لم يجد قياس جديد للزمكان الكمي شيئًا يحدث

مقياس التداخل الليزري لجهاز قياس الضغط. (فيرميلاب)

في أصغر الوحدات المقاسة للمكان والزمان في الكون ، لا يحدث الكثير. في بحث جديد عن التقلبات الكمومية للزمكان على مقاييس بلانك ، وجد الفيزيائيون أن كل شيء سلس.

هذا يعني أنه - في الوقت الحالي على الأقل - ما زلنا غير قادرين على إيجاد طريقة لحل المشكلة النسبية العامة مع ميكانيكا الكم.

إنها واحدة من أكثر المشاكل المربكة في فهمنا للكون.

النسبية العامة هي نظرية الجاذبية التي تصف تفاعلات الجاذبية في الكون المادي الواسع النطاق. يمكن استخدامه لعمل تنبؤات حول الكون ؛ توقعت النسبية العامةموجات الجاذبية، على سبيل المثال ، والبعضسلوكيات الثقوب السوداء.

الزمان والمكان في ظل النسبية يتبع ما نسميه مبدأ المكان - أي أن الأشياء تتأثر بشكل مباشر فقط بمحيطها المباشر في المكان والزمان.

في عالم الكم - المقاييس الذرية ودون الذرية - تنهار النسبية العامة ، وتتولى ميكانيكا الكم زمام الأمور. لا شيء في عالم الكم يحدث في مكان أو وقت معين حتى يتم قياسه ، ولا يزال بإمكان أجزاء من النظام الكمي مفصولة بالمكان أو الزمان أن تتفاعل مع بعضها البعض ، وهي ظاهرة تُعرف باسم غير موقع .

بطريقة ما ، على الرغم من الاختلافات بينهما ، فإن النسبية العامة وميكانيكا الكم موجودة وتتفاعل. ولكن حتى الآن ، حل مشكلةالخلافات بين الاثنينثبت أنه صعب للغاية.

هذا هو المكان الذي يتم فيه تشغيل مقياس Holometer في Fermilab - وهو مشروع يرأسه عالم الفلك والفيزيائي كريج هوجان من جامعة شيكاغو. هذه أداة مصممة لاكتشاف التقلبات الكمية للزمكان في أصغر وحدات ممكنة - طول بلانك ، 10-33سنتيمترات ، ووقت بلانك ، كم من الوقت يستغرق الضوء للسفر بطول بلانك.

وهو يتألف من مقياسين تداخل متطابقين بطول 40 مترًا (131 قدمًا) يتقاطعان عند مقسم الحزمة. يتم إطلاق ليزر على الفاصل ويرسل ذراعين إلى مرآتين ، ليعكس مرة أخرى إلى مقسم الحزمة لإعادة الاتحاد. أي تقلبات بمقياس بلانك ستعني أن الحزمة العائدة تختلف عن الحزمة المنبعثة.

منذ عدة سنوات ، قام جهاز Holometer باكتشاف فارغ للتوترات الكمومية ذهابًا وإيابًا في الزمكان. يشير هذا إلى أن الزمكان نفسه كما يمكننا قياسه حاليًا ليس كميًا ؛ أي يمكن تقسيمها إلى وحدات منفصلة أو غير قابلة للتجزئة أو كوانتا.

نظرًا لأن أذرع مقياس التداخل كانت مستقيمة ، فلن تتمكن من اكتشاف أنواع أخرى من الحركة المتذبذبة ، مثل ما إذا كانت التقلبات دورانية. وهذا يمكن أن يكون ذا أهمية كبيرة.

في النسبية العامة ، تسحب المادة الدوارة الزمكان معها. في وجود كتلة دوارة ، يدور الإطار المحلي غير الدوار ، كما تم قياسه بواسطة جيروسكوب ، بالنسبة إلى الكون البعيد ، كما تم قياسه بواسطة النجوم البعيدة ، كتب هوجان على موقع Fermilab الإلكتروني .

من الممكن أن يكون للزمكان الكمومي حالة من عدم اليقين على مستوى بلانك للإطار المحلي ، مما قد يؤدي إلى تقلبات أو تقلبات دورانية عشوائية لم نكن لنكتشفها في تجربتنا الأولى ، وصغير جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها في أي تجربة عادية. جيروسكوب.'

لذا ، أعاد الفريق تصميم الآلة. أضافوا مرايا إضافية حتى يتمكنوا من اكتشاف أي حركة كمومية دورانية. كانت النتيجة جيروسكوبًا حساسًا بشكل لا يصدق يمكنه اكتشاف التقلبات الدورانية على نطاق بلانك والتي تغير الاتجاه مليون مرة في الثانية.

في خمس جولات رصد بين أبريل 2017 وأغسطس 2019 ، جمع الفريق 1098 ساعة من بيانات السلاسل الزمنية لمقياس التداخل المزدوج. في كل ذلك الوقت ، لم تكن هناك هزة واحدة. بقدر ما نعلم ، لا يزال الزمكان a الأستمرارية .

لكن هذا لا يعني أن مقياس الهولومتر ، كما كان اقترحت من قبل بعض العلماء مضيعة للوقت. لا توجد آلة أخرى مثلها في العالم. النتائج التي ستعيدها - سواء كانت فارغة أم لا - ستشكل الجهود المستقبلية لاستكشاف تقاطع النسبية وميكانيكا الكم في مقاييس بلانك.

'قد لا نفهم أبدًا كيف يعمل الزمكان الكمومي بدون بعض القياس لتوجيه النظرية ،' قال هوجان . برنامج Holometer استكشافي. بدأت تجربتنا بنظريات تقريبية فقط لتوجيه تصميمها ، وما زلنا لا نملك طريقة فريدة لتفسير نتائجنا الفارغة ، حيث لا توجد نظرية صارمة لما نبحث عنه.

هل التوترات أصغر قليلاً مما كنا نظن أنها قد تكون ، أم أنها تمتلك تماثلًا يخلق نمطًا في الفضاء لم نقيسه؟ ستتيح التكنولوجيا الجديدة إجراء تجارب مستقبلية أفضل من تجاربنا وربما تعطينا بعض الأدلة على كيفية خروج المكان والزمان من نظام كمي أعمق.

تم نشر البحث بتاريخ arXiv .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.