرى ، أن النسبية العامة قد أثبتت أنها حقيقة أساسية لكوننا. أجرى الفريق ما أسماه “الاختبار الأكثر دقة” لأحد الجوانب الرئيسية للنسبية العامة ، المسمى مبدأ التكافؤ الضعيف ، بمهمة أطلق عليها اسم المجهر.

قال مانويل رودريغيز ، عالم في مختبر الفضاء الفرنسي: “لقد عملت على هذا الموضوع لأكثر من 20 عامًا ، وأدركت أنني حظيت بفرصة أن أكون مدير مشروع الأداة العلمية والباحث المشارك في هذه المهمة”. ONERA ومؤلف دراسة جديدة ، نشرت في مجلة Physical Review Letters.

“من النادر جدًا ترك مثل هذه النتيجة الرائعة في تاريخ الفيزياء.”

ما هو مبدأ التكافؤ الضعيف؟

ال مبدأ التكافؤ الضعيف هو أمر غريب.

إنها تقول إلى حد كبير أن جميع الأشياء في مجال الجاذبية يجب أن تسقط بنفس الطريقة عندما لا تؤثر عليها أي قوة أخرى – أنا أتحدث عن تداخل خارجي مثل الرياح ، شخص يركل الجسم ، يصطدم جسم آخر به ، تحصل على فكرة.

ونعم ، عندما أقول كل الأشياء ، أعني كل الأشياء. ريشة؛ بيانو؛ كرة سلة؛ أنت وأنا؛ أي شيء يمكنك تخيله ، حقًا ، وفقًا لهذا المبدأ ، يجب أن يقع بنفس الطريقة تمامًا.

أرسل مشروع المجهر قمرًا صناعيًا إلى مدار الأرض يحتوي على جسمين: سبيكة بلاتينية وسبائك تيتانيوم. قال رودريغز: “استند الاختيار على اعتبارات تقنية” ، مثل ما إذا كانت المواد سهلة وممكنة صنعها في المختبر.

ولكن الأهم من ذلك لفهم مبدأ التكافؤ الضعيف ، أو WEP ، أن هذه السبائك قد انفجرت في مدار الأرض لأن المواد الموجودة هناك موجودة في مجال جاذبية كوكبنا دون أي قوى أخرى تؤثر عليها. مثالي لمعايير الاختبار. بمجرد وصول القمر الصناعي إلى الفضاء ، بدأ الباحثون باختبار ، لسنوات، سواء انخفض بت البلاتين والبت التيتانيوم بنفس الطريقة بينما كانوا يدورون حول الأرض.

لقد فعلوا – بدرجة بالغة الدقة.

قال رودريغيز: “كان الجزء الأكثر إثارة خلال المشروع هو تطوير أداة ومهمة لم يقم بها أحد من قبل بهذا المستوى من الدقة – عالم جديد لاستكشافه”. “بصفتنا رواد هذا العالم الجديد ، توقعنا في كل لحظة أن نواجه ظواهر لم نشهدها من قبل لأننا كنا أول من يدخل”.

إذا كنت مهتمًا بالجوانب الفنية ، فقد أظهرت نتائج التجربة أن تسارع سقوط سبيكة ما يختلف عن الآخر بما لا يزيد عن جزء واحد في 10 ^ 15. يقول الباحثون إن الاختلاف الذي يتجاوز هذه الكمية يعني انتهاك WEP من خلال فهمنا الحالي لنظرية أينشتاين.

بالنسبة للمستقبل ، يعمل الفريق في مهمة متابعة تسمى Microscope 2 ، والتي يقول رودريغز إنها ستختبر مبدأ التكافؤ الضعيف بشكل أفضل 100 مرة.

ومع ذلك ، قد يكون هذا جيدًا كما سيحصل لمدة عقد على الأقل أو نحو ذلك ، كما يقول الباحثون.

عظيم ، ماذا يعني هذا بالنسبة لي؟

بطريقة ما ، صلابة نظرية النسبية العامة مشكلة نوعًا ما. هذا لأنه على الرغم من أنه مخطط أساسي لفهم كوننا ، إلا أنه ليس فقط مخطط.

لدينا أيضًا تركيبات مثل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، والذي يشرح كيفية عمل أشياء مثل الذرات والبوزونات ، وميكانيكا الكم ، التي تفسر أشياء مثل الكهرومغناطيسية وعدم اليقين في الوجود.

ولكن هذا هو التحذير.

يبدو كلا المفهومين غير قابلين للكسر مثل النسبية العامة ، لكنهما غير متوافقين معها. لذا … يجب أن يكون هناك شيء خاطئ. وهذا الشيء يمنعنا من إنشاء قصة موحدة للكون المادي. ال النموذج القياسي، على سبيل المثال، المشهور لا يمكن تفسير الجاذبيةوالنسبية العامة لا تنظر في الظواهر الكمومية حقًا. إنها معركة ضخمة لتكون النظرية النهائية.

“بعض النظريات تتوقع اقترانًا بين الجاذبية وبعض المعلمات الكهرومغناطيسية ،” قدم رودريغز كمثال. “هذا الاقتران غير موجود في نظرية أينشتاين ، ولهذا السبب يوجد WEP.”

نجد أنفسنا عند مفترق طرق.

لكن الجانب المشرق هو أن الغالبية العظمى من العلماء اعتبر كل هذه النظريات غير مكتمل. وبالتالي ، إذا تمكنا بطريقة ما من إيجاد طريقة إنهاء منهم – تحديد موقع اقتران جديد ، على سبيل المثال ، كما يقول رودريغز ، أو تحديد جسيم جديد لإضافته إلى النموذج القياسي – قد يقودنا إلى الأجزاء المفقودة من أحجية كوننا.

قال رودريغز عن كسر WEP: “يجب أن تكون ثورة في الفيزياء”. “سيعني أننا وجدنا قوة جديدة ، أو ربما جسيمًا جديدًا مثل الجرافيتون – إنها الكأس في عالم الفيزياء.”