بحث علمي جديد يهدد صحة جاذبية آينشتاين

نُشرت في وقت سابق من هذا العام نظرية تقوض أركان فهمنا لمسألة الجاذبية، التي اقترحها آينشتاين، وقد تكون هذه النظرية خاطئة تمامًا،  والآن ولأول مرة، تم اختبار هذه النظرية المثيرة للجدل تجريبيًا، حيث وجدت دراسة مستقلة لتوزيع الجاذبية حول أكثر من 30 ألف مجرة مما يدعم تلك النظرية وإذا تأكد ذلك فإنها ستشكل إعادة لكتابة علم الفيزياء تمامًا.

ونشر البروفسور إريك فيرلاند، من جامعة أمستردام "فرضية فيرلاند للجاذبية"، في وقت سابق من هذا العام، وكان البحث محاولة لحل لغز المادة المظلمة، من خلال دراسة النجوم والمجرات، فقد وجد علماء الفلك قوى الجاذبية أقوى مما كان متوقعًا، فالمناطق الخارجية من المجرات، مثل مجرتنا درب اللبانة، تدور أسرع بكثير حول المركز، وهذا قد يرجع إلى كمية من المادة العادية مثل النجوم والكواكب والغازات بين النجوم.

وشرح علماء الفيزياء هذا التناقض عن طريق افتراض وجود شيئًا آخر هناك لا نستطيع أن نره يسمى المادة المظلمة، فلم يسبق مشاهدة جسيمات المادة المظلمة، على الرغم من العديد من الجهود لكشفها، إلا أن علماء الفلك استنتجوا وجودها من خلال مراقبة بعض آثار الجاذبية في هذا الشأن، فقد قال البروفيسور فيرلاند: "نحن في حاجة إلى إعادة التفكير في الجاذبية، وإزالة المادة المظلمة من المعادلة تمامًا، من أجل فهم ذلك"، وتقترح نظريته المثيرة للجدل، أن الجاذبية ليست قوة أساسية من الطبيعة في كل شيء، بل هي "ظاهرة طارئة".

وبدأت نظرية البروفسير فيرلاند للخروج في بحث نشر عام 2010 وظلت غير مجربة حتى الآن، إلي أن أنهى فريق بحثي من جامعة ليدن في هولندا تجربتها، مما وفر أول الأدلة التجريبية لفرضية مثيرة للجدل يمكن أن تكون صحيحة، وانطلق الفريق الذي يقوده مارغو بروير، من مرصد ليدن، وبدأ بشكل وثيق في توزيع المادة في أكثر من 30 ألف مجرة، ووجد الباحثون تفسير لتوزيع هذه المادة من الممكن تفسيرها دون المادة المظلمة باستخدام فرضية فيرلاند للجاذبية.

وتتحرك جاذبية المجرات في شكل حزم في الفضاء، مثلما ينتقل الضوء من خلال هذا الفضاء في حزم، وتسمح الانحناءات الضوئية للفلكيين بقياس توزيع الجاذبية حول المجرات، حتى تصل إلى مسافات مائة مرة أكبر من المجرة نفسها، وقدم الفريق تنبؤات حول المجرات باستخدام كل من نظرية آينشتاين النسبية الكلاسيكية وفرضية فيرلاند للجاذبية، ثم قارنوا بين الاثنين من خلال رؤية كيف يمكن لهذه التنبؤات أن تتوافق مع ملاحظاتهم، ووجد الباحثون أن كل من نظريات الجاذبية التوقعات الصحيحة عن المجرات، أثبتت فرضية فيرلاند دون استخدام لـ "المعاملات الحرة".

وتعتبر المعاملات الحرة عبارة عن قيم يمكن وضعها، بشكل عشوائي لتأكيد الملاحظات حول المجرة تطابق فرضية أولية، وأوضح الباحثون الذين قاسوا المجرات أن عامل الطاقة المظلمة في معادلاتهم اضطروا إلى استخدامه أربعة من هذه المعاملات الحرة.

