تلات نظريات والأصل الجاذبية!
كتب: أحمد حسين
تقريبًا، من أول ما التفاحة وقعت على نيوتن _بافتراض إن ده حصل فعلًا_، والناس كلها عايزين يعرفوا إيه الجاذبية دي؟ وبتأثر على إيه؟ وبتتأثر بإيه؟ نظريات تظهر ونظريات تختفي، إلا تلات نظريات بيعتبروا في العصر الحديث أهم النظريات اللي اتكلمت عن الجاذبية.
النظريات دي هي: النظرية العامة، ونظرية الأوتار، ونظرية الجاذبية الكمّية الحلقية (Loop Quantum Gravity). وعلى الرغم من تقارب النظريات التلاتة في فكرة وصف الجاذبية وعلاقتها بكل شيء في الكون، إلا إن كل نظرية فيهم ليها زاوية خاصة بتبص منها على الموضوع.
العلماء بيحاولوا دايمًا يقربوا بين النظريات، ويلاقوا مساحات مشتركة على قد ما يقدروا، بس برضه بتفضل نسبة ولو 10% مابتتفقش النظريات فيها. خلونا نعرف أكتر عن كل نظرية فيهم.
النظرية النسبية العامة: جاذبية الفيزياء الحديثة
سنة 1915، نشر آينشتاين نظرية بتقول إن كل شيء نسبي في الكون، يعنى إيه؟ يعني لو فرضنا إن في عربية نقل عليها اتنين بيحدفوا الكورة لبعض، والعربية ماشية بسرعة 60 كيلو في الساعة. فطبيعي هتكون العربية ماشية بس هما ثابتين، ولو فرضنا إن الكورة اللي بيحدفوها لبعض بتمشي في الهوا بسرعة 10 كيلو في الساعة (مثلًا يعني مثلًا)، فهما شايفينها عادي بتمشي بسرعة 10 كيلو في الساعة مفيش جديد.
الموضوع كله بقى عند مين؟ عند أخوهم التالت اللي واقف على الأرض.
هو حاليًا شايف العربية وهي بتتحرك بسرعة (60 كيلو في الساعة)، وشايف الأخين وهما بيحدفوا الكورة لبعض، إنما الكورة بالنسبة له بقى بتتحرك بسرعة كام؟ بالنسبة له، الكورة هتكون بتتحرك بسرعة 70 كيلو في الساعة! ليه الكلام ده؟ علشان هو شايف حاصل جمع سرعة الكورة وسرعة العربية مع بعض.
طب، إيه علاقة ده بالكلام عن الجاذبية؟ ببساطة، آينشتاين أخد ده مدخل، لفكرة حركة الأجسام في الفضاء، وإزاي إن الزمن نسبي بين حركة الأجسام دي على حسب مكانهم وكتلتهم.
بمعنى إيه برضه؟
تخيل إن الزمكان ده عبارة عن شبكة مفرودة، والشمس تُقل كتلته 1000 مثلًا، إيه اللي هيحصل لو حطيت الشمس على الشبكة دي؟ هيسقط الجزء اللي اتحطت فيه لتحت على حسب تُقلها. طيب، لو فرضنا الأرض هي كمان تُقل، بس كتلته 500، وحطيناه قريب من الشمس دي، اللي هيحصل إنه الجزء اللي اتحطت فيه هيسقط بس بنسبة أقل، ده هيخلي الأرض بكل بساطة، تتشد ناحية الشمس، وهو ده باختصار تأثير جاذبية الشمس على الأرض والكواكب اللي حواليها.
ولأن كتلة الشمس أكبر من كتلة الأرض، فده معناه إن جاذبيتها أكبر، علشان كده الأرض بتلف حوالين الشمس، بسبب قوة جاذبيتها، وكذلك بقى كل حاجة في الكون، كتلتها أكبر، هتخلي الأشياء القريبة منها تلف حواليها بقوة جاذبيتها.
