فیزیکدانان نشان دادند گرانش تحت تاثیر دنیای کوانتومی قرار نمی گیرد!

بیگ بنگ: در مباحث فیزیک، نیروی گرانش به عنوان فرمانروای جهان هستی محسوب می‌گردد. گرانش موجب چرخش سیاره‌ها به دور ستاره‌ها، چرخش ستاره‌ها به دور سیاهچاله‌ها و…. می‌گردد و البته ما را بر روی سیاره زمین نگه می‌دارد. با وجود اینکه تمام اجرام غول پیکر در جهان بر گرانش تاثیر دارند، تلاش محققان در کشف ارتباط بین گرانش و دنیای کوانتوم بار دیگر با شکست مواجه شد. به بیان دیگر، اینطور به نظر می‌رسد که گرانش کوچک‌ترین اهمیتی برای دنیای کوانتوم قائل نمی‌باشد. این امر مانعی در راه رسیدن به ” نظریه ی همه چیز” تلقی می‌شود.

به گزارش بیگ بنگ، قبل از هر چیز لازم است کمی به مبحث فیزیک کلاسیک و کوانتوم بپردازیم. در فیزیک، دو تئوری جهت توضیح جهان هستی وجود دارد. یکی فیزیک کلاسیک که شامل همه تحقیقات انجام شده تا قبل از قرن بیستم می‌باشد و تقریبا رفتار هر جسمی که در جهان دیده می‌شود از قبیل سیارات، ستاره‌ها، انسان و… را توجیه می‌کند. و دیگری فیزیک تازه متولد شده کوانتوم که سعی دارد رفتار عجیب و غریب ریزترین ذرات موجود در جهان از قبیل فوتون، الکترون و همچنین ذرات گریزان بوزون هیگز را تشریح نماید.

همانطور که ممکن است شنیده باشید، فیزیکدانان در تلاش هستند دو تئوری نامبرده را با یکدیگر ترکیب کرده و به “نظریه همه چیز” دست یابند که قادر است تمام کیهان، هم اجسام قابل مشاهده و هم ذرات ریز آن، را توسط معادلات شسته رفته و مختصر توجیه کند. این تحقیق نیز در راستای رسیدن به هدف ذکر شده انجام گرفته است. تیمی از دانشمندان چینی در دانشگاه علم و صنعت “هوژانگ” در “ووهان” تکنولوژی جدیدی را در جستجوی نشانه‌هایی از ارتباط بین گرانش و کوانتوم و یا به عبارتی ارتباط بین فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتوم به کار گرفتند.

بر اساس نسبیت عام، نظریه ی مبین فیزیک کلاسیک، تاثیر گرانش در همه اجسام یکسان می‌باشد. این اصل با نام”اصل هم ارزی” شناخته می‌شود و بدین معناست که گرانش باعث می‌شود اجسام با جرم یکسان در صورت سقوط آزاد در خلا، مسیر مشابهی را طی کنند. هر چقدر هم که این اصل عجیب به نظر برسد، اما از زمانی که گالیله آن را از برج پیزا در سال ۱۵۸۹ امتحان کرد(البته به صورت نه چندان کامل به دلیل تاثیر مقاومت هوا) تا کنون ما بارها و بارها شاهد عملکرد این اصل بوده‌ایم.

اما فرضیه دانشمندان حاکی از آن است که در صورت وجود ارتباط بین فیزیک کلاسیک و مکانیک کوانتوم، حداقل در یک سطح کوچک، گرانش بسته به اسپین کوانتوم در اجسام مختلف متفاوت عمل خواهد کرد. اسپین کوانتوم نوعی گشتاور چرخشی ذاتی است که توضیح می‌دهد یک الکترون یا اتم چگونه رفتار می‌کند. در صورتیکه ثابت شود اسپین کوانتوم بر گرانش تاثیر دارد، راه برای رسیدن به نظریه ی واحد بسیار هموارتر می شود.

محققان در گذشته سعی در کشف شواهدی از تاثیر کوانتوم بر گرانش داشتند که تلاش آنها با شکست مواجه شد. اما در تحقیق اخیر، تیم چینی آزمایش معروف سقوط آزاد گالیله از برج پیزا را در ابعادی بسیار بسیار کوچک بازسازی نمودند. آنها دو اتم روبیدیم با اسپین‌های متضاد را تا چند میلیونیم درجه بالای صفر خنک نمودند و در لوله خلا قرار دادند. سپس توسط لیزر از پایین به آنها ضربه کوچکی وارد کردند که آنها را درون لوله به سمت بالا پرتاب کرد تا اینکه مجددا به کف لوله افتادند.

محققان در این آزمایش از تکنولوژی “تداخل سنج اتمی” که ماهیت موجی اتم‌ را با جزییات باورنکردنی ثبت می‌کند بهره بردند و توانستند سرعت سقوط اتم‌ها را در هر بار آزمایش به دقت اندازه‌گیری کنند. آنها سرانجام به این نتیجه رسیدند که علیرغم داشتن اسپین‌های متضاد، سرعت سقوط آزاد در دو اتم تا یک در ده میلیونیوم از هم تبعیت می‌کرد، به عبارتی با هم برابر بود. بر اساس نتایج بدست آمده در این آزمایش، گرانش کوچک ‌ترین اهمیتی برای دنیای کوانتوم قائل نیست و این امر رسیدن به تئوری واحد را با مشکل مواجه خواهد ساخت.

اما- یک امای بزرگ- این تحقیق تنها نشان می‌دهد که کوانتوم هیچ تغییر” قابل اندازه‌گیری” بر گرانش نداشته است. همانطور که تاریخ در گذشته ثابت کرده است، دانشمندان همواره در “اندازه‌گیری” تواناتر می‌شوند. پس کمربندهای خود را محکم ببندید و خود را برای تحقیقات بیشتر در این زمینه در آینده آماده کنید. در صورتیکه کسی کوچک‌ترین تغییری در رفتار گرانش ثبت کند، ما یک قدم به تئوری واحد نزدیک‌تر خواهیم شد. در غیر اینصورت نیز، احتمالات همیشه هیجان انگیز خواهند بود. جزئیات بیشتر این پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: معصومه پژوهش نیا/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=53773

(۲۹ نفر , میانگین : ۵,۰۰ از ۵)