وأكد المؤلف الرئيسي وطالب الدكتوراة مارغو بروير لنيو ساينتست: "نموذج المادة المظلمة أفضل قليلًا مع البيانات من فرضية فيرلاند"، ولكن بعد ذلك إذا كنت ستأخذ العامل الرياضي في الحسبان فإن فرضية فيرلاند ليس لديها أية معاملات حرة، في حين أن فرضية المادة المظلمة، تجد نموذج فيرلاند ويتم تنفيذ ذلك في الواقع أفضل بقليل".

وإذا مرت النظرية بمزيد من الاختبارات يمكنها الإطاحة بموروث أكثر من 100 عام من علم الفيزياء، وحتى التخلص من نظرية المادة المظلمة تمامًا، وإذا ثبت في نهاية المطاف صحة تلك النظرية، فإن فرضية البروفسور فيرلاند تقودنا إلى "نظرية كل شيء" التي تجمع العالم المرئي من الفيزياء الكلاسيكية مع ميكانيكا الكم. والسؤال الآن هو كيف تطور هذه النظرية، وكيف يمكن زيادة اختبارها؟ إلا أن نتيجة هذا الاختبار الأول تبدو بالتأكيد مثيرة للاهتمام.

وقال البروفسير الهولندي فيرلاند واصفًا نظريته الشهر الماضي لموقع إخباري NOS: "أفكارنا الحالية عن المكان والزمان، والجاذبية في حاجة ماسة إلى إعادة تفكير، عرفنا منذ وقت طويل أن نظرية أينشتاين للجاذبية لا يمكن أن تعمل مع ميكانيكا الكم. والنتائج التي توصلنا إليها تتغير بشكل كبير، وأعتقد أننا على أعتاب ثورة علمية. تصف الكون بأنه كمية من الاضطراب في النظام".

واستخدم فيرلاند في الكون الكون واستخدامه للتكيف مع نظرية تسمى مبدأ الثلاثية الأبعاد التي كتبها غيرارد هوفت، حيث قال "تنشأ الجاذبية من تغيرات الجزيئات الأساسية من المعلومات، وتخزينها في بنية المكان، وفي المقاييس الكبيرة، على ما يبدو، فإن الجاذبية لا تتصرف فقط بالطريقة التي تتوقعها نظرية آينشتاين".

وتابع هوفت: "تعد الطاقة المظلمة، هي القوة الغامضة التي تتسبب في أشياء غير عادية ليحدث في الكون، ومن الممكن أن تكون هي السبب وراء زيادة الجاذبية في النجوم والمجرات"، وقد تبين أن القانون الثاني الشهير لنيوتن، الذي يصف كيفية سقوط التفاح من الأشجار والأقمار الصناعية البقاء في المدار، يمكن أن يستمد من "اللبنات" الكامنة".

وأشار البروفيسور فيرلاند إلى:"لدينا أدلة على أن هذه النظرة الجديدة من خطورة تتوافق بالفعل مع الملاحظات، حيث في المقاييس الكبيرة، على ما يبدو، الجاذبية لا تكون بالطريقة التي توقعتها نظرية آينشتاين".

المادة المظلمة ليست هي النظرية الوحيدة التي لا تتلاءم مع نظريتنا الحالية من الجاذبية، حيث أوضح النموذج القياسي أن كل شيء في الكون يتم من لبنات البناء الأساسية تسمى الجسيمات الأساسية، التي تحكمها أربع قوى: الجاذبية، الكهرومغناطيسية، النووية الضعيفة والنووية القوية.

ولكن النموذج القياسي ترك بعض الأسئلة دون إجابة لسنوات، لذلك فإن العلماء حريصون على التحرر منها وإيجاد نظريات جديدة. حيث لا يمكن أن تفسر الجاذبية، على سبيل المثال، لأنه لا يتفق مع أفضل تفسير لدينا لكيفية عمل الجاذبية "النسبية العامة".

وتستخدم نظرية الكم لوصف جزيئات صغيرة في العالم، ونظرية النسبية العامة المستخدمة لوصف الأجسام الكبيرة العالم، هي أيضا من الصعب التوفيق بينهم.