طب إيه علاقة نظرية الأوتار ولّا الجاذبية الكمية الحلقية بالكلام ده؟
نظرية الأوتار: خيوط خيوط خيوط، كل العالم خيوط
زمان، قبل نظرية الأوتار، العلماء اتفقوا إن الكون مصنوع من الذرة، كل شيء لحد دلوقتي تمام. الذرة دي بقى، بتتكون من تلات مركبات أساسية (الكترونات – بروتونات – نيوترونات)، ودول اللي أُطلق عليهم المركبات الأساسية للكون. وبعدها، اكتشف العلماء إن في جزيئات أصغر اسمها ”الكواركات“.
لما العلماء دققوا في الكواركات وحللوها، لقوا إنها بتتصرف بشكل غير معتاد، يعني بتتحرك كده بسرعة كبيرة، لدرجة إنها بتتذبذب، ومن الصعب جدًا تحديد مكانها وسرعتها وبالتالي صعب تحدد الزمن بالنسبة لها. كمان، اتفق العلماء على إنها بتتصرف كأنها خيوط أو أوتار مش ككتلة أو جُزئ، قالوا إنها بتتذبذب بسبب أغشية الطاقة اللي اسمها (Membranes).
نظرية الأوتار بقى إيه دورها في الموضوع ده؟ دورها ببساطة كان تقريب وجهات النظر بين النظرية النسبية العامة، وبين ميكانيكا الكم، عن طريق افتراض إن كل التفاعلات اللي بتحصل بين المواد، بتحصل بسبب انتقال الفوتونات (أجزاء متناهية الصغر زي الكواركات كده) بين المواد دي، وكل ده بتأثر عليه قوة واحدة بس، وهي الجاذبية.
لحد دلوقتي مفيش أي تطبيق عملي أو تجريبي على النظرية دي. بعدها بفترة، ظهرت نظرية تانية، بتقول نفس الكلام ده، بس بمنظور وزاوية مختلفة، وهي نظرية الجاذبية الكمية الحلقية.
الجاذبية الكمية الحلقية: جرافتون وبوزون وليلة كبيرة
النظرية النسبية العامة بتاعة آينشتاين، وصفت التفاعلات اللي بتحصل بين الأجسام العملاقة (الكواكب والنجوم) بسبب تأثير الجاذبية. أما ميكانيكا الكم، فوصفت العلاقة بين المواد وجزيئاتها متناهية الصغر، وبرضه بسبب الجاذبية، وده اللي وضحته نظرية الأوتار.
بس ميكانيكا الكم ماسكتتش، تعمل إيه؟ يفترض العلماء بقى نظرية، تجمع بين الاتنين، البناء الهندسي للكون بالنسبة للنظرية النسبية العامة، اللي هو أشبه بالشبكة، وكمان تفترض إن الشبكة دي متكونة من فوتونات وكواركات، وبتتذبذب برضه زيهم. طيب إيه علاقة الجاذبية برضه يعني؟
ما هي بتتكلم عن إن الجاذبية برضه هي القوة المحركة لكل شيء، بس الفكرة بقى، إنهم افترضوا أجسام أوّلية صغيرة، قالوا إنها بتكون الجسيمات الحاملة لقوة الجاذبية، ودي أطلقوا عليها اسم ”جرافتون“، وبتنحدر من عائلة جسيمات أولية تانية، اسمها ”البوزونات“. يعني باختصار، النظرية دي كانت محاولة من علماء ميكانيكا الكم، لخلق نسخة كمومية من النظرية النسبية العامة مش أكتر.
الفرق بين النظرية دي ونظرية الأوتار، إن نظرية الأوتار مثلًا، بتشوف إن الكون بالزمكان بيتكونوا من 10 أبعاد، عكس الجاذبية الكمية الحلقية، اللي بتفترض الكون بأبعاده العادية المعروفة. زائد إن الاتنين مختلفين في تناولهم للجزيئات الحاملة للقوة. في النهاية، مفيش أي نظرية من دول تم تجربتها غير النظرية النسبة العامة بس، غير كده الباقي يظلوا مجرد نظريات غير مُجرّبة، لكنها نظريات علمية مهمة.
المصادر: quantamagazine dummies dummies
