هل الزمكان مثل السائل؟

رصيد الصورة: SISSA Medialab

رصيد الصورة:جايسون رالستون

ماذا لو كان الزمكان نوعًا من السوائل؟ هذا هو السؤال الذي طرحه علماء الفيزياء النظرية الذين يعملون على الجاذبية الكمومية من خلال إنشاء نماذج تحاول التوفيق بين الجاذبية وميكانيكا الكم. تتنبأ بعض هذه النماذج بأن الزمكان بمقياس بلانك (10-33 سم) لم يعد مستمرًا - كما هو مذكور في الفيزياء الكلاسيكية - ولكنه منفصل في الطبيعة. تمامًا مثل المواد الصلبة أو السوائل التي نتلامس معها يوميًا ، والتي يمكن رؤيتها على أنها مكونة من ذرات وجزيئات عند ملاحظتها بدقة كافية. تشير بنية من هذا النوع عمومًا ، عند الطاقات العالية جدًا ، إلى انتهاكات للنسبية الخاصة لأينشتاين (جزء لا يتجزأ من النسبية العامة).

في هذا الإطار النظري ، تم اقتراح أن الزمكان يجب أن يعامل على أنه مائع. وبهذا المعنى ، ستكون النسبية العامة هي النظير لديناميكا الموائع ، التي تصف سلوك السوائل على المستوى الماكروسكوبي ولكنها لا تخبرنا شيئًا عن الذرات / الجزيئات التي تتكون منها. وبالمثل ، وفقًا لبعض النماذج ، لا تقول النسبية العامة شيئًا عن 'الذرات' التي تشكل الزمكان ولكنها تصف ديناميكيات الزمكان كما لو كان شيئًا 'كلاسيكيًا'. لذلك سيكون الزمكان ظاهرة 'ناشئة' من مكونات أساسية أكثر ، تمامًا كما أن الماء هو ما ندركه من كتلة جزيئات H2O التي تشكله.

ابتكر ستيفانو ليبراتي ، الأستاذ في المدرسة الدولية للدراسات المتقدمة (SISSA) في تريست ، ولوكا ماكيوني ، عالم أبحاث في جامعة لودفيج ماكسيميليان في ميونيخ ، طرقًا مبتكرة لاستخدام رسوم فيزياء الجسيمات الأولية والفيزياء الفلكية عالية الطاقة صف التأثيرات التي يجب ملاحظتها إذا كان الزمكان عبارة عن سائل. اقترح كل من Liberati و Maccione أيضًا اختبارات الملاحظة الأولى لهذه الظواهر. تم نشر ورقتهم للتو في المجلةرسائل المراجعة البدنية.

مزيد من التفاصيل ...

ميكانيكا الكم قادرة على شرح ثلاثة من القوى الأساسية الأربعة للكون بشكل فعال (الكهرومغناطيسية والتفاعل الضعيف والتفاعل القوي). لكنها لا تفسر الجاذبية ، التي يتم حسابها حاليًا فقط من خلال النسبية العامة ، وهي نظرية تم تطويرها في عالم الفيزياء الكلاسيكية. لذلك فإن تحديد نموذج معقول للجاذبية الكمومية (أي وصف الجاذبية ضمن إطار فيزياء الكم) هو أحد التحديات الرئيسية التي تواجه الفيزياء اليوم. ومع ذلك ، على الرغم من العديد من النماذج المقترحة حتى الآن ، لم يثبت أي منها أنها مرضية ، أو الأهم من ذلك أنها قابلة للتحقيق التجريبي. توفر دراسات مثل تلك التي أجراها كل من Liberati و Maccione أدوات جديدة لتقييم قيمة السيناريوهات المحتملة للجاذبية الكمية.

في الماضي ، كانت النماذج التي تعتبر الزمكان على أنه ناشئ ، مثل السائل ، من كيانات أكثر أساسية افترضت ودرست التأثيرات التي تنطوي على تغييرات في انتشار الفوتونات ، والتي من شأنها أن تنتقل بسرعات مختلفة اعتمادًا على طاقتها. ولكن هناك ما هو أكثر من ذلك: 'إذا تابعنا القياس بالسوائل ، فليس من المنطقي توقع هذه الأنواع من التغييرات فقط' توضح ليبراتي. 'إذا كان الزمكان نوعًا من السوائل ، فيجب علينا أيضًا أن نأخذ في الاعتبار لزوجته وتأثيراته التبديدية الأخرى ، والتي لم يتم أخذها في الاعتبار بالتفصيل مطلقًا.'
قام كل من Liberati و Maccione بفهرسة هذه التأثيرات وأظهروا أن اللزوجة تميل إلى تبديد الفوتونات والجسيمات الأخرى بسرعة على طول مسارها ، 'ومع ذلك يمكننا أن نرى فوتونات تنتقل من أجسام فيزيائية فلكية تقع على بعد ملايين السنين الضوئية!' واصل. 'إذا كان الزمكان مائعًا ، فوفقًا لحساباتنا يجب أن يكون بالضرورة سائلًا فائقًا. هذا يعني أن قيمة اللزوجة منخفضة للغاية ، قريبة من الصفر. '



'لقد توقعنا أيضًا تأثيرات تبديد أضعف أخرى ، والتي قد نتمكن من رؤيتها من خلال الملاحظات الفيزيائية الفلكية المستقبلية. في حالة حدوث ذلك ، سيكون لدينا دليل قوي لدعم النماذج الناشئة للزمكان '. 'مع تقنية الفيزياء الفلكية الحديثة ، حان الوقت لجلب الجاذبية الكمومية من مجرد وجهة نظر تأملية إلى وجهة نظر أكثر ظواهر. لا يمكن للمرء أن يتخيل وقتًا أكثر إثارة للعمل على الجاذبية '.

عبر SISSA