محاولة لتوليف النسبية العامة مع ميكانيكا الكم عبر الثقوب الدودية، فهل تنجح؟


ميكانيكا الكم ما زال علماء الفيزياء حتى اليوم يواجهون أكبر مشكلة مستعصية في محاولة وضع نموذج فيزيائي موحد للكون، لأن أفضل نظريتين تشرحان الكون؛ أي النسبية العامة وميكانيكا الكم، تعملان مثاليًا كلٌ على حِدة، لكن عند محاولة دمج النظريتين معًا تخفق الرياضيات في وصف العالم.

ولا تنتهي محاولات الفيزيائيين في حل تلك المعضلة، ومنها محاولة عالم الفيزياء النظري في جامعة ستانفورد التي يقترح معادلة جديدة لحل مشكلة ربط النظريتين وأن مفتاح ذلك نجده داخل أنفاق زمكانية تدعى «الثقوب الدودية.»

 

 

 

download-1

 

 

وتلك المعادلة هي ببساطة ER=EPR، لكنها ليست مبنية على قيم عددية، بل تُمثل أسماء علماء لعبوا دورًا في الفيزياء النظرية.

نلاحظ على الجهة اليسرى من المعادلة الاختصار ER، وهما الحرف الأول من اسمَي العالمين «أينشتاين – Einstein» و«ناثان روزن -Nathan Rosen»، ويشير إلى الورقة التي كتباها سوية في العام 1935، لوصف الثقوب الدودية والتي تعرف تقنيًا بمعابر أينشتاين وروزن.

على الجهة الأُخرى من المعادلة يُمثل الاختصار EPR الأحرف الأُولى من أسماء «أينشتاين – Einstein» و«ناثان روزن -Nathan Rosen» و«بوريس بودولكسي – Boris Podolsky» الذين عملوا سوياً على ورقة بحثية أخرى في ذلك العام لوصف التشابك الكمي.

وفي العام 2013، اقترح الفيزيائي «ليونارد سسكايند – Leonard Susskind» من جامعة ستانفورد و«خوان مالداسينا – Juan Maldacena» من «معهد الدراسات المتقدمة في برينستون» أن الورقين البحثيتين تصفان الشيء ذاته، ولم يدرس أحد هذا من قبل، حتى أينشتاين نفسه لم يفعل هذا.

ويعود سسكايند اليوم لنقاش معطيات النظرية وإذا كانت صحيحة. لكن في البداية لننظر إلى الأجزاء الفردية من المعادلة.

 

 

download

 

 

 

بينت النظرية النسبية العامة لأينشتاين أولًا أن الثقوب الدودية هي معابر بين موقعين في الكون. فنظريًا إذا سَقطتَ في جهة من الثقب الدودي فإنك ستظهر في الجهة المقابلة فورًا تقريبًا، حتى وإن كانت تلك الجهة بعيدًا في الطرف المقابل من الكون. لكن الثقب الدودي ليس بوابة بين موقعين في الكون، بل هو بوابة لزمانين مختلفين في الكون أيضًا، وقال «كارل ساغان – Carl Sagan» موضحًا «قد تَظهرُ إذا سقطت في ثقب دودي في مكان آخر وزمان آخر من الكون.»

يصف التشابك الكمي في الجهة الأخرى قدرة تفاعل جسيمين مع بعضهما بتلك الطريقة المترابطة تمامًا ومشاركة الوجود الأساسي. وهذا يعني أن ما يحدث لأحد الجسيمين سيؤثر على الآخر مباشرةً وفورًا، حتى وإن كانا على بعد سنين ضوئية كثيرة.

حسنًا لندمج الآن النظريتين سوية …

يقترح سسكايند في ورقته الجديدة سيناريو افتراضي، يأخذ فيهما الشخصان الافتراضيين أليس وبوب مجموعة من الجسيمات المتشابكة، وتأخذ أليس فرد من كل زوج، ويأخذ بوب الآخر، ثم يطير كلٌ منهما في اتجاه معاكس في الكون بواسطة طائراتهما النفاثة الافتراضية الفائقة السرعة.

وعند استقرارهما في موقعيهما المنفصلين؛ يحطم بوب وأليس جسيماتهما سوية بقوة كبيرة، ويصنعان ثقبين أسودين منفصلين. والنتيجة كما يقول سسكايند تكُّون ثقبان أسودان متشابكان على الجهتين المتعاكستين من الكَون لكنهما مرتبطتين بثقب دودي كبير.

 

 

download-2

 

 

يقول «توم سيغفريد – Tom Siegfried» لصحيفة «ساينس نيوز – Science News»: «إذا كانت هذه المعادلة صحيحة، سيربط الثقب الدودي هذين الثقبين الأسودين سويًا، بعد ذلك يمكن وصف التشابك باستخدام هندسة الثقب الدودي.» ويضيف «الأكثر روعة من ذلك؛ هي أن تلك الجسيمات التحت الذرية المتشابكة تكون متصلة مع بعضها بنوع من الثقوب الدودية الكمية.»

ويقول أخيرًا: «طالما أن الثقوب الدودية هي تشوهات في هندسة الزمكان (كما تم وصفها بمعادلات أينشتاين عن الجاذبية) فإن تطابقها مع التشابك الكمي سيشكل رابطًا بين الجاذبية وميكانيكا الكم.»